Czynniki wpływające na sprawność pompy

Sprawność pompy to stosunek mocy hydraulicznej na wyjściu Ph do mocy mechanicznej na wejściu (mocy na wale) Pw

\eta = {P_h \over P_w}  (1)

Na sprawność pompy wpływają następujące czynniki:

  • straty hydrauliczne
  • straty wolumetryczne
  • straty mechaniczne (w tym straty tarczowe)

 

Rys. 1. Bilans mocy strat pompy

Czynniki te można opisać sprawnościami:

  • ηh – sprawnością hydrauliczną

\eta_h = {H \over H_{th}} = {H_{th} - \Delta h \over H_{th}}  (2)

  • ηV – sprawnością wolumetryczna

\eta_V={Q \over Q_i}={Q \over {Q+Q_s+Q_o+Q_f}}  (3)

  • ηm – sprawnością mechaniczną

\eta_m={{P_w - \Delta P_m}\over{P_w}}  (4)

Moc przekazywaną przez wirnik do cieczy (moc wewnętrzną) określa równanie 5.

P_i = P_w - \Delta P_m = Q_i \cdot H_{th} \cdot \rho \cdot g  (5)

Po pomnożeniu licznika i mianownika równania 1 przez moc wewnętrzną pompy Pi, otrzymamy zależność na sprawność pompy w postaci 6.

\eta = {P_h \cdot P_i \over P_i \cdot P_w} = {{Q \cdot H \cdot \rho \cdot g} \over {Q_i \cdot H_{th} \cdot \rho \cdot g}} \cdot {{P_w - \Delta P_m}\over{P_w}}  (6)

Ostatecznie, po wykorzystaniu zależności 3, 4 i 5, sprawność pompy określona jest wzorem 7 jako iloczyn sprawności: hydraulicznej, wolumetrycznej i mechanicznej.

\eta = {P_h \over P_w} = {\eta_h \cdot \eta_V \cdot \eta_m}  (7)

W pompach, w których strata tarcia tarcz wirujących jest znacząca, np. w pompach z wirnikami odśrodkowymi, ze strat mechanicznych należy wyodrębnić straty tarczowe ΔPfr.

\Delta P_m=\Delta P_m^* + \Delta P_{fr}  (8)

Gdy wyrażenie 8 wstawimy do wzoru definicyjnego 4 otrzymamy wzór 9. We wzorze tym sprawność mechaniczna jest określona jako sprawność mechaniczna bez straty tarczowej ηm*, pomniejszona o współczynnik strat tarczowych ζfr.

\eta_m ={P_w - \Delta P_m^* \Delta P_{fr} \over P_w} = {P_w - \Delta P_m^* \over P_w} - {\Delta P_{fr} \over P_w} = \eta_m^* - \zeta_{fr}   (9)

Dla pomp w których strata tarczowa jest znacząca, po podstawieniu sprawności mechanicznej ze wzoru 9 do wzoru 7, sprawność pompy opisuje równanie 10.

\eta = {\eta_h \cdot \eta_V \cdot (\eta_m^* - \zeta_{fr})}  (10)

η - sprawność
Ph - moc hydrauliczna
Pw - moc na wale
Q - wydajność
Qi - przepływ przez wirnik, przepływ wewnętrzny
H - wysokość podnoszenia
Hth - teoretyczna wysokość podnoszenia, wysokość energii przekazana przez wirnik
ΔPm - moc strat mechanicznych w łożyskach i uszczelnieniach oraz straty tarcia powierzchni zewnętrznych wirnika w cieczy (głównie tarcie tarcz)
ΔPfr - moc strat tarczowych
ΔPm* - moc strat mechanicznych w łożyskach i uszczelnieniach (bez tarczowych) 
ηh - sprawność hydrauliczna
ηV - sprawność wolumetryczna
ηm - sprawność mechaniczna
ηm*- sprawność mechaniczna "bez tarcz"
ζfr - współczynnik strat tarczowych
ΔPh - moc strat hydraulicznych - straty w cieczy
ρ - gęstość przetłaczanej cieczy
g - przyśpieszenie ziemskie

PAMIĘTAJ !

  • Sprawność hydrauliczna zależy od: kształtu części przepływowej i stanu powierzchni
  • Sprawność objętościowa zależy od: przecieków (szczelin)
  • Sprawność mechaniczna zależy od: stanu łożysk, luzów i uszczelnień
  • Sprawność pompy zależy od wydajności
Nawet najlepszą (i najdroższą) pompę można tak zainstalować w układzie, aby miała niską sprawność

Warto sprawdzić: