Водяной насос — это устройство, используемое для перекачивания или создания давления в жидкостях. Напор насоса — это высота, на которую насос может поднять воду; напор насоса прямо пропорционален давлению. Исходя из данных для чистой воды при 4°C (39.2°F) и плотности 1000 кг/м³: 1 psi = 2.31 фут H₂O = 0.703 м H₂O; 1 фут H₂O = 0.433 psi; 1 м H₂O = 1.422 psi = 9.81 кПа = 0.0981 бар. Для других жидкостей разделите на удельную плотность (SG).
Далее подробно рассмотрим взаимосвязь и преобразование между напором (в футах или метрах) и давлением (в фунтах на квадратный дюйм, барах или кг/см²).
Определение «напора»: давление, оказываемое столбом жидкости у его основания, выраженное через высоту столба. Напор насоса характеризует кинетическую энергию, создаваемую насосом; в частности, это измерение высоты столба несжимаемой жидкости, которая возникла бы в результате кинетической энергии, передаваемой жидкости насосом.
В насосной и измерительной отраслях вместо psi обычно используется «напор». Это связано с тем, что для данного насоса напор остается постоянным даже при перекачивании различных жидкостей, в то время как давление изменяется.
Во избежание путаницы: Голова против давления
Иногда головной мозг путают с давлением просто потому, что эти два параметра тесно связаны; однако между ними существует принципиальная разница.
Напор не зависит от типа жидкости; другими словами, насос поднимет жидкость на одинаковую высоту независимо от её удельной плотности. Следовательно, напор остаётся неизменным, независимо от того, является ли жидкость водой или более тяжёлым веществом, таким как осадок.
Давление, с другой стороны, зависит от жидкости и подвержено влиянию гравитации. Следовательно, один и тот же напор будет создавать различное давление в зависимости от удельной плотности жидкости.
Давление в нижней части столба жидкости определяется исключительно плотностью жидкости, ускорением свободного падения и высотой столба; оно не зависит от формы сосуда.
P = ρ × g × H
Для выражения давления в барах: P (бар) = ρ × g × H × 10⁻⁵
В имперских единицах измерения пересчет для чистой воды при комнатной температуре выглядит следующим образом:
psi = высота головы в футах × 0.433 × SG
SG — это удельная плотность жидкости (плотность жидкости ÷ плотность воды); для чистой воды SG = 1.
100 футов × 0.433 × 1 = 43.3 psi
Плотность дизельного топлива составляет приблизительно 0.85 г/см³, поэтому удельная плотность (SG) = 0.85.
100 футов × 0.433 × 0.85 = 36.8 psi
На той же высоте в 100 футов давление, оказываемое дизельным топливом, ниже, чем давление воды. Это объясняется тем, что давление столба жидкости прямо пропорционально его плотности.
Расчет высоты столба жидкости (напора) по давлению:
H = P ÷ (ρ × g)
Здесь ρ × g обозначает удельный вес жидкости.
В имперских единицах измерения пересчет для чистой воды при температуре окружающей среды выглядит следующим образом:
Высота потолка в футах = psi × 2.31 ÷ SG
60 psi × 2.31 ÷ 1 = 138.6 футов
1 psi = 6894.757 Па. Подставляя это значение в формулу H = P ÷ (ρ × g) и используя плотность воды 1000 кг/м³ (при 4°C):
H = 6894.757 ÷ (1000 × 9.80665) = 0.7031 м = 2.307 фута ≈ 2.31 фута
И наоборот, 1 фут водяного столба равен 0.433 фунта на квадратный дюйм.
Плотность воды уменьшается с повышением температуры, достигая максимума при 4°C. Следовательно, при том же давлении в 1 psi горячая вода может поддерживать более высокий столб воды:
| Температура воды | Плотность воды (кг/м³) | 1 psi эквивалентен | 1 фут водяного столба эквивалентен |
| 4 ℃ | 1000 | 2.307 фута (0.703 м) | 0.4335 PSI |
| 20 ℃ | 998.3 | 2.311 фута (0.704 м) | 0.4328 PSI |
| 60 ℃ | 983 | 2.347 фута (0.715 м) | 0.4262 PSI |
| 80 ℃ | 972 | 2.373 фута (0.723 м) | 0.4214 PSI |
| 100 ℃ | 958 | 2.408 фута (0.734 м) | 0.4153 PSI |
Обычно используемые значения 2.31 и 0.433 относятся к чистой воде при температуре окружающей среды. Если расчеты основаны на плотности при температуре окружающей среды, когда температура воды повышается до 80 °C, погрешность определения уровня жидкости составляет приблизительно 2.7%. Значение 2.31 можно использовать напрямую, когда колебания температуры минимальны; однако, если требуется высокая точность, расчеты следует основывать на плотности при фактической температуре.
Основа расчета: плотность воды 1000 кг/м³, ускорение свободного падения 9.80665 м/с²; 1 psi = 6894.757 Па, 1 фут = 0.3048 м.
Таблица 1: Перевод фунтов на квадратный дюйм (psi) в футы напора и метры водяного столба (1–100 psi)
| фунтов на квадратный дюйм | фут H₂O | м H₂O |
| 1 | 2.31 | 0.703 |
| 2 | 4.61 | 1.406 |
| 3 | 6.92 | 2.109 |
| 4 | 9.23 | 2.812 |
| 5 | 11.53 | 3.515 |
| 6 | 13.84 | 4.218 |
| 7 | 16.15 | 4.921 |
| 8 | 18.45 | 5.625 |
| 9 | 20.76 | 6.328 |
| 10 | 23.07 | 7.031 |
| 11 | 25.37 | 7.734 |
| 12 | 27.68 | 8.437 |
| 13 | 29.99 | 9.14 |
| 14 | 32.29 | 9.843 |
| 15 | 34.6 | 10.546 |
| 16 | 36.91 | 11.249 |
| 17 | 39.21 | 11.952 |
| 18 | 41.52 | 12.655 |
| 19 | 43.83 | 13.358 |
| 20 | 46.13 | 14.061 |
| 25 | 57.67 | 17.577 |
| 30 | 69.2 | 21.092 |
| 35 | 80.73 | 24.607 |
| 40 | 92.27 | 28.123 |
| 45 | 103.8 | 31.638 |
| 50 | 115.33 | 35.153 |
| 55 | 126.87 | 38.669 |
| 60 | 138.4 | 42.184 |
| 65 | 149.93 | 45.7 |
| 70 | 161.47 | 49.215 |
| 75 | 173 | 52.73 |
| 80 | 184.53 | 56.246 |
| 85 | 196.07 | 59.761 |
| 90 | 207.6 | 63.276 |
| 95 | 219.13 | 66.792 |
| 100 | 230.67 | 70.307 |
Таблица 2: Перевод напорных футов в фунты на квадратный дюйм и бары (1–300 футов)
| фут H₂O | фунтов на квадратный дюйм | бар |
| 1 | 0.434 | 0.0299 |
| 2 | 0.867 | 0.0598 |
| 3 | 1.301 | 0.0897 |
| 4 | 1.734 | 0.1196 |
| 5 | 2.168 | 0.1495 |
| 6 | 2.601 | 0.1793 |
| 7 | 3.035 | 0.2092 |
| 8 | 3.468 | 0.2391 |
| 9 | 3.902 | 0.269 |
| 10 | 4.335 | 0.2989 |
| 15 | 6.503 | 0.4484 |
| 20 | 8.671 | 0.5978 |
| 25 | 10.838 | 0.7473 |
| 30 | 13.006 | 0.8967 |
| 35 | 15.173 | 1.0462 |
| 40 | 17.341 | 1.1956 |
| 45 | 19.509 | 1.3451 |
| 50 | 21.676 | 1.4945 |
| 55 | 23.844 | 1.644 |
| 60 | 26.012 | 1.7934 |
| 65 | 28.179 | 1.9429 |
| 70 | 30.347 | 2.0923 |
| 75 | 32.515 | 2.2418 |
| 80 | 34.682 | 2.3913 |
| 85 | 36.85 | 2.5407 |
| 90 | 39.017 | 2.6902 |
| 95 | 41.185 | 2.8396 |
| 100 | 43.353 | 2.9891 |
| 110 | 47.688 | 3.288 |
| 120 | 52.023 | 3.5869 |
| 130 | 56.359 | 3.8858 |
| 140 | 60.694 | 4.1847 |
| 150 | 65.029 | 4.4836 |
| 160 | 69.364 | 4.7825 |
| 170 | 73.7 | 5.0814 |
| 180 | 78.035 | 5.3803 |
| 190 | 82.37 | 5.6792 |
| 200 | 86.706 | 5.9781 |
| 210 | 91.041 | 6.277 |
| 220 | 95.376 | 6.5759 |
| 230 | 99.711 | 6.8749 |
| 240 | 104.047 | 7.1738 |
| 250 | 108.382 | 7.4727 |
| 260 | 112.717 | 7.7716 |
| 270 | 117.052 | 8.0705 |
| 280 | 121.388 | 8.3694 |
| 290 | 125.723 | 8.6683 |
| 300 | 130.058 | 8.9672 |
Таблица пересчета в формате PDF, доступная для скачивания:
Наиболее распространенные приблизительные преобразования единиц измерения (метрическая система)
| Эквиваленты пересчета | Приблизительные значения | Точное значение |
| 1 МПа эквивалентен высоте водяного столба, равной… | Прибл. 100 м | 101.97 м |
| 1 кгс/см² (1 кг) | Примерно 0.1 МПа, примерно 10 м водяного столба | 0.0981 МПа |
| Высота водяного столба, поддерживаемого 1 стандартной атмосферой. | Прибл. 10 м | 10.33 м |
| 1 МПа | Примерно 145 фунтов на квадратный дюйм. | 145.04 PSI |
| 1 PSI | прибл. 6.9 кПа | 6.8948 кПа |
| 1 мм H₂O | Приблизительно 9.8 Па | 9.8067 Па |
Значения «1 МПа ≈ 100 м» и «1 кг ≈ 0.1 МПа» являются инженерными приближениями с погрешностью приблизительно 2%, подходящими для приблизительных оценок; точные значения следует использовать при создании таблиц пересчета или в калькуляторах.
Формула для давления жидкости: P = ρ × g × H; для определения высоты столба жидкости относительно давления используется формула H = P ÷ (ρ × g). Здесь ρ обозначает плотность измеряемой жидкости; в расчетах необходимо использовать удельную плотность рассматриваемой жидкости.
Плотность обычных жидкостей (при 20°C)
| жидкость | Плотность (г / см³) |
| Вода - Water | 0.9983 |
| морская вода | 1.025 (общепринятое значение для инженерных расчетов) |
| Дизель | 0.85 |
| бензин | 0.76 ~ 0.78 |
| Молоко | 1.03 |
| Соляная кислота (37%) | 1.19 |
| Серная кислота (98%) | 1.84 |
| Чистый этиленгликоль | 1.1135 |
Плотность морской воды зависит от солености и не имеет фиксированного значения; обычно используется стандартное значение 1.025 × 10³ кг/м³. Она постепенно увеличивается от поверхности к большим глубинам.
Водный раствор этиленгликоля: концентрация, плотность и температура замерзания (при 20°C)
| Содержание этиленгликоля (об.%) | Плотность (г / см³) | Температура замерзания (°С) |
| 34.2 | 1.048 | -18 |
| 40.4 | 1.056 | -24 |
| 45.6 | 1.063 | -30 |
| 50 | 1.0671 | -35 |
| 51 | 1.07 | -38 |
Температура замерзания водного раствора этиленгликоля достигает своего минимума (приблизительно −48°C) при объемной концентрации около 56%; при концентрации выше приблизительно 59% температура замерзания фактически повышается. Температура замерзания чистого этиленгликоля составляет −13°C.
Водный раствор пропиленгликоля: изменение плотности в зависимости от концентрации и температуры (кг/м³)
| Температура | 30% | 40% | 50% | 60% |
| 0 ℃ | 1036.24 | 1045.12 | 1052.71 | 1059 |
| 20 ℃ | 1028.35 | 1036.24 | 1042.87 | 1048.25 |
| 40 ℃ | 1018.42 | 1025.3 | 1030.98 | 1035.47 |
| 60 ℃ | 1006.44 | 1012.3 | 1017.04 | 1020.66 |
| 80 ℃ | 992.42 | 997.25 | 1001.05 | 1003.81 |
Концентрация — это концентрация по объему.
Меры предосторожности при работе с системами на основе этиленгликоля
В системах, использующих раствор этиленгликоля в качестве теплоносителя, необходимо строго контролировать концентрацию и вязкость раствора, чтобы предотвратить изменения точки замерзания и увеличение мощности, необходимой для циркуляции.
Температурная коррекция
Система водоснабжения с регулируемой частотой и постоянным давлением состоит из датчика давления, частотно-регулируемого привода (ЧРП), программируемого логического контроллера (ПЛК), схем управления, водяных насосов и напорного бака.
Датчик давления устанавливается перед обратным клапаном. Такое расположение обеспечивает стабильное давление с минимальной турбулентностью и вибрацией, что позволяет точно контролировать давление насоса. Датчик выдает сигнал 4–20 мА , который подключается к входному клеммному разъему частотного преобразователя.
В контроллер поступают сигналы заданного давления и обратной связи; после обработки ПИД-регулятором сигнал управления скоростью отправляется на частотно-регулируемый привод для регулирования скорости насоса и поддержания постоянного давления. Насос автоматически останавливается, когда давление достигает верхнего предела, и автоматически запускается, когда оно падает до нижнего предела.
Датчик уровня жидкости, установленный в резервуаре для воды или сборном колодце, автоматически запускает и останавливает насосы в зависимости от уровня воды. Насосы отключаются последовательно в соответствии с заданными уровнями по мере снижения уровня воды; чтобы предотвратить частые циклы запуска-остановки одного и того же насоса, насосы работают в последовательности вращения (первым вошел, первым вышел).
Компания Sino-Inst — профессиональный производитель датчиков уровня и давления жидкости. Наши погружные датчики уровня обеспечивают диапазоны измерения от 0–1 м до 0–200 м (водяной столб), что делает их подходящими для таких применений, как бассейны, резервуары и глубокие скважины ; мы даже можем изготовить на заказ специализированные датчики для глубоких скважин глубиной до 2,000 м. Кроме того, наши датчики давления идеально подходят для контроля давления на выходе насоса и для использования в системах водоснабжения с регулируемой частотой и постоянным давлением. Они поддерживают выходные сигналы 4–20 мА или RS485, с полностью настраиваемыми диапазонами измерения и материалами.
Если вам требуется измерение уровня жидкости или контроль давления насоса, предоставьте нам подробную информацию о высоте резервуара или глубине скважины, рабочей среде и рабочей температуре, и наши инженеры по продажам порекомендуют наиболее подходящую модель для ваших нужд.
Чжан Вэй обладает 20-летним опытом работы инженером по автоматизированному контрольно-измерительному оборудованию, специализируясь на исследованиях, проектировании, установке, вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании автоматизированных приборов.
Обладает опытом работы с различными протоколами связи приборов (такими как Modbus, Profibus и др.), имеет солидный опыт проектирования аппаратных схем и программирования программного обеспечения (владеет языком C и программированием ПЛК). Имеет обширный опыт работы над проектами; проекты, в которых он руководил и в которых принимал участие, достигли выдающихся результатов, повысив точность продукции, снизив затраты и увеличив эффективность производства.
Обладает превосходными коммуникативными и координационными навыками, а также сильным командным духом, что позволяет ему оперативно реагировать на потребности клиентов и предоставлять высококачественные решения в области автоматизации и контрольно-измерительной аппаратуры.
