Förluster och verkningsgrad i centrifugalpumpar

Förluster i pumpar består av hydrauliska och mekaniska förluster. Verkningsgraden är ett mått på förlusterna i förhållande till en idealisk, förlustfri pump. Verkningsgraden kan aldrig vara bättre än 100% eller 1.

En schematisk bild av effektflödet genom en pump visas i figur 3.6.

 

Den tillförda axeleffekten P definieras som produkten av vridande moment och vinkelhastighet vid pumpens axelkoppling. En del av axeleffekten åtgår till att övervinna friktionsmotstånd i lager och tätningar. Denna effektförlust påverkar överhuvudtaget ej det pumpade mediet utan övergår i värme, som tillföres omgivningen. Tillhörande verkningsgrad kallas mekanisk verkningsgrad och betecknas ηm.

Den inre effekten (Pi) är således den axeleffekt, som återstår av den tillförda efter det att de mekaniska förlusterna övervunnits. Den inre effekten tillföres den pumpade vätskan och medför en tillståndsförändring hos denna. Den inre effekten är kopplad till det tidigare omnämnda tekniska arbetet enligt sambandet

 

 

 

 

 

 

där m betecknar massflödet genom pumpen.

En del av den tillförda inre effekten omvandlas inuti pumpen till en icke önskvärd ökning av det pumpade mediets inre energi. Denna effektförlust, som yttrar sig som en temperaturhöjning hos vätskan, uppdelas traditionellt i tre delar. Den första delen utgöres av s k hjulfriktionsförluster dvs sådana förluster, som uppstår genom friktionsverkan mellan pumphjulets yttersidor och omgivande medium. Tillhörande verkningsgrad kallas hjulfriktions- verkningsgrad och betecknas ηhj.

Den andra delen utgöres av strömningsförluster i pumphus och skovelkanaler. Storleken av dessa förluster (skovelförlusterna) är ett uttryck för hur väl pumpens hydrauliska strömningsvägar är utformade. Tillhörande verkningsgrad kallas hydraulisk verkningsgrad eller skovelverkningsgrad och betecknas ηh.

Den tredje delen orsakas av ett icke försumbart inre läckage. Medium, som redan passerat pumphjulet, läcker tillbaka och tillföres ytterligare skovelarbete. Dessa förluster brukar karakteriseras med den inre volymetriska verkningsgraden ηv.

I den händelse yttre läckage förekommer bildas analogt en yttre volymetrisk verkningsgrad.

Av effektflödet återstår nu den nyttiga effekten

där volymströmmen genom pumpen, Q införts i sista ledet. För pumpens totalverkningsgrad gäller således.

där:

ρ = densitet (kg/m³)

Q = volymflöde (m³/s)

g = jordaccelerationen 9,806 (m/s²)

H = uppfordringshöjd (m)

P = axeleffekt (W)

eller uttrycket med hjälp av delverkningsgrader enligt tidigare resonemang.