Расчёт мощности насоса по расходу и напору: гидравлическая, на валу, из сети и ток

Мощность насоса: как считать

Полезная (гидравлическая) мощность насоса — это энергия, передаваемая воде в секунду: P = ρ·g·Q·H, где ρ — плотность (около 1 000 кг/м³), Q — расход в м³/с, H — напор в метрах. Для 0,5 л/с и 33,9 м это 166 Вт. Насос переводит в эту работу лишь часть мощности на валу — КПД бытовых центробежных насосов 40–65 %, скважинных 3–4″ 50–60 %, крупных промышленных до 80–85 %; двигатель, в свою очередь, теряет 10–25 %. Поэтому мощность на валу — 277 Вт при КПД 60 %, а из сети насос возьмёт 325 Вт при КПД двигателя 85 %, что при 230 В и cos φ 0,85 даёт ток 1,7 А.

Из этой цепочки следуют два практических вывода. Первый: паспортная мощность «P2» (на валу) и «P1» (из сети) — разные числа, и автомат с кабелем выбирают по P1 и пусковому току (в 3–7 раз выше номинала у асинхронного двигателя). Второй: удельный расход энергии на кубометр — 0,18 кВт·ч/м³ для напора 33,9 м — почти не зависит от расхода и растёт линейно с напором, так что каждые лишние 10 м напора (например, из-за тесной трубы или лишней арматуры) — это плюс 4–5 % к счёту за электричество на воду.

Скважинный насос примера серии при 0,5 л/с и 64 м требует уже 712 Вт из сети (КПД насоса 55 %, двигателя 80 %); паспортные модели такого класса — 0,75–1,1 кВт. Калькулятор считает гидравлическую мощность, мощность на валу и из сети при заданных КПД, ток для однофазного и трёхфазного двигателя и энергию на кубометр; таблица показывает мощность для типовых пар «расход — напор» от садового насоса до насосной станции.

Потери напора на трение по длине трубопровода пропорциональны длине участка, квадрату средней скорости потока и обратно пропорциональны диаметру: h = λ·(L/d)·v²/2g, где безразмерный коэффициент λ зависит от режима течения и относительной шероховатости стенки.— Формула Дарси — Вейсбаха (Анри Дарси, 1857; Юлиус Вейсбах, 1845)

Как считать и что проверить

• Три мощности: гидравлическая ρgQH (166 Вт), на валу /η насоса (277 Вт), из сети /η двигателя (325 Вт); автомат и кабель — по последней.
• КПД бытовых насосов 40–65 %, скважинных 50–60 %, промышленных до 85 %; при неизвестном КПД берите 0,55–0,6.
• Пусковой ток асинхронного двигателя в 3–7 раз выше номинального (1,7 А в примере) — учитывайте при выборе ИБП или генератора.
• Энергия на кубометр растёт с напором: 0,18 кВт·ч/м³ при 33,9 м; лишние 10 м напора — плюс 4–5 % к расходу электричества.

Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном гидравлическом калькуляторе; перевод бар, атмосфер и метров водяного столба — в конвертере давления, самотёчные трубы — в расчёте диаметра трубы ливневой канализации, резервное питание насоса — в калькуляторе ИБП.