Наш телефон:
+7 (343) 200-53-32
Факс: +7 (343) 278-90-59
E-mail: els@els-ekb.ru

Каталог оборудования



О том, почему насосы не могут всасывать жидкость с глубины более 9 метров

О том, почему насосы не могут всасывать жидкость с глубины более 9 метров

Для начала немного истории:

В 1640 г. в Италии герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца. Для подачи воды из озера был построен трубопровод и насос большой длины, каких до этого еще не строили. Но оказалось, что система не работает — вода в ней поднималась только до 10,3 м над уровнем водоёма.

Никто не мог объяснить, в чём тут дело, пока ученик Галилея — Э. Торичелли не высказал мысль, что вода в системе поднимается под действием тяжести атмосферы, которая давит на поверхность озера. Столб воды высотой в 10,3 м в точности уравновешивает это давление, и поэтому выше вода не поднимается. Торичелли взял стеклянную трубку с одним запаянным концом и другим открытым и заполнил ее ртутью. Потом он зажал отверстие пальцем и, перевернув трубку, опустил ее открытым концом в сосуд, наполненный ртутью. Ртуть не вылилась из трубки, а только немного опустилась.


О том, почему насосы не могут всасывать жидкость с глубины более 9 метров

Столб ртути в трубке установился на высоте 760 мм над поверхностью ртути в сосуде. Вес столба ртути сечением в 1 см² равен 1,033 кг, т. е. в точности равен весу столба воды такого же сечения высотой 10,3 м. Именно с такой силой атмосфера давит на каждый квадратный сантиметр любой поверхности, в том числе и на поверхность нашего тела.


О том, почему насосы не могут всасывать жидкость с глубины более 9 метров

Точно также, если в опыте с ртутью вместо неё в трубку налить воды, то столб воды будет высотой 10,3 метра. Именно поэтому и не делают водяных барометров, т. к. они были бы слишком громоздкими.

Давление столба жидкости (Р) равно произведению ускорения свободного падения (g), плотности жидкости (ρ) и высоты столба жидкости (h):
P = ρ * g * h
Атмосферное давление на уровне моря (Р) принять считать равным 1 кг/см² (100 кПа) (на самом деле давление равно 1,033 кг/см²), плотность воды при температуре 20°С равна 1000 кг/м³, ускорение свободного падения — 9,8 м/с².

Из этой формулы видно, что чем меньше атмосферное давление (P), тем на меньшую высоту может подняться жидкость (т.е. чем выше над уровнем моря, например в горах, тем с меньшей глубины может всасывать насос).

Также из этой формулы видно, что чем меньше плотность жидкости, тем с большей глубины можно её выкачивать, и наоборот, при большей плотности глубина всасывания уменьшится.

Например, ту же ртуть, при идеальных условиях, можно поднять с высоты не более 760 мм.

Почему же в расчётах получился столб жидкости высотой 10,3 м, а насосы всасывают только с 9 метров?

Ответ достаточно простой:

  • во-первых, расчёт выполнен при идеальных условиях,
  • во-вторых, любая теория не даёт абсолютно точных значений, т.к. формулы эмпирические,
  • и в-третьих, всегда существуют потери: во всасывающей линии, в насосе, в соединениях.

Т.е. невозможно в обычных водяных насосах создать разряжение, достаточное для того, чтобы вода поднялась выше.

Итак, какие выводы из всего этого можно сделать:

  1. Насос не всасывает жидкость, а лишь создает разряжение на своём входе (т.е. уменьшает атмосферное давление во всасывающей магистрали). Вода выдавливается в насос атмосферным давлением.
  2. Чем больше плотность жидкости (например, при большом содержании в ней песка), тем меньше высота всасывания.
  3. Рассчитать высоту всасывания (h) можно, зная, какое разряжение создаёт насос и плотность жидкости по формуле:
    h = P / (ρ * g) − x,
    где P — атмосферное давление, ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, x — величина потерь (м).
    Примечание: формула может использоваться для расчета высоты всасывания при нормальных условиях и температуре до +30°С.

Также хочется добавить, что высота всасывания (в общем случае) зависит от вязкости жидкости, длины и диаметра трубопровода и температуры жидкости.

Например, при увеличении температуры жидкости до +60°С, высота всасывания уменьшается почти в два раза.

Это происходит потому, что возрастает давление насыщенных паров в жидкости. В любой жидкости всегда присутствуют пузырьки воздуха. Думаю, все видели, как при закипании сначала появляются маленькие пузырьки, которые затем увеличиваются, и происходит кипение. Т.е. при кипении, давление в пузырьках воздуха становится больше, чем атмосферное.

Давление насыщенных паров и есть давление в пузырьках. Увеличение давления насыщенных паров приводит к тому, что жидкость закипает при более низком давлении. А насос, как раз и создает в магистрали пониженное атмосферное давление. Т.е. при всасывании жидкости при высокой температуре, существует возможность её закипания в трубопроводе. А никакие насосы не могут всасывать кипящую жидкость.