Подбор насосов

Работа насоса на сеть. Насос подбирают путем анализа усло­вий его работы. Характеристика подбираемого насоса должна соответствовать характеристике трубопровода, в который подает­ся жидкость. Случаи неудачных решений будут тогда, когда насос не сможет обеспечить необходимую подачу, поэтому и расчет трубопровода, и выбор центробежного насоса проводят при учете их совместной работы.

Характеристика трубопровода — это кривая, выражающая за­висимость потерь напора в трубопроводе от расхода жидкости.

Чтобы создать в конечном сечении трубопровода потребный нaпop, насос должен преодолеть гидравлические сопротивления трубопровода и сумму высот всасывания и нагнетания, т. е. полную (геодезическую) высоту подъема жидкости

где Hг — сумма высот всасывания и нагнетания; hs— суммарные потери напора в трубопроводе.

Суммарные потери напора в трубопроводе

где А — удельное сопротивление трубопровода; l — длина трубопровода; Q — рас­ход: S — сопротивление трубопровода.

На основе последнего уравнения можно построить характеристику трубопровода, которая представляет собой параболу. Если характеристику трубопровода нанести на один график с рабочей характеристикой насоса Н— Q, то точка их пересечения определит напор и подачу данного насоса при работе с данным трубопроводом. Эта точка и является рабочей точкой насоса. Рабочая точка насоса определяет единственно возможный режим совместной работы насоса с данным трубопроводом, т. е. рабочие параметры насоса: подачу Q, напор Н, мощность N, коэффициент полезного действия и допустимый кавитационный запас Dh.

Регулирование подачи. Для изменения напора и подачи насоса применяют регулирование его работы. Существует несколько схем регулирования.

1. Регулирование дросселированием. Подачу центробежного насоса регулируют с помощью задвижки или вентиля, установ­ленных на нагнетательном трубопроводе. При этом соответст­венно уменьшается или увеличивается количество подаваемой жидкости Q и изменяется напор Н. Однако такой метод неэко­номичен, так как часть энергии двигателя затрачивается на со­здание излишнего напора, расходуемого на преодоление сопро­тивлений в задвижке или вентиле.

2. Регулирование изменением частоты вращения. Этот метод более экономичен по расходу энергии. Такое регулирование осу­ществляется при использовании электродвигателей постоянного тока, двигателей внутреннего сгорания или паровых турбин.

3. Регулирование поворотными направляющими лопатками. Такой метод применяют в насосах большой подачи. Поворотные направляющие лопатки позволяют изменять абсолютную ско­рость перекачиваемой жидкости и оказывают влияние на изме­нение подачи и напора насоса.

Параллельная работа насосов. Подачу воды несколькими на­сосами в один или несколько параллельно соединенных трубопроводов называют параллельной работой насосов. Необходимость параллельной работы насосов вызывается тем, что по графикам водопотребления требуется подавать в разные периоды года и суток расходы воды, значительно отличающиеся друг от друга. В этих случаях подачу воды насосной станцией регулиру­ют ступенчато (или дискретно) изменением числа параллельно работающих насосов.

Рассмотрим вначале наиболее простой случай параллельной работы двух насосов, имеющих идентичные характеристики, на один трубопровод. Поскольку длина соединительных линий не­велика и их гидравлическими сопротивлениями можно прене­бречь, потери напора в этих линиях учитывать не будем. Тогда можно принять напоры, развиваемые обоими насосами, равны­ми между собой и равными напору в точке соединения напор­ных линий, т. е. Н₁= H₂ = Н, а расход воды в трубопроводе — равным сумме равных подач насосов, т. е.

Qтp = Q₁ + Q₂ + 2Q.

Для получения суммарной характеристики работающих насосов подачу одного из них надо увеличивать вдвое.

Таким же образом графически можно получить суммарную характеристику и большего числа параллельно работающих на один трубопровод насосов, имеющих идентичные характеристи­ки. Расход воды в трубопроводе будет равен подаче одного из насосов, умноженной на их число.

Воду параллельно работающими насосами можно подавать и в несколько параллельно соединенных напорных трубопроводов различных диаметров. Суммарная характеристика параллельно ра­ботающих насосов и трубопроводов приведена на рис. а.

Рис. Построение суммарной характеристики:

a — при параллельной работе насосов;

б— при последовательной работе насосов

В этом случае наиболее удобно вначале построить две суммарные характеристики параллельно работающих насосов с одинаковыми характеристиками, а затем — суммарную характеристику насосов.

Чтобы построить суммарную характеристику двух параллельно работающих трубопроводов, вначале строят отдельно характерис­тики каждого трубопровода, причем значение Нг принимают общим для обеих характеристик. Поскольку потери напора и соответственно напоры в двух параллельно работающих трубо­проводах равны, суммарную характеристику их получают, скла­дывая расходы воды для одинаковых значений Н. Можно, не выполняя графических построений, вначале определить эквивалентное гидравлическое сопротивление Sэкв двух параллельно работающих трубопроводов. Потери напора в обоих трубопрово­дах h = Sэкв *Q²сум = S₁ *Q₁² = S₂ *Q₂² (S₁ и S₂ — гидравлические сопро­тивления первого и второго параллельно работающих трубопро­водов). С учетом того что Qсум = Q₁ + Q₂

Тогда Hтр = Hr + Sэкв *Q²сум

По этому выраже­нию и строят суммарную характеристику трубопроводов.

Последовательная работа насосов. Последовательной называ­ют такую работу насосов, при которой вода от первого (по направлению движения) насоса поступает по напорному трубо­проводу во всасывающий патрубок второго. Последовательное соединение насосов используют для увеличения напора воды в системе водоподачи .

Обычно в пределах одной насосной станции последовательно соединяют не более двух насосов. Рассмотрим их работу. Условия работы: равенство подач последовательно работающих насо­сов Q₁ = Q₂ = Q и равенство общего напора, развиваемого двумя насосами, сумме их напоров за вычетом потерь напора в соединительной линии между ними Н = Н₁ + H₂ — h_тр. В преде­лах одной насосной станции соединительную линию (напорная линия первого насоса) обычно выполняют короткой, поэтому потерями напора в ней можно пренебречь. Тогда Нсум=H1 + H2. Суммарную характеристику двух последовательно рабо­тающих насосов с одинаковыми характеристиками строят, удваи­вая для одинаковых значений подач напор одного из насосов.

Построение суммарной характеристики двух последовательно ра­ботающих насосов с одинаковыми характеристиками, а также двух характеристик трубопроводов с одинаковым гидравлическим сопро­тивлением, но с разными значениями Нтр приведены на рис. . Характеристике Нтр1 — Q соответствует геодезическая высота подъ­ема воды Hr₁. При подаче Q =0 значение Hr₁ будет больше напора одного насоса, т. е. воду в трубопровод с такой характеристикой одним насосом подать невозможно. Вода поступит в этот трубопро­вод при последовательном соединении двух насосов с одинаковыми характеристиками. Характеристике Hтр₂ — Q соответствует геодези­ческая высота подъема воды Hr₂. При Q =0 значение Hr₁ будет меньше напора одного насоса, т. е. в трубопровод с такой характеристикой можно подать воду и одним насосом. Подсоединять к нему другой насос нет необходимости.

Подбор насоса. Насос подбирают по необходимой подаче Q и полному напору насосной установки Н. При этом пользуются соответствующими каталогами. Необходимое условие при подбо­ре насоса — обеспечение наибольшего КПД.

Проще всего подбирать насос по сводным таблицам или гра­фикам. На графиках в координатах Q и Н нанесены клетки (поля), ограничивающие область наивыгоднейшего (по КПД) применения того или иного насоса. Поэтому пересечение коор­динат, соответствующих искомым значениям Q и Н, в любой части клетки будет означать приемлемость значениям для потре­бителя обозначенного на ней насоса. После этого выписывают все сведения, которые необходимы как для эффективной работы, так и для грамотной установки насоса (КПД, мощность, частота вращения, высота всасывания, размеры и др.).

Подбор двигателя. Для подбора двигателя необходимо знать вид энергии и тип передачи, принятые в насосной установке, исполнение насоса, мощность двигателя, частоту вращения вала насоса и некоторые другие специфичные данные, уточняемые со специалистами-энергетиками.

При непосредственном соединении электродвигателя с насо­сом частоты вращения валов должны быть соответственно оди­наковыми.

Мощность двигателя

При использовании ременной передачи исполнение двигателя и насоса и частоты вращения валов могут быть различными.

Для насосных установок с мощностью двигателей до 150...200 кВт целесообразнее применять асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, которые характеризуются высокой надежностью работы и простотой обслуживания при непосредст­венном соединении с насосом.

При наличии указанных данных двигатели подбирают также по соответствующим каталогам или справочным материалам, от­куда выписывают установочные размеры и другие необходимые сведения.

Выпускаемые в нашей стране промышленностью центробеж­ные и осевые насосы бывают различных конструкций и приме­няются для различных целей. Рассмотрим горизонтальные цент­робежные насосы для перекачивания воды и чистых жидкостей.