8. Изменение характеристик q-н насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса.

В производственных условиях часто возникает необходимость пересчета паспортных характеристик, установленных при частоте вращения n , для перехода на другую частоту вращения рабочего колеса n1 при D2 = const (например по условиям комплектования с электродвигателем). Т.к. диаметр рабочего колеса по наружному обводу остается постоянным, отношение D2/ D2¹ =1. Тогда из закона подобия Ц.Н имеем:

Q/ Q1 = n/ n1 (1)

Н/Н1 = (n/ n1)² (2)

N/ N1 = (n/ n1)³ (3)

Полученные выражения называются законом пропорциональности. Высота всасывания насоса при работе его с частотой вращения n1 определяется по уравнению:

Нв1 = 10 - 10 – Нв/ (n/ n1)² , где Нв и Нв1 – допустимая вакуумметрическая высота всасывания при частотах вращения n и n1.

Установленный закон пропорциональности позволяет по одной опытной характеристике Q-H построить ряд характеристик насоса в широком диапазоне изменения частоты вращения.

Исключая из уравнений 1 и 2 частоту вращения получим: Н1 = Q1² / Q² = const Q1², т.е. уравнение параболы с вершиной в начале координат, проходящей через точку А с координатами Qа и На. Парабола 0АiА2А1А представляет собой геометрическое место точек, определяющих режимы работы насоса, подобных режиму в точке А, и называется параболой подобных режимов.

Очевидно, что пересчет координат точки А по закону пропорциональности для любой другой частоты вращения приведет к точкам на параболах подобных режимов. Следовательно, пересчет всякой другой точки В, С, … характеристики Q-H при частоте вращения n на частоту вращения n1, n2, … , ni даст точки В1, В2, … ,Вi; С1,С2, … , Сi и т.д. , которые расположатся соответственно на параболах 0Вi … В; 0Сi … С. Соединяя точки А1, В1,С1, … плавной кривой, получаем характеристику Q-H1 насоса для частоты вращения n1. Повторяя подобные операции для точек А2, В2, С2, … , Аi, Вi, Сi получи соответственно характеристики Q-H2, … , Q-Hi.

Параболы подобных режимов являются линиями постоянного КПД. В действительности насос не сохраняет постоянства КПД, т.к. с увеличением n возрастают скорости потока и пропорционально квадратам скоростей гидравлические потери в проточной части насоса. С другой стороны, механические потери сказываются сильнее при малых значениях n, т.е. когда мощность насоса мала. Оптимального значения КПД достигает при расчетном значении n0. При других n, меньших или больших n0, КПД будет уменьшаться по мере увеличения отклонения n от n0.

Универсальная характеристика позволяет наиболее полно исследовать работу насоса при переменных частоте вращения, КПД и мощности насоса для любой режимной точки..

Необходимо отметить, что режим работы насоса с пониженной частотой вращения допускается, но повышение вращения больше чем на 10–15% должно быть согласовано с заводом – изготовителем.

9. Принципы проектирования водопроводных станций. Исходные данные для расчета. Выбор оборудования. Компоновка оборудования.

Прежде всего по роду обслуживаемых объектов принято различать:

-Н.с. подающие воду на хозяйственно-питьевые нужды (в частности, н. с городских водопроводов)

-н.с подающие воду для нужд производства ( промпредприятия, тепловые и атомные электростаниции, предприятия железнодорожного транспорта и т.п.).

Следует отметить, что в ряде случаев возможно совмещение функций; так на станциях подающих воду для нужд производства, могут быть установлены и насосы подающие и хоз-питьевую воду.

Кроме того, в зависимости от класса надежности действия устанавливается гарантийная степень бесперебойности работы н.с , что в первую очередь определяет необходимость резерва ее оборудования. Питание приводных электродвигателей н. с первого класса надежности необходимо осуществлять от двух независимых источников электроэнергии. Возможным решением является также и такое, при котором для ряда рабочих насосов дополнительно к электродвигателям устанавливают паровые турбибины или двигатели внутреннего сгорания, автоматически включающиеся в работу в момент прекращения подачи электрического тока.

Для обеспечения бесперебойной подачи воды помимо установки резервных агрегатов зачастую оказывается необходимым дублирование водозаборных сооружений и водоводов н. с , а так же устройство переключающих коллекторов, усложняющих коммуникации станции. Так же , следует отметить, что выбор типа и конструкции здания водопроводной н.с и решения схемы ее коммуникаций должны производиться с учетом необходимости обеспечения:

-наиболее эффективной работы энергетического оборудования;

-надежности и удобства эксплуатации;

-наименьших потерь напора;

-надежного действия противофильтрационных устройств;

-гидроизоляции дренажей и т.д.

При составлении проектов н.с необходимо стремиться к максимальному использованию имеющихся типовых решений как всей станции в целом, так и отдельных ее узлов и сооружений.

Основные конструктивные решения зданий н.с.

Тип здания н.с служащего для размещения основного и вспомогательного оборудования, коммуникаций, всасывающих и напорных трубопроводов, а также служебных помещений, помимо назначения и производительности н.с , зависит от следующих основных факторов:

-размещения здания н.с по отношению к водозаборному сооружению (совмещено или раздельно);

-конструкции насосных агрегатов (горизонтальная или вертикальная компоновка, система привода);

-кавитационных и энергетических характеристик основных насосов (допустимая высота всасывания, условия пуска);

-режима водоисточника (колебания уровней воды, степень засоренности, наличие наносов, зимние условия);

-геологические и гидрогеологические условия в месте расположения здания н.с (основания станции, наличие подземных вод);

-климатических условий;

-технологии производства строительных работ и вида применяемых строительных материалов.

Большое влияние на выбор компоновочных решений здания в целом и отдельных ее элементов оказывает также расположение основных насосов по отношению к уровням воды в источнике или водоприемной камере.

Наземные здания характерны для н.с забирающих воды из поверхностных источников с относительно небольшими колебаниями уровня воды и оборудованных насосами с положительной высотой всасывания, что позволяет разместить их выше максимального уровня воды в источнике.

Заглубленные здания характерны для н.с, использующих поверхностные источники с колебаниями уровня воды, превышающих всасывающую способность насосов, что заставляет размещать здание ниже максимального, а иногда ниже минимального уровня воды в источнике.

Подземные здания , часто применяемые для небольших насосных станций, использующих подземные воды и оборудованных погружными насосами, чрезвычайно редко встречаются в крупных водохозяйственных системах.

Всасывающие трубопроводы.

Предназначены для надежного бесперебойного и с наименьшими потерями энергии подвода воды к насосам, являются одним из наиболее ответственных элементов н.с.

Основным требованием, предъявляемым к всасывающим трубопроводам Ц.Н с точки зрения обеспечения ими надежного и бесперебойного подвода воды, является их воздухонепроницаемость.

Все стыки деталей трубопроводов выполняются герметичными. Наиболее предпочтительными являются сварные соединения.

Во избежании попадания воздуха во всасывающий трубопровод через свободную поверхность воды в водоприемном сооружении входное отверстие трубопровода заглубляют на 0,5-1,5м ниже самого низкого уровня.

Для предотвращения образования во всасыавющем трубопроводе воздушных мешков трубопровод прокладывают с подъемом в сторону насоса (уклон не менее 0,005), чтобы воздух выделившийся из воды в зонах пониженного давления, мог свободно двигаться вместе с водой к насосу. По этой причине при переходе с одного диаметра на другой на горизонтальных участках трубопровода применяют только «косые» переходы с горизонтальной верхней образующей.

Потери энергии во всасывающем трубопроводе не только приводят к необходимости увеличения напора и мощности насоса, но и вызывают уменьшение давления на входе в насос. Диаметры всасывающих труб, фасонных частей и арматуры определяют расчетом. Для предварительного выбора можно руководствоваться допустимыми скоростями.

Для уменьшения местных потерь при входе потока во всасывающую трубу диаметр входного сечения увеличивают по сравнению с диаметром трубы. Обычно применяют Dвх = (1,25-1,5)dтр.

Число всасывающих труб на н.с1, совмещенных с водозаборным сооружение, обычно принимают равным числу установленных насосов.

Всасывающие трубопроводы проходящие в траншеях, укладывают на подготовку 5-10см из крупнозернистого песка, щебня или мелкого гравия. Наружную поверхность трубопроводов покрывают битумной гидроизоляцией и обертывают строительной бумагой или мешковиной. Затем трубопроводы засыпают грунтом. Форма и размеры труб устанавливаются заводом-изготовителем.

Напорные трубопроводы.

Транспортируют воду, находящуюся под давлением (напором), от насосов к очистным сооружениям, технологическим установкам или непосредственно к потребителю. Схема компоновки, конструктивное решение и материал напорных трубопроводов помимо их назначения, размеров и протяженности в значительной степени зависят от расположения: внутри или вне здания насосной станции.

Внутристанционные напорные трубопроводы предназначены для подачи воды от насосов к внешним напорным трубопроводам.

Обычно, в системах водоснабжения устраивают два напорных трубопровода и только в редких случаях – три и более.

На практике применяют много различных способов коллекторного переключения напорных трубопроводов внутри крыпных водопроводных н.с.

Для наземных и частично заглубленных н.с. более приемлемым оказывается решение, при котором напорный коллектор с задвижками размещается в отдельном помещении примыкающем к стене здания н.с.

Скорость движения воды в напорных внутристанционных трубопроводах принимают: 1-1,5м/с для труб диаметром до 250мм; 1,2-2 м/с – для труб диаметром от 300 до 800мм; 1,8 – 3 м/с для труб диаметром более 800мм.

Во избежании больших гидравлических потерь скорость движения в напорных трубопроводах должна быть не более 1,5м/с.

Трубопроводы внутри здания н.с обычно прокладывают из стандартных стальных труб с наваренными фланцами для соединения с фасонными частями и арматурой. Наружную поверхность труб после соответствующей подготовки окрашивают.

Расположение насосных агрегатов.

Применительно к ц.н. с горизонтальным валом, устанавливаемым в машинном здании прямоугольной формы наибольшее распространение получили следующие основные формы расположения агрегатов:

а) однорядное расположение агрегатов параллельно продольной оси станции;

б) однорядное расположение агрегатов перпендикулярно продольной оси станции;

в) однорядное расположение агрегатов под углом к продольной оси станции;

г) двухрядное расположение агрегатов;

д) двухрядное расположение агрегатов в шахматном порядке.

Шахматное расположение агрегатов при большом числе крупных агрегатов. Размещение внутри станционных трубопроводов по это схеме более компактно, кроме того, значительно сокращается площадь машинного зала.

Круглые в плане машинные здания типичны для заглубленных насосных станций. На таких станциях совмещенных с водоприемником, наиболее целесообразным оказывается кольцевое расположение агрегатов.

Проход между агрегатами принимается 1м при установке электродвигателей напряжением до 1000В и не менее 1,2м при установке электродвигателей более высокого напряжения.

В зависимости от типа н.с. компоновки оборудования и величины заглубления подземная часть здания может иметь различную конструкцию. В большинстве случаев подземная часть здания выполняется из монолитного бетона и ж/б-на, реже из сборных элементов, поскольку помимо трудности унификации отдельных элементов подземной части станции довольно сложно обеспечить водонепроницаемость сборной конструкции, имеющей большое число стыков.

Фундаменты. В наземных и частично заглубленных насосных станциях агрегаты устанавливают на отдельных фундаментах.

Глубина заложения фундамента зависит от расположения всасывающих и напорных трубопроводов и определяется вычислениями с учетом структуры грунта основания. В любом случае она должна быть не менее 50 – 70 см, а также не менее глубины заложения фундаментов соседних агрегатов.

При установке агрегата в плите особое внимание должно быть обращено на точность совпадения осей валов насоса и электродвигателя.

В заглубленных н.с шахтного типа фундаменты под насосные агрегаты могут быть конструктивно выполнены заодно с монолитной бетонной плитой, образующей основание подземной части машинного здания.

Вертикальные Ц.Н типа В устанавливают непосредственно на бетонной поверхности блока бетонной части машинного здания или массивного ж/б-го покрытия, отделяющей насосное помещение от водоприемной камеры.

Опорные конструкции. Приводные электродвигатели вертикальных Ц.Н устанавливают обычно на между этажном перекрытии, отделяющим подземную часть машинного здания станции от верхнего строения. При относительно небольшой мощности двигателей ( до 800-1000кВт) это перекрытие выполняется в виде монолитной ребристой конструкции. Главные ж/б-ые балки идут поперек насосной станции и защемляют в сиенах подземной части; второстепенные балки идут вдоль здания как неразрезные по главным балкам.

В глубоких подземных зданиях н.с шахтного тиап на валу, соединяющим насосы с двигателем, устанавливают не реже чем через 3-3,5м промежуточные радиальные подшипники, число которых определяется длиной вала. Опорами промежуточных подшипников являются ж/б-ые балки, идущие в поперечном направлении.

Верхнее строение здания Н.С. К верхним строениям зданий н.с , как и ко всем промышленным зданиям вообще, предъявляются следующие требования: технологические или функциональные, архитектурно-компазиционные, экономическое, технические.

К технологическим относятся требования:: к пространству, размеры которого должны быть достаточными, чтобы разместить технологическое, и подъемно-транспортное оборудование и обеспечить нормальное условие для его эксплуатации; к воздушной среде и световому режиму, обеспечивающие здоровые условия труда и сохранность технологического оборудования; к акустическому режиму, обеспечивающему требуемый уровень шума как для обслуживающего персонала , так и для окружающих.

Архитектурно-компазиционные решения зданий н.с. должны учитывать:градостроительные требования, если н.с. возводится в системе городской застройки; требования к архитектуре здания, предполагающее выразительное, привлекательное по внешнему облику решение каждого здания или сооружения, входящего в состав н.с. ; требования к интерьеру, который как и внешний вид здания, должен быть привлекательным, создавать по всем своим показателям среду, соответствующую условиям производительного труда.

К техническим относятся требования: к прочности и устойчивости строительных конструкций зданий, зависящих от применяемых материалов, типов конструкций и действующих на них нагрузок; к взрывной и пожарной опасности; к санитарно-техническому и инженерному оборудованию здания.

К экономическим требованиям относятся экономичность объемно-планировочных, конструктивных и архитектурно-художественных решений.

Верхнее строение, или наземная часть здания, состоит из машинного зала, помещений для электрических устройств, административных и бытовых помещений. В зависимости от подачи н.с., числа агрегатов и общей схемы компоновки сооружений весь этот комплекс помещений может располагаться в одном здании или в отдельных самостоятельных зданиях.

Машинный зал обычно имеет форму прямоугольника и может достигать большой длины.

Н.С.1. Все насосы присоединены к напорному коллектору, расположенному в подземной части здания и соединенному с помощью вертикальных стояков с двумя внешними напорными трубопроводами.

Н.С.11. Здание представляет собой одноэтажное строение с частично заглубленным машинным залом. Стены верхнего строения кирпичные. Подземная часть может быть выполнена как из бутобетона, так и из сборных фундаментных блоков. Покрытие здания – из ж/б-ых предварительно напряженных крупнопанельных плит.

Для монтажа оборудования и ремонтных работ здание станции оснащено однобалочным мостовым краном с ручным управлением.

---------------------------------------------------------------------