9.11. Работа насоса на сеть. Рабочая точка

Насос и внешняя сеть образуют единую систему, равновесное состояние которой определяется материальным и энергетическим балансом.

Материальный баланс выражается условием равенства подачи насоса расходу во внешней сети. Энергетический баланс - равенством напора насоса напору, используемому в сети, который определяется по соотношению (9.9):

.

Как известно из курса гидравлики, потери напора во всасывающем h_вс и напорном h_н трубопроводах могут быть выражены:

, (9.79)

где S - сопротивление системы трубопроводов заданных длин и диаметров; Q - расход воды через трубопроводы.

При работе насоса на конкретную сеть фиксированы не только длина и диаметр трубопроводов, но и высота подъёма H_г и свободный напор H_св, а значит, А = H_г + H_св - величина для данной сети постоянная. Следовательно, напор насоса может быть представлен функцией расхода:

. (9.80)

Выражение (9.80), представляющее уравнение параболы, называется характеристикой системы трубопроводов (сети) или характеристикой насосной установки. Построим главную рабочую характеристику насоса Q-H и характеристику системы трубопроводов на одном и том же графике в одинаковом масштабе (рис. 9.23). В силу условий равенства Q и H для насоса и сети напор и подача определяются однозначно точкой А пересечения характеристик насоса и сети, т.е. графически условие материального и энергетического баланса системы выражается точкой А пересечения характеристик насоса и сети (см. рис. 9.23).

Рис. 9.23. Определение рабочей точки насоса

Эта точка А называется рабочей точкой. Если рабочая точка отвечает оптимальному режиму работы насоса (т.е. максимальному КПД), то насос подобран правильно. На практике выбирают область оптимальной работы насоса, т.е. область изменения подачи, в которой отклонение КПД от максимальных значений не более 5 %. Следует отметить, что для насосов с пологой характеристикой это достаточно широкая область и это ещё одна из причин использования таких насосов в противопожарном водоснабжении. Покажем, что насос не может работать в режиме, отличном от режима, определённого рабочей точкой А. Предположим, что насос работает в режиме В. В этом случае напор, сообщаемый насосом жидкости, равен Н_В, а напор, расходуемый при движении жидкости по трубопроводу, равен H_В´ < H_В. Избыток удельной энергии H_В - H_В´ идёт на приращение кинетической энергии жидкости, скорости движения её. Увеличение скорости приведёт к увеличению расхода, который будет расти до тех пор, пока не сравняется с Q_А. Если подача насоса больше Q_А (режим С, рис. 9.23), то сообщаемый насосом напор H_С меньше потребного H_С´. Недостаток сообщаемой жидкости удельной энергии H_С´ - H_С определит уменьшение скорости движения жидкости и, следовательно, уменьшение расхода Q_А.

Таким образом, для данной системы (сети) и данного насоса существует единственная рабочая точка - точка А.