4.4.6. Расширение области применения центробежных насосов

Поддерживать необходимый режим работы насоса при помощи задвижки, установленной на нагнетательном трубопроводе, можно в довольно ограниченных пределах и неэкономично, а регулирование изменением частоты вращения колеса требует дополнительных капитальных затрат. Поэтому в некоторых случаях экономически оправдано не регулирование насоса, а расширение области применения путем обточки (обрезки) его рабочего колеса по наружному диаметру. Обточку производят настолько, чтобы в рабочей точке производительность насоса была бы равна требуемой.

Допустим, что насос имеет производительность Q₁ в рабочей точке 1 (рис. 4.10).

Q

H

Q₁

Q₂

H₁

H₂

1

2

До обточки

После обточки

Рис. 4.10

Уменьшение производительности до величины Q₂ достигается обточкой рабочего колеса. Какая для этого требуется величина обточки? Из уравнения (4.13) видно, что напор пропорционален квадрату окружной скорости:

, или (4.18)

где D_н и d_н – наружные диаметры рабочего колеса до обточки и после обточки соответственно. Формула (4.14) показывает, что производительность насоса пропорциональна окружной скорости в первой степени:

, или . (4.19)

Соотношения (4.18) и (4.19) свидетельствуют о том, что обточка колеса приводит к уменьшению напора и производительности; значит, обточкой можно изменить рабочую характеристику колеса с тем, чтобы она прошла через точку 2 (см. рис. 4.10). Формулы (4.18) и (4.19) используют для расчета характеристики насоса после обточки по известной характеристике до обточки.

Следует иметь в виду, что обточка приводит к снижению КПД насоса, поэтому предельная ее величина лимитирована и устанавливается в зависимости от коэффициента быстроходности.

Для расширения диапазона работы насосной установки по производительности и напору на практике иногда применяют параллельное и последовательное соединение насосов. При параллельной работе насосы имеют независимые всасывающие трубопроводы и один общий нагнетательный трубопровод. В результате этого достигается значительное увеличение производительности. Допустим, что параллельно работают насосы, имеющие одинаковую характеристику (рис. 4.11). Будет ли увеличение производительности двукратным?

Рис. 4.11

Для ответа на этот вопрос необходимо построить суммарную характеристику Q – H параллельно работающих насосов. Она строится следующим образом. Проводят ряд линий, параллельных оси Q, и от точек их пересечения с характеристикой насоса откладывают вправо отрезки длиной Q₁, Q₂, …, Q₅. Плавное соединение полученных точек 1, 2,…, 5 дает суммарную характеристику параллельно работающих насосов. Другими словами, общую характеристику получают сложением абсцисс характеристик насосов для данного напора. Проанализируем работу параллельно соединенных насосов в случаях, когда сеть имеет пологую и крутую характеристики (см. рис. 4.11).

Нетрудно заметить, что для крутой характеристики такая работа насосов дает небольшое увеличение производительности ΔQ_к. Поэтому параллельное соединение насосов для сетей с крутыми характеристиками нецелесообразно. Наряду с этим из рис. 4.11 следует, что для сети с пологими характеристиками достигается значительное увеличение производительности (на величину ΔQ_п), а увеличение напора ΔH_п незначительно, поэтому параллельная работа насосов оправдана для сетей с достаточно пологими характеристиками. Однако даже в этом случае невозможно добиться двукратного повышения производительности ввиду наличия гидравлического сопротивления сети: из рис. 4.11 видно, что . При параллельной установке насосов диаметр нагнетательного патрубка следует увеличить, иначе во время одновременной работы двух насосов гидравлические сопротивления напорного трубопровода резко возрастут, и производительность не увеличится сколько-нибудь значительно.

Последовательное соединение насосов обычно предпринимают для того, чтобы сделать перекачку жидкости на высоту, недостижимую для одного насоса (т. е. для повышения напора). При последовательной работе насосов жидкость подается из нагнетательного патрубка первого насоса во всасывающий патрубок второго насоса, а из нагнетательного патрубка второго насоса жидкость направляется в нагнетательный трубопровод. На рис. 4.12 показано построение общей характеристики двух одинаковых насосов, включенных последовательно.

Сущность этого построения заключается в сложении напоров насосов для ряда значений производительности. Для этого проводят ряд линий, параллельных оси Н, и от точек их пересечения с характеристикой насоса откладывают вверх отрезки длиной Н₁, Н₂, …, Н₅. Соединив полученные точки 1, 2,…, 5 плавной линией, получают искомую характеристику. Анализ показывает, что для пологой характеристики последовательное соединение малоэффективно, так как приращение напора ΔH_п и производительности ΔQ_п незначительны (см. рис. 4.12). Для крутой характеристики получается большое повышение напора и малое увеличение производительности ΔQ_к.. Следовательно, последовательное соединение насосов дает значительное повышение напора при работе на сети с крутой характеристикой.