2.5. Работа насоса на сеть

2.5.1. Характеристика сети

Любой трубопровод должен иметь объектив­ный показатель его возможности транспортировки жид­кости. Таким показателем является характеристика тру­бопровода (сети).

Характеристика трубопровода (сети) - графическое изображение сопротивления трубопровода H_w от проходящего по нему расхода потока жидкости Q, т.е.:

Н_w = f (Q).

Сопротивление, которое оказывает трубопровод при прохождении по нему расхода жидкости Q, должно быть преодолено напором насоса, названного в п. 2.3.2.4 требуемым напором Н_тр.

Следовательно:

Н_w < Н_тр ,

где Н_w - сопротивление трубопровода, м;

Н_тр - требуемый напор насоса насосной установки, м;

Н_w < Н_тр = H_г + (P₂ - P₁)/(g) + + , (2.16)

где H_г - геометрическая высота подъема жидкости, м (рис. 22);

(P₂ - P₁)/(g) - высота противодавления в объемах нагне­тания и всасывания, м;

Р₂ - избыточное давление в баке - приемнике (напорном резервуаре), Н/м²;

Р₁ - избыточное давление у источника (в расходном резер­вуаре), Н/м²;

 - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

, - потери напора соответственно во всасы­вающем и нагнетательном трубопроводах, м.

В уравнении (2.16) нет явно выраженного расхода Q. Величина H_г + (P₂ - P₁)/(g) не зависят от расхода Q, а пред­ставляет собой статический напор Н_ст =H_г + (P₂ - P₁)/(g). Однако потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах зависят от расхода Q. В самом деле:

= _всl_вс/d_всV_вс²/(2g)+_всV_вс² /(2g) , (2.118)

= _всl_вс/d_всV_вс²/(2g)+_всV_вс² /(2g) . (2.119)

Если выразить скорость V через расход Q:

V_вс = 4Q / (d_вс²) , (2.120)

V_н = 4Q / (d_н²) . (2.121)

и подставить в (2.118) и (2.119), то получим:

= 16Q² / (2g²d_вс⁴)(_всl_вс/d_вс + _вс) , (2.122)

= 16Q² / (2g²d_н⁴)(_нl_н/d_н + _н) . (2.123)

После подстановки значений и в выраже­ние (2.16) и некоторых преобразований окончательно получим уравнение характеристики трубопровода в следующем виде:

Н_w = H_г + (P₂ - P₁)/(g) + Al_нQ² , (2.124)

где

A = 8 / (g  ²  d_вс⁴)  l_вс/l_н  (_вс  1/d_вс + 1/l_вс  _вс) +

+ 8 / (g  ²  d_н⁴)  (_н  1/d_н + 1/l_н  _н) - удельное со­противление 1 м трубопровода при прохождении по нему жидкости, с²/м⁶.

рис. 22. Схема насосной установки:

1 - насос;

2 - всасывающий трубопро­вод;

3 - нагнетательный трубопровод;

4 - напорный резервуар;

5 - эпюра потерь напора в нагнетательном трубопроводе;

6 - эпюра потерь напора во всасывающем трубопроводе;

7 - расходный резервуар.

Уравнение (2.124) графически представляет собой па­раболическую кривую зависимости Н_w = f(Q), начало которой находится на расстоянии H_г + (P₂ - P₁)/(g) от на­чала координат (рис. 23).

рис. 23. Характеристика трубопровода

Характеристика показывает изменения сопротивле­ния Н_w при перемещении жидкости с расходом Q.

Следовательно, в итоге можно сказать, что потери напора во всасывающем и нагнетательном трубопроводах зависят от расхода Q.

2.5.2. Рабочая точка насоса

Выбор насоса должен производиться на осно­ве тщательного анализа условий его работы.

Установить, в каком режиме будет работать насос, можно лишь в том случае, если известна характеристи­ка системы, в которую этот насос подает жидкость.

Для обеспечения нормального режима работы насоса необходимо, чтобы насос по своей характеристике соот­ветствовал характеристике трубопровода (сети).

Для этого на одном графике совмещают главную характеристику насоса, т.е. напорную характеристику и характеристику трубопровода .

Совмещенные характеристики насоса и трубопро­вода показаны на рис. 24. Они пересекаются в точ­ке А, которая называется рабочей точкой насоса на заданный трубопровод. По этой точке определяют все данные, характеризующие режим работы насоса: по­дачу Q_p, напор Н_р, а также мощность и КПД насоса (на рис. 24 не показаны).

рис. 24. Совмещенные характеристики насоса

и трубопровода

Для обеспечения оптимального режима работы цент­робежного насоса необходимо осуществлять выбор тру­бопровода с такой характеристикой, чтобы рабочая точ­ка насоса на заданный трубопровод соответствовала значению максимального КПД.

Насос, работающий на данный трубопровод (при по­стоянной частоте вращения рабочего колеса), не сможет обеспечить большую подачу, чем Q_р. Для увеличения по­дачи необходимо изменить характеристику трубопрово­да: уменьшить величину Н_г или h. Если это не пред­ставляется возможным, тогда следует выбрать насос с другой характеристикой или увеличить частоту враще­ния рабочего колеса. Однако устройства для регулирова­ния частоты вращения вала электродвигателей, приме­няемых в качестве приводных для центробежных насосов (особенно большой мощности), пока еще конструктивно сложны и дороги. Поэтому этот способ регулирования подачи насоса применяют сравнительно редко.

Для уменьшения подачи насоса прикрывают задвиж­ку на его напорном трубопроводе или перепускают часть жидкости из напорного трубопровода во всасывающий.

Способ дроссельного регулирования (задвижкой) уве­личивает сопротивление в напорном трубопроводе, умень­шает КПД насосной установки, неэкономичен, его приме­няют в небольших насосных установках, где регулирование требуется в течение короткого времени.