Тема 4 Работа нагнетателей в сети.

4.1. Графики потребного напора трубопроводной сети. Рабочая точка насоса.

4.2. Способы регулирования подачи центробежных нагнетателей и их энергетическая оценка.

4.3. Совместная работа нагнетателей в установке.

4.1. Графики потребного напора трубопроводной сети. Рабочая точка насоса.

Как было ранее показано энергия вносимая насосом в поток жидкости необходима для преодаления гидравлического сопротивления трубопроводной сети. Рассмотрим трубопровод приведенный на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема трубопроводной сети.

КО – клапан обратный; ВЗ _1,2 – вентили запорные; КТ – кран трехходовой; ФС – фильтр сетчатый; ФС – форсунка центробежная.

Энергия, вносимая насосом (напор насоса) в сечении 1 – 1 в соответствии с уравнением (3.5) будет тратиться на: 1) подъем жидкости на требуемую геометрическую высоту ; 2) придание скорости потоку ; 3) создание давления в конечном (2 – 2) сечении трубопровода ; 4) на преодоление гидравлического сопротивления трубопроводной сети.

Таким образом напор необходимый, для перемещения жидкости по трубопроводу определится из уравнения:

(4.1)

Сумму первых двух слагаемых уравнения (4.1) представляющих гидростатический напор обозначим через т.е. .Величину скоростного напора из рассмотрения опускаем как незначительную по сравнению с гидравлическими потерями. Составляющую гидравлических потерь выразим из уравнения Дарси – Вейсбаха, использовав для местных сопротивлений их эквивалентную длину

(4.2)

Здесь расчетная длина трубопровода; геометрическая длина трубопровода; эквивалентная длина местных сопротивлений.

С учетом всех уточнений уравнение (4.2) примет вид:

(4.3)

Не трудно показать, что напор теряемый в трубопроводе зависит от количества жидкости проходящей по трубе. Для этого выразим среднюю скорость потока из уравнения секундного расхода: . Значение средней скорости подставляем в уравнение (4.3)

(4.4)

Обозначив равенство (4.4) приводим к виду:

(4.5)

Приведенные выкладки (4.2) ÷ (4.5) подтвердили утверждение о том, что для турбулентного режима движения, как наиболее часто встречающегося, потребный напор в трубопроводе зависит от его пропускной способности. Эта зависимость носит квадратичный характер, представляет собой ветвь параболы. График от оси напоров (рисунок 4.2) отсекает отрезок .

Рисунок 4.2 – Напорные характеристики трубопровода и насоса .

Анализ главной характеристики центробежного насоса (рисунок 1.5а) показывает, что с увеличением подачи насоса, при постоянной частоте вращения рабочего колеса, его напор Н уменьшается. Лишь на коротком начальном участке кривой наблюдается незначительное повышение напора с возрастанием подачи. Этот участок характеризуется неустойчивой работой насоса, сопровождающей толчками, ударами, а поэтому насос должен работать в области нисходящей ветви кривой. С достаточной степенью точности зависимость развиваемого напора от производительности для насоса может быть представлена зависимостью:

(4.6)

Для рассматриваемой системы трубопровод – насос очевидно, что напор развиваемый насосам Н должен быть равен потребному напору в сети. Таким образом совместная работа насосной установки и трубопроводной сети может быть представлена системой уравнений (4.7):

(4.7)

Наиболее удобно эту систему решать графически, для чего в осях

H− необходимо построить характеристику трубопровода по уравнению (4.5) и на неё наложить главную характеристику насоса . В результате такого наложения будет получена точка М. (см рисунок 4.2). Эта точка называется рабочей точкой системы и она показывает, с какой производительностью работает насос на данный трубопровод.

Если в какой-то момент времени количество жидкости, перемещаемой по трубам возрастет, то это приведет к увеличению гидравлического сопротивления трубопровода и снижению расхода жидкости. Таким образом, система насос−трубопровод является самонастраивающейся системой и её производительность зависит от сопротивления трубопровода и мощности электродвигателя насосной установки.

Вместе с тем, в этой же области и лежат максимальные значения КПД насоса. Точка, соответствующая максимуму на кривой . является наиболее выгодной точкой и ей соответствует оптимальное значение производительности насоса , мощности и создаваемого напора .