книги из ГПНТБ / Семидуберский, М. С. Насосы, компрессоры, вентиляторы учебник

Фланцевое соединение труб наиболее удобно для разборки и сборки и обеспечивает прочность стыков. Однако сварное соеди­ нение на стыках имеет ряд существенных преимуществ: а) не обя­ зательно точное проектирование всех деталей оборудования трубо­ проводов, так как пригонка производится на месте; б) более лег­ кое приспособление ко всем местным условиям при подходе к фа­ сонным частям; в) соединение более плотное, не требует постоян­ ного надзора.

Скорость движения жидкости в напорном трубопроводе допу­ скается в пределах 1,5м-2,5 м/с (большие скорости — при боль­ ших диаметрах). Во всасывающих трубах скорость должна быть не более 0,75 -н-1,0 м/с. При небольшой длине трубы и не­ значительной высоте всасывания скорость может достигать

2 м/с.

Трубы укладываются в земле ниже глубины промерзания; они должны быть покрыты битумной изоляцией. Применение деревян­ ных, асбоцементных или железобетонных всасывающих труб не допускается.

§ 35. Кавитация

Обычно при работе насоса на его всасывающей стороне созда­ ется пониженное давление. Если это разрежение таково, что дав­ ление на входных кромках рабочих колес ниже давления паров перекачиваемой жидкости при данной температуре, то в полости рабочего колеса жидкость переходит в пар. Возникающие при этом явления (эрозия, коррозия, вибрация, шум, падение давления) называется кавитацией (по-латински—«углубление», «полость») — образование пустот в движущейся жидкости.

Для нормального всасывания необходимо, чтобы давление жид­ кости в наивысшей точке всасывающей линии было больше давле­ ния паров жидкости при данной температуре. Если давление жид­ кости в какой-либо точке всасывающей линии близко к давлению паров жидкости, то в этом месте образуются «пустоты», заполнен­ ные ее парами. Образовавшиеся «пустоты» переносятся вместе с потоком. При попадании их в область с большим давлением па­ ры жидкости быстро конденсируются, а занимаемый ими до того объем также быстро заполняется частицами жидкости. При этом происходит местное повышение давления до 1000-ІО5 Н/м2 и более, выделяются кислород и другие газы. Так как эти «пустоты» обра­ зуются у стенок, то под действием непрерывных ударов частиц материал колеса быстро разрушается (эрозия). Кроме того, жид­ кость и выделяющиеся из нее газы проникают в образующиеся мельчайшие трещинки в материале колеса и вызывают также его химическое разрушение (коррозию). Особенно сильно явления кавитации *действуют на строганый чугун, углеродистую сталь и алюминий. Наиболее устойчивы в этом отношении нержавеющая сталь и бронза.

80

Удары жидкости в насосе при явлении кавитации вызывают шум и недопустимые колебания установки. Парообразование на входных частях лопаток нарушает нормальное движение жидкости в рабочем колесе. В результате этого снижаются давление и к. п. д. насоса. Таким образом, кавитация представляет собой вредное и опасное явление, которое ведет к разрушению насоса. Известны случаи, когда насос выходил из строя через несколько суток не­ прерывной работы.

Явления кавитации могут быть вызваны тем, что высота вса­ сывания насоса больше допустимой либо температура перекачи­ ваемой жидкости выше предельной для данного типа насоса и рода перекачиваемой жидкости. Поэтому во избежание кавитации вы­ соту установки насоса над уровнем перекачиваемой жидкости уменьшают до З-г-4 м. Кавитация возможна и в том случае, если насосная установка находится в гористой местности с низким ба­ рометрическим давлением.

В последнее время для предохранения насосов от кавитации наряду, с улучшением качества материала деталей (применением высококачественных сталей) наиболее подверженные действию кавитации детали покрываются защитными покрытиями: наплав­ кой поверхности твердыми сплавами; местной поверхностной за­ калкой; металлизацией поверхностей в холодном состоянии; или для ослабления кавитации во всасывающий патрубок насоса впу­ скают определенное количество воздуха (уменьшается вакуум).

В заключение заметим, что чем больше производительность насоса и температура жидкости, тем больше опасность кавитации. Поэтому крупные насосы даже при работе на холодной воде уста­ навливаются ниже уровня воды в колодце (насос работает под заливом).

§ 36. Высота установки насоса

Высота установки насоса, или расстояние по вертикали между его осью и уровнем перекачиваемой жидкости, при котором исклю­ чена кавитация, зависит от конструкции насоса, его типа, частоты вращения, величины местных сопротивлений, температуры всасы­

и сообщения скорости движения жидкости во всасывающей трубе.

где — = hB— вакуумметрическая высота.

Для расчета максимальной высоты установки /гнас над уров­ нем воды в водоеме необходимо в (53) вместо pBl{pg) подставить величину НI™ , найденную по характеристике насоса. Остальные

члены в (53) определяются по местным сопротивлениям и разме­ рам всасывающей трубы. Разумеется, что для увеличения высоты

установки насоса необходимо достичь высокой плотности в местах соединений на всасывающей линии, уменьшить скорость жидкости (увеличить диаметр всасывающей трубы), привести к минимуму количество фасонных частей арматуры, которые нужно содержать в чистоте и исправности. Увеличение высоты всасывания дости­ гается главным образом применением всасывающих труб с диамет­ ром большим, чем диаметр нагнетательных.

Чем выше температура всасываемой воды, тем меньше допу­ скаемая высота всасывания. В заводских каталогах допустимая вакуумметрическая высота всасывания указывается обычно при

/ = 20° С.

Так как уровень воды в колодцах в летнее время может опу­ скаться, высоту установки насоса следует уменьшить, а глубину расположения приемной сетки подуровнем воды — увеличить так, чтобы в случае опускания уровня воды глубина расположения приемной сетки оказалась не менее 0,5 м (рис. 68, а).

Наконец, высота всасывания при пониженном атмосферном давлении должна быть также уменьшена. При перекачивании горя­ чих жидкостей и шлама насос работает с подпором (рис. 68, б).

Пример. Определить высоту расположения оси центробежного насоса над свободной поверхностью воды в водоеме при следующих данных: диаметр

82

всасывающей трубы d — 0,25 м, длина трубы 1 = 20 м, расход воды Q=0,06 м3/с,

давление перед входом в насос Pi=0,4 - 10s Н/м2; труба чугунная, старая, имеет

Средняя скорость жидкости

приче

Пренебрегая увеличением ско­ рости во всасывающем патрубке и ориентируясь на среднюю ско­

Рис. 68. Схемы установки центробежного насоса

§ 37. Понятие о расчете трубопроводов

Расчет водопроводной сети обычно заключается в определении диаметров труб и потерь давления на каждом из участков сети при заданных расходе и длине каждого участка. При этом сначала по заДанному расходу Q и принятой средней скорости течения ѵ определяется диаметр трубы d, а затем — потери давления на дан­ ном участке. По ним вычисляется полное давление, которое необ­ ходимо создать в начале рассчитываемого участка водопровода.

Размеры всасывающей трубы насоса имеют большое значение, так как от правильности их определения зависит надежная рабо­

83

Диаметр всасывающей трубы должен быть больше диаметра нагнетательной на Юн-30 мм. Вычисленный по (55) диаметр тру­ бы округляется до ближайшего большего диаметра стандартного сортамента.

Различают потери напора по длине трубопровода (на прямых участках) и потери на преодоление местных сопротивлений. Поте­ ри напора по длине I трубопровода диаметром d определяются по формуле Дарси — Вейсбаха:

где л — коэффициент линейного сопротивления, учитывает тре­ ние жидкости о стенку трубы, зависит от материала и чи­ стоты трубы; для приближенных расчетов можно при­ нять Я,= 0,020-5-0,035;

V— скорость жидкости в трубе, м/с;

g= 9,81 м/с2.

Вгидравлических расчетах «коротких» трубопроводов каждое местное сопротивление можно заменить эквивалентной длиной трубы с такими же потерями давления, как и в местном сопротив­ лении. В этом случае в (56) под I следует понимать приведенную длину, равную сумме фактической общей длины прямых участков трубопровода и общей эквивалентной длины всех местных сопро­ тивлений. В «длинных» же трубопроводах местных сопротивле­ ний относительно мало. Таким образом, в обоих случаях потери напора-могут быть выражены формулой (56).

Подставим и= 4Q/(nd2), тогда

этому во Всесоюзном научно-исследовательском институте водо­ снабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инже­ нерной гидрогеологии (Водгео) на основании этой формулы были составлены таблицы для расчета потерь напора.

84

§ 38. Характеристика трубопровода

Характеристикой трубопровода называется зависимость, свя­ зывающая расход воды и полное давление, необходимое для про­ пускания воды при данных размерах и материале трубопровода. Жидкость в трубопроводе должна получить от насоса кинетиче­ скую энергию движения и потенциальную энергию давления. По­ скольку при движении жидкости в трубопроводе возникают гид­ равлические сопротивления, то создаваемый насосом напор расхо­

напор насоса должен быть больше геометрической высоты подъе­

§39. Определение общей рабочей точки насоса

итрубопровода

Работа центробежного насоса зависит от характеристики на­ гнетательного трубопровода. Как известно, общим решением двух кривых является их точка пересечения. В нашем случае это озна­ чает, что соответствующие величины расхода Q и давления р, как координаты точки пересечения характеристик, одинаково удовлет­ воряют обеим кривым насоса и нагнетательного трубопровода. Точка А пересечения характеристик насоса и трубопровода явля­ ется рабочей точкой насосной установки (рис. 70). Для ее оты­ скания необходимо сначала вычертить обе характеристики в оди­ наковом масштабе, а затем наложить характеристику насоса на характеристику трубопровода. Расход Qa и давление ря обеспе­ чиваются насосом при подаче жидкости в данный трубопровод. Очевидно, что при меньших гидравлических потерях в трубопро­ воде его характеристика будет более пологой, и точка пересече­ ния характеристик переместится вправо от точки А, т. е. данный

85

часос будет обеспечивать большую производительность. При под­ боре насоса необходимо стремиться к тому, чтобы: а) высота вса­ сывания насоса не превышала предела, установленного для дан­

пор), было больше давления, соответствующего геометрической высоте подъема жидкости, т. е. Po>gQHe (рис. 70); в) точка пере­ сечения характеристик лежала в области устойчивых режимов ра­

ных значений к. п. д. насоса.

Насос, подавая жидкость в данный трубопровод, не может

Если один насос не обеспечивает требуемого расхода жидкости, включают параллельно два или больше насосов (рис. 71). При этом каждый насос имеет отдельную всасывающую трубу. На рис. 72 представлена характеристика насоса Q—p (кривая 1—а). Для построения суммарной характеристики двух таких насосов, подающих жидкость в одну и ту же трубу (кривая 1' — в) доста­ точно перестроить характеристику одного насоса так, чтобы од­ ним и тем же значениям давления соответствовали удвоенные зна­ чения производительности. Например, давлению в точке 1 на ха­ рактеристике одного из насосов соответствует при таком же дав­ лении удвоенная производительность в точке 1' на суммарной ха­ рактеристике; точке 3 соответствует точка 3' с удвоенной произво­ дительностью на суммарной характеристике и т. д.

Для определения рабочей точки нужно суммарную характери­ стику насосов В наложить на характеристику трубопровода t

т

(рис. 73). Если в данный трубопровод жидкость подается одним из насосов, то рабочая точка А\ показывает производительность Qi

то разница между Qi и Q2 незначительна и подключение второго параллельного насоса не дает нужного эффекта. Такая характери­

§ 41. Последовательная работа центробежных насосов

Последовательное включение центробежных насосов применя­ ется для увеличения давления, которое нельзя обеспечить одним насосом. При последовательной работе первый насос подает

87

жидкость во всасывающий патрубок второго насоса, который в свою очередь подает ее в напорный трубопровод. Внешним признаком последовательного соединения насосов является один общий вса­ сывающий и один общий нагнетательный трубопроводы (рис. 74).

Суммарная производительность последовательно работающих на­ сосов не может значительно отличаться от производительности од­ ного из них, так как расположенный за насосом 2 насос 4 не берет жидкость непосредственно из приемного колодца /, а принимает ее от насоса 2. Так же работают и колеса в многоступенчатом цен­ тробежном насосе, где жидкость последовательно переходит от

8 8

подъема_ последовательным включением насосов можно несколько увеличить суммарную производительность насосной станции. Дав­ ление р при этом будет несколько выше, чем рх одного насоса за счет увеличения сопротивлений, возникающих в результате увели­ чения скорости жидкости в трубе.

Однако, как уже было указано выше, последовательное соеди­ нение насосов применяется для значительного увеличения давле­ ния. Так, если для одного насоса геометрическая высота подачи была # г,то для двух последовательно включенных насосов она уве­ личивается до 2 //г (рис. 75); соответственно потери давления возрастают с р с до 2р , т. е. характеристика трубопровода стано­ вится более крутой. Рабочей точкой будет А2, а производитель­ ность насосов Qi— при удвоенном давлении. Это значит, теорети­ чески каждый насос будет развивать такое же давление, как и при работе в отдельности.

Для работы последовательно соединенных насосов необходимо, чтобы давление р0 при холостом ходе (задвижка 5 закрыта, с.м. рис. 74) было больше давления, соответствующего геометри­ ческой высоте подъема 2ЯГ, т. е. pü2>2pgHr (см. рис. 75). Пуск двух последовательных насосов производится следующим образом (рис. 74): сначала на трубопроводе закрывают задвижки 3 и 5, включают электродвигатель насоса 2 до полных оборотов, затем включают электродвигатель насоса 4 и открывают задвижку 3 (задвижка 5 закрыта до тех пор, пока электродвигатель насоса 4 не разовьет полных оборотов), постепенно открывают задвижку 5.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

§ 42. Пуск и остановка центробежных насосов

Перед пуском в эксплуатацию насос и всасывающий трубопро­ вод заливают жидкостью вплоть до нагнетательного патрубка. Способы заливки насоса (рис. 76): а) вручную через воронку 2 в верхней части корпуса; б) непосредственно из нагнетательной трубы; для этого в обход главной задвижки 3 и обратному кла­ пану 4 устраивают трубу, снабженную задвижкой 5; в) через спе­ циальную водяную трубу (воронка 2 открыта для выпуска воз­ духа); г) с помощью вакуум-насоса, отсасывающего воздух из насоса и всасывающей трубы (нагнетательная труба перекрыта задвижкой); заливаемая жидкость поднимается снизу; д) насосы, работающие с подпором, заливаются открыванием задвижки на всасывающей трубе (см. рис. 68).

Насос заливают до тех пор, пока через контрольные краники не будут бить чистые струйки воды без воздушных пузырьков; после этого контрольные краники закрывают. Перед пуском насо­ са проверяют, закрыты ли задвижка на нагнетательном трубопро­ воде и краны на манометре и вакуумметре. Если насос пускают при открытой нагнетательной задвижке, то это обязательно вызовет

89