2.2. Приводні характеристики насосів

У відцентрового насоса момент статичних опорів пропорційний квадрату кутової швидкості, а рівняння механічної характеристики має вигляд:

, (10.62)

де М_с – момент статичних опорів, Н·м, при заданій кутовій швидкості ω; М₀ – початковий момент, Н·м,

М₀=(0,05–0,2)М_сн; М_сн – момент статичних опорів відцентрового насоса при номінальній частоті обертання, Н·м; ω_н – номінальна кута швидкість насоса, с^-1.

Механічна характеристика (рис. 10.26) залежить також від способу пуску. За технологією рекомендують запускати відцентровий насос із закритою засувкою на напірному трубо­проводі (лінія 1), при цьому момент опору на швидкості, близькій до номінальної, становить 0,4-0,5 М_ном, тобто пуск значно полегшений. Після запуску відкривають засувку (лінія 3) і характеристика насоса переходить у робочу точку А. Якщо при пуску засувка буде відкрита, то пуск проходитиме зі значно більшими моментами (лінія 2), і за певних обставин (зниження напруги) може порушитись умова М_дв>М_нас, наприклад у точці мінімального моменту двигуна.

Рис. 10.26. Механічні характеристики відцентрового насоса:

1 – пуск при закритій засувці на напірному трубопроводі; 2 – те саме, при відкритій засувці; 3 – лінія відкривання засувки після запуску насоса

Подача відцентрового насоса , напір , момент , потужність . Тому вибирають кутову швидкість двигуна так, щоб робоча точка знаходилася в зоні максимальних значень ККД агрегату.

Для побудови навантажувальної діаграми насоса необхідно визначити: потужність P_нас, тривалість роботи t_р, тривалість паузи t_п, тривалість циклу t_ц та тривалість вмикання насоса ТВ.

Потужність відцентрового насоса визначається за формулою:

, (10.63)

де Q_нас – секундна подача насоса, м³/с; H_нас – розрахунковий напір насоса, м; ρ – питома густина води, кг/м³; g – прискорення вільного падіння, м/с²; η_нас – ККД насоса (для відцентрових насосів η_нас=0,5–0,7, для вихрових – η_нас= 0,25–0,5).

Тривалість роботи насосної установки визначається так:

, (10.64)

де V_р – регулювальний об’єм бака, який визначається за формулою:

, (10.65)

де D_б – діаметр бака; Δh – різниця між верхнім та нижнім рівнями води в баці; h=H_в-H_н; Q_н – номінальна подача насоса, м³/год; Q_в – споживання води різними споживачами, м³/год.

Тривалість паузи визначається за умови, що насос не подає воду в башту:

. (10.66)

Тоді тривалість циклу:

. (10.12)67

Тривалість вмикання насосної установки визначається як відношення тривалості роботи до тривалості циклу:

. (10.67)

Залежно від величини тривалості вмикання баштові насосні установки можуть працювати при короткочасному ; повторно-короткочасному та тривалому режимі роботи .

Дослідним шляхом встановлено, що 80 % автоматизованих насосних установок баштового типу працюють у повторно-короткочасному режимі, а 20 % – у тривалому режимі. Тому вибрані двигуни для насосних установок, які працюють у повторно-короткочасному режимі, необхідно перевіряти за допустимим числом вмикань за годину.

Частота вмикань двигуна:

. (10.68)

Для визначення витрати води в системі, при якій частота вмикань двигуна максимальна, необхідно розв’язати рівняння:

, (10.69)

звідки матимемо

. (10.70)

Отже, максимальне число вмикань двигуна буде при величині споживання Q_в, яка дорівнює половині продуктивності насоса Q_н.

Підставивши в формулу (10.68) значення , одержимо максимальне число вмикань:

. (10.71)

Відомо, що відносна тривалість вмикання насосної установки визначається як:

. (10.72)

Із наведених формул випливає, що режим роботи насосних установок визначається величиною регулювального об’єму бака V_рег, номінальною подачею насоса Q_н та кількістю спожитої води Q_в.

Збільшення робочого об’єму бака призводить до зменшення максимальної частоти вмикання насосної установки. При споживанні води Q_в<0,5Q_н частота і тривалість вмикань насосної установки знижуються. При деяких умовах режим роботи може бути короткочасним, а нагрівання двигуна найменшим за цикл роботи насосної установки. При споживанні води Q_в>0,5Q_н число вмикань зменшується, а тривалість вмикань збільшується. У тому випадку, коли Q_в= Q_н, режим роботи стає тривалим, а нагрівання двигуна найбільшим. Тому двигун для привода насоса вибирають для тривалого режиму роботи.

Характер зміни числа та тривалості вмикань показано на рис. 10.27.

Для установки з повітряно-водяним котлом при відсутності води тиск повітря р₀, об’єм повітря V₀; коли вода знаходиться на нижньому рівні р₁, V₁ (вмикання насоса); коли вода знаходиться на верхньому рівні р₂; V₂ (вимикання насоса).

Регулювальний об’єм котла

V_р= V₁- V₂. (10.73)

Із закону Бойля-Маріотта маємо:

RT=p₀V₀= p₁V₁= p₂V₂, (10.74)

звідки

. (10.75)

Тоді максимальна частота вмикань

(10.76)

Навантажувальні діаграми відцентрових насосів наведені на рис. 10.28.

а б

Рис. 10.28. Навантажувальні діаграми відцентрових насосів: а – тривалий режим роботи; б – повторно-короткочасний режим роботи

Момент зрушення відцентрових насосів невеликий, тому перевірка вибраного двигуна за умовами пуску не потрібна.

До енергетичних характеристик відцентрового насоса відносять залежності ККД, напору, споживаної потужності від подачі (рис. 10.29, а). Із ростом подачі насоса ККД зростає до η_макс, після чого зменшується. Споживана двигуном потужність також зростає із збільшенням подачі. Двигун споживає мінімальну потужність при закритій заслінці (Q=0), тому пуск двигуна необхідно здійснювати при закритій заслінці.

Енергетичні характеристики вихрового (рис. 10.29, б) та осьового насосів (рис. 10.29, в) відрізняються від попередніх тим, що споживана потужність має максимальне значення при закритій заслінці. Тому такі насоси треба запускати тільки при відкритій заслінці.

а б в

Рис. 10.29. Енергетичні характеристики відцентрового (а), вихрового (б) та осьового (в) насосів