3.15. Работа насосов, включенных последовательно

При последовательной работе вода из напорного патрубка одного насоса подается во всасывающий патрубок второго насоса. Напоры при этом суммируются (рис.34).

Рис.34. Характеристика последовательно включенных насосов

Для двух насосов, характеристики которых и, суммарная характеристика

.

При установке насосов по последовательной схеме необходимо следить, чтобы подача Q находилась в пределах рабочей зоны каждого из насосов. При практическом осуществлении последовательной схемы необходимо убедиться, что конструктивные элементы второго насоса (корпус, уплотнение) способны выдержать повышенное давление.

Если последовательно включенные насосы находятся на расстоянии друг от друга, то задача решается аналитически.

На рис.35 приведена высотная схема, показаны пьезометрические линии. Поскольку значения Н_г1 и Н_г2 неизвестны, для работы первого насоса на первый трубопровод уравнение запишем в общем виде:

(19)

где S₁ - сопротивление первого трубопровода; аналогично для второго насоса

(20)

Очевидно, что Н_Г1 + Н_Г2 = Z₂-Z_0. В приведенных трех уравнениях - 3 неизвестных: Q, Н_Г1, Н_Г2.

Суммируем уравнения (19) и (20):

ирешаем квадратное уравнение относительно Q.

Рис.35. Высотная схема последовательно включенных насосов

Пример 9. Определить подачу двух последовательно включенных насосов, характеристики которых известны: первого насоса Н = -68Q² +14Q + 50, второго Н = -212 Q² + 21 Q + 46. Характеристики трубопроводов:

первого – h = 250Q², второго – h = 150 Q². Определить также потери напора в трубопроводах и построить пьезометрические линии. Отметки воды в резервуарах приведены на рис.35.

Решение. Подача двух насосов

,

м³/с.

Из уравнения (19)

Н_Г1 = -68·0,3336² + 4·0,3336 +50-250·0,3336² = 19,28 м.

Из уравнения (20)

Н_Г2 = -(212+150)·0,3336² + 21·0,3336 + 46 = 12,72 м.

Проверка: Н_Г1 + Н_Г2 = 19,28+12,72 = 32 м.

Потери напора на первом участке h₁= 250·0,3336²=27,82 м,

на втором участке h₂ = 150·0,3336²=16,69 м.

3.16. Осевые усилия в центробежных насосах

Рассмотрим усилия, действующие на рабочее колесо центробежного насоса (рис.36,а). Если условно провести цилиндрическую поверхность, ограниченную А-А - диаметром d_вс, то за пределами этой поверхности усилия на колесо справа и слева будут одинаковыми – с обеих сторон давление напорное Р_н.

Внутри этой поверхности слева – давление всасывания Р_вс и усилие слева

S_л=Р_вс·π·d²_вс/4,

справа .

Так как Р_н > Р_вс, очевидно, что S_н > S_л, осевое усилие

.

Таким образом, усилие действует вдоль оси против направления входа воды в рабочее колесо. Осевое усилие может достигать значительных величин. Так, например, при Р_н = 0,5 МПа Р_вс = 0,08 МПа (давления абсолютные), d_вс = 0,4 м, d_в = 0,05 м

Н.

Усилия передаются на вал насоса, для их компенсации требуются дополнительные мероприятия. Например, изменяют форму рабочего колеса (рис.36,б). Через отверстие d₁ в полости а создается давление, близкое к Р_вс, и осевые усилия взаимно компенсируются. Другими способами избежать осевых усилий являются устройство рабочих колес с двухсторонним входом воды (рис.36,в) либо установка колес последовательно, как показано на рис.36,д.

Иногда с тыльной стороны колеса устраивают тонкие лопасти 1 (рис.36,г), которые отгоняют воду к периферии и создают в центральной зоне Б пониженное давление.

В многоколесных высоконапорных насосах (рис.37) осевое усилие возрастает многократно, пропорционально числу колес n. Если обозначить напор, создаваемый одним колесом Н₁, то суммарное осевое усилие (направленное справа налево)

.

Рис.36. Осевые усилия и способы их компенсации:

а - без компенсации; б -с устройством зоны пониженного давления на тыльной стороне колеса; в -колесо с двусторонним входом воды; г - с устройством узких лопаток на тыльной стороне колеса; д - в двухступенчатом насосе

Рис.37. Установка гидравлической пяты в многоколесном насосе: 1 – гидравлическая пята

В этом случае на валу насоса устанавливают гидравлическую пяту 1, которая представляет собой диск диаметром d_вс, на который с одной стороны действует усилие (слева направо, рис.37)

.

Таким образом, суммарное осевое усилие близко к нулю.