- •1.1. Общие схемы водопроводов
- •1.2 Классификация водопроводов
- •1.3. Нормы расхода воды водопроводной сети
- •1.3.1. Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды населенных пунктов
- •1.3.2. Расход воды на производственные и хозяйственно-бытовые нужды промышленных объектов
- •1.3.3. Расход воды на пожаротушение
- •2.1. Потери энергии по длине трубопровода
- •2.2. Гидравлический расчет водопроводной сети
- •2.2.1 Гидравлический расчет первого этапа водопроводной сети
- •2.2.2. Гидравлический расчет второго этапа водопроводной сети (от напорной башни до населенного пункта и промышленных объектов)
- •3 Насосно-рукавные системы
- •3.1 Классификация насосов и их применение в пожарном деле
- •3.2 Классификация, устройство и принцип действия центробежных насосов
- •3.3 Основные рабочие параметры насосов
- •3.4 Работа насоса на сеть
- •3.5 Расчет рукавных систем
- •4 Пример расчета пожарных струй
- •5. Пример расчета наружных и внутренних противопожарных систем
- •5.1 Определение необходимого напора в наружной водопроводной сети у расчетного гидранта низкого давления
- •5.2 Определение необходимого напора в наружной водопроводной водопроводной сети у расчетного гидранта высокого давления
- •5.4 Расчет числа автонасосов, необходимых для перекачки
3.3 Основные рабочие параметры насосов
Насосы характеризуются следующими основными параметрами:
Подачей (расходом) Q, напором H, мощностью N, полным КПД: 𝔶 и высотой всасывания Hвс.
Подачей (расходом) насоса – объем жидкости, перекачиваемый в единицу времени. Подача насоса измеряется в м3/ч, м3/мин, л/с.
Напором насоса называют, разность полных удельных энергий потока у выхода и входа в насос, вычисленную в метрах столба перекачиваемой жидкости.
Для пояснения сущности напора, развиваемого насосом, рассмотрим схему его работы при перекачивании жидкости из одного резервуара в другой. (рис. 3)
Рис. 3. Схема насосной установки:
1 – напорный резервуар; 2 – расходомер; 3 – задвижки; 4 – обратный клапан;
5 – манометр; 6 – напорный трубопровод; 7 – насос; 8 – вакуумметр;
9 – всасывающий трубопровод; 10 – всасывающая сетка; 11 – водоем
Установим величину удельной энергии жидкости сечения II – II , т.е до насоса , и в сечении III – III после насоса относительно плоскости сравнения, совмещенной со свободной поверхностью жидкости в водоеме, из которого перекачивается жидкость:
e2 = Hвс + pвс/υ + U2вс/(2g)
e3 = Hвс + H0 + pH/υ + U2H/(2g)
Где Hвс – высота всасывания насоса
H0 – расстояние по вертикали между точками установки вакуумметра и манометра
pвс и pn – абсолютные давления во всасывающем и напорном трубопроводах
Uвс и Uв – средние скорости жидкости во всасывающем и напорном трубопроводах.
Удельная энергия жидкости e3 после насоса всегда больше удельной энергии e2 до него. Разность этих величин есть напор, развиваемый насосом:
Н = e3 – e2 = H0 + (pH – pвс)/υ + (U2H – U2вс)/(2g)
Зная давление в насосной установки, т.е имея показания манометра и вакуумметра, можно определить pH и pвс. Действительно, манометр, установленный на напорном трубопроводе, показывает избыточное давление в сечении III – III :
pM = pH – pат, откуда pH = pM + pат
Вакуумметр, установленный в сечении II – II , показывает разность между атмосферным и абсолютными давлениями в этом сечении:
рвак = рат – рвс, откуда рвс = рат - рвак
После подстановки в выражение значений pH и pвс получим формулу для определения напора насоса по показаниям манометра и вакуумметра:
Н = Н0 + (рвак + рМ)/υ + (U2H – U2вс)/(2g)
Таким образом, полный напор H, развиваемый насосом, определяется высотой столба перекачиваемой жидкости. H0 между манометром и вакуумметром, суммой показаний этих приборов и разностью кинетической энергии жидкости за и пред насосом. Величина H0 в зависимости от условий монтажа установки может принимать различные значения, в том числе и отрицательные, если манометр будет расположен ниже вакуумметра.
В случае равенства диаметров всасывающего и напорного патрубков, получим формулу для определения напора:
Н = Н0 + (рвак + рМ)/υ
Если насос питается от водопровода, обеспечивающего напор на выходе, то во всасывающем патрубке насоса будет не вакуум, а избыточное давление pвх , и значит pвс = pат + pвх. Используя это выражение при подстановки в уравнение значений pН и pвс , получим следующую формулу для определения полного напора:
Н = Н0 + (рвак + рМ)/υ + (V2H – V2вс)/(2g)
Уравнение используют для определения напора работающего насоса при его испытании. В практических расчетах насосно-рукавных систем часто за напор, развиваемый насосом, принимают показания манометра, выраженные в м, т.е H = pM/υ.
Для определения напора по элементам насосной установки (2 способ определения напора) составим уравнения Бернулли для сечений I – I и II – II , III – III и IV – IV:
z1 + p1/υ + V21/(2g) = z2 + p2/υ + V22/(2g) + hвс
z3 + p3/υ + V23/(2g) = z4 + p4/υ + V24/(2g) + hH
Приняв за плоскость сравнения плоскость I – I, выясним значение величин, входящих в уравнения:
z1 = 0; z2 = Hвс; z3 = Нвс + Н0; z4 = Нвс + Н0 + Нн;
р1 = рат; р2 = рвс р3 = рн р4 = р0
V1 = 0; V2 = Vвс V3 = VH V4 = 0
Тогда с учетом следующих замечаний будем иметь:
pвс/υ = p4/υ - Hвс - V2вс/(2g) - hвс
pН/υ = p0/υ – HН - V2Н/(2g) + hН
После подстановки значений pвс/υ и pH/υ в уравнение получим:
H = p0/υ - рат/υ + Hвс + Н0 + НН + hвс + hН
Если учесть, что Нвс + Н0 + НН = НГ (НГ - геометрическая высота подъема жидкости), и положить (p0 – pат )/υ = Hсв (здесь Нсв – свободный напор), то формула для определения напора насоса по элементам насосной установки примет вид:
H = HГ + hвс + hН + Нсв
Это выражение используется в практике для определения необходимого напора. Из формулы следует, что напор, создаваемый насосом, расходуется на подъем жидкости, преодоление сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводах и на создание свободного напора в конце линии.
Мощность насоса представляет собой работу, совершаемую насосом в ед. времени. Мощность определяют следующим образом:
Насос перекачивает υ Q , кг/c жидкости и поднимает ее на высоту, соответствующую напору Н. Следовательно, υQH представляет собой секундную работу или мощность. В данном случае затрачиваемая мощность расходуется только на полезную работу, связанную с перекачиванием жидкости, поэтому она называется эффективной мощностью:
Nэ = υ Q H
По системе СИ мощность определяют в Вт или кВт.
В действительности мощность, потребляемая насосом , больше эффективной , так как во время работы часть мощности теряется.
Эффективность работы насоса оценивается полным КПД от 𝔶 насоса , который равен отношению эффективной (полезной) мощности Nэ насоса к потребляемой им мощности двигателя N :
𝔶 = Nэ/N
Потребляемая мощность N кВт, может быть посчитана по формуле:
N = Mn/975
Полный КПД насоса 𝔶 определяют из выражения
𝔶 = 𝔶Г 𝔶М 𝔶0
Величина полного КПД центробежных насосов зависит от их конструкции и изменяется в пределах 0,6 – 0,9 .
Высота всасывания и явление кавитации. Необходимо различать вакуумметрическую высоту всасывания Нвак , характеризующую степень разряжения, возникающего у входа в насос, и геометрическую высоту всасывания Нвс , которое определяет высоту установки оси насоса над уровнем жидкости.
Вакуумметрическая всасывания зависит от атмосферного давления, температуры и удельного веса перекачиваемой жидкости, величины потерь напора во всасывающей линии насоса, конструктивных особенностей и др. обычно допускаемая Нвак указано в каталогах насосов.
Связь между вакуумметрической и геометрической высотами всасывания может быть установлена из уравнения Бернулли, составленного для сечений I – I и II – II относительно плоскости сравнения I – I.
Считая, что давление по поверхности жидкости равно атмосферному, а скорость течения в водоеме равна 0, получим:
рат/υ = Нвс + рвс/υ + U2вс/(2g) + hвс
Так как pат – pвс = pвак и pвак/υ = Hвак , формулу можно записать таким образом :
Нвс = (pат – pвс)/υ - U2вс/(2g) - hвс
Нвс = Hвак - U2вс/(2g) - hвс
Из формулы следует, что геометрическая высота всасывания меньше вакуумметрической на величину скоростного напора и потерь напора во всасывающем трубопроводе. С увеличением подачи насоса мах. допустимая высота всасывания уменьшается. Определяя высоту всасывания , необходимо иметь в виду, что при понижении давления pвс во всасывающем трубопроводе может происходить парообразование и нормальная работа насоса будет нарушена. Поэтому мин. давление в насосе должно быть выше давления парообразования жидкости при чем давление паров воды сильно увеличивается с повышением ее температуры.
Чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания, и практически при t>700C забор воды становится невозможен. Обычно геометрическая высота всасывания для центробежных насосов составляет не более 5 – 7м и лишь для некоторых типов насосов она доходит до 7,5 – 8 м.
Кавитация в насосе возникает из-за чрезмерного падения давления во всасывающей части насоса. Понижение давления происходит по ряду причин, основными из которых являются:
Чрезмерная высота всасывания
Высокая t перекачиваемой жидкости
Низкое атмосферное давление.
Явление кавитации заключается в том, что выделяющиеся из жидкости пузырьки пара увлекаются потоком и, попадая в область повышенного давления, мгновенно конденсируются, в результате чего происходит местное повышение давлении. Кавитация сопровождается характерным шумом и треском, понижением напора и КПД насоса, иногда наблюдается вибрация насоса. Особенно быстро при этом разрушается чугун, более стойкими металлами являются бронза и нержавеющая сталь. Поэтому кавитация при работе насосов недопустимо, а высота всасывания должна быть такой при которой возникновение кавитации не возможна.