Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011

На рис. 3.3 показано изменение давления по длине горизонтального трубопровода. На выходе из резервуара давление Pвых в тру-

бопроводе равно сумме Ратм +ρghp , где hp – уровень воды в резер-

вуаре относительно всасывающего трубопровода. Это давление изза потерь на трение жидкости и местных сопротивлений уменьша-

ется по длине на величину ∑hпот.всас . Насос повышает это давление на величину его напора ρgHH . Из-за местных потерь и потерь на трение в напорном трубопроводе давление будет падать на величину .

Рис. 3.3. Изменение давления по длине трубопроводов

Помнить: в открытом потоке давление всегда будет равно атмосферному Ратм.

В соответствии с уравнениями (3.3) и (3.4) формулу для потребного напора можно переписать:

го напора, которая не зависит от расхода жидкости (производительности насоса); Hдин = k1Q2 +k2Q2 – динамическая составляю-

щая потребного напора, которая зависит от расхода жидкости в квадрате.

61

3.2. Работа насоса на сеть

Рассмотрим, как характеристика сети влияет на работу насоса. Для этого проанализируем примеры включения насоса в различные гидравлические сети.

На рис. 3.4 и 3.5 показана система водоснабжения. Уровни воды

врезервуарах на схеме показаны в масштабе оси напоров. Уровень

вприемном резервуаре совмещен с осью абсцисс графика. Так как статический напор

Hст = Hг +(Р3 − Р1)ρg

не зависит от подачи насоса, то характеристика сети представляет собой суммарную характеристику всасывающего и напорного тру-

бопроводов Hдин = kQ2 , смещенную вдоль оси напоров на величи-

ну Hст .

Насос, установленный в сети, работает в таком режиме, при котором потребный напор равен напору насоса, т.е. энергия, потребляемая при движении жидкости по трубопроводам сети, равна энергии, сообщаемой жидкости насосом. Для определения режима работы насоса следует на одном и том же графике в

одинаковых масштабах нанести характеристику насоса и сети (см. рис. 3.4). Пересечение характеристики насоса и сети определяет рабочую точку сети (РТ) с координатами QРТ и HРТ . В этой точке

соблюдается равновесие между мощностью насоса и мощностью, которая требуется на преодоление сопротивления в сети или системе, трубопроводах. В этой точке напор насоса равен потребному

62

напору системы (т.е. напору на преодоление потерь в трубопроводах).

Изменение параметров этой точки (напора и расхода) возможно только при изменении или характеристики насоса (например, числа оборотов ротора) или характеристики сети (например, изменяя по-

ложение запорной арматуры).

На рис. 3.5 показан случай, когда напорный и подающий уровни совпадают. Это характерно для замкнутой системы трубопроводов. В этом случае: геометрический напор

стика сети представляет собой кривую

Hпотр = kQ2 .

В этом случае весь напор насоса затрачивается на преодоление сопротивления в системе.

На рис. 3.6 показана схема, когда напорный

резервуар находится ниже подающего (например, сброс воды из резервуара в канализацию). Геометрический напор при этом отрицателен, и поэтому его следует откладывать вниз от оси абсцисс графика.

На рис. 3.6 приведен пример, когда давление P3 = P1 . Точка пе-

ресечения характеристики сети с осью абсцисс дает величину расхода QH =0 в трубопроводе при неработающем насосе за счет гео-

метрического напора сети. Включение насоса увеличило расход в системе на величину QРТ −QH =0 .

63

3.3. Влияние характеристики сети на работу насоса

Определим влияние уровня воды в подающем и напорном резервуарах на работу насоса (рис. 3.7).

Пусть в начальный момент времени расход через сеть равен Qнач. Уменьшение высоты воды в подающем резервуаре (или увеличение уровня воды в напорном резервуаре) на величину ∆h приводит к увеличению гидравлической высоты НГ на эту величину, а так как количество агрегатов и длина трубопроводов остались теми же (т.е. динамическая составляющая в формуле (3.5)

осталась постоянной), то характеристика сети эквидистантно поднимется на величину ∆h (пунктирная линия).

Так как характеристика насоса неизменна (насос один и тот же, а частота вращения его ротора постоянна), то его производительность уменьшится и станет равным Q∆h. Дальнейшее уменьшение уровня воды в подающем резервуаре будет приводить к уменьшению производительности через данную сеть. Нетрудно показать, что увеличение уровня в напорном резервуаре также приводит к уменьшению производительности и изменению режима работы насоса.

Оценим влияние изменения давления в системе водоснабжения на работу насоса (рис. 3.8 и 3.9).

Пусть в какой-то момент давление в городской системе равно P1′ и больше атмосферного, т.е. разница P3′− P1′ отрицательная,

поэтому на рис. 3.8 от Нг вычитается ( P3 − P1′). Тогда насос работает в рабочей точке с параметрами Q′ и HH′ . Если давление в го-

64

кран, загрязняется фильтр и т.п.).

Пусть в начальный момент открыты два крана и из них течет вода в объеме Q1 +Q2 (см. рис. 3.9) и характеристика сети

Hпотр (1+2). Если закроим один из кранов, т.е. увеличим сопротивле-

ние, то кривая потребного напора сети пойдет круче Hпотр (1) (пунктирная линия) и производительность насоса уменьшится.

Рассмотрим пример, как количество потребителей тепла влияет на работу насоса, работающего в замкнутом контуре (рис. 3.10).

65

это такое соединение, при котором два элемента имеют одну общую точку, причем конец первого элемента соединен с началом второго, а расход из одного элемента полностью поступает во второй. Тогда величина потерь напора равна сумме напоров на каждом элементе:

QМ =QN =QL =Q,

∑HпотрМ−L =

= HпотрМ−N + HпотрN −L

В случае параллельного соединения два элемента имеют две общие точки, при этом начало первого элемента соединено с началом второго, конец первого элемента соединен с концом второго. Потери напора на каждом элементе одинаковы и равны. Общий расход через два элемента равен алгебраической сумме расходов, проходящих через каждый элемент:

QМ =QM −1−N +QM −2−N =QN =Q,

HпотрМ−1−N + HпотрM −2−N .

Таким образом, сеть любой сложности (для примера см. рис. 3.11) может быть преобразована в простую сеть с одним элементом. Параллельное трехэлементное соединение (1, 2 и 3) может быть заменено одним элементом M–N. Три последовательных соединений A–M, M–N, N–B можно заменить по вышеизложенным правилам одним А–В элементом с эквивалентным потребным напором.

Рис. 3.11. Преобразование многоэлементной сети к эквивалентной одноэлементной сети

67

Графическая иллюстрация сложения характеристик при параллельном соединении приведена на рис. 3.12. Пусть каждый элемент

на участке M–N имеет свою характеристику: Нпотр M–1–N, Нпотр M–2–N, Нпотр M–3–N. Построение суммарной характеристики при параллель-

ном сложении элементов выполняется следующим образом: при значении напора Нi нужно сложить по оси абсцисс отрезки Q1, Q2 и Q3, выражающие расходы в элементах 1, 2 и 3. Найденная таким образом точка с координатами Q1+2+3, Нi принадлежит суммарной характеристике 1+2+3. Построив несколько точек при произвольных значениях напора, их соединяют и получают линию суммарной характеристики Нпотр M – N.

Отметим, что суммарная характеристика по-прежнему является параболой!

68

3.5.Выбор рабочей точки насоса

ипостроение характеристики сети

Параметры рабочей точки – величина напора, расхода − определяются по результатам анализа в следующей последовательности, при которой определяются

1)величина расхода для каждого элемента сети;

2)потребный напор для каждого элемента сети. Например, на рис. 3.14

представлен анализ по определению потребного напора для одного из элементов потребительской сети, находящегося на шестом этаже. В соответствии с формулой

(3.1)

сток короткий,

∑hпот.напор = ∑hпот.напор M +

+∑h +∑hпотребителя пот.напор ТР пот.напор

равен сумме:

• потерь на трение ∑hпот.напор ТР и в элементах на напорном трубопроводе ∑hпот.напор M от патрубка насоса до потребителя;

69

• потерь в трубопроводах самого потребителя ∑hпотпотребителя.напор ,

которые могут состоять из потерь в фильтрах, дозаторах, счетчике воды (расходомере);

•гарантированного перепада давления на кране (min 0,5 атм), при котором обеспечивается нормальное истечение воды из крана.

3. Определяется величина суммарного расхода данной сети как:

•для системы отопления по тепловой потребности здания или другого потребителя тепла;

•для систем водоснабжения по суммарному максимальному расходу при открытии всех точек водозабора.

4. По потребному напору каждого элемента сети определяется потребный напор всей сети с использованием правил сложения раздела 3.4.

5. Потребный напор сети и потребный расход потребителей являются параметрами для выбора насоса. Этот выбор выполняется из условия его работы в данной рабочей точке с максимальным КПД.

3.6.Регулирование режима работы насоса

Данной характеристике насоса и сети соответствует только одна рабочая точка, на которую выбран насос. Однако величина требуемой подачи может меняться, например, из-за изменения температур, когда требуется разное количество теплоносителя для системы.

Для того чтобы изменить положение рабочей точки, необходимо изменить или характеристику насоса или характеристику сети, что называется регулированием.

Изменение характеристики насоса может осуществляться изменением чисел оборотов насоса, а изменение характеристики сети – при помощи регулирующего устройства.

Пусть необходимо уменьшить подачу жидкости потребителем на примере замкнутой системы. Аналогичные рассуждения будут верны для любой другой гидравлической системы.

Предположим, что точка 1 (рис. 3.15 и 3.16) является рабочей точкой, в которой насос работает в первоначальный момент времени.

70