4.4. Подбор и совместная работа насосов на сеть

Выбор типа насоса и количества рабочих агрегатов надлежит производить на основании расчетов совместной работы насосов, водоводов, сетей, регулирующих емкостей, суточного и часового графиков водопотребления, условий пожаротушения и других фак­торов. При этом должны быть выполнены следующие требования:

• развиваемый насосами напор должен быть рассчитан для преодоления гидравлических сопротивлений в сети, подъема и из- лива воды из самого высокого водозаборного прибора при мини­ мальной величине избыточных напоров;

• суточная подача насосов должна быть равна расчетному расходу воды в сутки наибольшего водопотребления, а максималь­ ная часовая подача меньше или равна максимальному часовому во- допотреблению;

• подача расчетных расходов воды должна осуществляться при наивысших КПД;

• насосы в одной группе должны быть однотипными, а количе­- ство рабочих агрегатов одной группы должно быть не меньше двух.

а поперечное сечение трубопровода (ω, м²) через его диаметр (d, м)

а потери напора в местных сетях

тогда потери напора на гидравлическое трение по длине труб, опре­деляемые по формуле (4.7), можно представить в следующем виде:

h_м = А_м ζ_м Q² =S_м Q² (4.25)

где А_дл - модуль удельного сопротивления на единицу длины тру­бопровода, с²/м⁶;

S_дл - полное сопротивление водовода; с²/м⁵;

А_м - модуль удельного местного сопротивления, с²/м⁵.

Таким образом, характеристику внешней сети можно предста­вить в виде следующей зависимости:

H = H_r + SQ², (4.26)

где S - постоянная трубопровода, с²/м⁵.

Графическая характеристика трубопровода имеет вид парабо­лы с вершиной на оси ординат (Q = 0), расположенной на расстоя­нии H_г от оси абсцисс (рис. 4.5). Рассчитать совместную работу на­сосов и водоводов можно двумя способами: графическим и анали­тическим. При первом способе наложением рабочей характеристики насоса H =f(Q) на характеристику трубопровода находят координа­ты точки 1 пересечения двух кривых, которыми определяют значе­ния производительности Q_H и напора H_н, развиваемого насосами.

Рис. 4.5. Совместная характеристика насоса и трубопровода

Если используется аналитический способ, тогда приравнивают правые части выражений (4.18) и (4.26) и находят формулу для определения расчетной производительности насоса

где а₁ и b₁ - параметры аналитической характеристики Н = f(Q) насоса, вычисляемые по формулам

где Н₁ и H₂ - напоры, развиваемые насосом при подаче соответст­венно Q₁ и Q₂, принимаемые из графиков или таблиц для рекомен­дуемой области применения данного насоса.

Точка пересечения характеристик насоса с характеристикой трубопровода определяет фактический режим работы насоса при данном трубопроводе. Для работы насоса в нормальном режиме необходимо соблюдать следующие условия:

• характеристики насоса и трубопровода должны пересекать­ ся только в одной точке;

• режим работы насоса должен находиться в рабочей зоне, чему соответствует максимальный КПД насоса;

• геодезическая высота должна быть на 10% меньше, чем на­ пор насоса при закрытой задвижке;

• высота всасывания не должна превышать допустимой.

Подбор насосов с требуемыми характеристиками часто невоз­можен, так как количество их типоразмеров, выпускаемых про­мышленностью, ограничено. В этом случае рекомендуется для по­вышения производительности насосной станции включать насосы в сеть параллельно, а для повышения напора - последовательно. Кроме того, можно регулировать режим работы насосов за счет из­менения характеристики самих насосов или системы.

Последовательной работой насосов называется перекачка во­ды из насоса в насос. Если насосы расположены на одном уровне, то суммарная характеристика получается в результате суммирова­ния ординат, т. е. суммы величин напора характеристик каждого насоса. Если насосы установлены на разных уровнях, тогда харак­теристику насоса N₁, установленного на более низком уровне, при­водят к точке расположения второго насоса N₂. Для этого из орди­нат характеристики насоса N₁ вычитают ординаты потерь напора в соединительном трубопроводе и строят приведенную характери­стику N₁¹ насоса N₁. Приведенную характеристику суммируют с ха­рактеристикой насоса N₂. Имея характеристику трубопровода, оп­ределяют точку совместной работы насосной станции и водопро­водной сети (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Характеристика последовательной работы насосов

Параллельным соединением насосов называется их совместная работа на общий трубопровод. При параллельном соединении сум­марная характеристика строится путем сложения абсцисс, т. е. ве­личин производительности (подачи) при одинаковых величинах напора, развиваемого насосами. Если насосы расположены рядом, тогда строится суммарная характеристика, и пересечение ее с ха­рактеристикой трубопровода дает точку совместной работы насо­сов и водопроводной сети (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Характеристика параллельной работы двух однотипных насосов

Если насосы удалены друг от друга, то характеристику даль­него насоса N₁ необходимо привести в точку установки насоса N₂.

Для этого необходимо учесть потери напора в соединительном тру­бопроводе и построить его характеристику Н_ав = Н_г+ SQ².

Затем из характеристики насоса N₁ вычитают ординаты харак­теристики этого трубопровода и получают приведенную характери­стику N₁^l. Суммируя характеристики N₁^l и N₂, получают общую ха­рактеристику параллельно работающих насосов. Режим совместной работы насосов N₁ и N₂ на трубопроводе определяется точкой 1, ко­торой соответствует суммарная производительность Q₁₊₂ насосов при расчетном напоре Н₁₊₂.

Изменения рабочего режима системы водопотребления мож­но добиться за счет регулирования параметров насосов или самой системы. Характеристика системы может быть изменена вводом дополнительного сопротивления в сеть с помощью задвижки, рас­положенной на напорной линии насоса. В этом случае характери­стика сети пойдет круче и рабочей точкой станет другая точка, в соответствии с чем снизится подача Q, изменятся мощность N_в и КПД насоса.

Путем уменьшения гидравлического сопротивления системы за счет открытия задвижек, отвода воды по обводной линии или че­рез сбросный клапан можно перевести систему в точку, требую­щую увеличения подачи, изменения мощности и КПД насоса.

Изменение характеристики насосов может быть достигнуто путем:

• поворота лопастей рабочего колеса;

• замены или обточки рабочего колеса;

• регулирования частоты вращения ротора насоса.

Это необходимо, если установлен насос с заведомо большими значениями производительности и напора, а затем вносятся те или иные изменения в конструкцию, те или иные способы регулирова­ния частоты вращения насоса. Например, подача и напор, созда­ваемые насосом, могут быть уменьшены при незначительном сни­жении КПД в результате обточки рабочего колеса и уменьшения его диаметра на 10-20%. Новые значения подачи и напора находят по следующим формулам:

подача

Q₂ = Q₁·D₂ /D₁ (4.30)

напор

Практика показывает, что последний способ с помощью час­тотного регулирования числа оборотов электродвигателя является наиболее удобным и рациональным.

Изменяя число оборотов насоса, производят пересчет пара­метров насоса по следующим формулам:

подача

напор

мощность

В приведенных формулах приняты следующие обозначения: n₁, п₂ - исходное и новое число оборотов рабочего колеса насоса, Q₁, H₁, N₁, D₁ - соответственно исходные значения подачи, напора, мощности и диаметра рабочего колеса насоса, Q₂, H₂, N₂ и D₂- со­ответственно новые значения подачи, напора, мощности и диаметра рабочего колеса насоса. Изменение числа оборотов насоса п может быть достигнуто разными способами, например, использованием для привода насосов двигателей постоянного тока или коллектор­ных двигателей переменного трехфазного тока, установкой между насосами и двигателями гидро- и электромуфт, а также за счет час­тотного регулирования электропривода.

где f- частота переменного электрического тока, Гц; р - число пар полюсов электродвигателя.