Материал: Методические указания к расчетно-графической работе по теме «Выбор центробежного насоса». Рукин Ю.Б., Жилин Р.А

Последовательная работа насосов на сеть

Основным условием последовательной работы насосов является равенство подач каждого насоса Q₁ = Q₂ = Q.

Порядок построения характеристик такой же, как и при параллельном соединении, но в этом случае напоры насосов складываются вдоль оси ординат. Например, складываются отрезки а + b и получается точка С. За­тем точки соединяются плавной кривой и получается напорная характеристика совместной работы двух на­сосов .

Пересечение характеристики совместной работы насосов и характеристики трубопровода дает положение рабочей точки А совместной работы насосов на трубопровод.

Рис. 4. Характеристика (а) и схема (б)

последовательной работы двух разных насосов на сеть:

I, II - насосы;

1, 2- задвижки.

Сначала включается насос I (рис. 4, б), после того как он создает напор, равный напору второго насоса II при закрытой задвижке, открывают задвижку 1 и вклю­чают насос II. Когда напор насоса достигает величины Н₁ + Н₂ открывают задвижку 2.

При последовательной работе насосов увеличивается не только напор, но и общая подача насосов на данный трубопровод.

Увеличение подачи последовательно работающих на­сосов объясняется тем, что при увеличении напора в сис­теме энергия жидкости возрастает и при сохранении ста­тистического напора прирост энергии расходуется на увеличение скорости жидкости.

Возрастание напора будет тем больше, чем круче ха­рактеристика трубопровода.

При пологих характеристиках трубопроводов после­довательное включение насосов мало эффективно.

Последовательное соединение насосов обычно эко­номически менее выгодно, чем применение одного насо­са с требуемым напором.

Регулирование подачи насосов Общие сведения

Работа центробежного насоса является экономичной при таком числе оборотов, при котором достига­ются требуемые подача и высота подъема жидкости.

При правильном подборе насоса этому условию соответствует только одна точка, называемая рабо­чей, - точка пересечения характеристики насоса и характеристики трубопровода. Однако расход воды, потребляемой сетью, изменяется во времени; в соот­ветствии с этим должна перемещаться и рабочая точ­ка, для чего необходимо изменять характеристику трубопровода или насоса.

Искусственное изменение характеристики трубопро­вода или насоса для обеспечения заданных величин по­дачи и напора насоса называется регулированием на­сосной установки.

Изменение характеристики трубопровода достигается дросселированием задвижкой, изменением характеристи­ки насоса путем изменения числа оборотов рабочего коле­са насоса или изменением диаметра рабочего колеса.

Регулирование подачи и напора дросселированием на нагнетании

С помощью открытия или прикрытия задвиж­ки на нагнетательной линии можно изменить подачу насоса от Q_A до Q_A1 (рис. 5).

Рис. 5. Характеристика насоса и сети

при регулировании подачи насоса напорной задвижкой:

1 - характеристика насоса _;

2 - характе­ристика трубопровода при полностью открытой задвижке на нагнетании ;

3 - характеристика трубопровода при приоткрытой задвижке на нагнетании ;

4 - характеристика насоса ;

A - рабочая точка при полностью открытой задвижке;

А₁ - рабочая точка при приоткрытой задвижке на нагнетании

Рассмотрим сущность этого метода. При полностью открытой задвижке насос создает напор Н_А и производит подачу жидкости Q_A в нагнетательный трубопровод.

Для уменьшения подачи до Q_A1 необходимо прикрыть задвижку на нагнетании, что повысит сопротивление в нагнетательном трубопроводе, характеристика трубопро­вода будет круче и соответственно напор насоса составит Н_А1. К сожалению, КПД насоса упадет.

Метод регулирования с помощью задвижки на нагне­тательной линии прост, но не экономичен (снижается КПД), ибо часть энергии, потребляемой насосом, тра­тится на преодоление сопротивлений в задвижке.

Регулирование подачи дросселированием на всасывании

Регулирование подачи насоса можно теорети­чески осуществлять дросселированием на всасывании. Уменьшая подачу, увеличивают в этом случае сопро­тивление всасывающего трубопровода, что повышает вакуум в насосе, способствует выделению паров из жид­кости и увеличивает возможность появления кавитации в насосе. В этом случае нарушается плавность потока и создается неравномерное распределение скоростей на входе в рабочее колесо, что увеличивает потери напора. Таким образом, метод регулирования подачи насоса путем дросселирования всасывающей линии практичес­ки не рекомендуется применять.

Регулирование подачи впуском воздуха

Регулирование подачи насоса впуском возду­ха во всасывающий патрубок возможно, когда геомет­рическая высота всасывания значительно меньше допу­стимой. В этом случае впуск воздуха может не ухудшить работу насоса и не вызвать кавитации.

При впуске воздуха характеристика насоса как бы смещается вниз, КПД снижается тем больше, чем боль­ше впускается воздуха. Этот способ более экономичен, чем регулирование дросселированием на всасывании, но он не распространен в производственной практике.

Регулирование подачи перепуском жидкости

Подачу насоса можно регулировать перепус­ком жидкости из нагнетательного трубопровода во вса­сывающий, но при этом снижается КПД системы.

Перепуск жидкости во всасывающий трубопровод улучшает кавитационные качества насоса, но при этом требуется устройство циркуляционного трубопровода, ус­тановка дополнительной арматуры, что усложняет тру­бопроводную обвязку насоса.

Регулирование подачи обточкой рабочего колеса

Возможна регулировка подачи изменением диаметра рабочего колеса, установленного в насосе.

В этом случае нужно иметь два комплекта колес, со­ответствующих максимальной и минимальной подачам.

Этот метод можно осуществлять обточкой рабочего колеса по внешнему диаметру.

Регулирование подачи и напора изменением

частоты вращения рабочего колеса

Изменяя частоту вращения, можно изменить подачу и напор насоса, что более выгодно экономически по сравнению с другими методами регулирования.

Регулирование подачи в широком диапазоне приво­дит к незначительному изменению КПД насоса.

Осуществляется этот метод с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт, многоскоростных электродви­гателей, двигателей внутреннего сгорания и т.д.

Частоту вращения рабочего колеса выбирают такой, чтобы характеристика насоса прошла через рабочую точку при заданном расходе.

Устройства для регулирования частоты вращения электродвигателей, применяемых в качестве привода центробежных насосов, особенно большой мощности, пока еще конструктивно сложны и дорогостоящи. Этот метод чаще всего используется путем применения двух- и четырехскоростных двигателей, т.е. регулирования ступенчатого.

На насосных станциях с несколькими агрегатами час­тоту вращения регулируют обычно у одного-двух насосов.

Регулирование подачи частотой вращения чаще все­го применяют в пожарных автонасосах, изменяя частоту вращения двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Маркировка центробежных насосов

Все насосы с одинаковыми конструктивными и эксплуатационными параметрами имеют свое обозна­чение - марку. Марка насосов состоит из буквенной и цифровой частей. Буквы обозначают тип конструкции и иногда назначение насоса. Цифры показывают основные технические показатели насоса: подачу и напор.

Большинство насосов маркируются следующим об­разом: после буквенного обозначения ставят через тире (или косую черту) две цифры - номинальную подачу в м³/ч и номинальный напор столба жидкости в м.

Марки центробежных насосов общего назначения име­ют следующую структуру: или , или (крупные вертикальные насосы).

Марки скважинных центробежных насосов имеют структуру: .

Марки осевых насосов имеют структуру: ,

где Т - обозначение типа конструкции и иногда назначе­ние насоса;

Q_ч, Q_н - расчетные подачи насоса (обычно при КПД, близ­ких к максимальным), соответственно м³/ч или м³/с;

Н - напор насоса, м;

d_н - внутренний диаметр напорного патрубка, мм;

d_в - внутренний диаметр обсадной колонны (скважины), мм, уменьшенный в 25 раз и округленный;

В - вертикальный насос;

- наружный диаметр рабочего колеса, см.

В марки насосов часто добавляют отдельные буквы, характеризующие дополнительные сведения о насосе, на­пример, возможность перекачки химически агрессивных жидкостей, необходимость применения определенного типа механизма разворота лопастей.

Подбор центробежных насосов по каталогу

Насос подбирается по требуемым расходу Q и напору Н_тр.

Расход Q или задается, или определяется технологичес­ким расчетом исходя из потребности в воде потребителя.

Напор Н_тр определяется по проектной формуле тре­буемого напора.

Выбранный насос должен не только обеспечить рас­четные параметры подачи и напора, но и по возможнос­ти удовлетворять следующим требованиям:

1) иметь высокий КПД;

2) наименьший допустимый кавитационный запас ;

3) наилучшие эксплуатационные возможности;

4) минимальные габариты и массу;

5) иметь серийный выпуск промышленностью.

Насос подбирается согласно расчетным Q и Н_тр по каталогам насосного оборудования, предназначенным для проектных организаций и предприятий, эксплуа­тирующих насосы.

В каталогах насосов помещены сводные графики по отдельным типам насосов. Например, на рис. 6 при­веден сводный график полей насосов типа К.

Рис. 6. Сводный график полей

насосов типа К

Каждый такой график строится в логарифмических координатах Q и Н и представляет собой поле, покрытое флажками и отдельными криволинейными отрезками. Флажки и отрезки могут в отдельных местах частично перекрываться. Каждый флажок представляет одну ка­кую-либо марку насоса (например К 8/18, К 90/85 и т.д.).

Кривая, ограничивающая флажок сверху, представ­ляет собой кривую при исходном диаметре ра­бочего колеса. Кривая, ограничивающая флажок снизу, это кривая для насосов с рабочим колесом, об­точенным по минимальному диаметру. Иногда на флаж­ке показывается и средняя кривая. Если обточка колеса насоса не допускается, то вместо флажка на сводном гра­фике показывается криволинейный отрезок, представ­ляющий данную марку насоса. Границы флажка или криволинейного отрезка слева и справа соответствуют волнистым черточкам на характеристиках . Внут­ри флажка или над криволинейным отрезком выписы­вается марка насоса и число оборотов рабочего колеса.

Располагая заданными Q и Н насоса, определяют по этим координатам точку на сводном графике насосов. Если точка оказывается в стороне от флажков и отрез­ков или выше их, то насосы этого типа не подходят и надо обратиться к другому сводному графику. Если точ­ка попадает внутрь флажка или несколько ниже флаж­ка (отрезка), то данная марка насоса подходит.

Имеющаяся разница между потребным напором Н_тр и напором Н, развиваемым подобранным насосом (при заданном Q), устраняется с помощью напорно-регулирующей задвижки.

После того как марка насоса подобрана, следует обратиться к частному графику этого насоса в том же каталоге и определить необходимые дополнительные данные (мощность, КПД и др.).