Работа центробежного насоса на сеть кратко

Обновлено: 05.07.2024

Центробежные насосные агрегаты (ЦН) используются не только в различных отраслях промышленности, но и в быту. В системах водоснабжения применяют погружные электронасосы для подъема воды из скважин и подачи потребителям. ЦН обеспечивают циркуляцию теплоносителя в системах отопления. Благодаря простоте конструкции и высокой надежности эти устройства являются самыми распространенными гидравлическими агрегатами.

Особенности конструкции и принцип действия

Центробежный насос представляет собой динамический лопастной агрегат, в котором перенос рабочего тела происходит непрерывным потоком за счет центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса. Жидкость перемещается по подвижным лопастям от центра к периферии, т. е. перпендикулярно оси вращения. В большинстве случаев насосный агрегат состоит из 2 частей: гидравлической (насос) и приводного двигателя.

Корпус ЦН представляет собой разъемную металлическую отливку, имеющую форму улитки, с 2 фланцами – всасывающим и напорным. Внутри, на валу, располагается рабочее колесо открытого или закрытого типа. Последнее состоит из 2 дисков, между которыми расположены лопасти, изогнутые в направлении, противоположном вращению. В переднем диске имеется отверстие, расположенное напротив всасывающего патрубка.

Принцип работы ЦН основан на действии центробежных сил. При вращении колеса в заполненном водой корпусе жидкость начинает двигаться по лопастям от центра к периферии под влиянием сил инерции. В результате этого на выходе получается избыточное давление, которое выталкивает рабочее тело в напорный трубопровод. Разряжение, создающееся в центре колеса, втягивает воду из всасывающего трубопровода и подает на лопатки. Таким образом создается непрерывный поток жидкости.

Во многоступенчатом насосе корпус имеет цилиндрическую форму. Для передачи жидкости с одной ступени на другую устанавливают направляющие аппараты. Устройство располагается над каждым рабочим колесом и представляет собой диск с неподвижными изогнутыми лопатками, которые направляют рабочее тело с выхода вращающегося колеса на всас следующего. Это приводит к существенному повышению давления на последней ступени.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение центробежные насосы получили благодаря своим положительным качествам:

простоте конструкции;
несложному монтажу;
простому обслуживанию;
длительному сроку службы;
высокой надежности.

Как и другие типы гидромашин, ЦН имеют ряд недостатков:

невысокая высота всасывания (до 6-8 м);
отсутствие сухого всаса;
большая вероятность возникновения кавитации.

Для пуска агрегата необходимо заполнение водой гидравлической части и всасывающего трубопровода.

Классификация

Производители предлагают большой выбор центробежных агрегатов, имеющих различное исполнение и характеристики.

По числу ступеней – одноступенчатые, многоступенчатые.
По способу отвода среды – простые без направляющего аппарата; турбоприводные с направляющим аппаратом.
По типу подвода жидкости – с односторонним и двухсторонним подводом.
По параметрам потока – низко- (до 2 атм.), средне- (2-6 атм.), высоконапорные (более 6 атм.).
По расположению вала – с горизонтальным и вертикальным размещением.
По виду перекачиваемой жидкости – водяные, фекальные, землесосные, кислотные и т. д.
По назначению – общепромышленные, шахтные, артезианские (глубинные) и т. д.

Одноступенчатые бытовые насосы применяются в частных хозяйствах для полива или перекачки воды из водоема. В скважинах для подачи питьевой воды устанавливают многоступенчатые погружные ЦН.

Сферы применения

Использование ЦН на производстве.

Область применения центробежных насосов чрезвычайно велика. Они используются в теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи воды в систему регенеративного теплообмена, подпитки сетевых теплофикационных установок. На АЭС применяются центробежные агрегаты герметичного исполнения. На тепловых станциях они используются в системах гидрозолоудаления.

Широкое применение ЦН нашли на промышленных предприятиях, сельском хозяйстве и в системах водоснабжения городов. Они используются для подачи реагентов и растворов в технологических схемах производств. Применяются в строительстве и угольной промышленности при гидромеханизации разработки грунтов и гидравлическом способе добычи угля.

В сельском хозяйстве для подачи воды на животноводческие фермы применяются глубинные ЦН. В системах полива полей устанавливают насосные агрегаты большой производительности.

Как правильно выбрать центробежный насос

Помпа центробежного типа выбирается исходя из задач, которые она будет выполнять. При выборе гидроагрегата необходимо обратить внимание на технические характеристики.

Аппарат подбирают по параметрам, среди которых:

Высота всасывания.
Определяется как расстояние от зеркала воды до вала установленного насоса. Для погружных насосов эта величина не указывается.
Эффективность оборудования.
Чем выше КПД агрегата, тем меньше потери при работе.
Производительность.
Параметр характеризует расход жидкости в единицу времени. От него зависит продолжительность непрерывной работы.
Напор.
Измеряется в м вод. ст. На его величину влияет протяженность и диаметр трубопровода. Чем длиннее труба, тем выше гидравлическое сопротивление, тем меньше давление.
Мощность приводного двигателя.
Величина влияет не только на качество работы агрегата, но и на возможности электрической сети.

В большинстве случаев характеристики выбираемого ЦН должны быть несколько выше требуемых. Агрегат прослужит дольше, если будет работать в менее напряженном режиме.

Подготовка к работе

Подготовка насоса к работе.

Некоторые виды центробежных насосов не требуют подготовки перед пуском. К ним относятся глубинные (скважинные), насосы систем отопления и другие агрегаты, корпуса которых постоянно заполнены водой. Бытовые гидроагрегаты, предназначенные для подъема воды из колодца или ее подачи из водоема на полив, перед включением требуют некоторой подготовки.

При пуске ЦН с сухой гидравлической частью во всасывающем патрубке не создается разряжение, и жидкость не поступает на рабочее колесо. В результате такой работы вращающие части нагреваются, что приводит к выходу насоса из строя. Существует несколько вариантов решения этой проблемы.

Заливка воды из трубопровода

Применяется для водопроводных систем со стационарно закрепленными трубопроводами. Чаще всего такой способ используют для подъема воды из колодца. Насос устанавливают таким образом, чтобы расстояние до воды было не больше величины, указанной в описании (паспорте) устройства. На всасывающем трубопроводе монтируют обратный клапан, предотвращающий слив воды. Корпус насоса вместе с трубопроводом заполняют водой, а затем включают двигатель.

Такая процедура проводится при первом пуске. Если обратный клапан работает правильно, то вода не сольется и последующие пуски будут проходить с заполненным контуром. Если насос пускают редко, то обвязку насоса делают таким образом, чтобы была возможность подачи воды из напорного трубопровода на всас насоса, т. е. проводят байпасирование агрегата. Воду подают до тех пор, пока из заполняемого контура не выйдет весь воздух.

Заливка воды из резервуара

Центробежный насос в действии.

Для заполнения гидравлической части применяют емкости с водой. Их располагают выше агрегата, тогда жидкость будет самотеком поступать в насос и трубопровод. После пуска ЦН закрывают вентиль на магистрали заполнения. Для подачи воды в бак на напорном трубопроводе насоса устанавливают трубку с запорной арматурой. Этот процесс можно автоматизировать, поставив в емкость поплавковый клапан, который будет закрываться при полностью заполненном баке.

В некоторых случаях используют баки-аккумуляторы, которые устанавливают на всасе насоса. Подача воды на ЦН проводится из нижней точки емкости, а всасывающий трубопровод подключают в верхней части. Аккумулятор не должен иметь связей с атмосферой помимо предусмотренных конструкцией. Емкость бака выбирают равной двукратному объему полостей насоса и всасывающего трубопровода. При полностью герметичной системе после остановки насоса уровень в аккумуляторе позволит провести последующее включение без заполнения емкости жидкостью.

Эксплуатация и ремонт

Циркуляционный насос будет работать без дефектов, если монтаж проведен правильно. В большинстве случаев снижение производительности и уменьшение напора происходит не из-за поломки ЦН, а возникновении проблем с элементами трубопровода. Поэтому перед тем как начать разбирать агрегат, необходимо проверить работоспособность системы.

При засорении фильтра на всасывающем трубопроводе происходит срыв потока, что приводит к кавитации. Неплотности в соединениях, превышение высоты всасывания, большое гидравлическое сопротивление трубопровода негативно отражается на параметрах ЦН.

Чаще всего дефекты возникают в узле уплотнения вала насоса. Если используется сальниковая набивка, то нажимная букса должна уплотнять вал так, чтобы была небольшая протечка для охлаждения и смазки набивки. На работу торцевого уплотнения большое влияние оказывает соосное расположение валов насоса и приводного двигателя. Узел устроен так, что уплотнительные графитовые кольца должны находиться в одной плоскости. В противном случае будет неравномерная выработка поверхностей, что приведет к увеличению протечек.

Износ дорожек или разрушение сепараторов подшипников приводит к биению вала, увеличению нагрузки на приводной двигатель и снижению показателей работы ЦН. Без наличия опыта и специальных инструментов самому разбирать насос не стоит. Эту работу качественно могут сделать специалисты. Замену набивки чаще всего проводят самостоятельно.

Для поддержания насоса и системы в работоспособном состоянии необходимо проводить периодические осмотры в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

При проектировании насосных установок на базе центробежных насосов, а также при анализе работы насосов на действующих насосных станциях возникает необходимость в определении их режимов работы.

1. При работе центробежного насоса на горизонтальный трубопровод (рис.1) (редкий случай) напор Н, который необходимо создать насосу затратится только на преодоление гидравлических потерь, т.е.

Рис.1

По выражению (1) строят гидравлическую характеристику трубопровода. При турбулентном режиме движения жидкости это будет квадратичная парабола.

При совмещении на одном графике характеристик трубопровода и центробежного насоса (рис. 2) получают рабочую точку насоса А.

Рис.2

При подборе насоса к данному трубопроводу (сети) эта точка должна соответствовать максимальному значению к.п.д. насоса. При этом основные параметры насоса подача и напор будут оптимальны.

2. При работе центробежного насоса на сеть с преодолением статического напора. Гидравлическая характеристика сети имеет вид

Нахождение оптимального режима работы насоса аналогично предыдущему (рис.3).

Рис.3

В этом случае напор Н¢ без насоса обеспечит расход в сети Q¢. Для увеличения расхода подключается насос.

При параллельном соединении нескольких насосов на общую сеть их суммарную характеристику получают сложением подач при постоянных напорах, а при последовательном – сложением напоров при постоянных подачах.

Задача 81

Центробежный насос К45/55 подает воду на высоту h _р = 35 м по трубопроводу длиной L = 420 м, диаметром d =125 мм. Определить подачу, напор и потребляемую мощность, если коэффициент потерь на трение λ= 0,033, а суммарный коэффициент местных сопротивлений ξ = 23. Рабочая характеристикa насоса представлена кривой 1.

Рисунок к задаче 81

Задача 82

Из резервуара с постоянным уровнем вода подается центробежным насосом в бак, из которого она забирается в количестве q = 3 л/с. Отверстие заборной трубы находится на высоте h = 10 м над поверхностью воды в резервуаре. Определить подачу и напор насоса в начальный момент работы насоса, когда уровень воды в баке располагается на высоте h.

До какого наибольшего уровня может подняться вода в баке? Какими будут в этот момент подача и напор насоса? Задана характеристика насоса - зависимости напора от подачи:

Суммарный коэффициент сопротивления трубопровода ; диаметр трубопровода d = 100 мм.

Рисунок к задаче 82

Задача 83

Центробежный насос, работая с частотой вращения n = 1500 об/мин, перекачивает жидкость по трубопроводу, для которого задана кривая потребного напора H_потр = f(Q). На том же графике дана характеристика насоса Н_н при указанной частоте вращения. Какую частоту вращения нужно сообщить данному насосу, чтобы увеличить подачу жидкости в два раза?

Рисунок к задаче 83

Откачка грунтовой воды из колодца производится центробежным насосом (характеристика которого задана) по гибким шлангам общей длиной l = l₁ + l₂= 7 м, диаметром d = 100 мм. Определить время понижения уровня в колодце на Н₁ = 3 м, если площадь его поперечного сечения 6,25 м 2 , а выходное отверстие напорного трубопровода расположено выше конечного уровня в колодце на Н₂ = 4 м.

Коэффициент сопротивления трения шлангов λ = 0,04, суммарные коэффициенты местных сопротивлений во всасывающем трубопроводе ξ₁ = 6, в нагнетательном трубопроводе ξ₂ = 4.

Указание. Время понижения уровня определить по средней за время откачки подаче насоса.

Рисунок к задаче 84

Задача 85

Центробежный насос поднимает воду на высоту Н_ст = 6 м по трубам L₁ = 20 м, d₁ = 0,2 м (λ₁ = 0,02) и L₂ = 100 м, d₂ = 0,15 м (λ₂=0,025).

1. Определить подачу Q_н насоса при п = 900 об/мин.

2. Сравнить величины потребляемой насосом мощности при уменьшении его подачи на 25% дросселированием задвижкой или изменением частоты вращения.

Местные сопротивления учтены эквивалентными длинами, включенными в заданные длины труб.

Рисунок к задаче 85

Задача 86

Определить подачу Q_н и мощность N_дв, потребляемую центробежным пожарным насосом при п = 3000 об/мин, если насос подает воду по шлангам l₁ = 6 м, d₁ = 100 мм (λ₁=0,025; ξ₁ = 4) и l₂ = 40 м, d₂ == 90 мм (λ₂ = 0,035; ξ₂ = 10) через сходящийся насадок d = 40 мм (ξ= 0,08, ε = 1) на высоту Н_ст =16 м.

Характеристика насоса при n = 3000 об/мин

Q_н в л/с

Н_н в м

η в %

Рисунок к задаче 86

Задача 87

Центробежный насос поднимает воду на высоту h₂ = 6 м по трубам L₁= 20 м, d₁ = 0,2 м (λ₁= 0,02) и L₂ = 100 м, d₂= 0,15 м (λ₂ = 0,025). Определить подачу насоса при n = 900 мин 1 . Сравнить величины мощности, потребляемой насосом, при уменьшении его подачи на 25 % дросселированием задвижкой или изменением частоты вращения, если р₁ = р₂= р_ат.

Характеристика насоса при n₁ = 900 мин -1 дана в таблице. Местные сопротивления учтены эквивалентными длинами, включенными в заданные длины труб.

Таблица

Q, л/с л/с
Н, м м	12,6	13,3	13,6	13,4	12,7	11,5	9,6
η	0,48	0,68	0.77	0,83	0,81	0,74

Рисунок к задаче 87

Задача 88

Центробежный насос перекачивает воду на высоту h₂ = 11 м по трубопроводам L₁ = 10 м, d₁= 100 мм (λ₁ = 0,025; ξ= 2) и L₂ = 30 м, d ₂ = 75 мм (λ₂ = 0,027; ξ ₂=12). Определить подачу, напор и потребляемую мощность при n = 1600 мин -1 . При какой частоте вращения n₂ его подача увеличится на 50 %?

Характеристика насоса при n = 1600 мин -1 дана в таблице

Таблица

Q, л/с
H, м	15,5	14,0	10.3
η	0,64	0,75	0,57

Рисунок к задаче 88

Задача 89

Центробежный насос с заданной характеристикой (n = 1450 об/мин) перекачивает воду по сифонному трубопроводу диаметром d = 50 мм и общей длиной 3l = 75 м из резервуара А в резервуар В. Разность уровней в резервуарах Н = 8 м; верхняя точка сифона расположена на высоте h = 5 м от уровня в верхнем резервуаре.

Определить, пренебрегая местными потерями и скоростными напорами и полагая коэффициент сопротивления трения l = 0,025:

1) подачу, напор и к.п.д. насоса;

2) где следует установить насос (на восходящем или нисходящем участке сифона) и почему?

3) какой был бы расход Q_с воды по сифону без насоса?

4) какими будут величины давления в верхней точке сифона при отсутствии и при наличии насоса?

Рисунок к задаче 89

Задача 90

Центробежный насос с заданной при n = 1600 об/мин характеристикой перекачивает воду из резервуара с отметкой Ñ5 м в резервуар с отметкой Ñ16 м по трубопроводам l₁ = 10 м, d₁ = 100 мм (Sz₁ = 2, l₁ = 0,025) и l₂ = 30 м, d₂ = 75 мм (Sz₂ = 12, l₂ = 0,027).

1) подачу Q_н, напор Н_н насоса и потребляемую им мощность N_дв при n = 1600 об/мин;

2) частоту вращения n₁ насоса, необходимую для увеличения его подачи на 50 %.

Рисунок к задаче 90

Гидравлические приводы.

Классификация

Гидравлическим приводом называют совокупность устройств для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости.

Известно, что удельная энергия жидкости определяется выражением (см. уравнение Бернулли)

Энергией положения z в гидроприводах обычно пренебрегают, поскольку разности высот между отдельными элементами гидросистемы малы.

Кинетическая энергия используется в гидродинамических передачах – гидромуфтах и гидротрансформаторах.

Объемный гидропривод

По кинематическому признаку (по виду движения выходного звена) объемный гидропривод подразделяют на гидропривод поступательного, вращательного и поворотного движения, а по виду циркуляции рабочей жидкости – на гидроприводы с разомкнутой и замкнутой циркуляцией; по способа регулирования скорости выходного звена – на дроссельный и объемный.

Принципиальная схема объемного гидропривода
с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости

1 – насос; 2 – предохранительный клапан; 3а – гидродвигатель поступательного движения (гидроцилиндр); 3б – гидродвигатель вращательного движения (гидромотор); 3в – гидродвигатель поворотного движения (моментный гидроцилиндр); 4 – гидрораспределитель; 5 – дроссель; 6 – фильтр; 7 – гидроемкость.

Принципиальная схема объемного гидропривода
с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости

1 – регулируемый реверсивный насос; 2 – нерегулируемый реверсивный гидромотор; 3 – подпиточный насос с переливным клапаном 4; 5 – обратные клапаны; 6 – предохранительные клапаны

Задача 91

Определить давление, создаваемое насосом, и его подачу, если преодолеваемая сила вдоль штока F = 10 кН, а скорость перемещения поршня u_п=0,1 м/с. Учесть потерю давления на трение в трубопроводе, общая длина которого L=8 м; диаметр d =14 мм. Каждый канал распределителя по сопротивлению эквивалентен длине трубопровода L_э=100d. Диаметр поршня D=100 мм, площадью штока пренебречь. Вязкость масла ν=l Ст; плотность р=900 кг/м 3 .

Рисунок к задаче 91

Задача 92

Для подъема груза G со скоростью u=0,15 м/с используются два гидроцилиндра диаметром D = 100 мм. Груз смещен относительно оси симметрии так, что нагрузка на штоке первого цилиндра F₁=6 кН, на штоке второго цилиндра F₂=5 кН. Каким должен быть коэффициент местного сопротивления дросселя ξ_др, чтобы платформа поднималась без перекашивания? Диаметр трубопровода d=10 мм; плотность жидкости р=900 кг/м 3 . Потерями на трение по длине трубы пренебречь.

Рисунок к задаче 92

Задача 93

Объемный гидропривод вращательного движения с дроссельным регулированием состоит из двух гидромашин - насоса 1 и гидромотора 2, а также дросселя 3, предохранительного клапана 4 и вспомогательного насоса 5. Определить пределы изменения частоты вращения гидромотора n₂ при постоянной нагрузке. Даны: частота вращения насоса n₁=2400 об/мин; рабочие объемы гидромашин V₁=0,01 л; V₂=0,02 л; давление в напорной гидролинии, обусловленное заданной нагрузкой (моментом на валу гидромотора), P_н =5 МПа; давление во всасывающей линии, поддерживаемое насосом 5, P_вc = 0,3 МПа; площадь проходного сечения дросселя при полном его открытии Sдр =0,015 см 2 ; коэффициент расхода дросселя ξ = 0,65; объемный к. п. д. каждой гидромашины η_о = 0,95. Расход через клапан 4 Q_кл=0.

Рисунок к задаче 93

Задача 94

При испытании насоса получены следующие данные: избыточное давление на выходе из насоса P₂ =0,35 МПа; вакуум перед входом в насос h_вак=294 мм рт. ст.; подача Q=6,5 л/с; крутящий момент на валу насоса М = 41 Н×м; частота вращения вала насоса n =800 об/мин. Определить полезную и потребляемую мощности и к.п.д. насоса. Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов считать одинаковыми.

Задача 95

На рисунке показана упрощенная схема гидропривода с дроссельным управлением и последовательным включением дросселя. Обозначения: 1 — насос, 2 — гидроцилиндр, 3 — регулируемый дроссель, 4 — переливной клапан (распределитель на схеме не показан). Под каким давлением р₁ нужно подвести жидкость (ρ=1000 кг/м 3 ) к левой полости гидроцилиндра для перемещения поршня вправо со скоростью u = 0,1 м/с и преодоления нагрузки вдоль штока F = 1000 H, если коэффициент местного сопротивления дросселя x_др = 10? Другими местными сопротивлениями и потерей на трение в трубопроводе пренебречь. Диаметры: поршня D_n = 60 мм, штока d_ш = 30 мм, трубопровода d_т = 6 мм.

Рисунок к задаче 95

Задача 96

На рисунке показана упрощенная схема объемного гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием скорости выходного звена (штока), где 1 — насос, 2 — регулируемый дроссель. Шток гидроцилиндра 3 нагружен силой F = 1200 H; диаметр поршня D = 40 мм. Предохранительный клапан 4 закрыт. Определить давление на выходе из насоса и скорость перемещения поршня со штоком u_п при таком открытии дросселя, когда его можно рассматривать как отверстие площадью S_о = 0,05 см 2 с коэффициентом расхода m = 0,62. Подача насоса Q = 0,5 л/с. Плотность жидкости ρ = 900 кг/м 3 . Потерями в трубопроводах пренебречь.

Рисунок к задаче 96

Подача шестеренного насоса объемного гидропривода Q = 80 л/мин. Подобрать диаметры всасывающей, напорной и сливной гидролиний, принимая следующие расчетные скорости: для всасывающей гидролинии V_вс = 0,6. 1,4 м/с, для напорной V_н = 3,0. 5,0, для сливной V_с = 1,4. 2,0 м/с.

Рисунок к задаче 97

Задача 98

Определить давление, создаваемое насосом, если длины трубопроводов до и после гидроцилиндра l = 5 м; их диаметры d_т = 15 мм; диаметры: поршня D = 60 мм; штока d_ш = 40 м; сила на штоке F = 1 кН; подача насоса Q = 1,2 л/с; вязкость рабочей жидкости n = 0,5 Ст; плотность r = 900 кг/м 3 . Составить схему.

Задача 99

На рисунке приведена схема гидропривода, состоящего из насоса 1, переливного клапана 2, распределителя 3 и гидроцилиндра 4. Определить скорость движения штока гидроцилиндра при нагрузке F = 20 кН, если рабочий объем насоса V = 32 см 3 ; угловая скорость w = 200 с -1 ; объемный к.п.д. h₀₁ = 0,96 при р = 8 МПа; давление начала открытия переливного клапана р_кл = 5 МПа; максимальное давление р_max = 7 МПа; суммарная длина трубопроводов l = 6 м; диаметр трубопровода d_т = 10 мм; эквивалентная длина для каждого канала распределителя l_р = 200d_т, диаметры: поршня D = 80 мм; штока d_ш = 30 мм; плотность рабочей жидкости r = 900 кг/м 3 ; вязкость n = 0,4 Ст.

Рисунок к задаче 99

Задача 100

Определить скорости поршней V_п1 и V_п2, площади которых одинаковы: S_п = 5 см 2 . Штоки поршней нагружены силами F₁ = 1 кН и F₂ = 0,9 кН. Длина каждой ветви трубопровода от точки М до бака l = 5 м, диаметр трубопроводов d = 10 мм; подача насоса Q = 0,2 л/с. Вязкость рабочей жидкости n = 1 Ст; плотность r = 900 кг/м 3 .

Рисунок к задаче 100

Щирый Владимир Дмитриевич

Пташкина-Гирина Ольга Степановна

Насос данной насосной установки работает на таком режиме,
при котором потребный напор равен напору насоса, т.е. при котором энергия, потребляемая при движении жидкости по трубопроводам установки (потребный напор), равна энергии, сообщаемой жидкости насосом (напор насоса).

Для анализа работы центробежного насоса на сеть необходимо иметь характеристики насоса и сети.

При рассмотрении напора, развиваемого насосом, нами была получена формула (6.3). Формула (6.3) записана в параметрах сети, т.е. она может быть принята за характеристики сети. Обычно в условиях данной сети высота остается постоянной. Назовем эту высоту статическим напором и обозначим как . Движение жидкости
в трубопроводе явно турбулентное, поэтому величину можно представить как . Итак, вместо формулы (6.3) можно записать:

где – коэффициент пропорциональности.

Формула (6.34) является характеристикой сети, т.е. она связывает потребный напор сети с расходом жидкости.

Характеристику насоса можно взять из технического паспорта насоса. Опишем эту характеристику формулой:

Задачу совместной работы насоса и сети можно решить двумя способами: аналитическим и графическим.

Аналитический способ: имеем два уравнения с двумя неизвестными (6.34) и (6.35). Совместное их решение позволит найти общие и для насоса и сети. В пределах изменения параметров, входящих в уравнения (6.34) и (6.35), можно анализировать совместную работу насоса и сети.

Графический способ: представим формулу (6.34) в виде графика
и совместим её с характеристикой данного насоса на общем графике
в координатах (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Характеристики насоса и сети

Точку пересечения двух кривых а, отражающих характеристики насоса и сети, называют рабочей точкой. В этой точке подача насоса равна расходу сети, а напор, развиваемый насосом, равен напору, необходимому для пропуска данного расхода через данный трубопровод.

Если параметры точки а не устраивает производственные потребности, то, меняя сопротивление на линии нагнетания, можно изменить её положение. Закрывая задвижку на линии нагнетания, уменьшаем подачу (точка ), открывая – увеличиваем (точка ).

Необходимое требование эксплуатации насоса: рабочая точка должна находиться в зоне максимального КПД насоса . В случае невозможности выполнения этого требования можно менять число оборотов насоса n или этот насос менять на другой.

Насосная установка и сеть трубопроводов образуют единую систему, характеризуемую равенством подачи насоса и расхода, проходящего в сети, а также равенством напоров насоса и расхода в сети. В общем случае энергия насоса, эквивалентная его напору, расходуется для подъема жидкости на высоту ζ₂ — ζ₁ , создания давления в системе p₂ — p ₁ и преодоления суммарных сопротивлений h_п1 — h_п1 (рис.1).

Статический напор Н_ст = (p₂— p₁) ⁄ ρ ⋅ g + (ζ₂ — ζ₁) можно считать независящим от расхода сети; гидравлические потери в сети приближенно пропорциональны расходу во второй степени: h_п1 + h_п2 = ζQ 2

Тогда для сети верно H_с = H_ст + h_p + (v₂ 2 — v₁ 2 ) / 2g = A + BQ 2

Характеристикой сети называется графическая зависимость напора в сети H_c от расхода сети Q

Графически установившееся равновесное рабочее состояние системы насос - сеть определяется точкой пересечения характеристик насоса и сети, которая называется Рабочей точкой . Для известных характеристик насоса и сети може быть только одна рабочая точка, определяющая устойчивый рабочий режим системы. По условиям эксплуатации расход сети может меняться. При этом будет меняться и напор, расходуемый сетью и, следовательно, положение рабочей точки. Ясно, что всякое новое положение рабочей точки может быть получено изменением формы и положения характеристик насоса и сети.

Регулирование работы

Регулирование работы насосной установки необходимо для изменения основных ее параметров: подачи Q и напора Н ; при этом меняются значения N и η

Регулирование может осуществляться воздействием на элементы сети (с изменением характеристик сети) или же воздействием на насос (с изменением формы и положения характеристики насоса). Одним из наиболее распространенных методов изменения характеристики сети является способ дросселирования задвижкой, установленной на напорной линии насоса.

Дроссельное регулирование - это наиболее распространенный, простой и надежный способ регулирования, который осуществляется дросселем, расположенным на напорной линии насоса, обычно вблизи него. По мере закрытия дросселя увеличивается сопротивление и соответсвенно уменьшается подача. Каждому положению дросселя соответсвует новая характеристика сети, благодаря чему характеристика Q — H'_тр сети поднимается более круто (рис.2) и пересекает характеристику насоса в режимной точке 2, соответствующей требуемой подаче Q₃ . При этом напор в системе равен H₃ , а насос развивает напор H₂ .
Следовательно, энергия N = Q₃⋅ p , где p = H₂ — H₃ , теряется вследствие увеличения местного сопротивления в задвижке.

Полезная мощность насоса для обеспечения работы системы в точке 3 равна N₃ = Q 3 p₃

Затрачиваемая мощность насосной установки в этом случае определяется по следующей формуле N = Q₃ p₂ / η

Теперь можно вычислить КПД насосного агрегата следующим образом η = N₃ / N = η₂ p₃ / p₂

Из указанного тождества видно, что КПД агрегата уменьшается с увеличением разности между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым в сети.

В силу существенных недостатков (неэкономичность и возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи) способ дроссельного регулирования целесообразно применять на небольших насосных агрегатах, имеющих плавную рабочую характеристику, где регулирование требуется в течении короткого времени.

Регулирование изменением частоты вращения .
При изменении частоты вращения n_i напорные характеристики насоса H = ƒ(Q) представляют собой конгруэнтные кривые и рабочая точка, перемещаясь по характеристике сети, дает различные значения подачи Q_pi .

При крутых характеристиках системы H_c и малых значениях H_ст , этот метод не приводит к большим дополнительным потерям в гидравлической системе, так как в любых режимах напоры насоса в сети всегда равны между собой. А КПД насосного агрегата η_н.у примерно равен КПД насоса (проточной части) η_i .

Если характеристика сети H' имеет значительную составляющую H'_ст , то изменение режима работы насоса будет связано с дополнительными потерями за счет отклонения КПД от зоны максимальных значений.

Регулирование режима работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса является наиболее экономичным. Частоту вращения рабочего колеса насоса можно изменять двигателями с переменной частотой вращения (электродвигателями постоянного тока, электродвигателями переменного тока с преобразователями частоты, паровыми и газовыми турбинами).

Регулирование перепуском (байпасирование)
При этом способе регулирования требуемая подача системы (насос-сеть) достигается возвратом из напорного трубопровода обратно на всасывающий части подачи насоса.

ООО М3 оставляет за собой право изменять информацию, представленную на данном сайте, без какого-либо предварительного уведомления.
ООО М3 не несет никакой юридической или имущественной ответственности, связанной с использованием информации с настоящего сайта.
Условия использования материалов настоящего сайта.
Copyright © 2010-2014 ООО М3

Читайте также: