Внимание: Для выполнения лабораторной работы необходимо заготовить три одинаковые таблицы по форме таблицы 1

При проектировании насосных станций, а также при анализе работы насосов на действующих насосных станциях возникает необходимость в определении режимов работы насосов. Это делается графическим построением характеристик насоса и трубопровода.

Характеристикой трубопровода является уравнение параболы

(1)

где H_г - геодезическая высота, т.е. сумма высот всасывающей и нагнетательной линий;

Н_вс; Н_наг- гидравлические потери на всасывающей и нагнетательной линиях.

Гидравлические потери равны сумме потерь по длине и местных, т.е.

(2)

Выразим средние скорости через расход по уравнению неразрывности

,

где Q – расход;

V - средняя скорость течения по трубе;

ω - площадь поперечного сечения трубы.

Отсюда

(3)

Подставив средние скорости в выражения для гидравлических потерь, получим:

_вс ;

+ _наг (4)

Тогда (1) можно записать

Н = Н_г + ()Q²

или Н = Н_г + SQ² (5)

где S - суммарное сопротивление трубопровода.

Если характеристику трубопровода нанести на один график с рабочей характеристикой насоса H - Q, то точка их пересечения В будет рабочей точкой насоса ( рисунок 2).

Рабочая точка насоса определяет единственно возможный режим совместной работы насоса с заданным трубопроводом, при полностью открытой задвижке на нем. Она определяет основные рабочие параметры насоса: подачу Q, напор Н, мощность N, коэффициент полезного действия h и допустимую вакуумметрическую высоту. При подборе насоса необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая точка располагалась как можно ближе к максимальному значению КПД.

Рисунок 2 - К определению рабочей точки насоса.

Существует три способа изменения положения рабочей точки в сторону уменьшения подачи Q. Допустим, наш насос дает подачу Q₁. Эта подача велика. Нам требуется подача Q₂, меньшая, чем Q₁.

1-й способ. Изменим характеристику трубопровода так, чтобы она пошла более круто и проходила через точку В₁. Это можно сделать, увеличив в уравнении (5) величину S - сопротивление трубопровода. Прикроем задвижку на трубопроводе, увеличив тем самым местные потери. Этот способ называется ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ (см. рисунок 2).

2-й способ. Изменим характеристику насоса H - Q так, чтобы график этой зависимости проходил через точку В₂. Это можно сделать, уменьшив число оборотов n.

3-й способ. Характеристика насоса пойдет круче вниз, через В₂, если мы обточим рабочее колесо.

Маркировка насосов

Условное обозначение насоса (например, К20/30а-У2 или КМ20/30а-У2): буквы - тип насоса (К - консольный на отдельной стойке, КМ - консольный моноблочный с электродвигателем); первая цифра после букв - подача, м³/ч; вторая - напор, м; буква после цифр («а» или «б») - индекс варианта обточки рабочего колеса: без буквы - рабочее колесо не обточено, буква «а»-обточка на 50%, «б»-обточка на 100%; последние буква и цифра - климатическое исполнение и категория размещения.

Конструкции насосов типа К и КМ изображены на рисунках 3 и 4.

В практике часто возникает необходимость в совместной работе нескольких одинаковых или различных по характеристикам центробежных насосов. При совместной работе насосы могут быть включены последовательно и параллельно.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ НАСОСОВ

Параллельное соединение применяется в том случае, когда необходимо получить увеличенный расход при неизменном напоре. При этом лучше брать одинаковые насосы, иначе работа будет сложна и нерациональна. При параллельной работе двух или нескольких насосов строится их общая характеристика путем суммирования производительностей при одинаковых напорах.

На рисунке 5 показан график работы двух одинаковых насосов 1 и 2 с характеристикой H₁=Н₂=f(Q). В результате сложения индивидуальных характеристик насосов получена кривая H₁₊₂=f(Q), представляющая собой их общую характеристику. При индивидуальной работе насоса с трубопроводом рабочей точкой будет точка В₁ (подача Q₁, напор Н₁). В случае совместной работы двух одинаковых насосов рабочей точкой станет точка В₂ (подача Q₂, напор H₂). Так как насосы одинаковые, то подача каждого из них равна половине суммарной, т.е. Q₂/2. Из рисунка 5 видно, что подача Q₁ насоса, работающего индивидуально на трубопровод, больше подачи каждого из насосов Q₂/2, работающих при параллельном соединении. То есть при параллельной работе насосов возникает дефицит (уменьшение) подачи . Он определяется разностью подачи насоса при индивидуальной работе на трубопровод и подачи при параллельной работе, т. е.

Дефицит подачи объясняется тем, что при увеличении суммарной подачи потери в трубопроводе увеличиваются и, соответственно, требуют увеличения напора, развиваемого насосами. Это в свою очередь смещает рабочую точку по напорной характеристике насоса вверх и влево, в результате чего уменьшается подача каждого из них.

Н1+2 = f (Q)

Рисунок 5 - Параллельная работа двух одинаковых насосов.

При работе двух разнотипных насосов на общий трубопровод их совместная работа начнется в тот момент, когда напоры, развиваемые насосами, сравняются. Это будет при подаче Q₂ (точка Е на рисунке 6). От этой точки и надо начинать построение суммарной напорной характеристики Н₁₊₂=f (Q), для чего складывают подачи обоих насосов при одинаковых напорах. Например, подача Q_г при параллельной работе насосов получается суммированием подачи Q_б первого насоса и подачи Q_в второго насоса.

Q_г=Q_б+Q_в.

Рабочей точкой при совместной работе насосов является в этом случае точка D (расход Q_D, напор H_D). Расходы каждого из насосов при этом будут Q_F и Q_N, а напоры одинаковы H_F=H_N=H_D.

Точки А и В являются рабочими точками при индивидуальной работе каждого из насосов с данным трубопроводом (подачи Q_А и Q_В). Соответственно дефицит подачи первого насоса будет (Q_А-Q_F), второго насоса (Q_B-Q_N).

Общий КПД параллельно работающих насосов

Поэтому на параллельную работу следует подключать только те насосы, у которых развиваемые напоры близки.

Итак, при параллельном соединении насосов Q₁₊₂=Q₁+Q₂, при Н₁=Н₂.

Н1+2 = f (Q)

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ НАСОСОВ

При последовательной работе насосов напорный патрубок первого насоса соединяется со всасывающим патрубком второго и т.д. То есть жидкость из первого насоса под напором подается во всасывающий патрубок второго насоса. Во втором насосе напор еще увеличивается и жидкость подается в напорный трубопровод.

Последовательное соединение насосов применяют для увеличения напора при постоянной подаче.

Для построения суммарной характеристики Н₁₊₂=f(Q) складывают напоры работающих последовательно насосов при одинаковых подачах (рисунок 7), т.е. Н_d=H_b+H_e и т.д. При этом лучше брать насосы, имеющие одинаковые производительности.

Общий КПД последовательно работающих насосов

Если последовательно соединяют одинаковые насосы, то КПД их сохраняется, а общий напор Н_n= nH_i, где n - число насосов, Н_i - напор каждого насоса.

Увеличивая число последовательно включенных насосов, можно получить достаточно большой напор, но надо иметь в виду, что корпус насоса рассчитан на ограниченное давление. Поэтому, если требуется включить последовательно насосы, нужна специальная проверка их по условиям прочности. Для работы при последовательном соединении, в отличие от параллельного, можно использовать насосы с различными напорами, но, поскольку расход, проходящий через насосы, одинаков, эти насосы должны иметь одинаковую подачу.

Итак, при последовательном соединении насосов

Н₁₊₂=Н₁+Н₂, при Q₁=Q₂.