Насосы и насосные станции

1. Основные характеристики насосов. Принцип действия и маркировка центробежных насосов.

Все насосное оборудование имеет номенклатурные показатели, которые характеризуют основные особенности их работы и сферу применения. В каталогах производителей и технической литературе приводятся основные характеристики насосов и графики, описывающие параметры функционирования, однако при выборе оборудования сложно однозначно опираться на них.

Основные показатели и характеристики насосов, приводимые в описаниях и технической литературе, следующие:

- Подача насоса Q – показатель, характеризующий объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени. Кроме объемной подачи насос может иметь характеристику массовой или весовой подачи, однако принято указывать именно объем перекачиваемой среды, измеряемый под давлением на выходе насоса. Кроме подачи часто имеет значение производительность насоса, то есть расход рабочей жидкости на входе.

- Напор насоса H – показатель, характеризующий разность механической энергии движения жидкости на выходе и входе насоса. Напор, как и подача, может быть весовым, объемным и массовым. Характеристика весового напора используется наиболее широко, однако она неприменима для описания насосов, используемых в условиях отсутствия гравитации. Кроме того, параметром напора также пренебрегают для высоконапорных агрегатов, создающих большую скорость движения среды, потому как эта величина ничтожно мала по сравнению со статическим давлением.

- Коэффициент полезного действия агрегата – показатель, характеризующий отношение полезной гидравлической мощности к полной мощности, подводимой к насосу. Максимальное значение величины КПД характеризует оптимальный режим работы насоса. Различают оптимальный и номинальный режим работы насоса. Последний характеризуется допустимыми параметрами работы насоса, а оптимальный – это режим работы с такими параметрами, когда насос функционирует наиболее эффективно.

- Параметры кавитации, надкавитационный напор – характеристики, описывающее избыточное давление жидкости над удельной энергией ее насыщенных паров. Значение надкавитационного напора должно соблюдаться во избежание существенного снижения напора и КПД насоса. Существуют следующие параметры надкавитационного напора:

1. подавляющий напор – такое значение надкавитационного напора, при котором признаков кавитации не обнаруживается;

2. эрозионный напор – значение, при котором наблюдается эрозионное воздействие жидкости на рабочие органы насоса, определение значения эрозионного напора происходит исходя из анализа виброзвуковых характеристик работы насоса или при помощи метода лаковых покрытий;

3. параметрический напор – значение напора, при котором появляются устойчивые каверны, значение параметрического напора описывает такое состояние, когда происходит уменьшение напора на 2% по сравнению с бескавитационным режимом работы при неизменной подаче;

4. предельный напор – минимальное значение надкавитационного напора, при котором еще сохраняется кинематическое подобие течений при моделировании работы насоса или при специальных испытаниях.

- Номинальная высота самовсасывания – величина, характеризующая расстояние по вертикали от поверхности жидкости до верхней точки области возникновения кавитационных явлений. Величина указывается для насосов, обеспечивающих постоянное во времени самовсасывание.

- Минимальное время самовсасывания – допустимая продолжительность работы самовсасывающего насоса при сохранении параметра нормальной высоты самовсасывания. В том случае, когда время самовсасывания для насоса не ограничено, то принимается такое значение, когда подача воздуха на вход насоса уменьшается на 25%.

Итак, были перечислены технологические характеристики насосов. Есть также эргономические показатели, относящиеся к внешним параметрам эксплуатации насосов:

- внешняя утечка – количество жидкости, вытекающей во внешнюю среду через какие-либо щели или дефекты уплотнений при номинальном режиме и определенном давлении на входе;

- уровень звукового давления – уровень шума, создаваемого насосом, измеряется на расстоянии 1м от внешнего контура установки при номинальной работе насоса;

- уровень вибрации – характеристика, определяющая уровень вибрации в точках, где она максимальна, по среднеквадратическому отклонению скорости и ускорения на поверхности насоса.

Любой насос также имеет показатели надежности. Надежность характеризуется максимальными допусками отклонений от показателей, при которых может происходить работа насоса. В этом случае, чем выше допуски, тем выше надежность насоса.

1.1.Центробежные насосы являются одной из самых распространенных разновидностей динамических гидравлических машин. Они широко применяются: в системах водоснабжения, водоотведения, в теплоэнергетике, в химической промышленности, в атомной промышленности, в авиационной и ракетной технике и др.

На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод. Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной формой отвода.

Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.

2. Характеристика трубопровода и определение режима работы насоса.

Подача центробежного насоса зависит от напора и, следовательно, в значительной степени от гидравлического сопротивления водоводов

и сети движению жидкости, определяемого их диаметром. Поэтому система «насос — трубопроводы» должна рассматриваться как единая система, а выбор насосного оборудования и трубопроводов должен решаться на основании расчета совместной работы составляющих элементов системы.

Совместная работа насосов и сети характеризуется точкой материального и энергетического равновесия системы. Аналитический расчет режимной точки работы насоса довольно трудоемкий процесс, так как приходится оперировать четырьмя переменными величинами Qp, Н, q и h, которые находятся между собой в функциональной зависимости. При расчете системы «насос — водопроводная сеть» используют метод последовательного приближения или производят расчет на электронно-вычислительных машинах. Однако эти вычисления не дают наглядности, и анализ работы насоса весьма затруднен. В практике гидравлического расчета насосных станций и при анализе режимов работы насосов широко применяется метод графо-аналитического расчета совместной работы системы «насосы — сеть».

Насосы в системе работают в соответствии с характерной для них зависимостью между Q и Я, т. е. график работы насоса определяется его характеристикой Q — H.

Для построения графической характеристики системы подачи и распределения воды воспользуемся известными уравнениями гидравлики. Требуемый напор в системе равен сумме геометрической высоты подъема жидкости и потерь напора

Потери напора в трубопроводах складываются из потерь на преодоление трения при движении жидкости по трубопроводу hi и потерь на преодоление сопротивлений в его фасонных частях (местных сопротивлений) Лм

Исследования Ф. А. Шевелева показали, что пропорциональность сопротивлений квадрату подачи при движении воды по трубам со скоростью менее 1,2 м/с нарушается и в значение удельных сопротивлений необходимо вводить поправку.

Диаметры труб, фасонных частей и арматуры следует принимать на основании технико-экономического расчета, исходя из скоростей.

3. Неустойчивая работа насосов.

.Для устранения неустойчивой работы насосов применяют регулирование подачи насоса перепуском жидкости из напорной линии во всасывающую. Наиболее часто такое регулирование применяется в осевых насосах, у которых кривая мощности снижается с увеличением подачи.

Перепуск жидкости во всасывающий трубопровод улучшает кавитационные качества насоса, но наличие циркуляции снижает КПД системы, требует устройства циркуляционного трубопровода и установки дополнительной арматуры, что усложняет коммуникации трубопроводов в помещении насосной станции. Поэтому данный способ не получил распространения в практике городского водоснабжения.

Регулирование подачи впуском воздуха во всасывающий трубопровод является более экономичным, чем дросселирование, но позволяет только ограниченно изменять подачу из-за резкого ухудшения кавитационных качеств насоса. В системах водоснабжения этот способ вообще неприменим, так как нельзя подавать в сеть воду, смешанную с большим объемом воздуха.

Наиболее экономичным является регулирование режима работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса. Изменение частоты вращения ведет к изменению характеристики Q — H насоса таким образом, что точка пересечения кривой Qi-r-Hi насоса с характеристикой трубопровода соответствует требуемой подаче Qx при напоре Нх, т. е. сохраняется материальный и энергетический баланс системы.

Частоту вращения рабочего колеса насоса можно изменять применением двигателей с переменной частотой вращения (электродвигателей постоянного тока, электродвигателей переменного тока с переключением' обмотки на различное число пар полюсов, коллекторных электродвигателей, паровых и газовых 'турбин, двигателей внутреннего сгорания).

4. Последовательная работа насосов.

Последовательной называется работа насосов, при которой один насос (I ступень) подает перекачиваемую жидкость во всасывающий патрубок (иногда во всасывающий трубопровод) другого насоса (II ступень), а последний подает ее в напорный водовод

В условиях проектирования и строительства насосных станций последовательную работу насосов применяют в тех случаях, когда жидкость подается по трубам на очень большие расстояния или на большую высоту. В некоторых случаях перекачивать жидкость можно только последовательно работающими насосами. Так, например, на насосных станциях, перекачивающих осадок, в момент запуска рабочего насоса требуется создать напор, который превышает напор, развиваемый насосом, и который можно создать при последовательной работе двух насосов. Последовательное соединение применяют и в тех случаях, когда необходимо при постоянном (или почти постоянном) расходе увеличить напор, что невозможно сделать одним насосом.

Рассмотрим случай последовательной работы рядом установленных двух однотипных центробежных насосов.

Напор одного насоса недостаточен даже для подъема воды на геометрическую высоту #г. При подключении второго однотипного насоса с такой же характеристикой оказывается, что насосы развивают напор, достаточный, чтобы поднять воду на высоту #г и преодолеть сопротивление в трубопроводе при заданной подаче.

Режимная точка работы последовательно соединенных насосов определяется точкой К, полученной пересечением суммарной характеристики Q — #1+ц с характеристикой трубопровода Q —#тр.

Если насосы установлены последовательно на одной станции, то при построении характеристики трубопровода необходимо учесть потери на участке от напорного патрубка насоса / до всасывающего патрубка насоса // и внести поправку в характеристику Q — #ц. Игнорировать потери в соединительном участке недопустимо, так как обычно диаметры арматуры и трубопровода, соединяющего насосы, принимают равными диаметру всасывающего патрубка насоса //. Вследствие больших скоростей движения жидкости потери напора на этом участке относительно велики. По этой же причине необходимо стремиться к максимальному упрощению соединительного трубопровода, по возможности избегая поворотов. Следует отметить, что последовательное соединение насосов обычно экономически менее выгодно, чем применение одного насоса.

Два последовательно соединенных насоса приводят в действие следующим образом. При закрытых задвижках 1 а 2 включают насос /. После того как насос / разовьет напор, равный напору при закрытой задвижке, открывают задвижку / и пускают насос //. Когда насос // разовьет напор, равный напору 2#о, открывают задвижку 2.

При последовательной работе насосов следует обращать особое внимание на выбор насосов, так как не все они могут быть использованы для последовательной работы по условиям прочности корпуса. Эти условия оговариваются в техническом паспорте насоса. Обычно последовательное соединение насосов допускается не более чем в две ступени.

Последовательно соединенные насосы можно расположить в одном машинном зале, значительно сократив эксплуатационные затраты и капитальные вложения на строительство здания станции, но в этом случае необходимо устанавливать арматуру повышенной прочности и выполнять более массивные крепления и упоры труб. Поэтому иногда целесообразнее размещать насосы на отдалении друг от друга при транспортировании воды на большое расстояние.

5. Классификация зданий насосных станций.

Насосными станциями называют здания или помещения, в которых расположены насосные агрегаты, соединяющие их трубопроводы, арматура, силовое электрооборудование, контрольно-измерительные приборы, грузоподъемное и вспомогательное оборудование, обеспечивающие нормальную работу насосных агрегатов, их ремонт или замену. Насосные станции являются наиболее ответственными сооружениями в системах водоснабжения и водоот-ведения, обеспечивающими подачу необходимого расхода воды с требуемым напором. От того насколько правильно запроектирована и построена насосная станция, зависит не только ее надежность и удобство эксплуатации, но и надежность и экономичность работы системы водоснабжения или водоотведения.

Насосные станции классифицируют по назначению, по требуемой надежности действия, по расположению машинного зала относительно уровня земли, по степени автоматизации и т.д.

В области водного хозяйства по назначению различают четыре основные группы насосных станций.

Водопроводные, предназначенные для работы в системах водоснабжения городов, населенных мест и промышленных предприятий.

Канализационные, предназначенные для работы в системах водоотведения городов и промышленных предприятий.

Ирригационные, предназначенные для подачи воды в системы орошения сельскохозяйственных угодий.

Дренажные, предназначенные для откачки воды в системах дренажа территорий и промышленных площадок.

В свою очередь водопроводные насосные станции в зависимости от их назначения в системе водоснабжения подразделяют на насосные станции первого и второго подъема, повысительные (станции подкачки) и циркуляционные.

Насосные станции первого подъема предназначены для подачи воды из источника водоснабжения на очистные сооружения или непосредственно в сеть, резервуары или водонапорную башню, если очистка воды не требуется. В некоторых (чаще всего малых) системах водоснабжения насосная станция первого подъема может быть единственной в данной системе. Тогда ее называют просто насосной станцией. Если в системе имеется несколько таких независимо действующих насосных станций, то их, как правило, нумеруют (насосная станция № 1, № 2 и т.д.). В некоторых случаях на насосной станции первого подъема устанавливают две или более групп насосов, например, для подачи воды на очистные сооружения и непосредственно потребителям (на нужды промышленных предприятий и т. п.).

Тип, конструктивное исполнение и область применения зданий насосных зданий зависят от многих факторов: подачи и напора, назначения, типоразмера основного оборудования, колебания уровня воды в источнике, инженерной геологии и др.

По назначению: оросительные; осушительные; канализационные; с/х водоснабжение;

По методу расположения на трассе водоподач: головные; перекачивающие; 1-го подъема; 2-го подъема;

По конструктивным признакам: русловые; деревационные;

По условиям использования: постоянные; временные;

По подаче (расходу): малые (Q< 4 м3/с); средние (Q = 1 - 10 м3/c); крупные (Q = 10 - 100 м3/с); уникальные (Q > 100 м3/с);

По напору: низконапорные (Н < 2); средненапорные (Н = 20 - 60 м); высоконапорные (Н > 60).

6. Выбор основного энергетического оборудования НС, передача механической энергии от двигателя к насосу.

Основное энергетическое оборудование включает насосы и приводные двигатели. В зависимости от требуемого напора на станции устанавливаются осевые, диагональные и центробежные лопастные насосы или насосы вытеснения. Привод насосов чаще всего осуществляется с помощью электродвигателей, реже двигателей внутреннего сгорания, еще реже паровых турбин. Комплекс, состоящий из насоса и приводного двигателя, называют гидроагрегатом или просто агрегатом насосной станции Число агрегатов насосной станции может быть различным и зависит от расчетной (максимальной) подачи станций и мощности агрегата. При требуемой большой подаче станции стремятся снизить число агрегатов за счет увеличения их единичной мощности.

Механическое оборудование насосных станций включает в себя сороудерживающие устройства, затворы и подъемно-транспортные механизмы.

Сороудерживающие устройства необходимы для предохранения насосов от попадания в них сора и плавающих тел, способных нарушить нормальную эксплуатацию агрегата, а также для предварительной очистки воды в соответствии с требованиями потребителя.

Затворы обеспечивают изменение режима работы насосной станции, а также периодические осмотры и ремонты ее агрегатов и отдельных сооружений.

Подъемно-транспортные механизмы на водопроводных и канализационных насосных станциях служат в основном для монтажа и демонтажа оборудования, трубопроводов и фасонных частей, а также для производства ремонтных работ. На насосных станциях, совмещенных с водозаборными сооружениями, работа грузоподъемных механизмов связана и с технологическими операциями — систематический подъем и опускание затворов, сороудерживающих устройств и т. д.

. Насосы применяют в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также пре­образование вида и скорости движения последнего посредством жидкости. Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя. Насос, работающий от двигателя, сообщает жидкости энергию. Пройдя через насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу.

7. Кавитация. Допустимый кавитационный запас, меры борьбы с кавитацией.

Явление кавитации в текущей жидкости возникает в тех случаях, когда статическое давление в какой-либо области ее потока снижается до давления насыщенного паров. Причины понижения давления высокое расположение насоса по отношению к уровню воды в водоисточнике, возрастание гидравлических потерь во всасывающей линии и т.д. В месте понижения давления жидкость вскипает с образованием многочисленных пузырьков каверн, заполненных паром и небольшим количеством газа, находившегося в ней до возникновения явления кавитации в растворенном состоянии. Паровые каверны двигаются вместе с потоком жидкости и попадают в область, в которой статическое давление превышает давление насыщенных паров. Пар в кавернах мгновенно конденсируется, образуется глубокий вакуум, и жидкость устремляется к центрам каверн и разрушает их. Процесс кавитации, или нарушение и восстановление сплошности потока, завершается. При возникновении кавитации резко возрастают потери напора в потоке жидкости. Кавитация - пустота образования в жидкости полостей (пузырьков, каверн) заполненных газом, паром или их смесью.

Допустимой кавитационный запас насоса можно вычислить согласно ГОСТ 6134-71 по формуле:

∆hдоп = А * ∆hкр,

где А - коэффициент запаса, А = а * Кб * Кж; а - коэффициент зависящий от значения ∆hкр; Кж - коэффициент, зависящий от рода жидкости; ∆hкр - критический кавитационный запас насосов; Кб -коэффициент, зависящий от ns = D2 / Do; D2, Do- наружный и входной диаметры рабочего колеса.

Критический кавитационный запас ∆hкр - это превышение полной (статистической и кинетической) удельной энергии потока жидкости перед входом в насос над удельной энергией давления насыщенных паров при возникновении кавитации в нем.

где Скр - кавитационный коэффициент быстроходности.

Условия бескавитационной работы насоса: ∆h > ∆hкp, ∆h - кавитационный запас, м.

Кавитация в насосе не возникает при ∆h ≥ ∆hдоп - допустимый кавитационный запас. Это условие выполняется в том случае, когда при любых эксплуатационных условиях воды в источнике геометрическая высота всасывания насоса hв нe превышает значение hдоп: ha ≤ hдоп.

hв доп = H_доп^ак – v_в² / (2g) - h_ω вс; h_ω вс - потери напора во всасывающей магистрали насосной установки; H_доп^ак - вакуум метрическая высота всасывания.

hв доп = Hа - Нп - ∆hдоп - h_ω вс; Нв, Нп - напоры в месте установки насоса, м; у крупных лопастных насосов, имеющих стандартные всасывающие коммуникации; h_ω вс – уже учтены в кавитационных характеристиках.

hв доп = Hа - Нп - ∆hдоп

допустимая отметка установки насоса

▼УН доп = ▼УВИmin + hв доп;

▼УВИ - минимально возможный уровень воды в источнике в процессе эксплуатации насоса, м. Насос будет нормально работать в бескавитационном режиме, если отметка его установки не превысит допустимую..

8. Параллельная работа насосов

Параллельной работой насосов называется одновременная подача перекачиваемой жидкости несколькими насосами в общий напорный коллектор. Необходимость в параллельной работе нескольких одинаковых или разных насосов возникает в тех случаях, когда невозможно обеспечить требуемый расход воды подачей одного насоса. Кроме того, поскольку водопотребление в городе неравномерно по часам суток и по сезонам года, то подачу насосной станции можно регулировать числом одновременно работающих насосов.

При проектировании совместной работы центробежных насосов нужно хорошо знать их характеристики; подбирать насосы следует с учетом характеристики трубопровода.

Центробежные насосы могут работать параллельно при условии равенства развиваемого напора.

Если один из насосов имеет напор меньше, чем другие, то он может быть подключен на параллельную работу только в поле рекомендуемой работы. При повышении напора в системе этот насос может принимать участие в работе, но его КПД будет падать. При достижении максимального напора подача насоса будет равна 0. Дальнейшее увеличение напора в системе приведет к закрытию обратного клапана и выключению насоса из работы. Поэтому для параллельной работы следует подбирать насосы однотипные с равными или незначительно отличающимися напорами и подачами.

Различные схемы параллельной работы насосов применяются весьма часто для водоснабжения и перекачивания сточных вод, где целесообразно подачу от нескольких насосов или станций объединять в общий коллектор. Расчет режима работы по таким схемам можно производить аналитическим или графическим способом. В практике проектирования насосных станций наибольшее распространение получил графический способ.При параллельной работе насосов в сеть возможны следующие варианты компоновки системы «насосы — сеть»:

в системе работает несколько насосов с одинаковыми характеристиками;

в системе работает несколько насосов с разными характеристиками;насосы подключены к общему трубопроводу на близком расстоянии друг от друга, т. е. потери напора от насоса до напорного водовода считают равными для всех установленных насосов, или же насосы находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, т. е. разности потерь напора от насоса до присоединения к общему напорному трубопроводу необходимо учитывать.

Рис. 3.11. Характеристики параллельной работы двух центробежных насосов в
одной системе
а — насосы с одинаковыми характеристиками; 6 — насосы с разными характеристиками

Параллельная работа нескольких насосов с одинаковыми характеристиками. При построении характеристики нескольких параллельно работающих насосов на общий напорный трубопровод суммируют подачи насосов при равных напорах.

Если на насосной станции установлены насосы с, пологой характеристикой Q — Н и расположены они несимметрично относительно напорного трубопровода, то для определения более точных режимных точек работы каждого насоса при параллельной работе необходимо построить приведенные характеристики Q — Я", для чего строят характеристики всасывающего и напорного трубопроводов в пределах насосной станции и вычитают ординаты полученных характеристик из ординат характеристик соответствующих насосов.

Параллельная работа насосов, расположенных на разных насосных станциях. В системах водоснабжения, имеющих несколько источников питания, применяют схему подани воды несколькими насосными станциями в общие коллекторы. В этом случае необходимо рассчитывать систему параллельно работающих насосов, расположенных на разных насосных станциях.

Подобные схемы часто применяют и при перекачивании сточных вод отдельных районов канализования в напорный трубопровод другой канализационной насосной станции. Такие схемы позволяют значительно сократить протяженность напорных трубопроводов и уменьшить капитальные затраты.

Для расчета системы необходимо определить характеристику параллельной работы насосов, установленных на каждой станции. Этот расчет производится так же, как и для параллельно работающих насосов, установленных на близком расстоянии друг от друга. Затем строятся приведенные характеристики к точке выхода напорных водоводов из насосной станции.

Последовательной называется работа насосов, при которой один насос (I ступень) подает перекачиваемую жидкость во всасывающий патрубок (иногда во всасывающий трубопровод) другого насоса (II ступень), а последний подает ее в напорный водовод

В условиях проектирования и строительства насосных станций последовательную работу насосов применяют в тех случаях, когда жидкость подается по трубам на очень большие расстояния или на большую высоту. В некоторых случаях перекачивать жидкость можно только последовательно работающими насосами. Так, например, на насосных станциях, перекачивающих осадок, в момент запуска рабочего насоса требуется создать напор, который превышает напор, развиваемый насосом, и который можно создать при последовательной работе двух насосов. Последовательное соединение применяют и в тех случаях, когда необходимо при постоянном (или почти постоянном) расходе увеличить напор, что невозможно сделать одним насосом.

Рассмотрим случай последовательной работы рядом установленных двух однотипных центробежных насосов.

Напор одного насоса недостаточен даже для подъема воды на геометрическую высоту #г. При подключении второго однотипного насоса с такой же характеристикой оказывается, что насосы развивают напор, достаточный, чтобы поднять воду на высоту #г и преодолеть сопротивление в трубопроводе при заданной подаче.

Режимная точка работы последовательно соединенных насосов определяется точкой К, полученной пересечением суммарной характеристики Q — #1+ц с характеристикой трубопровода Q —#тр.

Если насосы установлены последовательно на одной станции, то при построении характеристики трубопровода необходимо учесть потери на участке от напорного патрубка насоса / до всасывающего патрубка насоса // и внести поправку в характеристику Q — #ц. Игнорировать потери в соединительном участке недопустимо, так как обычно диаметры арматуры и трубопровода, соединяющего насосы, принимают равными диаметру всасывающего патрубка насоса //. Вследствие больших скоростей движения жидкости потери напора на этом участке относительно велики. По этой же причине необходимо стремиться к максимальному упрощению соединительного трубопровода, по возможности избегая поворотов. Следует отметить, что последовательное соединение насосов обычно экономически менее выгодно, чем применение одного насоса.

Два последовательно соединенных насоса приводят в действие следующим образом. При закрытых задвижках 1 а 2 включают насос /. После того как насос / разовьет напор, равный напору при закрытой задвижке, открывают задвижку / и пускают насос //. Когда насос // разовьет напор, равный напору 2#о, открывают задвижку 2.

При последовательной работе насосов следует обращать особое внимание на выбор насосов, так как не все они могут быть использованы для последовательной работы по условиям прочности корпуса. Эти условия оговариваются в техническом паспорте насоса. Обычно последовательное соединение насосов допускается не более чем в две ступени.

Последовательно соединенные насосы можно расположить в одном машинном зале, значительно сократив эксплуатационные затраты и капитальные вложения на строительство здания станции, но в этом случае необходимо устанавливать арматуру повышенной прочности и выполнять более массивные крепления и упоры труб. Поэтому иногда целесообразнее размещать насосы на отдалении друг от друга при транспортировании воды на большое расстояние.

9. Пуск, остановка и регулировка режима работы насоса.

Пуск ц/б насоса при закрытой запорной арматуре на напорной линии. В следствии того что момент, развиваемый электродвигателем, больше момента сопротивления насоса, частота вращения ротора и напор насоса будут увеличиваться, то есть режимная точка стремится из начала координат вверх до положения A3. Потом при открытии запорной арматуры режимная точка займет положение A2, затем А1, и при полностью открытой арматуре А.

Пуск ц/б насоса при открытой запорной арматуре на напорной линии. Случай когда напорный трубопровод заполнен водой. В этих условиях насос начинает работать также, как при закрытой запорной арматуре на напорной линии. Затем, когда его напор превысит статический, соответствующий ординате ОВ и частоте вращения n1, тарель обратного клапана откроется и в напорной линии начнется движение воды.

Пуск ц/б насоса при опорожненном трубопроводе. К такому пуску приходится прибегать при первоначальном заполнении трубопровода водой. В начале пуска запорная арматура на напорной линии закрыта. После того как насосный агрегат набрал номинальную частоту вращения, ее постепенно открывают таким образом, чтобы подача и мощность насоса не превысили номинального значения. Режим открытия арматуры устанавливают на основании расчетов переходных режимов, учитывающих неустановившееся движение воды в трубопроводе.

Пуск осевого насоса. Осуществляют только при опорожненном напорном трубопроводе (запорная арматура на напорной линии отсутствует). В противном случае момент, развеваемый электродвигателем, оказался бы меньше момента сопротивления насоса, и ротор насосного агрегата не смог бы набрать необходимого для его нормальной работы частоту вращения. Статический напор насоса вначале равен «0», поэтому вода в трубопровод начинает поступать почти одновременно с включением двигателя.

При частоте вращения ротора насосного агрегата n1, режимная точка перемещается на начало координат в положение А1, n1→А1 и т.д. При пуске осевого насоса мощность, потребляемая им, будет все время меньше номинальной.

Отключение насоса при предварительном закрытии запорной арматуры на напорной линии. По рис.1 точка А1 пересечения характеристик Н - Q и трубопровода Нтр - Q линия рабочая для насоса. При закрытии запорного устройства на напорной линии режимная точка постепенно переместится в положение А соответствующее суммарному гидравлическому сопротивлению трубопровода и запорного устройства, затем положение А2. При полном закрытом запорном устройстве и нормальной частоте вращения ротора режимная точка займет положение А3. После отключения насоса частота вращения ротора постепенно уменьшается, поскольку момент, развиваемый двигателем, становится равным «0» и режимная точка перемещается в начало координат (Н=0 и n=0).

Отключение насоса при открытой запорной арматуре и обратном клапане на напорной линии. Отключение насоса является причиной возникновения переходного процесса во всей напорной системе водоподачи. Если на напорной линии насоса установлен обратный клапан, то после его закрытия переходные процессы в насосном агрегате и в напорном трубопроводе можно рассматривать раздельно. После закрытия тарели клапана в трубопроводе может повысится давление и возникнуть гидравлический удар. Режимная точка А насоса постепенно перемещается в положение А2 → А1 и т.д. При подаче воды равной «0» (А3), тарель обратного клапана на напорной линии закроется, насос отключится от трубопровода и режимная точка из А переместится в начало координат (Н = 0).

Отключение насоса, когда обратных клапанов на напорных линиях нет, запорная арматура полностью открыта или не установлена. До момента изменения направления движения воды в начале напрного трубопровода переходный процесс будет протекать также, к ак и при установке обратного клапана. Потом вода начинает двигаться через насос в обратном направлении с все увеличивающейся скоростью, что приводит к остановке ротора насосного агрегата, а затем реверсивному (в обратном направлении) вращении его. С увеличением реверсивной частоты вращения скорость движения воды задается, поскольку возрастает гидравлическое сопротивление насоса, следовательно давление в напорном трубопроводе повышается. Чтобы насос длительное время не работал как турбина с постоянной частотой вращения, обычно предусматривают автоматическое отключение трубопроводов от водовыпускных сооружений при возникновении в них обратного движения воды. Вода через насос сбрасывается одновременно с опорожнением напорного трубопровода при постепенно уменьшающемся n и Н.

В процессе эксплуатации насосные установки иногда нужно изменить подачу воды Q или сохранить её значение при изменении высоты Н. В этих случаях необходимо регулировать работу насоса.

Одним из способов регулирования насоса является увеличение сопротивления т.е. уменьшения степени открытия запорной или специальной регулирующей арматуры установленной на напорных линиях насоса. Такой способ ввода называют количественный. При нормальном режиме работы: Hа = Qа. Для уменьшения расхода Qа до Q0 необходимо закрыть запорное устройство на напорной линии насоса настолько, чтобы потери в нем увеличились. Такой способ очень прост, но не выгоден, заметно снижается КПД установки. Пригоден только при подаче воды ц/6 насосами. На всех насосах вызывает перегрузку двигателя.

Графики регулирования работы насосов: а – изменения степени открытия запорной арматуры на напорной линии;

б – изменение частоты вращения ротора.

10.Действие и классификация поршневых насосов.

Поршневые насосы относятся к классу объемных насосов.

В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями. Под вытеснителем понимается рабочий орган насоса, непосредственно совершающий работу вытеснения. Вытеснителями могут быть поршни, плунжеры, шестерни, винты, пластины. В поршневом (плунжерном) насосе жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате возвратно-поступательного движения вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм).

- По конструкции вытеснителя поршневые насосы разделяют на собственно поршневые и плунжерные. В поршневых насосах основным рабочим органом является поршень, снабженный уплотнительными кольцами, пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра. Плунжер не имеет уплотнительных колец и отличается от поршня значительно большим отношением длины к диаметру.

- Приводные механизмы поршневых насосов принято разделять на кривошипные и кулачковые.

- По роду привода поршневые насосы делятся на приводные (от электродвигателя) и прямодействующие (от паровой машины). Прямодействующие паровые насосы имеют привод непосредственно от паровой машины, поршень которой находится на одном штоке с поршнем насоса. Насосы этого типа используют главным образом на установках, где по условиям безопасности применение насосов с электрическим приводом недопустимо (огне- и взрывоопасные производства), а также при наличии дешевого отбросного пара (подача воды в паровые котлы и т. п.).

- По числу оборотов кривошипа (числу двойных ходов поршня) различают тихоходные, нормальные (60-120 мин в мин) и быстроходные (120-180 в мин) поршневые насосы. У прямодействуюших насосов число двойных ходов составляет 50-120 в минуту.

- По числу всасываний или нагнетаний, осуществляемых за один оборот кривошипа или за два хода поршня, поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного действия.

На рисунке изображена схема горизонтального поршневого насоса простого действия:

1- поршень;

2 - цилиндр;

3 - крышка цилиндра;

4 - всасывающий клапан;

5 - нагнетательный клапан;

6 - кривошипно-шатунный механизм;

7 - уплотнительные кольца.

В поршневом насосе всасывание и нагнетание жидкости происходят при возвратно-поступательном движении поршня 1 в цилиндре 2 насоса. При движении поршня вправо в замкнутом пространстве между крышкой 3 цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений в приемной емкости и цилиндре жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу и поступает в цилиндр через открывающийся при этом всасывающий клапан 4. Нагнетательный клапан 5 при ходе поршня вправо закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе. При ходе поршня влево в цилиндре возникает давление, под действием которого закрывается клапан 4 и открывается клапан 5. Жидкость через нагнетательный клапан поступает в напорный трубопровод и далее в напорную емкость. Таким образом, всасывание и нагнетание жидкости поршневым насосом простого действия происходит неравномерно: всасывание - при движении поршня слева направо, нагнетание - при обратном направлении движения поршня. В данном случае за два хода поршня жидкость один раз всасывается и один раз нагнетается. Поршень насоса приводится в движение крнвошипно-шатунным механизмом 6, преобразующим вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение поршня.