Cedil;Коэффициент быстроходности

Одни и те же значения подачи и напора могут быть получены в насосах с различной частотой вра­щения. Естественно, что конструкция рабочих колес и всех элементов проточной части насоса, равно как и их размеры, при этом меняются. Для сравнения лопастных насосов различных типов пользуются коэф­фициентом быстроходности, объеди­няя группы рабочих колес по прин­ципу их геометрического и кинема­тического подобия.

Коэффициентом быстроходности ns насоса называется частота враще­ния другого насоса, во всех деталях геометрически подобного рассматри­ваемому, но таких размеров, при которых, работая в том же режиме с напором 1 м, он дает подачу 0,075 м/с.

Численное значение коэффициен­та быстроходности можно опреде­лить, воспользовавшись формулами пересчета (10) для однотипных насосов с рабочими колесами раз­личных диаметров, работающих с переменной частотой вращения. При­менив эти формулы к данному на­сосу и геометрически подобному ему с рабочим колесом диаметром Ds и частотой вращения ns, получим:

Н/1 = (n / ns) ² (D/Ds)²; Q/0,075 = (n/ ns) (D/Ds)³.

Исключив из этих выражений отношение D/Ds, найдем:

ns = 3,65 n / Н ^{3/ 4} (12)

Подставляя вместо подачи Q ее значение из формулы (10) для насосов, перекачивающих воду (r=1000 кг/м3), получим другую фор­мулу для определения коэффициента быстроходности:

ns = (13)

где Nл.с — мощность насоса в лошадиных силах (использование подобной единицы мощности представляет собой исторически сложившийся прием).

Для насосов двустороннего входа в формуле (12) вместо Q следует принимать Q /2.

Если в формулах (12) и (13) изменить частоту вращения рабочего колеса n данного насоса, то в соот­ветствии с уравнениями (11) долж­ны быть пересчитаны напор H, пода­ча Q и мощность N. Легко установить, что подстановка новых зна­чений этих параметров в формулы (12) и (13) приводит к тем же численным значениям n_s. Таким об­разом, получается, что коэффициент быстроходности остается постоянным для всех режимов работы насоса и зависит только от его конструк­ции. Это положение было бы справед­ливым, если бы мы не пренебрегли при выводе формул для n_s измене­ниями объемного и гидравлического КПД насоса при изменении режима его работы. В действительности значение коэффициента быстроход­ности меняется в широком диапазоне. Коэффициент n_s равен нулю при Q = 0 и, увеличиваясь с возрастанием подачи, стремится к бесконечности при Q = Q _мак и Н =0.

Анализ формулы (12) показы­вает, что с увеличением напора коэф­фициент быстроходности насоса уменьшается. Этот вывод подтвер­ждается рис. 1, на котором приве­дены значения n_s для высокопроиз­водительных насосов, серийно выпус­каемых отечественной промышлен­ностью. Из формулы (12), в свою очередь, вытекает, что увеличение подачи приводит при прочих равных условиях к повышению коэффициен­та быстроходности.

Следовательно, тихоходные насо­сы (насосы с малым коэффициентом быстроходности) - это насосы, имею­щие большой напор и сравни­тельно небольшую подачу; быстро­ходные насосы имеют меньший напор, но большую подачу.

Лекция № 7

Тема: Методы регулирования подачи и напора насосов. Формулы пересчета. Влияние изменение уровня воды в источнике и напорном резервуаре на режим работы насосов при заданном сопротивлении системы трубопроводов

Регулированием работы насоса называется процесс искусственного изменения характеристики трубопро­вода или насоса для обеспечения работы насоса в требуемой режим­ной точке, т. е. для сохранения ма­териального и энергетического баланса системы.

С развитием и укрупнением сис­тем водоснабжения и канализации возрастает необходимость регулиро­вания подачи насосных станций, поскольку они являются одним из крупнейших энергопотребителей. Кроме того, поддержание требуе­мого напора в сети приводит к уменьшению утечек и аварий на трубопроводах. В связи с этим в современном насосостроении раз­рабатываются способы плавного ре­гулирования параметров насосов

Работа системы «насос — сеть" регулируется изменением характеристики сети, частоты вращения рабочего колеса насоса, геометрии проточных каналов насоса и кине­матики потока на входе в рабочее колесо. Одним из наиболее рас­пространенных методов изменения характеристики сети является способ дросселирования задвижкой, установленной на напорной линии насоса. Установки дополнитель­ного оборудования в этом случае не требуется, что является основ­ным достоинством данного способа.

Дроссельное регулирование заключается во введении добавоч­ного сопротивления в напорный тру­бопровод системы, благодаря чему характеристика Н-Q сети подни­мается более круто Q — Н_тр (рис. 1) и пересекает характеристику насоса в режимной точке 2, соот­ветствующей требуемой подаче Q₃. При этом требуемый 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 в точке 3

О Q₃ Q л/с

Рис. 1. Характеристика системы «насос—сеть» при регулировании работы дросселированием

N₃ =

Затрачиваемая мощность насос­ной установки в этом случае

N =

Тогда КПД насосной установки

h = N₃/N = h₃,

откуда видно, что КПД насосной установки уменьшается с увели­чением разности между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым всети.

Из-за существенных недостатков (неэкономичность и возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи) способ дрос­сельного регулирования можно при­менять только на имеющих плавную характеристику небольших насос­ных агрегатах, где регулирование требуется в течение короткого вре­мени. 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 Н -Q насо­са таким образом, что точка пере­сечения кривой Н_i -Q_i насоса с характеристикой трубопровода соот­ветствует требуемой подаче Q_x при напоре Н_х, 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).

На насосных станциях городско­го и промышленного водоснабжения наиболее широко применяют короткозамкнутые асинхронные электро­двигатели, которые не допускают изменения частоты вращения. В этом случае для изменения час­тоты вращения рабочего колеса насоса можно соединить насос и электродвигатель с помощью регу­лируемой гидромуфты или электро­магнитной муфты скольжения (ЭМС), либо применить асинхрон­ный электродвигатель с вентильно-каскадным преобразователем.

Введением сопротивления (реос­тата) в цепь фазного ротора асин­хронного электродвигателя пере­менного тока также можно изме­нять частоту вращения, что дает существенный экономический эффект по сравнению с дроссельным регу­лированием. При малых мощностях регулирование включением сопро­тивления достаточно просто и на­дежно. При больших мощностях приходится включать крупные реос­таты, и экономическая эффектив­ность применяемого способа резко снижается. Кроме того, этот способ обладает следующими недостатками: уменьшаются пределы регулирова­ния при малых нагрузках и услож­няются конструкции двигателя вследствие добавления колец и щеток для подключения реостата.

При применении асинхронных электродвигателей, имеющих об­мотку на статоре, которая пере­ключается во время работы дви­гателями на различное число пар полюсов, экономическая эффектив­ность регулирования параметров Н и Q насосов возрастает. Дви­гатели этого типа выпускаются двух-, трех- и четырехскоростными.

Наиболее простым способом из­менения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя яв­ляется изменение частоты тока. В настоящее время разработаны частотные приводы с полупровод­никовыми преобразователями, при­менение которых значительно по­вышает экономическую эффектив­ность регулирования параметров на­соса.

Регулирование частоты вращения ротора фазного асинхронного элек­тродвигателя возможно также с по­мощью каскадного соединения его с другими машинами. Различают два типа каскадного соединения:

электромеханический каскад — энергия скольжения с ротора регу­лируемого электродвигателя через выпрямитель подается на якорь двигателя постоянного тока и воз­вращается (за вычетом потерь) на вал регулируемого электродви­гателя с помощью механической связи между ними;

электрический каскад — энергия скольжения с ротора регулируемого

Рис. 2. Регулируемая гидромуфта переменного наполнения

­ электродвигателя возвращается непосредственно в электросеть.

Экономическая эффективность этого способа регулирования за последнее время значительно воз­росла в связи с применением полу­проводниковых выпрямителей.

Регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса при по­стоянной частоте вращения ротора электродвигателя можно осущест­вить с помощью гидродинамической передачи (регулируемой гидромуфты).

Рабочими элементами гидро­муфты являются колесо центробеж­ного насоса (рис. 2) и колесо турбины, размещенные в общем кор­пусе и предельно сближенные (за­зор 3—10 мм). Рабочее колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал (электродвигателя). Колесо турбины закреплено на ведо­мом валу (валу насоса), соосном с ведущим валом. При вращении ведущего вала рабочая жидкость, находящаяся в каналах колеса на­соса, получает приращение меха­нической энергии и передает ее лопаткам колеса турбины. При выходе из колеса турбины рабочая жидкость вновь попадает во вса­сывающие отверстия колеса насоса, и цикл повторяется. Основным способом регулирования частоты вращения ведомого вала является изменение наполнения рабочего про­странства колес гидромуфты жид­костью. Потери в гидромуфте состав­ляют около 2—3 %, поэтому пол­ного равенства между частотой вра­щения ведущего и ведомого вала быть не может.

Разность частоты вращения ве­дущего и ведомого валов, отне­сенная к частоте вращения веду­щего вала, называется скольжением гидромуфты:

S = (n₁—n₂)/n₁,

где n₁ — частота вращения ведущего вала (двигателя);

n₂ — то же, ведомого вала (насоса).

Следовательно, частота враще­ния ведомого вала: n₂ = h_г · n₁ или h_г = n₂/n₁ (1)

Из выражения (1) следует, что потери энергии в гидромуфте увеличиваются с уменьшением пе­редаточного числа, т. е. они увеличиваются при возрастании глубины регулирования. Это обстоятельство является недостатком гидравли­ческих муфт. Кроме того, гидравли­ческие муфты конструктивно более сложны, чем насосы, и имеют слиш­ком большие размеры, почти оди­наковые с размерами насосов.

Регулирование включением сопротивления в цепь ротора асин­хронного электродвигателя и регу­лирование с помощью гидромуфты экономически равноценны, так как в том и другом случае по­тери энергии привода прямо пропор­циональны передаточному числу (п₂/п\).

Основным достоинством регули­рования частоты вращения с по­мощью гидромуфт является бес­ступенчатое, автоматическое и быст­рое изменение частоты вращения ведомого вала.

В последнее время созданы новые системы регулируемого электро­привода, которые могут быть при­менены для изменения частоты вра­щения рабочего колеса центробеж­ного насоса. К ним относятся при­воды с электромагнитными муфтами скольжения (ЭМС). Электромагнит­ная муфта состоит из двух вращающихся частей — индуктора и якоря. Якорь жестко соединен с валом электродвигателя, имеющим по­стоянную частоту вращения, а ин­дуктор — с валом насоса. Якорь и индуктор максимально сближены и имеют между собой небольшой воздушный зазор. При отсутствии электротока в обмотке индуктора крутящий момент электродвигателя не передается на вал насоса. При включении индуктора возникает электромагнитное поле, под воз­действием которого индуктор с не­которым скольжением вращается вслед за якорем и передает кру­тящий момент от электродвигателя рабочему колесу насоса. Частота вращения индуктора зависит от силы тока возбуждения.

В нашей стране выпускаются асинхронные, панцирные, индуктор­ные и порошковые ЭМС. Анализ механических характеристик и конструкций ЭМС показывает, что в системах водоснабжения и канализации наиболее приемлемы ЭМС индукторного типа, коэф­фициент полезного действия кото­рых при полном возбуждении ЭМС составляет 0,98.

Регулирование параметров на­соса изменением геометрии про­точных каналов применяется в осевых насосах типа ОП (измене­ние угла установки лопастей ра­бочего колеса).

Регулирование режима работы насоса изменением кинематики по­тока на входе в рабочее колесо насоса осуществляется установкой поворотно-лопастного направляю­щего аппарата у входа в рабочее колесо.

Поворотно-лопастный направ­ляющий аппарат изменяет мо­мент скорости (закрутку) потока на входе в рабочее колесо. При этом закрутка по направлению вра­щения рабочего колеса (положи­тельная) уменьшает напор насоса, а против вращения (отрицательная) увеличивает напор. Этот способ регулирования допускает измене­ние подачи на 25 % при" пониже­нии напора на 15 % и уменьшении потребляемой мощности на 30 % номинальной. КПД насоса при ука­занной глубине регулирования снижается на 2—3 %. Регулирова­ние параметров насоса входным направляющим аппаратом наиболее эффективно в системах с малым статическим напором.

На основании анализа работ по регулированию частоты вращения рабочего колеса центробежного на­соса можно сделать следующие выводы:

1. Применение регулируемого привода значительно повышает эко­номические показатели насосных станций — экономия электроэнергии достигает 10—15 %.

2. Применение регулируемого центробежного насоса позволяет уменьшить число насосов на на­сосных станциях.

3. На группу из трех-четырех рабочих насосов достаточно иметь один регулируемый насос.

4. Из существующих способов регулирования электропривода следует рекомендовать привод с ЭМС индукторного типа, каскадные приводы различных типов и много­скоростные электродвигатели. Кас­кадные приводы следует приме­нять для регулирования мощных агрегатов на крупных насосных станциях. На средних и малых на­сосных станциях более целесообраз­но применять простые и дешевые приводы с ЭМС индукторного типа и частотные.

5. Применение входных направ­ляющих аппаратов экономически целесообразно и конструктивно осуществимо на крупных насос­ных агрегатах в системах, где ста­тический напор составляет незна­чительную часть напора насоса.

¸Влияние изменения уровня воды в источнике и напором

резервуаре на режим работы насосов

Геометрическая высота подъема воды насосов, устанавливаемых на насосных станциях / подъема, за­висит от разности уровней воды в источнике и в смесителе водо­проводных очистных сооружений. Однако уровень воды в поверхностных

ООО Q_А Q_Б Q л/с

Рис. 2. Режим работы насосов

а) при изменении уровня воды в источнике

б) при повышении уровня воды в баке водонапорной башни

источниках не остается постоян­ным и изменяется в зависимости от гидрологического режима ис­точника. Рассмотрим режимы работы насоса при изменениях уровня воды в источнике от минимального до максимального.

На рис.2, а приведены харак­теристики насоса Н - Q и харак­теристика напорного водовода Н _тр- Q (геометрической высоты подъ­ема H_г). Точка А пересечения ха­рактеристик насоса и водовода соот­ветствует режиму работы системы «насос — водовод» при минимальном уровне воды в источнике. Коор­динаты точки А должны удовлет­ворять требуемым подаче Q_A и на­пору Н_А. Потребляемая мощность в этом режиме работы N_A и КПД hа.

С повышением уровня воды в ис­точнике геометрическая высота подъ­ема H _г, равная разности отметок уровней свободных поверхностей во­ды в источнике и в смесителе, будет уменьшаться, т. е.

Hс - H_унв > Hс-H_увв и Н_г> H,

где Н_с — отметка уровня воды в смесителе;

H_унв — низкий уровень воды в источнике;

Н_{ув в} — высокий (паводковый) уровень во­ды в источнике.

Потери напора в трубопроводе практически остаются постоянными при данном расходе. Из анализа уравнения характеристики трубопровода

H=H_r+SQ² следует, что Н _г есть координата вершины квад­ратичной параболы при Q = 0. Сле­довательно, при уменьшении H _г уменьшается координата вершины характеристики трубопровода характери­зуется новой режимной точкой Б, имеющей координаты Q_s, H_Б, N_Б и h_Б. Следовательно, при повышении уровня воды в источнике напор насоса уменьшается, подача и мощ­ность увеличиваются, КПД насоса снижается.

Увеличение мощности насоса вы­зывает перегрузку электродвигателя, его нагрев и уменьшение КПД двигателя, что может привести к выходу двигателя из строя. Во из­бежание перегрузки двигателя необ­ходимо регулировать подачу на­соса.

При значительных колебаниях уровня воды в источнике целе­сообразно применять насосы с крутопадающей характеристикой Н -Q, при которой изменение пода­чи и мощности насоса будет мень­шим, чем при пологой. Однако надо иметь в виду, что такие насосы имеют небольшую рабочую часть характеристики и изменение уровня воды может привести к работе на­соса вне рекомендуемого поля.

Если насосы подают воду в резервуары, то в момент повышения воды в источнике следует рекомендовать поддерживать максимально возможный уровень воды в резервуаре. Это мероприятие позволят снизить увеличение мощности электродвигателя, т.е. его перегрузку. На рис. 2 показан метод определения режимных точек работы насоса при подаче воды в бак башни графически. Характеристики трубопровода А-Б, А₁-Б₁, А₂-Б₂ построены для соответствующих уровней воды в баке при геометрических высотах подъема Н_{г о,}

H_Г1 и H_Г2. Система работает в ре­жимных точках 0, 1 и 2.

Из анализа графика работы системы «насос-сеть» следует, что при увеличении уровня воды в ба­ке вследствие саморегулирующей способности насоса напор его уве­личивается, а подача и мощность уменьшаются. При увеличении гео­метрической высоты подъема до Н _г2 подача насоса Q₂ меньше,критической подачи Q_кp и режим работы насоса будет находиться в области неустойчивой работы со всеми по­следствиями, вытекающими из это­го.

Следовательно, насосы, рабо­тающие на напорные резервуары и безбашенные системы водопровод­ной сети, должны иметь пологие характеристики Н - Q без запа­дающей ветви. При анализе режима работы насоса необходимо уточнять продолжительность работы насоса при различных уровнях воды в баке и в зависимости от этого подби­рать насос с оптимальным КПД на диктующий уровень воды в баке.

¸Параллельная работа насосов

Параллельной работой насосов называется одновременная подача перекачиваемой жидкости несколь­кими насосами в общий напорный коллектор (рис. 3). 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

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

(см. рис. 3), 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.

¸Параллельная работа нескольких насосов с одинаковыми характерис­тиками.

При построении характерис­тики нескольких параллельно рабо­тающих насосов на общий напорный трубопровод суммируют подачи насо­сов при равных напорах.

Рассмотрим построение графиче­ской характеристики трех параллельно работающих насосов типа Д800-57 на два одинаковых трубопровода. В координатах Q, Н, N, h и _Dh наносим паспортные энергетиче­ские характеристики насоса Д800-57. Так как насосы одинаковые, то характеристики совпадают и их обозна­чают Н-Q_{I, II,III} (см. рис. 3).

Для построения суммарной ха­рактеристики Н-Q_{I, II,III} произ­вольно выбираем напоры Н_А, Н _Б и Н в в пределах рекомендуе­мой рабочей части характеристики Н-Q_{I, II,III} складываем подачи Q_a, Q_б Q_b. Для двух параллельно работающих насосов A' = 2Q_A, Б' = 2Q_Б и В' = 2Q_B, для трех на­сосов A" = 3Q_А, Б" = 3Q_Б и В" = 3Q_в. По полученным точкам А', Б' и В¢ строим суммарную характеристи­ку Н-Q_{I, II,} двух параллельно ра­ботающих насосов, а по точкам А", Б" и В" характеристику Н-Q_{I, II,III} трех насосов. Аналогичным построе­нием находим характеристику Н-Q _{тр 1+2}параллельной работы двух напорных трубопроводов.

Суммарную фактическую подачу двух насосов на два водовода опре­деляют по координатам Q₁₊₂ и Н_б точки Б', т. е. точки пересечения ха­рактеристик Н-Q₁₊₂ и Н-Q_{тр 1+2}. Суммарную фактическую подачу трех насосов на два водовода опре­деляют по координатам Q₁₊₂₊₃ и Н_А точки А", т. е. точки пересечения характеристик Н-Q_{тр 1+2 +3} и Н-Q_{тр 1+2}

Для определения подачи одного насоса при их совместной работе следует провести из точки А" линию, параллельную оси абсцисс до пере­сечения с характеристикой Н-Q_I,II,III в точке А. Координаты точ­ки А определяют подачу Q_I,II,III /3 и напор Н_А каждого насоса при их одновременной работе на систему с характеристикой Н-Q _{тр 1+2.} Для нахождения КПД насоса из точки А восставляем перпендикуляр до пере­сечения с кривой h -Q _I,II,III в точке 1. Координаты этой точки определяют КПД насоса при параллельной ра­боте трех насосов. Для определения потребляемой мощности и допускае­мого кавитационного запаса опуска­ем перпендикуляр до пересечения с кривыми N-Q_I,II,III и _Dh-Q_I,II,III в точках 2 и 3. Координаты этих точек соответственно определяют по­требляемую мощность и допустимый кавитационный запас насоса при совместной их работе. Из рис. 3 следует, что подача каждого насоса при параллельной работе равна 1/3 их суммарной подачи, т. е. Q₁ = Q_{1+2+3 /} 3.

При параллельной работе двух из рассматриваемых насосов их по­дача, напор, потребляемая мощ­ность, КПД и вакуумметрическая вы­сота всасывания определяются по режимной точке Б''. При работе одно­го из рассматриваемых насосов ре­жим его работы определяется рабочей точкой В. Из рис. 3 видно, что суммарная подача трех и двух параллельно работающих насосов меньше суммарной подачи этих же насосов при раздельной их работе на данную систему напорных тру­бопроводов, т. е. Q_i+ii+iii < 3 Q_i и Q₁₊₂ < 2Q₁.

Снижение суммарной подачи объясняется тем, что при увеличении подачи возрастает напор в трубо­проводе (H_А> Н_Б и H_Б > H_В), что ведет к уменьшению подачи каждого насоса при их совместной работе по сравнению с подачей при одиноч­ной работе насоса на данную си­стему.

Уменьшение подачи зависит как от увеличения напора в трубопро­воде, так и

от крутизны харак­теристики насоса. Поэтому парал­лельная работа насосов может быть достаточно эффективной при пологих характеристиках трубопроводов.

¸Параллельная работа нескольких насосов с разными

характеристи­ками.

Параллельная работа насосов с различными характеристиками возможна в том случае, когда напо­ры, развиваемые насосами, будут равны. На рис. 4 приведены ха­рактеристики насоса Д800-57 с /1 = 980 мин^-1 (Н-Q_I) и насоса Д800-57 с п =1450 мин^-1 (Н-Q_II ). Второй насос развивает больший напор. Первый насос может начать работу параллельно со вторым

лишь после того, как напор второго насоса уменьшится в связи с увели­чением подачи до максимального напора Н _А, развиваемого первым насосом при закрытой задвижке. От точки А и должно быть начато построение суммарной характеристи­ки Н- Q₁₊₂ путем сложения абсцисс обеих характеристик, соответствую­щих точкам с равными напорами. Точка Б, полученная пересечением кривой Н- Q₁₊₂ с характеристикой трубопровода Н- Q_тр1+2, является режимной точкой совместно работа­ющих насосов. Если характеристики насоса и трубопровода пересекутся выше точки А, то их совместная рабо­та станет невозможной.

Режим работы каждого насоса при их совместной работе опреде­ляется следующим образом: из точ­ки Б проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с ха­рактеристиками Н- Q_II и Н- Q_I в точках 1 и 2. Через точки 1 и 2 проводим вертикальные линии, точки пересечения которых с кривыми h -Q и N -Q определяют КПД и мощность каждого насоса при их совместной работе.

Точки 3 и 4 пересечения характе­ристик Н- Q_II и Н- Q_I насосов с характеристикой Н- Q_тр.1+2 трубо­провода определяют режим работы каждого насоса при одиночной ра­боте.

Для устойчивой параллельной ра­боты насосов необходимо, чтобы их характеристики были плавно сни­жающимися. При параллельной работе насосов,

имеющие характеристики Н- Q (с подъемом вначале работы), работа насосов будет устойчивой только в том случае, если режимная точка работы системы «насосы- сеть» расположена на одной линии или ниже точки А, т. е. при напоре, равном или меньшем напора, разви­ваемого насосом при закрытой за­движке.

Если на насосной станции уста­новлены насосы с пологой характе­ристикой Н- Q и расположены они несимметрично относительно напор­ного трубопровода, то для опреде­ления более точных режимных то­чек работы каждого насоса при параллельной работе необходимо построить приведенные характерис­тики Н-Q ", 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 подачи 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.

Получив приведенную суммарную характеристику параллельной рабо­ты насосов на первой

насосной стан­ции Н- Q¢_1нс и на второй насосной станции

Н- Q¢_1нс (рис. 5), строим характеристики трубопроводов от первой Н- Q_тр1нс-А и второй Н- Q_тр2нс-А насосных станций до точки А с учетом разности статиче­ских напоров станций. Вычитая ор­динаты характеристик трубопро­водов Н- Q_тр1нс-А и Н- Q_тр1нс-А из ординат соответствующих суммар­ных приведенных характеристик Н- Q¢_1нс и Н- Q¢_2нс, получим приве­денные суммарные характеристики первой

Н- Q¢¢_1нс-А и второй Н- Q¢¢_1нс-А насосных станций, при­веденные к точке А (слияние двух потоков).

Строим характеристику Н- Q¢¢_1нс-А-Б трубопровода от точки А до заданной точки подачи воды Б. Складываем приведенные характеристики первой и второй насосных станций, для чего при произвольно выбранных напорах Н₁, H₂ и Н₃ складываем абсциссы характеристик. По полученным точкам 1, 2 и 3 строим
кривую суммарной характеристики параллельной работы двух насосных
станций. Точка В пересечения характеристики водовода Н- Q_трА-Б и характеристики параллельной работы насосных станций Н- Q_1нс+2нс является режимной точкой работы системы «насосные станции—водовод».Для определения подачи каждой станции необходимо от точки В про­вести линию, параллельную оси абсцисс до пересечения с кривыми Н- Q¢¢_1нс-А и Н- Q¢¢_2нс-А соответ­ственно в точках 4 и 5 Напор насо­сов на каждой насосной станции определяется точками 6 и 7, получен­ными пересечением перпендикуля­ров, восставленных из точек 4 и 5, с кривыми характеристик параллель­ной работы насосов на каждой на­сосной станции. Для определения рабочей точки каждого насоса сле­дует снести режимные точки 6 и 7 ра­боты каждой станции на индивиду­альные характеристики насосов, ра­ботающих на насосной станции.

¸ 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 (рис. 6).

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 посто­
янном) расходе увеличить напор, что невозможно сделать одним насосом.

Рассмотрим случай последова­тельной работы рядом установлен­ных двух однотипных центробежных насосов (см. рис. 6). Для построе­ния суммарной характеристики Н -Q₁₊₂ последовательной работы двух однотипных насосов необхо­димо сложить ординаты характе­ристики Н -Q_1,2 при одинаковых подачах. Возьмем произвольно по­дачи Q_A, Q_B и Q_B и сложим напоры. При закрытой задвижке напор Н = 2 Н _о, при подаче Q_A напор Н_А = 2 аг, соответственно Н_Б = 2бд и Н_в =2ве, Полученные точки А, Б и В соединяют плавной кривой, кото­рая является суммарной характери­стикой последовательной работы центробежных насосов.

Из рис. 6 видно, что напор одно­го насоса недостаточен даже для подъема воды на геометрическую высоту Н _г. При подключении второго однотипного насоса с такой же ха­рактеристикой оказывается, что на­сосы развивают напор, достаточный, чтобы поднять воду на высоту Н _г и преодолеть сопротивление в трубо­проводе при заданной подаче.

Режимная точка работы после­довательно соединенных насосов определяется точкой К, полученной пересечением суммарной характе­ристики Н -Q₁₊₂ с характеристикой трубопровода Н -Q_тр. Если насосы установлены после­довательно на одной станции, то при построении характеристики тру­бопровода необходимо учесть по­тери на участке от напорного патрубка насоса 1 до всасывающего патрубка насоса 2 и внести поправку в характеристику Н -Q₂. Игнориро­вать потери в соединительном уча­стке недопустимо, так как обычно диаметры арматуры и трубопровода, соединяющего насосы, принимают равными диаметру всасывающего патрубка насоса 2. 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 и 2 (см. рис. 6) включают насос 1. После того как насос 1 разовьет напор, равный напору при закрытой задвижке, открывают задвижку 1 и пускают насос 2. Когда насос 2 разовьет напор, равный напору 2Н_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.