6. Предварительный подбор насосов и электрических двигателей

Выбор марки насоса осуществляется по каталогу насосов с учетом его энергетических параметров:

Q_нас =261 л/с, Н = 44 м,

N =  ,

где Q – подача насоса, м³/с;

Н – напор, м;

 – объемный вес жидкости, 1000 кг/м³;

_пр – КПД привода; _пр = 1;

_н – КПД насоса; _н = 0,8;

Мощность двигателя определяется по формуле:

N_дв = N  k

где k - коэффициент запаса, равный 1,15

N_дв = 205 кВт.

Этим значениям соответствуют параметры погружного насоса для перекачивания сточных вод FA 20.78 D фирмы WILD , n = 1486 об./мин., с диаметром рабочего колеса D_кол = 450 мм, с диаметром напорного патрубка D = 200 мм. Насос поставляется с электродвигателем N = 205 кВт, U = 380В. Вес насосного агрегата – 1985 кг.

В этом случае паспортные данные электродвигателя несколько превышают расчетные параметры, полученные выше по формулам (205  154 кВт). Недогрузка двигателя по мощности составляет N = 205 – 154 = 51 кВт или 25 %, что меньше допустимых 20…40 % (уровень кратковременной недогрузки или перегрузки энергооборудования).

Проверка работы насосных агрегатов при различных режимах поступления сточных вод производится по характеристикам совместной работы насосов и водоводов.

Окончательный выбор электродвигателя, так же как и самого насоса (количество насосов), будет проведен после проверки работы насосной станции: на случай подъема воды в час максимального притока; на случай аварии на водоводах; на период 1-й очереди строительства.

Проверка работы насосных агрегатов при различных режимах поступления сточных вод производится по характеристикам совместной работы насосов и водоводов.

7. Построение характеристик насосов и водоводов при их совместной работе

Построение характеристики водовода выполняется по точкам итерациями при заданном значении Q_j.

Q – подача, м³/с; Q = 0,391

h_j = iLk + Н_зап = SQ²; равенство принимается в целях соблюдения единства функциональной зависимости при построениях Н-Q насосов и характеристик водоводов;

S – приведенное сопротивление трубопровода; S = h/Q²;

h – потери напора в трубопроводе; h = SQ² = 14 м;

j – последовательность итерационных расчетов; j = 1, 2,  … .

Приведенное сопротивление напорного водовода при максимальной подаче сточных вод рассчитывается по формуле

S = 14 / 0,391²= 91.57

Расчетные данные для построения характеристики водоводов приводятся в таблице

Расчетные параметры для ^{построения} характеристик всасывающего водовода при подаче воды в час максимального притока сточных вод

Q, м3/c	Q2	S	h=S*Q2	H = Нг+h
0.05	0.0025	91.57	0.23	30.48
0.1	0.01	91.57	0.92	31,17
0.2	0.04	91.57	3.66	33.91
0.3	0.09	91.57	8.24	38.49
0.4	0.16	91.57	14.56	44.90
0.5	0.25	91.57	22.89	53.14
0.6	0.36	91.57	32.97	63.22
0.7	0.49	91.57	44.87	75.12

По графику на рис. 5 видно, что координаты точки “Ф”[Q, Н] превышают расчетные значения Q_расч и Н_расс (т.е. 810  782 л/с, а 45  44 м).

В целях экономии электроэнергии на подачу воды насосной станцией необходимо предусмотреть регулирование ее работы. Методы регулирования работы насосной станции и отдельных насосов разнообразны: изменением числа совместно работающих насосов, дросселированием задвижкой на напорной линии насоса, изменением частоты вращения ротора насоса, применением входных направляющих аппаратов, изменением характеристики насоса за счет обточки его колеса и т.д.

Обточка рабочего колеса позволяет изменить параметры Н – Q насоса для одного режима его работы. Более совершенный метод регулирования подачи и напора насоса – это изменения частоты вращения колеса насоса при изменении скорости вращения ротора электродвигателя.

Изменять скорость вращения ротора электродвигателя можно следующим способом:

 каскадного включения дополнительного двигателя в цепь ротора; при этом способе дополнительная машина возвращает энергию скольжения (при изменении числа оборотов ротора основной машины) на вал основной машины или в сеть, питающую двигатель. Различают электромеханический и электрический каскады.

Этот способ заключается в том, что в цепь ротора асинхронного двигателя вводится с помощью дополнительной машины добавочная электродвижущая сила с частотой, совпадающей с частотой ротора. При согласованном включении скорость повышается, при встречном – понижается.

Для привода насосного агрегата может быть использован электрический каскад;

 применяя коллекторные двигатели;

 применяя электромагнитные муфты скольжения;

 применяя гидромуфты.

На проектируемой насосной станции предусматриваются насосные агрегаты с электродвигателями, которые оборудованы преобразователями частоты. Поэтому в данном случае рассматривается частотный метод регулирования подачи и напора каждого насоса.

При изменении числа оборотов колеса насоса с n на n₁ подача Q и напор Н насоса изменяются в соответствии с законом пропорциональности:

= ; = ( )².

Из этого закона следует: H = Q²  – уравнение параболы с вершиной в начале координат.

Если = k, = 44 / 0,26² = 651, то можно записать: H= 651  Q² – кривая по которой смещаются расчетные значения Н и Q при изменении nn₁.

Построение измененной характеристики H – Q₁ по отношению к первоначальной характеристике Н – Q насоса осуществляется в следующей последовательности:

1. на оси абсцисс координатной сетки Н- Q наносится точка “*”, соответствующая расчетному значению Q_нас.ст. = 782 л/с;

2. из точки “*” проводится перпендикуляр до пересечения с характеристикой водоводов 2SQ² в точке “А”(координаты точки пересечения “А” соответствуют расчетным значениям подачи и напора насосной станции);

3. из точки “А проводится горизонталь (линия расчетного напора - Н= 44 м);

4. на горизонтали, начиная от оси ординат, откладывается отрезок, длина которого соответствует параметру Q₁ = , где m = 3 – количество насосов, работающих параллельно.

Таким образом, на графике рис. 6 определяется точка “а” с координатами: Q₁ = 261 л/с, Н₁= 44 м. Через точку “а” должна проходить характеристика насоса Н₁-Q₁ с измененным числом оборотов n ₁.

Выше отмечалось, что при изменении nn₁ точки на характеристике Н-Q смещаются по кривой Н=kQ².

Выполнив построение кривой Н=651Q² (по данным таблицы ), проходящей через точку “а”, на первоначальной характеристике Н-Q получим точку “с”, с координатами: [Q_с =265 л/с, Н_с=46 м].