Тема 6. Эксплуатационный расчет центробежных насосов
Решение задач в этой теме связано с расчетом водонасосных установок (рис.6.1), состоящих из насоса и двух магистралей: всасывающей и нагнетательной.
Вода из водоисточника A по магистралям перекачивается в приемный резервуар B на высоту HГ. Совокупность магистралей водонасосной установки называется сетью или системой.
Рис. 6.1. Схема водонасосной установки: HГ – геометрическая высота подъема; ℓВ, dВ – соответственно длина и диаметр всасывающей трубы; ℓН, dН – соответственно длина и диаметр нагнетательной трубы. |
При решении задач на эту тему требуется выбрать соответствующий типоразмер насосного агрегата и дать ответы ещё на ряд др. вопросов. Основой решения задач на эту тему являются следующие положения: 1 - всасывающая магистраль (труба) – это гидравлически короткий трубопровод, при расчете которого используют такие уравнения гидродинамики, как
по которому определяют потери напора на трение, и
для определения местных потерь напора. |
,
(6.1)
,
(6.2)Или при расчете гидравлически коротких труб местные потери напора считают соизмеримыми с hТР, то есть hМ=hТР. И тогда общие потери напора во всасывающей магистрали равны.
,
(6.3)
2 - напорный трубопровод – это гидравлически длинный трубопровод, расчет которого базируется на характеристике простого трубопровода.
,
(6.4)
где A – удельное сопротивление труб из различных материалов в зависимости от диаметра условного прохода dy, с2/м6; см. Пр. 4, 5,7;
ℓ - длина нагнетательного трубопровода, м;
Q – расход, м3/с.
Местными потерями напора при расчете гидравлических длинных трубопроводов либо пренебрегают, либо принимают как некоторую часть от потерь по длине,
hМ = (5…15)% hТР.
И тогда общие потери напора в нагнетательной магистрали будут равны:
(6.5)
3 – выбирают насос для работы на сети по рабочим характеристикам. Руководствуются при этом следующими соображениями: при установившемся режиме работы установки развиваемый насосом напор Hн равен потребному напору системы, то есть
,
(6.6)
и расход в трубопроводах равен подаче насоса
,
(6.7)
Порядок выбора насоса следующий: ориентировочно на одном из графиков рабочих характеристик центробежных насосов типа K, выпускаемых промышленностью, (см. Пр. 9) на оси X-ов из точки, соответствующей заданному значению расхода в сети Qтр, мысленно проводят вертикальную линию до пересечения с кривой напорной характеристики насоса Hн = f(Q) и определяют напор, соответствующий точке пересечения. Если он равен расчетному значению потребного напора системы или отличается от него незначительно (+ 5…10 %), то выбор останавливают на этом типе насоса. В противном случае поиск продолжают, пока не будут выполнены равенства (6.6) и (6.7).
4 – режим работы насоса устанавливают графоаналитическим способом путем совмещения на одном и том же графике в одинаковых масштабах напорной характеристики выбранного насоса с характеристикой водонасосной установки. Точка пересечения указанных характеристик (т. A) и определяет параметры режимной точки: подачу QA, напор HA и КПД насоса ηA.
5 – изменение или регулирование параметров насоса осуществляется либо при помощи регулирующей задвижки (дросселированием), из-за чего меняется характеристика насосной установки (рис.6.3) или изменением частоты вращения рабочего колеса. Из-за чего изменяется характеристика насоса (рис. 6.4).
Формулы пересчета для одного и того же насоса, работающего на разных частотах вращения, имеют вид:
,
(6.8)
,
(6.9)
,
(6.10)
Рис.6.2. Графическое нахождение режимной точки насоса
|
|
Рис. 6.3. Регулирование работы насоса дросселированием |
Рис. 6.4. Регулирование работы насоса изменением частоты вращения |
6 – при совместной работе насосов на сети различают последовательное соединение с целью увеличения напора (рис. 6.5) и параллельное с целью увеличения подачи (рис. 6.6). При последовательном соединении насосов суммарная характеристика их получается сложением ординат характеристик Hн = f(Q) при одной и той же подаче.
В случае последовательной работы двух одинаковых насосов с одинаковыми характеристиками ординаты при данной подаче удваиваются.
При параллельной работе центробежных насосов с одинаковыми характеристиками суммарная характеристика их получается путем сложения абсцисс при одинаковых напорах.
Режим работы совместно работающих насосов на сети также устанавливают графоаналитическим способом.
|
|
|
|
Рис. 6.5. Определение режима работы последовательно соединенных насосов |
Рис. 6.6. Определение режима работы параллельно соединенных насосов, находящихся на близком расстоянии |
7 – порядок определения параметров режимной точки насоса следующий:
определяют общие потери напора во всасывающей магистрали по формулам (6.1), (6.2) или (6.3);
находят общие потери напора в нагнетательной магистрали по формулам (6.4), (6.5);
вычисляют суммарные потери напора в системе
,
(6.11)
определяют потребный напор в системе по формуле
,
(6.12)
или
,
(6.13)
при наличии избыточного (манометрического) давления на свободной поверхности в приемном резервуаре.
находят величину гидравлического сопротивления системы из выражения
,
(6.14)
задаются 5…7 произвольными, но равномерными значениями расхода QТР и вычисляют соответствующие им потери напора. Данные расчетов сводят в таблицу. Например,
QТР, л/с |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
|
0 |
0,15 |
0,6 |
1,4 |
2,5 |
3,9 |
5,5 |
,
м
по данным таблицы строят характеристику системы HСИСТ = f(QТР), рис.6.7;
Рис. 6.7. Характеристика сети HСИСТ = f(QТР) |
|
8 – мощность на валу насоса определяют по параметрам режимной точки
,
Вт. (6.15)
9 – мощность приводного двигателя при условии, если насос с ним соединяется напрямую (через упругую муфту), определяется из выражения
,
(6.16)
где k – коэффициент запаса, который равен k = 1,2…1,25 для двигателей мощностью до 50 кВт и k = 1,1…1,15 для мощности более 50 кВт.
Пример 9.
Требуется подобрать насос для работы с гидравлически длинным трубопроводом, длина которого 1200 м, диаметр 150 мм. Геометрическая высота подъема воды H Г= 10 м, расход составляет Q = 25 л/с. Вид труб: асбестоцемент типа ВТ 12.
Дано:
Q = 25 л/с
HГ = 12 м
ℓ = 1200 м
d = 150 мм
вид труб : асбестоцемент, тип ВТ 12