1.4 Визначення втрат тиску в трубопроводі

Розрахунок трубопровідної мережі полягає у визначенні втрат напору на кожній з ділянок мережі при заданих витраті й довжині кожної ділянки [8].

Розрізняють втрати напору по довжині трубопроводу h_довж і втрати на подолання місцевих опорів h_м:

. (1.3)

Втрати напору по довжині трубопроводу визначаються в загальному випадку за формулою Дарсі-Вейсбаха:

, (1.4)

де l – довжина труби, м; d – її діаметр, м; – швидкість рідини в трубі, м/с; – коефіцієнт, який враховує тертя рідини об стінку труби, що залежить від матеріалу й стану стінки труби (для наближених розрахунків можна взяти ); 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння, м/с².

Місцеві опори в трубопроводах зумовлені різними факторами: різкою зміною конфіґурації живого перетину потоку, пов'язаною з установленням запірно-реґулювальної арматури; різким розширенням (звуженням) труб; виходом у трубу з резервуара; різким поворотом труби. Втрати напору на подолання місцевих опорів визначаються за формулою:

, (1.5)

де – коефіцієнт місцевого опору для ділянки труби, що залежить від виду місцевого опору й від числа Рейнольдса та визначається за таблицями з довідника [8].

При розрахунках кожний місцевий опір може бути замінений еквівалентною довжиною труби, де втрати напору такі самі, як і в місцевому опорі. Позначивши через відповідний приведений коефіцієнт, замінимо .

Тоді, після перетворення виразів (1.4), (1.5), отримаємо:

, (1.6)

де – питомий опір завдовжки 1 м при одиничній витраті, який визначають за табличним даними [8].

1.5 Керування продуктивністю насосної установки

Під регулюванням режимів роботи НУ розуміють навмисну зміну подачі та напору насосів відповідно до нового режиму роботи системи споживача. Регулювання продуктивності НА може здійснюватися дією на турбомеханізм (поворот лопаток робочого колеса), дією на мережу (дроселювання засувкою), дією на привод турбомеханізму (зміною швидкості обертання робочого колеса одного з насосів), а також зміною числа працюючих одночасно аґреґатів.

Питома енергія, що передається потоку рідини у відцентровій машині, істотно залежить від умов входу на робочі лопаті. Закручування потоку, що надходить до робочого колеса, впливає на напір і при заданій характеристиці трубопроводу змінює подачу машини. Звідси виникає можливість регулювання дією на потік, що входить до турбомеханізму, за допомогою лопатевого напрямного апарата. Напрямні апарати слід розташовувати в безпосередній близькості від входу в колесо. Тільки в цьому випадку досягається ефективне регулювання. При такому регулюванні характеристика мережі залишається незмінною, а характеристика насоса повертається за годинниковою стрілкою (рис. 1.9). Зменшення споживаної потужності при регулюванні даним способом визначається заштрихованою ділянкою між лініями N1 і I–II–III, що підтверджує економічність даного методу регулювання відцентрових насосів.

Рисунок 1.9 – Регулювання продуктивності НУ впливом на турбомеханізм

Характеристики НУ і мережі при регулюванні подачі води дроселюванням наведено на рис. 1.10.

При повністю відкритій засувці точка робочого режиму А визначає режим роботи установки, тобто подачу Q_A, напiр H_A, потужність N_A та ККД η_А машини. У разі прикриття дроселя на напірній трубі положення характеристики трубопроводу зміниться і точка А пересунеться вліво вгору і займе положення В. Подальше прикриття дроселя викликає зсув характеристики трубопровідної системи ще вище, і точка А пересунеться в точку С, визначивши нові значення параметрів , , , . Отже, дросельне регулювання при постійній швидкості обертання насоса досягається введенням додаткового гідравлічного опору в мережу трубопроводів турбомеханізму. Оскільки найбільша подача досягається при повністю відкритому дроселі, дросельне регулювання застосовують тільки з метою зменшення подачі. З рис. 1.10 видно, що дроселювання зменшує потужність на валу насоса і разом з тим підвищує частку енергії, що витрачається при регулюванні; тому воно неекономічне. Так, при регулюванні до подачі з напором, що непродуктивно витрачається в дроселі, визначається відрізком Н_ЗД, а потужність, що втрачається при цьому, буде дорівнювати Чим глибше здійснюється процес реґулювання дроселюванням, тим більш непродуктивною є витрата потужності.

Рисунок 1.10 – Регулювання продуктивності насоса дроселюванням

На рис. 1.11 показано положення напірних характеристик при реґулюванні подачі зміною частоти обертання робочого колеса насоса Оскільки положення засувки залишається незмінним, загальний опір трубопроводу не змінюється і положення його характеристики буде колишнім. При зменшенні частоти обертання робочого колеса точка робочого режиму А переміщатиметься по характеристиці H–Q_мережі, подача і напір насоса зменшуватимуться. Зменшення швидкості обертання з метою реґулювання продуктивності має сенс тільки до певної величини, при якій напір турбомеханізму стає таким, що дорівнює статичному (точка D рис. 1.11). Продуктивність насоса при цьому знижується до нуля. При подальшому зниженні продуктивності напір, що розвивається турбомеханізмом, буде недостатній, щоб подолати статичний напір у мережі. Потужність і ККД можуть бути визначені з кривих потужності і ККД за наявними значеннями подачі Q_А, Q_В. На рис. 1.11 це показано для частоти обертання .

Рисунок 1.11 – Регулювання продуктивності насоса зміною

частоти обертання

Регулювання зміною частоти обертання робочого колеса є набагато ефективнішим і економічнішим способом, оскільки при цьому відсутня непродуктивна втрата потужності.

За наявності на НС аґреґатів з різною подачею, залежно від зміни водоспоживання, вмикаються в тій або іншій послідовності різні насоси. При цьому часте вмикання (відключення) насосів знижує надійність технологічного устаткування; у мережі можливі гідравлічні удари, що нерідко призводять до аварійності та збоїв у роботі системи водопостачання.

На рис. 1.12 зображена східчаста крива продуктивності паралельно працюючих k насосів (k=5; k=4; k=3...) та апроксимуюча залежність необхідної зміни продуктивності НС у часі .

Рисунок 1.12 – Зміна продуктивності НУ числом паралельно