Работа насоса на сеть
Совокупность насоса, расходного и напорного резервуаров, трубопроводов, связывающих вышеперечисленные элементы, регулирующей и запорной арматуры, а также контрольно-измерительной аппаратуры составляет насосную установку. Для перемещения жидкости по трубопроводам из расходного резервуара в напорный необходимо затрачивать энергию на:
подъем жидкости на высоту Hг, равную разности уровней в резервуарах (эту величину называют геометрическим напором насосной установки);
преодоление разности давлений в них pр и pн;
преодоление суммарных гидравлических потерь hп во всасывающем и напорном трубопроводах.
Таким образом, энергия, необходимая для перемещения единицы веса жидкости из расходного резервуара в напорный по трубопроводам, или потребный напор установки определяется по выражению
Характеристикой насосной установки называют зависимость потребного напора от расхода жидкости. Геометрический напор Hг, давления pр и pн от расхода не зависят. Гидравлические потери являются функцией расхода и зависят от режима движения. При ламинарном режиме характеристика трубопровода изображается прямой линией, при турбулентном движении в шероховатых трубах потери напора, а следовательно, и характеристика имеет вид параболы.
На рис. 3.4 приведена схема насосной установки и ее характеристика. Насос работает на таком режиме, при котором потребный напор равен напору насоса. Для определения режима работы насоса необходимо на одном и том же графике в одинаковых масштабах нанести характеристику насоса и насосной установки. Точка пересечения характеристик называется рабочей точкой.
Рис. 3.4. Схема насосной установки, характеристики сети
и совместная характеристика насоса и сети
Ограничением в широком распространении центробежных насосов в значительной мере является неспособностью их к сухому всасыванию.
Неустойчивая работа насосной установки
У тихоходных насосов, напорная характеристика которых имеет максимум при положительной подаче, в некоторых случаях возникает неустойчивая работа: подача резко изменяется от наибольшего значения до нуля, напор колеблется в значительных пределах, наблюдаются гидравлические удары, шум и вибрация как самой машины, так и трубопроводов. Это явление получило название помпаж.
Рис. 3.5. Определение зоны неустойчивой работы насоса
Рассмотрим неустойчивую работу насоса по схеме, изображенной на рис.3.5. Насос подает жидкость по трубопроводу 3 в резервуар 5, из которого она направляется потребителю. Предположим, что в начальный момент резервуар заполнен жидкостью до уровня а. При этом насос работает в режиме, определяемом точкой А на его напорной характеристике. Если расход жидкости, отводимой потребителю, меньше подачи насоса QА, то уровень жидкости в резервуаре повышается, характеристика насосной установки смещается вверх и подача насоса в соответствии с кривой напоров H=f(Q) уменьшается до тех пор, пока рабочая точка не займет положение М. Если при этом подача насоса превышает расход, который отводится потребителю, то уровень в резервуаре повысится еще больше и характеристика насосной установки пройдет выше характеристики насоса. При этом потребный напор станет больше напора насоса, в результате чего произойдет срыв подачи. Под действием обратного тока жидкости обратный клапан 2 закроется. Насос будет работать при подаче Q, равной нулю и напоре H0. Из-за отсутствия притока жидкости в резервуар 5 уровень в нем будет понижаться, так как жидкость продолжает вытекать из него по трубопроводу 4. После достижения уровнем значения, которому соответствует напор H0, насос снова вступит в работу. Подача резко (скачкообразно) возрастет до значения QВ, соответствующего точке В. Уровень в резервуаре опять начнет постепенно повышаться и явление повторится.
Срыв подачи насоса и переход его на холостой режим работы может произойти и при неизменной характеристике насосной установки (при постоянном уровне в резервуаре 5), если характеристика установки пересекает характеристику насоса в двух точках. Это может возникнуть при снижении частоты вращения, например, из-за временного падения напряжения в электрической сети, питающей двигатель. При этом характеристика насоса понизится и произойдет срыв подачи до нуля. При последующем повышении частоты вращения насос будет продолжать работу при холостом режиме (Q = 0), так как напор, создаваемый им при нулевой подаче, меньше статического напора насосной установки. По этой же причине помпаж может возникнуть при параллельной работе насосов, если напор при нулевой подаче одного из насосов, меньше напора второго при его одиночной работе на сеть. В этом случае временное снижение частоты вращения насосов может привести к срыву подачи первого насоса до нуля.
Характеристики насосов, не имеющих неустойчивой области, называют стабильными. Насосы, применяемые для подачи жидкости при переменных режимах, должны иметь стабильные характеристики.