Максимальный всас насоса. Определение параметров насосов

При работе насоса разность давлений в приемном резервуаре и в корпусе насоса должна быть достаточной, чтобы преодолеть давление столба жидкости и гидравлические сопротивления во всасывающем трубопроводе, поэтому расчет и проектирование всасывающей линии представляют собой одну из самых ответственных задач при проектировании насосной установки.

Вертикальное расстояние от уровня жидкости в приемном резервуаре до центра рабочего колеса насоса называют геометрической высотой всасывания hвс. Для нахождения допустимой геометрической высоты всасывания запишем уравнение Бернулли. Для сечений О-О и 1-1 (рис. а):

где Shs - сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Учитывая, …
что z1- z0 = hвс , а также то, что Vo = 0 (приемный резервуар достаточно больших размеров), получим

Если давление P1 опустится до давления насыщения паров перекачиваемой жидкости Ps при данной температуре, то наступит кавитация.

Кавитация в переводе на русский язык означает пустотообразование. Явление кавитации представляет собой процесс нарушения сплошности течения жидкости, который происходит там, где давление, понижаясь, достигает давления насыщенных паров жидкости. Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных парами жидкости и газами, выделившимися из нее. Находясь в области пониженного давления, пузырьки объединяются, превращаясь в большие пузыри каверны. Потоком жидкости каверны сносятся в область повышенного давления, где разрушаются вследствие конденсации заполняющего их пара. В центре каждой каверны происходит соударение частиц жидкости, что вызывает гидравлические удары. Опытами установлено, что, когда пузыри лопаются, повышаются местное давление и местная температура.

При этом местное давление достигает значений, больших 100 МПа, что сопровождается образованием положительно и отрицательно заряженных частиц ионов.

Это явление приводит к разрушению рабочих органов насоса. Поэтому кавитация в насосах недопустима. Особенно быстро разрушаются алюминий и механически обработанный чугун, а наиболее стойкой оказывается обладающая большой вязкостью нержавеющая сталь. При шлифовке и полировке стойкость металлов против кавитационного разрушения повышается. Применение стойких в отношении кавитационного разрушения материалов позволяет непродолжительное время работать в условиях местной кавитации.

Первым и главным условием устранения кавитации является правильное назначение допустимой высоты всасывания.

Практически давление на входе в насос выбирают несколько больше, чем давление насыщения паров, т. е.

где DRзап — запас давления, гарантирующий от наступления кавитации.

Следовательно,

кавитационный запас напора,

Из формулы видно, что для увеличения геометрической высоты всасывания необходимо уменьшать потери во всасывающем трубопроводе, скорость при входе в насос и давление насыщения паров. В связи с этим всасывающую линию насоса делают возможно короче, большого диаметра, с минимумом перегибов и местных сопротивлений. Снизить значение Рs в большинстве случаев невозможно, так как оно определяется только температурой перекачиваемой жидкости. Однако если представляется такая возможность, то эту температуру необходимо уменьшить.

Максимальная геометрическая высота всасывания насосов не может быть более Рат/pg, что для воды составляет 10 м. Высота всасывания центробежных насосов обычно не превышает б…7 м. Если по расчету получается hвс < 0, то насос необходимо ставить ниже уровня жидкости в приемном резервуаре (затопленный насос). Так как

где Нвак - вакуумметрическая высота всасывания,

то можно записать

Следовательно, вакуумметрическая высота всасывания складывается из геометрической высоты всасывания hвс, потерь напора Shs во всасывающем трубопроводе и скоростного напора при входе в насос v 2 1/2g.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания всегда меньше высоты на кавитационный запас, т. е.

В каталогах и паспортах насосов приводят допустимую вакуумметрическую высоту или допустимый кавитационный запас.

находим геометрическую высоту всасывания насоса:

Рассмотрим насосную установку с центробежным насосом, представленную на рисунке 21. Для того чтобы можно было поднять жидкость с уровня О-О, лежащего ниже оси насоса, насос, как указывалось ранее, должен создавать у входа на лопатки рабочего колеса абсолютное давление , которое меньше атмосферного (разрежение, или вакуум). Тогда под действием атмосферного давления а точнее за счет разности давлений и (именуемой вакуумметрической высотой всасывания Н вак ) и происходит всасывание, то есть подъем жидкости до центра насоса. Жидкость поднимается по всасывающему трубопроводу установки; поэтому естественно, что, кроме преодоления геометрической высоты Н г-в , необходимо затратить часть Н вак на создание в нем скорости v в и на преодоление гидравлических сопротивлений h wв на пути движения.

Все вышеизложенные рассуждения можно представить в виде следующего уравнения:

(2 - 24)

Из этого уравнения можно определить высоту установки насоса над наинизшим уровнем жидкости в приемном резервуаре:

(2 - 25)

Величина H вак для каждого насоса различна. При расчете геометрической высоты всасывания конкретного насоса эту величину следует принимать по каталогу. Остальные члены уравнения определяются гидравлическими расчетами.

Вакуумметрическую высоту всасывания определяют на заводах опытным путем, она приводится в каталогах при м вод.ст.(техническая атмосфера) и температуре перекачиваемой жидкости t 20° С . Поэтому при работе насоса в других условиях необходимо в ка­таложные данные вводить поправки и определять так называемую допустимую вакуумметрическую высоту всасывания по формуле:

где: - фактическое атмосферное (барометрическое) давление, принимаемое по таблице 1;
- упругость паров жидкости в м вод. ст. при данной температуре, принимаемая для воды по таблице 2.

В таком случае допустимая геометрическая высота всасывания центробежного насоса будет равна

(2 - 27)

Таблица 1

Таблица 2

Приведенные выше рассуждения относятся в основном к определению геометрической высоты всасывания центробежных насосов массового выпуска. При использовании поршневых насосов в правую часть формулы (2-27) следует добавить член, определяющий дополнительные потери напора на преодоление сил инерции жидкости (при возвратно-поступательном движении поршня насоса) и на поддержание всасывающего клапана во взвешенном состоянии. Потери напора на преодоление сил инерции жидкости во всасывающем трубопроводе требуют специального расчета и зависят в основном от длины трубы и числа оборотов; поэтому поршневые насосы отличаются малым числом оборотов и короткой длиной всасывающего трубопровода.

При работе лопастных насосов, как указывалось ранее, на их всасывающей стороне, а точнее при входе на лопатки рабочего колеса обычно создается давление , меньшее атмосферного (разрежение). Величина его, как видно из приведенного ниже уравнения:

(2 - 28)

определяется величиной атмосферного давления, геомет рической высотой всасывания, скоростью потока, а следо­вательно, и гидравлическими сопротивлениями. Кроме того, судя по опытным данным, это понижение давления происходит по сечению потока неравномерно и имеет наибольшую величину в местах его резких поворотов, то есть на переднем диске у входа на лопатки и на выпуклой стороне лопаток.
Если давление при входе на рабочее колесо лопастного насоса по какой-либо причине упадет до давления, равного упругости пара перекачиваемой жидкости, то в потоке, особенно в отмеченных ранее местах наибольшего снижения давления, будут образовываться разрывы, то есть пустоты, заполняемые парами и газами, выделяющимися из этой жидкости.

Такой процесс нарушения сплошности течения потока, напоминающий бурное кипение жидкости, называется кавитацией.

Образовавшиеся в жидкости паровоздушные пузырьки уносятся потоком в область повышенного давления, где и происходит конденсация пара. До конденсации гидростатическое давление жидкости, окружающей паровоздушный пузырек, уравновешивается внутренним противодавлением его пара и газа. При конденсации занимаемый паром объем мгновенно уменьшается до небольшого объема конденсата и оставшегося разреженного газа; поэтому частицы жидкости, не встречая противодействия, приходят в движение и ускоренно движутся к центру пузырька.

Там они сталкиваются, вызывая мгновенное местное повышение давления. Это повышение особенно велико, если конденсация пузырька происходит на шероховатой и трещиноватой поверхности, когда частички жидкости проникают в углубления и трещины подобно клину. В этом случае повышение давления достигает тысяч атмосфер и сопровождается откалыванием кусочков металла с лопаток или других элементов рабочего колеса и некоторой (иногда даже опасной) вибрацией всего насоса. Описанный механический процесс разрушения рабочих колес носит название эрозии.

Из разнообразного состава атмосферного воздуха наибольшей растворимостью в воде отличается кислород; поэтому газы, выделяющиеся из жидкости в зоне пониженного давления, в основном представлены кислородом. Наличие большой концентрации кислорода, а также непрерывное удаление защитной пленки окислов при механическом разрушении поверхности металла способствуют коррозии. Разрушение гладких поверхностей начинается главным образом с химического разрушения, механическое же начинается позже, когда поверхность станет шероховатой.

Кроме этих явлений, наблюдается также усиление тепловых, электрических и других процессов, которые либо ускоряют химические реакции, либо свидетельствуют о ходе кавитационного процесса. Так, при кавитации возникают специфический шум, потрескивание, отдельные удары и шорох, напоминающий перекатывание гальки в трубе. Интенсивность этих шумов может характеризовать интенсивность самого процесса кавитации.

Треск и отдельные удары, напоминающие слабые выстрелы, объясняются следующим образом. В результате местного повышения давления оставшийся после конденсации пара воздух сильно сжимается и подобно демпферу (пружине) накапливает энергию за счет сработки кинетической энергии окружающей жидкости. В силу этого происходит обратный процесс. Сжатый воздух начинает быстро расширяться. Но быстрое расширение сопровождается взрывом, поэтому и наблюдаются такие специфические звуковые эффекты, как потрескивание и пр.

Из вышеизложенного следует, что кавитация представляет нежелательное, а в отдельных случаях даже опасное явление, приводящее к разрушению рабочих органов насоса, поэтому надо стремиться к предупреждению этого явления.

Для нормальной работы насосов (нормального всасывания) необходимо, чтобы минимальное абсолютное давление в области входных кромок лопаток рабочего коле­са превышало упругость паров жидкости при данной температуре , то есть Для соблюдения этого условия прежде всего требуются правильные расчеты геометрической высоты всасывания и размеров всасывающей линии.

При этом необходимо учитывать возможное увеличение подачи насосов при значительном колебании уровня воды в источнике (например, во время паводка). Опыт показывает, что в таком случае повышается относительная скорость потока в колесе, увеличиваются вихреобразования с отрывом потока от лопаток и в конечном счете происходят кавитационные разрушения.

Не следует также допускать увеличения числа оборотов насоса без должной проверки, так как при этом возрастает его подача, а вместе с ней увеличивается и опасность кавитации.

Наконец, необходимо обращать внимание на правильное конструирование водоприемной части насосных установок. Особенно это касается крупных насосов вертикального исполнения с короткими всасывающими трубами, где малейшее закручивание потока в камере всасывания может привести к усилению неравномерности распределения скоростей и давлений у входа на лопатки колеса и усилению опасности кавитации.

В том случае, если действующая насосная установка работает в условиях кавитации, необходимо прежде всего выяснить причины, порождающие кавитацию, то есть установить причины понижения давления в проточной части рабочего колеса. А затем уже, судя по обстоятельствам, следует принимать то или иное решение. Иногда обстоятельства складываются так, что устранить причину кавитации невозможно. Тогда приходится мириться с кавитацией, а все внимание сосредоточивать на подыскании наиболее стойких в кавитационном отношении материалов для рабочих органов насоса.

В этом отношении наименее стойки алюминий и обработанный на станках чугун. Более стоек необработанный чугун, затем бронза, углеродистая сталь и, наконец, нержавеющая сталь.

Чистая обработка поверхностей металла, их шлифовка также повышают стойкость против кавитационных разрушений.

Иногда удается повысить давление в насосе путем подведения некоторой части жидкости из напорного трубопровода в область входного патрубка насоса по специально устроенной обводной линии. Еще больший успех может быть получен при установке на входе во всасывающую трубу водоструйного аппарата по схеме, представленной на рисунке 5.

Работа насосов состоит из двух процессов: всасывания и нагнетания. Насос любого вида характеризуется следующими параметрами: высотой всасывания, высотой нагнетания, полным напором, подачей, мощностью и полным коэффициентом полезного действия (КПД).

Высота всасывания.

Различают теоретическую, вакуумметрическую и геометрическую (практическую) высоту всасывания.

Подъём воды во всасывающем патрубке насоса происходит под действием разности атмосферного давления и давления (разряжения) в самом насосе. Поэтому теоретическая высота всасывания насоса (Н т) равная 1-ой атмосфере и составляющая 10,33 метра водного столба, или 760 мм. ртутного столба, или 1 кгс/см 2 , или 10 5 Па практически не достижима. Улучшая конструкцию и материалы насоса, высоту его всасывания можно приближать к значению Н т.

Вакуумметрическая высота всасывания (Н в) – это величина вакуума создаваемая насосом, а в энергетическом смысле – это энергия, выраженная в метрах, которая необходима жидкости для подъёма на высоту всасывания. Н в зависит, как правило, от мощности насоса, создающего вакуум и измеряется в метрах водного столба. Показания вакуумметра, установленного на насосе, соответствуют вакуумметрической высоте всасывания. Для пожарного насоса серии ПН-40 и его аналогов Н в = 8 м. вод. ст.

Геометрической (практической) высотой всасывания Н г называется разность отметок между поверхностью воды и осью насоса. Геометрическая высота всасывания зависит от значений и величин нескольких параметров:

Прямое влияние на величину Н г оказывает атмосферное давление, которое заметно меняется в зависимости от высоты над уровнем моря. Например, при высоте над уровнем моря 0 м атмосферное давление равно 10,33 м. вод. ст., а на высоте над уровнем моря 2000 м – 7,95 м. вод. ст.

Н г сильно зависит от давления насыщенных паров всасываемой жидкости. Давление насыщенных паров – это давление, при котором жидкость при данной температуре закипает (речь идёт о давлении жидкости ниже атмосферного). Давление насыщенных паров и, следовательно, высота всасывания в значительной степени зависят от температуры и вида перекачиваемой жидкости. Известно, что с уменьшением давления понижается температура кипения жидкости. Если давление всасывания (оно естественно ниже атмосферного) Р вс будет ниже давления насыщенных паров всасываемой жидкости Р n , то начнется образование пара и произойдет срыв в работе насоса.

Таким образом, обязательным условием нормальной работы насоса является:

Р n < Р вс < Р атм

Например, при температуре воды 100 ºС Р n = Р атм = 1 кг/см 2 (10 м. вод. ст.), а при температуре воды 20 ºС Р n = 0,024 кг/см 2 (0,24 м. вод. ст.), следовательно, чем выше температура жидкости, тем сложнее забрать её насосом. С этим явлением связана кавитация – процесс образования пузырьков воздуха в жидкости. При кавитации происходит самовскипание жидкости, пузырьки пара увлекаются движущимся потоком и, встречая твёрдые поверхности корпуса и рабочего колеса, разрушаются ("схлопываются"). При этом выделятся большая энергия, из-за чего повреждаются и даже при длительном воздействии разрушаются поверхности внутренней полости насоса (явление кавитационной эрозии). Кавитация сопровождается шумом и треском внутри насоса. Во избежание преждевременного износа рабочих органов насоса не допускается его работа в кавитационном режиме.

Кавитационные явления могут возникать в случае работы насоса с большой геометрической высотой всасывания. Поэтому высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

Максимальная допустимая высота всасывания может быть определена по формуле:

где: Р n – давление насыщенного пара;

γ – удельный вес жидкости;

h вс – потери напора во всасывающем трубопроводе;

ΔН – кавитационный запас.

Значение кавитационного запаса устанавливается таким, чтобы не было значительного снижения напора, и была ограничена скорость кавитационной эрозии. Например, для насосов серии ПН-40 кавитационный запас составляет 3 м.

Кавитационные явления могут также возникать при больших подачах насоса, вследствие понижения давления (увеличения вакуума) во входном патрубке насоса. Поэтому при появлении кавитации необходимо уменьшить подачу насоса.

Наконец, геометрическая высота всасывания зависит от потерь напора во всасывающей линии или величины преодолеваемого сопротивления во всасывающей линии.

h вс = S·Q 2 ,

где: S – сопротивление всасывающей линии;

Q – подача насоса.

Из всего сказанного следует, что геометрическая (практическая) высота всасывания Н г определятся выражением:

Н г = Н в – h вс – h рп – h р.атм,

где: Н в – вакууметрическая высота всасывания;

h вс – потери напора во всасываемой линии;

h рп – температурные потери напора (давление насыщенных паров);

h р.атм – потери напора, зависящие от высоты местности над уровнем моря.

Например, для пожарного насоса серии ПН-40 Н г практически не превышает 7 м при работе в нормальных условиях, т.е. при атмосферном давлении Р атм =1 кг/см 2 (10,33 м. вод. ст.) и температуре воды 20 °С.

Обычно допустимая высота всасывания указывается заводами-изготовителями насосов в паспортах изделий.

Высота нагнетания.

Различают геометрическую и манометрическую высоту нагнетания.

Геометрическая высота нагнетания – это расстояние в метрах по вертикали от оси насоса до наивысшей точки нагнетания Н н.

Манометрической высотой нагнетания называется давление, создаваемое насосом Н ман. Манометрическая высота нагнетания (показание манометра) всегда больше геометрической высоты нагнетания (реальной точки подачи жидкости) из-за возникающих потерь в напорной линии.

Н ман = Н н + h н,

где: h н – потери напора в напорной линии, h н = S·Q 2 ;

S – сопротивление напорной линии;

Q – подача насоса.

Для высоты нагнетания теоретически пределов не существует, а практически она ограничивается прочностью отдельных деталей насосов и трубопроводов, а также мощностью двигателей привода насосов.

Полный напор.

Полный напор, развиваемый насосом Н расходуется на подъем жидкости, преодоление сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводе и на создание свободного напора.

Н = Н г + h вс + h н + Н св

где: Н г – геометрическая высота подъема воды (м);

h вс + h н – потери напора во всасывающей и напорной линии (м);

Н св – свободный напор (м).

На практике полный напор, развиваемый насосом, оценивают по показаниям манометра и вакуумметра.

Подача насоса.

Подача насоса – это количество жидкости, перекачиваемое насосом в единицу времени. Различают массовую подачу (кг/с) и объёмную подачу (м 3 /мин или л/с). Чаще всего подачу пожарных насосов указывают в объёмных единицах: м 3 /мин или л/с.

Существует соотношение между количеством жидкости входящей в насос Q 1 и жидкости, выходящей из насоса Q 2:

Q 1 = Q 2 + Q у,

где: Q у – объёмные утечки жидкости через щелевые уплотнения.

Мощность насоса.

Рабочие органы насоса во время работы предают энергию потоку жидкости. Эта энергия подводится от двигателя.

Для правильной оценки энергетических показателей мотор-насосной установки следует различать полезную (эффективную) и потребляемую мощность.

Полезная (эффективная) мощность (Ne) насоса идет на совершение работы по перемещению определенного объема жидкости Q на высоту Н и определяется по формуле.

где: ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

Q – подача насоса, м 3 /с;

Н – напор насоса, м.

Мощность, потребляемая насосом, всегда больше, чем полезная, т.к. часть энергии затрачивается на механические, гидравлические и объемные потери в насосе. Потребляемой мощностью называется мощность N, подводимая к рабочим органам насоса. Она определяется по формуле:

где: М – крутящий момент на валу насоса (двигателя), Н м;

ω – угловая скорость вращения вала, с -1 .

Полный КПД насоса.

При передаче энергии от насоса к перекачиваемой жидкости происходят объемные, гидравлические и механические потери энергии

Объёмный КПД.

Известно, что фактическая подача насоса всегда меньше теоретической подачи, т.е. количество жидкости выходящей из насоса всегда меньше количества жидкости входящей в насос. Это происходит вследствие:

§ просачивания жидкости через сальники, клапаны и поршни, причем степень просачивания зависит от точности изготовления и состояния указанных деталей насоса;

§ запоздания открытия и закрытия клапанов;

§ наличия воздуха в жидкости.

Величина объемного КПД характеризует степень герметичности насоса, и определяется по формуле:

где: Н – действительный (развиваемый) напор насоса;

ΔН – потери напора на преодоление сопротивлений внутри насоса;

Н + ΔН – теоретический напор насоса.

Механический КПД.

Механический КПД – это потери мощности на трение в подшипниках, уплотнениях вала и т.п. Значение механического КПД характеризует качество изготовления и рациональность конструкции подшипников, сальников (манжет) и других узлов, где происходит трение деталей.

Механический КПД определяют по формуле:

Технические требования к насосным агрегатам пожарных автомобилей

В связи с особенностями эксплуатации к насосным агрегатам пожарных автомобилей предъявляются следующие основные требования:

§ небольшие габаритные размеры и масса, что необходимо для рационального использования грузоподъемности и объема кузова пожарного автомобиля;

§ высокая надежность, в том числе при работе на загрязненной воде;

§ постоянная готовность к работе;

§ высокие кавитационные свойства;

§ пологая форма напорной характеристики, т. е. незначительное изменение напора насоса в диапазоне подач от нулевой до максимальной при постоянной частоте вращения (при крутопадающей форме напорной характеристики снижение подачи влечет за собой быстрое повышение напора, что может вызвать разрыв напорных рукавов, а повышение подачи – существенное снижение напора);

§ согласованность параметров насоса и двигателя, при отсутствии которой параметры насоса не могут быть реализованы на пожарном автомобиле;

§ минимальное время заполнения всасывающего трубопровода и насоса водой перед пуском с помощью вакуумной системы (не более 40 сек. с геометрической высоты всасывания не менее 7,5 м.);

§ простота и удобство управления насосной установкой;

§ возможность длительной непрерывной работы на максимальном режиме в установленном интервале температур окружающего воздуха (конструкция насосов нормального давления должна обеспечивать их непрерывную работу в номинальном режиме в течение не менее 6 ч., насосов высокого давления – не менее 2 ч.);

§ свободный доступ для технического обслуживания, его простота и удобство (отсутствие элементов, требующих периодической регулировки, минимальное число точек смазки и слива воды, возможность частичной разборки агрегатов непосредственно на пожарном автомобиле);

§ низкий уровень шума и отсутствие вибраций во время работы (средний уровень звука, создаваемый насосом при работе в номинальном режиме, должен быть не более 85 дБ.);

§ использование тех же сортов масел и смазок, какие применяются для агрегатов и узлов шасси пожарного автомобиля.

На пожарных автомобилях устанавливаются, как правило, насосы центробежного типа. Это обусловлено тем, что центробежные насосы обладают рядом важных достоинств: равномерностью подачи огнетушащих средств (подачей без пульсаций); способностью работать «на себя» (т.е. при перекрытии пожарного ствола, засорении или заломе пожарного рукава в системе подачи воды не повышается чрезмерно давление), простотой управления насосом и его обслуживания при эксплуатации на пожарах.

Для пожарных автомобилей важно, что центробежные насосы не требуют сложного привода от двигателя, а их габариты и массы относительно невелики.

В то же время, центробежные насосы имеют и ряд недостатков, важнейший из которых тот, что они не являются самовсасывающими – работают только после предварительного заполнения всасывающей линии и насоса водой. Этот недостаток компенсируют устройствами, позволяющими заполнять всасывающие тракты и полость насоса из цистерн. Кроме того, на пожарных автомобилях устанавливают вспомогательные насосы для заполнения полости всасывающего рукава и корпуса насоса водой. Для этой цели используют газоструйные, ротационные, поршневые и другие насосы. Вспомогательные насосы работают кратковременно, только при включении центробежного насоса в работу. Установка таких насосов усложняет конструкцию насосной установки, требует устройства дополнительного привода для их работы.

Напорная и энергетическая характеристика центробежного насоса определяет зависимость напора, потребляемой мощности и К.П.Д. от подачи насоса. Эти зависимости изображают графически кривыми Q–H, Q–N и Q-η при постоянной частоте вращения рабочего колеса насоса n (см. рис. 3.7).

Напорную и энергетическую характеристику строят следующим образом. Регулируя степень открытия задвижки на напорном патрубке, при постоянной частоте вращения вала насоса, получают различные величины подачи Q. Каждому значению Q соответствует напор Н, мощность N и К.П.Д. η насоса. Затем на ось абсцисс наносят в принятом масштабе значения подачи, а на ось ординат – полученные значения Н, N и η. Полученные точки соединяют плавными линиями. По графику характеристики Q-η (см. рис. 3.7) видно, что

максимальному значению К.П.Д. (точка А) соответствует определённая подача Q А и напор Н А. Точка А называется оптимальной и соответствует оптимальному режиму работы насоса.

Влияние частоты вращения рабочего колеса на параметры работы центробежного насоса проявляется следующим образом.

Подача центробежного насоса изменяется пропорционально частоте вращения рабочего колеса: Q 1 /Q 2 = n 1 /n 2 .

Напор, развиваемый насосом, изменяется пропорционально квадрату частоты вращения рабочего колеса: Н 1 /Н 2 = (n 1 /n 2) 2 .

Мощность, потребляемая насосом, изменяется пропорционально кубу частоты вращения рабочего колеса: N 1 /N 2 = (n 1 /n 2) 3 .

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо. Однако давление в этой области не является постоянным; оно определяется расположением насоса по отношению к уровню свободной поверхности другими факторами.

Для установления точной зависимости между всеми этими параметрами рассмотрим три возможных схемы установки центробежного насоса.

Схема I. Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен ниже оси рабочего колеса насоса

Применяя теорему Бернулли для двух сечений (уровня свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре 0-0 и сечения /-/ на входе в насос) и пренебрегая значением скоростного напора в первом из них, можем получить уравнение для определения абсолютного давления в интересующем нас сечении

Схема II. Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен выше оси рабочего колеса насоса

Если мы примем за плоскость отсчета опять сечение 0-0, то единственное отличие данной схемы от схемы I будет заключаться в том, что величина Hs будет иметь отрицательное значение.

Отрицательное значение геометрической высоты всасывания обычно называют подпором. При достаточном подпоре давление на входе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.

В зависимости от конструктивного исполнения центробежного насоса отсчет геометрической высоты всасывания ведется по-разному. Для горизонтальных насосов она равна разности отметок оси рабочего класса и свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре. Для насосов с вертикальным валом она отсчи-тывается от середины входных кромок лопастей рабочего колеса (первой ступени для многоступенчатых насосов) до свободной поверхности жидкости в резервуаре.

Применительно к осевым насосам понятия геометрической и вакуум-метрической высот всасывания остаются теми же самыми. Некоторым отличием, при определении Hs для высокопроизводительных осевых насосов, к которым вода подводится конфузорными изогнутыми всасывающими трубами, является необходимость учета скоростного напора при входе в трубу и фактического характера распределения скоростей по сечениям потока.

Отсчет геометрической высоты псасывания насосов ведется от свободной поверхности воды в приемном резервуаре до плоскости, проходящей через оси лопастей рабочего колеса, у насосов с вертикальным валом и до наивысшей точки лопасти рабочего колеса у насосов с горизонтальным валом.

Необходимо обратить внимание на то, что высота всасывания насоса отн0сится к числу параметров, имеющих чрезвычайно важное практическое значение при проектировании насосных станций. Параметр Hs, определяя положение насоса по отношению к уровню свободной поверхности в водоисточнике, определяет тем самым и глубину заложения фундамента машинного здания. С точки зрения уменьшения объема земляной выемки и облегчения конструкции машинного здания, а следовательно, и снижения капиталовложений на сооружение насосной станции в целом увеличение Hs является крайне желательным.

Значение геометрической высоты всасывания неодинаково для насосов различных типов; даже для одного и трго же рассматриваемого насоса оно не остается постоянным в процессе его эксплуатации. Уравнение позволяет установить функциональную зависимость значения Hs от всех параметров, характеризующих конструктивные и эксплуатационные особенности насосной установки.

Атмосферное давление рат, определяющее положительную составляющую Hs и, в частности, возможность размещения насоса над уровнем жидкости в приемном резервуаре, существенно меняется в зависимости от высоты расположения насосной станции над уровнем моря.

Аналогичная ситуация наблюдается при откачивании насосом жидкости из замкнутого объема (схема III), так как отрицательное значение избыточного давления рИЗб над свободной поверхностью, по существу, равносильно изменению геодезической отметки.

Влияние конструкции проточной части рассматриваемого насоса на геометрическую высоту всасывания оценивается наличием в уравнении (2.65) члена р\ - абсолютное давление на входе в насос. Значения р\, необходимого для бесперебойной и надежной работы насоса во всем диапазоне изменения напора и подачи, зависят от особенностей, конструкции лопастной решетки рабочего колеса и определяются специальными расчетами.

Высота всасывания Hs заметно изменяется в зависимости от режимов работы насоса, характеризуемых, в частности, скоростным напором на входе v2\/(2g). Возрастание скорости потока, вызываемое увеличением подачи насоса, приводит к уменьшению Hs и, следовательно, к необходимости расположения насоса ближе к уровню свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре.

Особенности компоновки насосной станции и в том числе конструкции всасывающей линии, характеризуемой гидравлическими потерями также являются важным фактором в определении значения геометрической высоты всасывания Hs. Структура формулы указывает на предпочтительность коротких всасывающих линий с малой скоростью течения и минимумом местных сопротивлений.

В заключение следует сказать, что отметка уровня свободной прверхности в приемном резервуаре насосной установки в процессе ее эксплуатации, как правило, непрерывно меняется. Это обстоятельство также необходимо учитывать при определении Hs- Более подробно об этом говорится далее

В этой статье приведены необходимые данные для подбора насосного оборудования: расчет трубопровода, потери давления в сети, мощности и кпд насосов. Представлены , расчет полезного объема водозаборного резервуара и т. п. Приведенные примеры расчета насосов относятся к продукции компании ESPA, но они так же могут быть использованы и для подбора насосов других производителей.

Общие понятия о насосах

ПОДАЧА (Q): Объем жидкости, поднимаемой насосом за единицу времени; не зависит от удельного веса и может изменяться при перекачке жидкости, чья вязкость больше вязкости воды.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Ра): Давление атмосферы на единицу площади.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ИЛИ РЕАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рr): Давление, соотнесенное с атмосферным давлением. Манометрами измеряется положительное давление, а вакуумметрами - отрицательное.

АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Pаbs): Давление, превышающее абсолютный ноль (полный вакуум) Pаbs = Ра + Рr.

ДАВЛЕНИЕ ПАРА (Tv): Давление, при котором жидкость при определенной температуре находится в стадии равновесия со своим газообразным состоянием (паром).

ПЛОТНОСТЬ: масса вещества на единицу объема.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС (γ): Вес вещества на единицу объема. Удельный вес = плотность x сила притяжения.

ЗНАЧЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВЕСА: Насос может нагнетать жидкости с различным удельным весом, например, воду, алкоголь, серную кислоту и т. д. на одинаковую высоту, причем изменяться при этом будут только показатели давления разгрузки и поглощаемой мощности в прямой зависимости от удельного веса.

ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ (На): Геометрическая высота, измеряемая от минимального уровня жидкости до оси насоса (см. прилагаемую схему).

ВЫСОТА НАГНЕТАНИЯ (Нi): Геометрическая высота, измеряемая от оси насоса до максимального уровня подъема (см. прилагаемую схему).

СУММАРНАЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА (Нt): Нt = На + Нi

ПОТЕРИ НАПОРА (Рс): Высота, теряемая протекающей жидкостью в результате трения о трубы, клапана, фильтры, изгибы и другие приспособления.

ОБЩАЯ МАНОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА (Hm): Общая высота (или дифференциальное давление), которую должен преодолеть насос.

Рассчитывается по формуле: Hm = Нt + Pc+10/γ(P1-P2) где P1 - давление в напорном резервуаре, а P2 - давление во всасывающем резервуаре.

Если перекачивание осуществляется между открытыми резервуарами с одинаковым давлением (давление окружающей среды), как это обычно и случается, то значение Р1 - Р2 = 0. Следует рассчитать отдельно манометрическую высоту всасывания, чтобы убедиться в том, что насос будет производить всасывание без затруднений.

Установка на напорной линии и установка
на всасывании

(Р1) Мощность, потребляемая от сети

Потребление мощности или активная мощность

Однофазные двигатели:

Трехфазовые двигатели:

(Р2) Номинальная мощность двигателя

Наибольшая мощность, развиваемая двигателем

Однофазные двигатели:

Трехфазные двигатели:

(РЗ) Мощность, поглощаемая осью двигателя

Для определенных условий работы

U - рабочее напряжение в вольтах;
I - ток на статоре в А;
cos φ - коэффициент нагрузки;
η m - КПД двигателя в %;
Q - подача м 3 /час;
Н - манометрическая высота в метрах водяного столба;
η h - гидравлическое КПД в %;
γ - удельный вес в кг/дм 3 .

Выбор диаметра труб является техническим и экономическим решением. Следует иметь в виду, что во избежании излишних затрат энергии, потери давления, не должны быть чрезмерно высокими. Размер отверстий всасывающего и нагнетающего патрубков насосов указывают только на минимальный размер труб.

Выбор адекватных сечений должен осуществляться таким образом, чтобы максимальная скорость прохождения была следующей:

• на линии всасывания: 1,8 м/сек;
• на линии нагнетания: 2,5 м/сек.

Важно учитывать скорость потока, так как от этого зависит экономичность и продолжительность срока службы системы нагнетания:

• скорости меньше 0,5 м/сек обычно приводят к осадконакоплениям;
• скорости свыше 5 м/сек могут вызвать абразивный износ.

Скорость потока в трубопроводе рассчитывается по следующим формулам:

V - скорость в м/сек;
q - подача в л/м;
D - диаметр в мм;
Q - подача в м 3 /час.

Эквивалентность труб

Определение эквивалентности труб позволяет получить сведения о других системах трубопроводов.

При постоянном диаметре: Потеря давления прямо пропорциональна квадрату подачи:

При постоянной подаче: Потеря напора обратно пропорциональна диаметру труб, возведенному в пятую степень:

При постоянной подаче: Скорость циркуляции обратно пропорциональна сечению труб:

При постоянных потерях напора: Квадрат подачи пропорционален диаметру труб, возведенному в пятую степень:

Эквивалентные потери напора

С помощью последнего уравнения была рассчитана приводимая ниже таблица соответствия труб различного диаметра.

ПРИМЕЧАНИЯ

Площадь трубопровода большего диаметра меньше общей площади труб меньшего диаметра. Скорость прохождения жидкости по трубам большего диаметра превышает скорость циркуляции жидкости по трубам меньшего диаметра.

Потери давления во вспомогательных компонентах трубопровода. Соответствие линейным метрам прямого трубопровода. Значения даны приблизительно и зависят от качества арматуры.

Производители клапанов и задвижек сообщают нам значения коэффициента подачи (кп), что позволяет рассчитать потери давления; использование клапанов и задвижек с высоким кп имеет большое значение для сведения к минимуму потерь давления.

Коэффициент подачи кп - это подача воды в м3/час, которая при проходе через полностью открытый клапан приводит к потере давления в 1 кг/см 2 .

Диаграмма, позволяющая определять потери давления и скорость жидкости в зависимости от подачи и внутреннего диаметра труб.

Практический пример

Требуется закачать 150 м 3 /час из колодца в резервуар, расположенный выше. Условия перекачки, согласно прилагаемому рисунку, следующие:

На = Геометрическая высота всасывания (3м);
Hi = Геометрическая высота нагнетания (34 м);
Ht = Общая геометрическая высота (37 м);
La = Протяженность линии всасывания (8 м);
Li = Протяженность линии нагнетания (240 м);
Vp = Клапан донный, сетчатый (1 штука);
Vr = Клапан обратный (1 штука);
Vc = Шиберный затвор (1 штука);
Се = Диффузор конусный эксцентрический (1 штука);
Сс = Диффузор конусный концентрический (1 штука);
С = Изгибы: (3 штуки) на линии всасывания (7 штук) на линии нагнетания.

Расчет диаметра труб делается по формуле:

Определив диаметр чугунных труб, мы можем подсчитать по таблице потери давления.
Трубопровод всасывания диаметром 200 мм при подаче 150 м 3 /час дает приблизительно 1%.
Трубопровод нагнетания диаметром 150 мм при подаче 150 м 3 /час дает приблизительно 4%.

Манометрическая высота всасывания

Геометрическая высота - 3 метра

Эквивалентная длина

Длина трубопровода - 8 метров

Клапан дроссельный

(Эквивалент) - 30 метров

Изгибы в 90° (3×3) - 9 метров

Диффузор конусный - 5 метров

Итого: 52 метра

Потери давления 52 метра х 1 % = 0,52 метра

Общая манометрическая высота всасывания - 3,52 метра

Манометрическая высота нагнетания

Геометрическая высота - 34 метра

Равнозначная длина

Длина трубопровода - 240 метров

Диффузор конусный - 5 метров

Обратный клапан - 20 метров

Шиберный затвор - 1,5 метра

Изгиб в 90″ (7×2) - 14 метров

Итого: 280,5 метра

Потери давления 280,5 метра х 4% = 11,22 метра

Общая манометрическая высота нагнетания - 45,22 метра

Следовательно:

Манометрическая высота = 3,52 + 45,22 = 48,74

Допуск надежности (+5%) - 2,44

Итого: 51,18 метра

В данном случае следует применить электронасос типа FN 80-200/300 с рабочим колесом диаметром 207 мм, способный обеспечивать подачу 150 м 3 /час на высоту в 52,5 метра.

ПРИМЕЧАНИЕ

С учетом того, что насос будет качать на высоту в 49 метров, требуемая высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса NPSH составляет 4,3 метра; следовательно, выбранный насос способен всасывать приблизительно с 5,5 метра, и в данном случае мы обеспечиваем значительный запас прочности, поскольку всасывание не превышает 3,52 метра.

Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы допускаемый кавитационный запас насоса (NPSH D) превышал требуемый кавитационный запас насоса (NPSH R). В качестве предупредительной меры безопасности следует добавить дополнительный запас надежности в 0,5 м к значению требуемого запаса, в результате чего мы получим:

NPSHD > NPSHR+ 0,5 м

Если насос работает с повышенным всасыванием, происходит разряжение на входе во всасывающий патрубок, давление падает, появляются пузырьки-каверны и жидкость преобразуется в пар. Появление пузырьков, которые лопаются при входе в патрубок нагнетания, ведет к возникновению процесса кавитации, наносящего серьезные повреждения механическим частям насоса.

Нежелательные явления, вызываемые кавитацией, - это разрушение внутренних поверхностей насоса, вибрация и шумы. Чрезмерная кавитация, как правило, сопровождается сильным шумом и повреждением насоса; средняя кавитация ведет к небольшому снижению подачи, высоты, производительности и преждевременному износу.

NPSH (Net Positive Suction Head) или чистая позитивная высота всасывания представляет собой разницу между осевым давлением жидкости при нагнетании и давлением насыщенного пара при температуре перекачивания.

Существуют два вида NPSH:

Расчётный NPSH является характеристикой установки, независимой от вида насоса и выводится путем применения принципа сохранения энергии между свободной поверхностью жидкости и всасыванием:

Требуемый NPSH является параметром насоса, указываемый производителем и выражающийся следующим уравнением:

Мощность всасывания насоса при известном значении NPSHr

Ниже приводится основная формула, выражающая нормальную работу насоса на всасывание:

Ha - Геометрическая высота всасывания в метрах. Она может быть положительной в случаях, когда уровень жидкости находится ниже оси насоса, или отрицательной, если этот уровень выше;
Рa - Атмосферное давление или давление в резервуаре всасывания в кг/см 2 ;
Рca - Потери давления при всасывании (трубопровод, клапаны, изгибы и принадлежности, и т.д.), в м;
Tv - Давление насыщенного пара при температуре перекачивания, в кг/см 2 ;
γ - Удельный вес жидкости, в кг/см 2 ;
Va2/2g - Динамическая высота соответствующая скорости жидкости на входе в насос, в м/сек;
Hz - Минимально необходимое давление непосредственно на участке перед лопастями рабочего колеса в м.

Практический пример

Возьмем за исходные параметры насоса, приведенные в практическом примере расчета манометрической высоты. При этом температура воды равняется 60°С, а высота над уровнем моря - 600 м.

Основываясь на данных расчета манометрической высоты, получаем:

Ta - 60 С;
Тv - 0,2031 кг/см 2 ;
γ - 0,9831 кг/дм 3 .

Рa = 10,33 - 600/900 = 9,66 mса

По техническому каталогу ESPA находим значение NPSHr на соответствующей кривой номинальной высоты столба над всасывающим патрубком для насоса FN 80-200/300 (2900 об\мин), оно равно 3,85 м.

Таким образом, насос будет бесперебойно работать в установке, даже если параметры близки к расчетным. Давление пара зависит от температуры жидкости и высоты над уровнем моря и для правильного расчета следует использовать нижеприведенную таблицу:

Зависимость атмосферного давления от высоты над уровнем моря рассчитывается по следующей формуле:

Рa (м) = 10,33 - Высота (м) /900

Правильно подобранные размеры и обвязка всасывающего трубопровода гарантируют нормальную работу насоса.

Если закачиваемая жидкость однородна, то скорость во всасывающем трубопроводе следует ограничить значением в 1,8 м/сек.

Если забор ведется из коллектора двумя или более насосами, рекомендованная скорость течения не должна превышать 0,9 м/сек.

В ответвлениях, находящихся под углом в 30°-45° по отношению к основной магистрали, рекомендованная скорость потока может быть увеличена до 1,5 м/сек.

Если диаметр всасывающего отверстая насоса меньше диаметра всасывающего трубопровода, то следует установить эксцентрический конусный диффузор, присоединив его прямым участком к верхней части трубопровода; если же источник снабжения расположен выше насоса, то прямым участком диффузор присоединяется к нижней часта.

Зачастую требуется, чтобы насос производил забор из резервуара со всасывающим трубопроводом, погруженным на минимальную глубину.

Для предотвращения образования вихрей следует рассчитать минимальную глубину погружения по формуле:

SM = V2/2g + 0,1

SM - Минимальное погружение (м);
V - Скорость всасывания (м/сек);
g - Ускорение свободного падения (9,81 м/с 2).

Если поток жидкости всасывающего или нагнетательного трубопровода располагается над уровнем жидкости радиально, то есть опасность образования воздушных пробок и появления дополнительных скоростей, что мешает нормальной работе насоса.

Если невозможно обеспечить необходимую высоту жидкости, то установка разделительных перегородок, противовихревых пластин и разделителей, а также правильно подобранные скорости и т.д. могут помочь в разрешении большинства этих проблем.

Следует избегать резких переходов сечений между входом в насос и резервуаром. Переход должен быть постепенным и достигается с помощью установки конусов с наклоном в 45° причем в этих случаях скорость потока в нижней части должна быть меньше 0,3 м/сек.

В этих случаях, чтобы дойти до всех насосов поток должен резко менять свое направление.

Нежелательно также концентрировать насосы в резервуаре, так как это вызывает образование обширных вихревых зон за ними.

Установки повышения давления

ПРИМЕЧАНИЕ:

Для установок с флюксорами требуется другое исследование.

Оборудование следует проектировать таким образом, чтобы оно включалось только при падении напора в сети.

Оборудование следует продублировать с тем, чтобы оно включалось поочередно; при этом насосы должны обладать одинаковыми характеристиками и быть подключены параллельно.

Они должны быть снабжены мембранными баками с реле давления, соединенными с приборами, позволяющими оценить давление в системе, и соответственно автоматически отключить или включать оборудование.

Подача в зависимости от вида и количества единиц жилья

ПРИМЕЧАНИЕ:

Кол-во устанавливаемых насосов, исключая резервные, зависит от номинальной подачи.

При подаче 10 л/сек (36 мЗ/час), устанавливаются 2 насоса;
при подаче до 30 л/сек (108 м 3 /час) - требуются 3 насоса,
а при подаче, превышающей 30 л/сек (108 м 3 /час) - необходимы 4 насоса.

Расчет давления

Давление при запуске = Геометрическая высота + Общие потери давления в установке + Необходимое давление в наиболее неблагоприятной точке.

Давление при остановке = давление при запуске + 15-30 метров.

Рb = На + Нg + Рс + Рr

Рb = минимальное давление при запуске;
На = Высота всасывания;
Нg = геометрическая высота;
Рс = потери давления;
Рr = остаточное давление.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Потери давления не должны превышать 10-15 % от геометрической высоты.

Минимальное давление при запуске:

Получаем прибавлением 15 метров к геометрической высоте от минимального уровня воды или от основания насосов и до потолка самого высокого этажа плюс потери давления. Объем резервуара должен быть равен или больше величины, получаемой при перемножении коэффициента на количество единиц жилья. Не рекомендуется устанавливать инжекторы, если рабочее давления превышает 8 кг/см 2 .

Максимальное давление при запуске:

Давление при остановке будет на 15-30 м больше давдения приnbsp;запуске. Максимальное давление в точке потребления не должно превышать 5 кг/см 2 .

Объем резервуара в зависимости от вида и количества единиц жилья

Резервный или напорный бак

Согласно техническому кодексу строительства (статья Закона), принятому в Испании, перед установкой повышения давления (при всасывании) следует установить РЕЗЕРВНЫЙ ИЛИ ПОДПОРНЫЙ БАК, емкость которого рассчитывается согласно требованиям стандарта UNE 100.030:2.005:

V = Q x t x 60

V = Объем (л);
Q = Подача (л/сек);
t = Время (15-20 мин).

Регулируемая установка повышения давления: можно обойтись без подпорного бака. В этом случае следует включить в установку повышения давления устройство, отключающее всасывание и останавливающее насосы при падении давления в трубопроводе снабжения.

Пример расчета установки повышения давления

Подача

1. По нижеприведенной таблице подсчитаем номинальную подачу и количество точек потребления на единицу жилья:

2. Коэффициент одновременности для единицы жилья можно рассчитать по следующей формуле: (n - число точек потребления на единицу жилья):

3. Экономичная подача для одной единицы жилья равна: Экономичная подача = К х номинальная подача.

Qp - Подача при давлении остановки в м 3 /час;
Рр - Давление при остановке в кг/см 2 ;
Ра - Давление при запуске в кг/см 2 ;
N - Частота запусков/час.

Воздушные пробки в резервуаре влияют на объем резервуара и на его полезный объем. Контроль за скоростью помогает сберегать энергию, сокращать пространство и избегать преждевременного износа и эффекта гидравлического удара. Расчет устройства повышения давления требует детальной проработки, когда речь идет о снабжении водой таких объектов, как: жилые кварталы, школы, казармы, больницы, поливные хозяйства, магазины, рынки, плавательные бассейны, заводы, очистительные сооружения, гостиницы, офисные здания.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Эти зависимости применимы в случаях незначительных изменений диаметра рабочей части (максимальное уменьшение диаметра на 15-20 %) и лопастей. Подобное возможно только в отношении рабочей части радиального типа или с двухсторонним входом. В насосах с диффузором, обтачиваются до нового диаметра только лопасти.В любом случае предполагается, что производительность - постоянная величина; однако, хотя для насосов с низкой номинальной скоростью снижение производительности незначительно, в насосах с более высокой номинальной скоростью наблюдается заметное снижение производительности. Не представляется возможным уменьшить диаметр рабочей части для боковых ответвлений. Рекомендуется постепенно уменьшать диаметр рабочей части и опробовать насос, чтобы убедиться, что достигнут желаемый результат.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Изменения в зависимости от скорости

Если изменяется скорость, то при постоянном диаметре рабочего колеса, одновременно меняется подача, давление и мощность, согласно законам пропорции в соответствии со следующими формулами, подача, обеспечиваемая насосом, может увеличиваться или уменьшаться пропорционально увеличению или уменьшению скорости.

Манометрическая высота увеличивается или уменьшается в зависимости от квадрата скорости.

Потребляемая мощность растет или падает в зависимости от куба скорости.

NPSH прямо пропорционально квадрату изменения скорости.

Эти зависимости не выдерживаются, если скорость увеличивается более чем вдвое. Они также неверны, если условия всасывания не представляются адекватными.Изменение скорости - эффективный способ изменить характеристики насоса, работающего в переменных режимах. В случаях, когда представляется целесообразным увеличить скорость насоса, рекомендуется предварительно проконсультироваться с изготовителем, так как увеличение скорости может быть ограничено по следующим причинам:

• механическое сопротивление вала и подшипников, так как увеличивается мощность.
• сопротивление давлению корпуса насоса, так как давление тоже увеличивается.
• изменение мощности всасывания насоса, так как она не пропорциональна увеличению подачи.

Изменения в зависимости от диаметра рабочей части

Предположим, что скорость - постоянная величина. При изменении диаметра рабочего колеса пропорционально изменяется касательная скорость, а вместе с ней и подача, высота и мощность, в соответствии с нижеприведенными формулами.

Эти зависимости применимы в случаях незначительных изменений диаметра рабочей части (максимальное уменьшение диаметра на 15 - 20 %) и лопастей. Подобное возможно только в отношении рабочей части радиального типа или с двухсторонним входом. В насосах с диффузором, обтачиваются до нового диаметра только лопасти.В любом случае предполагается, что производительность - постоянная величина; однако, хотя для насосов с низкой номинальной скоростью снижение производительности незначительно, в насосах с более высокой номинальной скоростью наблюдается заметное снижение производительности. Не представляется возможным уменьшить диаметр рабочей части для боковых ответвлений. Рекомендуется постепенно уменьшать диаметр рабочей части и опробовать насос, чтобы убедиться, что достигнут желаемый результат.

Самый неблагоприятный вариант расчета - это, когда подача на входе равняется половине подачи насоса. Минимальный объем воды в резервуаре зависит от частоты запусков мотора в час и от подачи самого мощного из эксплуатируемых насосов и высчитывается следующим образом:

Vu = Q/4 N

Vu - Полезный объем (м 3);
Q - Расход (м 3 /час);
N - частота запусков в час.

Размеры водозаборного резервуара должны быть достаточными для вмещения полезного объема и для работы насосов без гидравлических помех на всасывании (см. Проектирование всасывающего трубопровода), при этом должны учитываться различия уровней остановки-хода для разных вида оборудования. Частота запусков будет меньше, если два или больше двух насосов работают попеременно.

Выброс воды через выходное отверстие рассчитывается по следующей формуле:

Q - подача в м 3 /час;
V - скорость в м/сек;
S - Площадь отверстия в м 2 ;
Н - Напор в отверстии в метрах;
g - Ускорение свободного падения (9,81 м/сек 2);
К - Коэффициент выхода 0,62.

Если выходное отверстие круглое, то практический расход составляет приблизительно 62% от теоретического. При К = 0,62 имеется упрощенная формула расчета.

В частном случае применения брандсбойной насадки в виде полированного конуса и при коэффициенте нагнетания равном 0,97, расчет подачи полной струи в зависимости от давления следует делать по следующей формуле:

Найденные параметры выброса верны для наклона в 30° при отсутствии ветра.

Кривые характеристик насосов приводятся в отношении воды с кинематической вязкостью равной примерно 1 cSt. Увеличение вязкости сказывается на работе насосов, поэтому в случае перекачивания вязкой жидкости следует применить поправочные коэффициенты в отношении подачи, высоты и производительности насоса, чтобы найти значения эквивалентные воде:

• при значениях ниже 43 cSt напор и высота существенно не снижаются;
• мощность увеличивается, начиная с 4,3 cSt;
• при увеличении потерь напора при всасывании следует использовать насосы с низким требуемым кавитационным запасом NPSH;
• как правило, поправочные коэффициенты, вычисленные по графикам, достаточно точны и пригодны для расчетов.

Ограниченные возможности графиков

1. Графики применимы исключительно к насосам с открытой рабочей частью или с закрытой рабочей частью радиального типа. Ими нельзя пользоваться при расчетах для насосов двустороннего входа или осевого типа.
2. В многоступенчатых насосах для расчета надо брать высоту одного рабочего колеса, расчет будет приблизительным, так как есть дополнительные потери между ступенями.
3. В насосах с двухсторонним входом для расчета следует брать половину подачи.
4. В случае, если рабочая жидкость обладает повышенной вязкостью, рекомендуется просчитать расход насоса в эксплуатации, чтобы определиться с типом насоса, так как производительность центробежных насосов в этих условиях очень низкая.
5. Поправочные коэффициенты действительны только для однородных жидкостей и не годятся для желеобразных жидкостей, бумажной массы, жидкостей с твердыми или волокнистыми включениями и тому подобное.

Пример применения

• если известны значения подачи и высота подъема вязкой жидкости, следует обратиться к графику и найти поправочные коэффициенты;
• располагая этими данными, можно определить соответствующие значения для воды и выбрать насос;
• используя кривую характеристики для воды и применив соответствующие коэффициенты, получаем новые значения для вязкой жидкости.

Вязкость 200 cSt, удельный вес 0,9 кг/дм 3 .

Чтобы найти поправочный коэффициент, используйте кривую 1,0 х Q:

fQ = 0,95 fH = 0,91 fη= 0,62

Найдя коэффициенты, рассчитаем значения для воды:

Q = 150/0,95 = 158 m 3 /h
Н = 28,5/0,91 = 31,3 mca

Исходя из полученных величин, выберем насос типа FNF 80-160 с диаметром 173 мм, совершающий 2.900 оборотов в минуту; по кривой для воды, определим величину подачи, высоту нагнетания и производительность.

Применив различные поправочные коэффициенты, получим новые условия эксплуатации насоса для перекачки вязких жидкостей. Ниже приводится график, на котором в краткой форме отображены наши расчеты.

Под гидравлическим ударом понимается повышенное давление, отмечаемое в трубопроводе при любом изменении скорости жидкости, циркулирующей по трубам, (при открытии или закрытии клапана, запуске или остановке насоса и т. д), в результате которого происходит изменение кинетической энергии движущейся жидкости. При остановке насоса гидравлический удар проявляется вначале появлением разрежения, за которым следует резкое повышение давления. Время остановки Т равняется времени, прошедшему с момента прекращения подачи энергии, открытия или закрытия клапана и до момента прекращения циркуляции жидкости. Формула Mendiluce позволяет нам рассчитать время остановки с достаточно высокой степенью точности:

L - протяженность трубопровода (т);
V - Скорость жидкости (м/сек);
g - скорость свободного падения (м/сек 2);
Hm - Манометрическая высота (mса).

Для плоскостей с углом наклона более 50% следует применять особые меры предосторожности при вычисления силы гидравлического удара; рекомендуется применять только формулу Allievi, так как в подобных случаях остановка происходит слишком резко. Не забудьте, что манометрическая высота при расчете Т замеряется непосредственно за насосом и, следовательно, надо учитывать глубину уровня зеркала воды в скважине, когда речь идет о погружных насосах. L. Allievi пришел к выводу, что гидравлический удар вызывает колебания, которые распространяются по всей длине трубопровода со скоростью, равной:

а - скорость распространения (м/сек);
D - диаметр труб (мм);
е - толщина стенок труб (мм).

Коэффициент К представляет в основном эффект инерции в движущихся частях насоса и его величины варьируются в зависимости от длины линии нагнетания.

Коэффициент С выведен опытным путем и зависит от наклона (Нm/L)

Подсчет К 1:
К1 = 10 10/ E

Где Е - коэффициент эластичности труб (кг/м 2).

Практические значения К, для труб из разных материалов:

Сталь - 0,5;
Чугун - 1;
Цемент - 5;
Фиброцемент - 5,5;
Полиэстер - 6,6;
ПВХ - 33,3.

и, следовательно, необходимо применять формулу Allievi, если круговое перемещение воды продолжается, всегда есть промежуточная точка, для которой будет верно

и к этой зоне следует применить формулу Michaud.

Максимальное давление будет равно сумме статического давления или геометрической высоты и максимального превышения давления + Δ Н.

Н max = Hg +Δ Н

Минимальное давление будет равно разнице между статическим давлением или геометрической высотой и минимальным превышением давления - Δ Н.

Н min = Hg - Δ Н

Как при длинных, так и при коротких линиях нагнетания гидравлический удар может достичь значений, превышающих статическое давление и, следовательно, в трубопроводе происходит разрежение и давление падает ниже атмосферного, что может привести к разрыву трубы. Следует упомянуть, что обычно трубопровод рассчитан с таким запасом прочности, чтобы выдерживать разрежение около 1 кг/см 2 , то есть много выше, чем это бывает на практике.

Защита от гидравлического удара

Гидравлический удар можно ослабить или избежать, применив специальные устройства, такие как, например:

• инерционные круги;
• уравновешивающие отводы;
• воздушные баки;
• жидкостные амортизаторы;
• предохранительный клапан;
• вантузы;
• обратные клапаны;
• обратные клапаны с переходниками;
• обратные клапаны противовихревые.

В какой-то степени устранить удар помогают статические пускатели, которые меняют скорость потока

При выборе силового кабеля следует учитывать следующие факторы:

• максимально допустимая сила тока для проводников из меди с изоляцией из EPDM, согласно нормам для низкого напряжения (ННН).
• максимальное падание напряжения не должно превышать 3% от величины номинального напряжения.
• температура окр. среды 40 °С.

Расчет делается по следующим формулам:

S - сечение кабеля в мм 2 ;
I - номинальная сила тока двигателя в амперах;
L - длина кабеля в метрах;
cos φ - коэффициент мощности при полной нагрузке;
ΔU - Падение напряжения в сети на 3%.

Пример: для 230 V = 6,9 V
для 400 V= 12 V
С - Электропроводимость (56 м/мм 2 для Сu и 34 м/мм 2 для AI).

Максимально допустимая сила тока для кабеля ТРЕХЖИЛЬНОГО или ШЕСТИЖИЛЬНОГО

Тип H07RNF или подобный (согласно ННН)

Повышение температуры в проводнике, вызванное электрическим током, не должно превышать максимально допустимую температуру для изоляции, т.е. 90°С; при температуре окружающей среды выше 40°С применяются следующие поправочные коэффициенты.

На кабель воздействуют и другие факторы, как, например, прямые солнечные лучи (коэффициент 0,9), прокладка кабеля в трубе, на открытом участке или в стене (коэффициент 0,8), сведение воедино нескольких проводов и т.д.

Таблица для выбора кабеля для двигателей диаметром 4″

Таблица расчёта потерь напора для труб из ПВХ/полипропилена

х 1,2 для труб из фиброцемента;
х 1,5 для стальных оцинкованных труб.

Таблица расчёта потерь напора в метрах водяного столба на 100 метров прямого трубопровода для сточных вод (для стальных труб)

Для трубопроводов из пластика, результат умножать на 0.8.

Для колен и шаровых кранов - прибавить 2 метра фиктивной длины для каждой детали.

Для клапанов - прибавить 10 метров фиктивной дополнительной длины.

Подключение 3-х фазных электродвигателей

Соединение Треугольник

Соединение Звезда

V: Напряжение в сети. Схема соединений

Соединение Треугольник-Звезда

Переключение Звезда-Треугольник осуществляется на электрощите управления.