книги / Насосы, компрессоры и холодильные установки. Перемещение жидкостей, насосные машины

Режим работы машины, при котором ее КПД является

максимальным, – оптимальный режим работы.

1.5. Выбор центробежного насоса

Исходными данными для выбора центробежного насоса можно считать:

– результаты гидравлического расчета трубопроводной сети Нсети (сумма потерь напора на преодоление трения и ме-

стных сопротивлений);

– необходимый напор H центробежного насоса для технологической схемы (складывается из напора на преодоление разности давлений в напорной и питающей емкостях, геометрической высоты подъема жидкости Hг и потерь напора в сети

Нсети );

– необходимую подачу Q, которая должна быть обеспечена для потребителя. Если трубопроводная сеть имеет переменный во времени расход (рис. 1.5.1), то насос (насосы), который (которые) планируется к установке, должен (должны) в любой момент времени обеспечивать подачу от Qmin до Qmax, равную расходу из сети.

Рис. 1.5.1. Пример графика переменной подачи

31

Под решением задачи выбора центробежного насоса для заданных условий эксплуатации понимается определение типа, размера насоса и их необходимого количества.

Установка более одного центробежного насоса может быть обусловлена невозможностью покрытия всего диапазона переменной во времени подачи (см. рис. 1.5.1) только одним насосом.

В случае, если необходимую максимальную подачу Qmax

для потребителя можно обеспечить одним центробежным насосом, то в насосной установке следует выполнить монтаж двух насосов, каждый из которых рассчитан на Qmax – основ-

ного рабочего и резервного.

При выборе центробежного насоса необходимо учитывать следующие параметры:

1.Назначение насоса. Насос может использоваться для опорожнения или заполнения сосудов; перемещения рабочих сред; перемешивания сред; создания давления; работы в системах питания, дозирования. Назначение насоса влияет на время его фактической работы и число пусков.

2.Необходимая подача Q .

3.Свойства перекачиваемой жидкости (плотность, вязкость, ядовитость, горючесть, взрывоопасность, рабочая температура, наличие твердых примесей). Агрессивность и коррозионная активность перекачиваемой жидкости оказывает влияние на выбор материала деталей насоса и его конструкцию.

4.Технологическая схема, в которую встраивается насос, общая компоновка оборудования установки.

5.Характеристика трубопроводной сети, на которую будет производиться подача жидкости насосом.

В целом выбор насоса для заданных условий эксплуатации осуществляется на основе технико-экономических расчетов, при проведении которых анализируются не менее трех вариантов насосов с разным количеством их установки. Результатом технико-экономических расчетов является вариант, при

32

котором стоимость подачи 1 м3 жидкости потребителю будет

минимальна.

Ниже приводится общая последовательность проведения технико-экономического расчета при выборе центробежного насоса.

1. На сводном графике полей характеристик (рис. 1.5.2) центробежных насосов при заданной частоте вращения отмечается точка с координатами (необходимая подача Qн; рассчитанный напор Hp). Походящим считается насос, напор которого больше, чем рассчитанный напор сети, или насос, в поле которого располагается отмеченная точка. На рис. 1.5.2 подходящим можно считать условный насос №7.

Если подходящими являются несколько насосов, то приоритет имеет насос, который потребляет меньшую мощность.

Если подача переменна, то по сводному графику полей характеристик определяют подходящий центробежный насос, который при регулировании обеспечивает подачу в диапазоне от Qmin до Qmax без выхода режима насоса из поля своих харак-

теристик.

Рис. 1.5.2. Выбор насоса по полям характеристик на основе напора и производительности

33

2. На характеристике выбранного насоса отмечается вертикаль с координатой (необходимая подача Qн) и определяются параметры его работы (фактически развиваемый напор Нф, потребляемая мощность Nф, КПД насоса ηф) (рис. 1.5.3).

Рис. 1.5.3. Определение фактических параметров работы насоса при заданной производительности

3.По заданной на сводном графике полей характеристик частоте вращения выбирается тип электродвигателя для насоса.

4.Разрабатывается эскизное размещение оборудования, трубопроводов и вспомогательного оборудования в здании насосной установки. Также определяется стоимость монтажа этого оборудования и трубопроводов.

5.Определяется ориентировочно стоимость сооружения здания насосной установки.

6.Определяются суммарные годовые затраты на экс-

плуатацию насосной установки Rэ/ , которые складываются из стоимости потраченной электроэнергии, отчислений на амор-

34

тизацию и ремонты здания и оборудования, затрат на обслуживание и текущий ремонт, стоимости смазочных материалов.

7. Определяется годовая стоимость подачи 1 м3 жидкости при годовой подаче Qгод :

8.Аналогично определяются величины r2, r3, …, rn годовой стоимости подачи 1 м3 жидкости при годовой подаче для числа насосов z = 2, 3, …, n.

9.Построение графика зависимости r f (z) (рис. 1.5.4).

Рис. 1.5.4. Пример графика зависимости годовой стоимости подачи 1 м3 жидкости от числа насосов

10. В общем случае минимальные затраты по зависимости рис. 1.5.4 могут соответствовать дробному числу насосов. Для применения на практике следует определить вариант с целым числом насосов, при котором стоимость подачи 1 м3 жидкости потребителю будет минимальна.

1.6. Совместная работа центробежных насосов

Установка нескольких центробежных насосов может быть вызвана не только необходимостью обеспечения беспере-

35

бойной подачи рабочей жидкости с возможностью при необходимости включения резервного насоса, но и повышением энергетической эффективности. Так, если использовать один центробежный насос и регулировать его подачу в широких преде-

лах Qmin до Qmax (см. рис. 1.5.1), то эксплуатационный КПД этого насоса будет достаточно низок. Это связано с тем, что

регулирование подачи, например методом дросселирования или возвратом части жидкости, связано с потерями энергии.

Центробежные насосы возможно соединять параллельно и последовательно.

Параллельное соединение центробежных насосов. Вы-

полняется для повышения производительности. При реализации данной схемы совместной работы соединяют одинаковые ЦН.

На рис. 1.6.1 приведено принципиальное изображение параллельного соединения ЦН.

Рис. 1.6.1. Параллельное соединение центробежных насосов А и В

На рис. 1.6.2 приведены характеристики насосной установки с двумя одинаковыми ЦН А и В, которые соединены параллельно. Поскольку насосы А и В одинаковы, то их характеристики совпадают и накладываются.

HA HB f1 Q – характеристика каждого насоса А или В (одинакова для одинаковых насосов);

36

H f2 QA QB – полная суммарная характеристика со-

вместной работы насосов А и В, получаемая сложением абсцисс характеристик соединенных параллельно насосов;

Hсети – характеристика сети трубопроводов, на которую работают насосы А и В;

Рис. 1.6.2. Характеристики насосной установки с двумя одинаковыми центробежными насосами А и В, соединенными параллельно

A – точка пересечения линии полной суммарной характеристики насосов А и В и линии характеристики трубопровода, определяет режим работы системы насосы – трубопровод.

Поскольку линия характеристики сети Hсети не парал-

лельна оси Q, а имеет форму поднимающейся кривой линии, то совместная работа двух одинаковых насосов, подключенных параллельно, увеличивает производительность не в 2 раза, а меньше:

где QA QB – общая подача насосов А и В при совместной работе на сеть;

37

(QA QB )/ – сумма подач насосов А и В.

Чем большую крутизну подъема имеет линия характеристики сети Hсети , тем меньше будет увеличена производитель-

ность всей установки при параллельном подсоединении второго насоса.

Последовательное соединение центробежных насосов.

Выполняется для повышения напора в сетях с большим гидравлическим сопротивлением. При реализации данной схемы совместной работы возможно соединять различные ЦН.

На рис. 1.6.3 приведено принципиальное изображение последовательного соединения ЦН.

В

А

Рис. 1.6.3. Последовательное соединение центробежных насосов А и В

На рис. 1.6.4 приведены характеристики насосной установки с двумя ЦН А и В, которые соединены последовательно. Поскольку при последовательном соединении насосов каждый из них дает одну и ту же подачу жидкости, то их суммарная характеристика Н является суммированием ординат характеристик соединенных последовательно насосов.

38

Применительно к центробежным насосным машинам наименьшее давление наблюдается вблизи входа в цилиндрическое сечение рабочего колеса на вогнутой стороне лопастей, в месте максимальной величины относительной скорости потока

(рис. 1.7.1).

Рис. 1.7.1. Положение области низкого давления при кавитации

При кавитации образовавшиеся пузырьки пара с потоком жидкости проходят дальше и попадают в область более высокого давления, где они мгновенно конденсируются и схлопываются. Поскольку размеры образовавшейся капли в 1000 раз меньше пузырька пара, то в образовавшееся пространство устремляется жидкость и происходит гидроудар, что снижает производительность и напор. Если схлопывание пузырьков пара происходит вблизи поверхностей деталей центробежной машины, то возможен местный износ поверхности (питтинг), вырыв металла, эрозионно-коррозионное разрушение (рис. 1.7.2). Кроме физического разрушения поверхности деталей кавитация приводит к снижению КПД работы гидравлической машины.

Рис. 1.7.2. Примеры разрушения поверхности деталей, вызванных кавитацией

40