книги / Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры

положительна, т. е. энергии на­ соса для обеспечения данного расхода (QA + ДОд) будет недо­ статочно, что приведет к умень­ шению скорости потока. С умень­ шением скорости в системе уменьшается подача, и, когда последняя станет равной QA, равновесное состояние восстано­ вится.

Если же рабочей точкой яв­ ляется точка В, то при кратко­ временном увеличении расхода на AQB, возникающая при этом

разность напоров АНg = Н'с - Н 'н будет отрицательна, т. е. насос сообщает жидкости избыток энергии (жидкость полу­ чает в насосе энергию Н 'н , а отдает в систему Н 'с, где Н 'с < < Н 'я). Этот избыток энергии приводит к увеличению кине­ тической энергии жидкости (ее скорости), а следовательно, и к дальнейшему увеличению расхода (Qg + AQg), что, в свою очередь, приводит к еще большему отклонению работы на­ соса от равновесного состояния.

Точно таким же образом можно сказать, что уменьшение подачи в точке А приведет к увеличению скорости в систе­ ме и восстановлению равновесия и, наоборот, к уменьше­ нию скорости и дальнейшему нарушению равновесия, если рабочей точкой будет точка В.

Таким образом, в общем случае на восходящей ветви ха­ рактеристики Q—Н насос будет работать неустойчиво, на нисходящей — устойчиво.

Однако устойчивая работа насоса может быть и на восхо­ дящей ветви характеристики Q—Н насоса при условии, если характеристика системы пересекает ее в одной точке, и если статический напор системы Н с меньше напора Н 0 при ну­ левой подаче (рис. 1.44).

Влияние колебаний уровней жидкости на работу насосов в сети. Колебания уровней жидкости в поверхностном ис­ точнике. Поскольку уровень воды в поверхностных источ­ никах не остается постоянным и изменяется в зависимости от гидравлического режима источника, то режим работы насоса при этом также меняется.

На рис. 1.45 приведены характеристики насоса и харак­ теристика сети Q—Н с при геометрической высоте подъема Н г (уровень воды в источнике минимальный). Точка пере­ сечения характеристик насоса и сети — точка А — определи-

ет режим работы системы на­ сос—сеть, характеризую­ щ ийся следующими пара­ метрами: подачей QAJ напо­ ром НАупотребляемой мощ­ ностью РА и КПД к\А.

При повышении уровня воды в источнике на вели­ чину ДЛ геометрическая вы­ сота подъема Н г уменьшает­ ся на ДЛ, а характеристика сети смещается таким об­ разом, что координата ее вершины уменьшается на ве­ личину ДЛ, а потери напора в трубопроводе практически остаются постоянными при

данном расходе. В этом случае режим работы системы на­ сос—сеть характеризуется новой режимной точкой В, име­ ющей координаты QB, Н в , Рв и к\в .

Следовательно, при повышении уровня воды в источнике напор насоса уменьшается, подача и мощность увеличива­ ется, КПД насоса снижается. Увеличение мощности насоса вызывает перегрузку электродвигателя, его нагрев и умень­ шение КПД двигателя, что может привести к выходу дви­ гателя из строя.

Во избежание перегрузки двигателя необходимо регу­ лировать подачу насоса. Если насосы подают воду в ре­ зервуары, то в момент повышения уровня воды в источни­ ке следует поддерживать максимально возможный уро­ вень воды в резервуаре. Это мероприятие позволяет сни­ зить увеличение мощности электродвигателя, т. е. его пе­ регрузку.

При значительных колебаниях уровня воды в источнике целесообразно применять насосы с крутопадающей харак­ теристикой Q—Н у при которой изменение подачи и мощно­ сти насоса будет меньшим, чем при пологой. Однако надо иметь в виду, что такие насосы имеют небольшую рабочую часть характеристики и изменение уровня воды может при­ вести к работе вне рекомендуемого поля.

Колебания уровней в приемном резервуаре. На рис. 1.46 приведен пример, поясняющий возникновение неустойчи­ вой работы насоса при колебании верхнего уровня жидко­ сти, т. е. в приемном резервуаре.

я

А0

Но

Рис. 1.46. Режимы работы насосов при повышении уровня воды в баке приемного резервуара

Пусть насос подает жидкость в резервуар, причем точка А является рабочей. Если расход в сети Qc станет меньше, чем подача насоса QА, то уровень жидкости в резервуаре начнет повышаться, а следовательно, начнет увеличиваться геометрическая высота подъема. Это значит, что характе­ ристика сети начнет подниматься параллельно самой себе, а рабочая точка вследствие саморегулирующей способности насоса будет смещаться в сторону уменьшения подачи (Од—

AQA )-

Если расход в сети Qc будет оставаться меньше, чем из­ мененная подача насоса (Од—ДОд), то может наступить та­ кой момент, когда характеристика сети коснется характе­ ристики насоса в точке К. Поскольку точка К лежит на восходящей ветви характеристики насоса, то, как только производительность насоса уменьшится до Q#, рабочая точ­ ка окажется в области неустойчивой работы и тотчас же переместится в точку AQ и подача насоса прекратиться. При этом будет иметь место обратное движение жидкости из верх­ него резервуара через насос (так как Н с > Н п = H Q).

Подача жидкости насосом возобновится с того момента, когда уровень жидкости в верхнем резервуаре понизится до положения, соответствующего геометрической высоте подъе­ ма H Q.

При этом режим работы насоса будет характеризоваться рабочей точкой А^.

В рассматриваемом случае устойчивая работа насоса воз­ можна только при Qc > QK, в противном случае насос будет работать с переменной производительностью, сопровождаю­ щейся гидравлическими ударами.

Следовательно, насосы, работающие на напорные резер­ вуары и безбашенные системы водонапорной сети, должны иметь пологие характеристики Q—Н без западающей вет­ ви. При анализе режима работы насоса необходимо уточ­ нять продолжительность работы насоса при различных уров­ нях воды в баке и в зависимости от этого подбирать насос

соптимальным КПД на диктующий уровень воды в баке.

1.5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ НАСОСОВ

Втех случаях, когда работа одного насоса не обеспечива­ ет требуемую подачу или расчетный напор, применяют со­ вместную работу двух или более насосов.

Различают два вида совместной работы насосов: парал­ лельную и последовательную. Для совместной работы насо­ сов применяют, как правило, насосы с одинаковыми харак­ теристиками.

Параллельная работа насосов. Параллельную работу на­ сосов применяют в тех случаях, когда при неизменном (или

мало изменяющемся) напоре производительность насосной станции изменяется в широких пределах или не может быть обеспечена работой одного насоса. При параллельной рабо­ те насосов повышается надежность работы насосной стан­ ции, так как при выходе из строя одного насоса подача не прекращается, а только уменьшается.

Параллельная работа двух насосов с одинаковыми ха­ рактеристиками. На рис. 1.47 представлена рабочая ха­ рактеристика Q—iï( i( 2 ) двух одинаковых насосов. Так как характеристики одинаковы, то они совпадают. Суммарная характеристика Q—H(i+2 ) при параллельной работе двух оди­ наковых насосов строится путем откладывания на графике удвоенной подачи при одинаковых напорах для трех, четы­ рех точек — режимов работы. Так, удвоив на графике пода­ чу одного насоса, выраженную отрезком аЪ, находим точку с суммарной характеристики (аЪ = Ъс). Таким же образом находят остальные точки, необходимые для построения сум­ марной характеристики.

Суммарная производительность насосов при их параллель­ ной работе на сеть с характеристикой СЕ определяется точ­ кой А п и равна Q(i+2 ). При этом режим работы каждого насо­ са характеризуется точкой В. Абсцисса этой точки определя­ ет подачу каждого из насосов QQ, а ордината — их напор Я д.

Рис. 1.47. Характеристики при параллельной работе двух одинаковых насосов

Видно, что напор Н развиваемый каждым насосом, ра­ вен напору, развиваемому обоими насосами при совместной их работе Н (1+2)> а подача каждого из насосов QB будет рав-

на Q(l+2>/2.

При независимой работе насосов на данный трубопровод их режим определяется точкой А , соответствующей подаче QA и напору НА, где QB < QA. Поэтому суммарная подача насосов Q(i+2 )> работающих совместно на общую сеть, мень­ ше, чем суммарная подача этих же насосов 2QA при раз­ дельной их работе на ту же сеть. При параллельной работе насосов достигается повышение напора [до if(1+2)] по срав­ нению с напором НА, развиваемым насосом при независи­ мой работе.

Потребляемая каждым насосом мощность определяется при параллельной работе ординатой Рв (рис. 1.47), а при раздельной — ординатой РА.

Коэффициент полезного действия каждого из совместно работающих насосов определяется точкой 1, а при раздель­ ной работе — точкой 2. Параллельная работа насосов наи­ более экономична в тех случаях, когда точке 1 соответству­ ет максимальный КПД.

Применение параллельной работы насосов наиболее эффективно при пологих характеристиках сети. В против­ ных случаях не достигается значительного увеличения суммарной подачи при переходе на совместную работу на­ сосов.

сравнению с производитель­

ностью этого же насоса при раздельной работе [Q(i+2 +З)/^ <

< 0 ( 1+ 2 )/2 < Ф ( 1, 2, 3)]-

Режим параллельной работы трех (и более) насосов опре­ деляют так же, как и режим работы двух насосов.

Параллельная работа насосов с различными характери­ стиками. Суммарную характеристику при параллельной ра­ боте двух насосов (и более) с разными характеристиками строят так же, как и для насосов с одинаковыми характери­ стиками.

Для рассматриваемого случая начало построения суммар­ ной характеристики Q—Я ц +2ч, т. е. начало совместной ра­ боты насосов, будет в точке I (рис. 1.49), так как второй

военный напор при одной и той же подаче для трех-четырех произвольно выбранных режимов работы. Например, для нахождения точки а на суммарной характеристике удваи­ вают отрезок Ьс и откладывают на графике (be = ab).

Д ля сети с характеристикой С—Е режим работы одного насоса при раздельной работе определяется точкойА, а двух насосов при совместной работе — точкой A i. Этим режимам соответствуют подачи и Q(i+2 ). где <?ц+2 ) > Q\, и напоры H \t 2 и //( 1 +2 ), где //( 1 +2 ) > H i f 2 - Таким образом, при после­ довательной работе насосов увеличиваются их общая пода­ ча и напор.

Для сети с характеристикой С'—Е', которой соответству­ ет рабочая точка суммарной характеристики насосов А£, лежащ ая на одной вертикали с точкой А, подача равна Qi, а напор — 2 //i( 2. В данном случае каждый насос развивает такую же подачу, как и при раздельной работе.

Последовательная работа трех одинаковых насосов, а также насосов с разными характеристиками протекает аналогично.

Следует отметить, что последовательное соединение двух или более насосов обычно менее выгодно, чем применение одного насоса с требуемым напором.

1.5.4. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАСОСОВ В СЕТИ

Регулированием режима работы насоса в сети называет­ ся процесс искусственного изменения характеристики тру­ бопровода или характеристики насоса для обеспечения ра­ боты насоса в системе насос—сеть в требуемой режимной

точке, которая является точкой пересечения характеристи­ ки насоса Q—Н с характеристикой сети Q—Н с.

В практике могут использоваться следующие способы регулирования работы системы насос—сеть:

изменение характеристики сети; перепуск жидкости из напорной линии во всасывающую;

впуск воздуха во всасывающий трубопровод; изменение частоты вращения рабочего колеса насоса; изменение геометрии проточных каналов насоса;

изменение кинематики потока на входе в рабочее колесо.

1. Одним из наиболее распространенных методов измене­ ния характеристики сети является дроссельное регулирова­ ние, т. е. дросселирование задвижкой, установленной на на­ порной линии насоса. Установки дополнительного оборудо­ вания в этом случае не требуется, что является основным достоинством данного метода.

Дроссельное регулирование заключается во введении в на­ порный трубопровод системы насос—сеть добавочного со­ противления от задвижки h3. Благодаря этому характерис­ тика Q—Н с сети поднимается более круто Q—Я 'тр (рис. 1.52) и пересекает характеристику насоса в режимной точке 2, соответствующей требуемой подаче Q3. При этом потери на­ пора, которые теряются вследствие увеличения местного со­ противления в задвижке,

К = Н 2 - Я 3,

где Н 2 — напор, развиваемый насосом; Я 3 — напор, требу­ емый в сети.

Изменением степени открытия задвижки, т. е. измене­ нием потерь напора в задвижке Л3, можно получить любую подачу от Qj (при полностью от­ крытой задвижке) до нуля (при

закрытой задвижке).

Однако с увеличением разно­ сти между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым в сети, КПД насосной установки уменьшается.

Из-за существенных недостат­ ков (неэкономичность и возмож­ ность регулирования только в сто­ рону уменьшения подачи) метод дроссельного регулирования целе­ сообразно применять только на