![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Характеристики насосов и системы
Как насосы, так и системы имеют определенные характеристики, которые определяют возможность работы конкретного насоса в данной системе. Эти характеристики должны быть согласованы между собой так как в противном случае может происходить повреждение трубопровода или насоса. Различные авторы применяют разные названия характеристик, в данном случае используются термины, представленные в монографии А.В. Александрова [1].
а.Характеристики насосов:
Q- производительность –объем водыподаваемой насосом в единицу времени - м3/с, на практике используют показатель м3/ч ; Н – давление (Па) , развиваемое насосом при данной производительности Q. Для насосов, перекачивающих воду, используют термин «напор». Он измеряется несистемной величиной, наглядной и удобной для практических целей – в метрах водяного столба (м. вод. ст.; 1 м. вод. ст.=9.8 кПа). Также еще встречается старая единица измерения давления «техническая атмосфера» -атм. 1 атм.≈0.1 МПА. Для насосов зарубежного производства применяют также старую единицу – бар ; 1бар ≈ 1 атм. Таким образом, если отсутствуют потери в трубопроводах, напор Н – это высота, на которую насос может поднимать воду с производительностью Q.
Давление перед входом в неработающий насос, входной патрубок которого находится на уровне всасываемой воды равно атмосферному Ра. Когда насос перекачивает воду давление уменьшается на давление для преодоления сопротивления движению воды Рв. Кроме этого, давление падает по сравнению с неподвижной водой на величину динамического разряжения Рд = Ра - Рв.- Рд - Рz - Рнас > ρg∙ Величину Таким образом, в идеальном случае, если бы в насосе не было вращающихся частей, кавитационный запас составлял ≈ 4500 Па (0.45 м.вод ст.) и насос мог бы забирать воду с глубины 9.9 м (без учета сопротивления Рв). В реальности в центробежном насосе крыльчатка вращается с угловой скоростью ≈ 1400 ÷ 2800 об/мин что обуславливает высокие скорости обтекания лопастей и существенное падение давления на них. Поэтому В мировой практике Для практических расчетов используют значение большее, чем Значениеkзап=1.4 применяется длянасосов, постоянно перекачивающих жидкость (циркуляционные насосы), где режим кавитации недопустим. К сожалению, в паспортах не указывается, какое значение kзап принято при назначении
Именно эта высота наглядно показывается мановакуумметром на всасывающем трубопроводе, на циферблате которого была нанесена красная черта границы опасного режима.
Следует отметить особую опасность работы насоса при значительном превышении сопротивления на входе в насос над N – мощность насоса. Различают гидравлическую мощность: Nг (Вт)=Q(м3/с)∙Н(Па); (1.6) потребляемую мощность Nп=Nг/η , (1.7) где η – к.п.д. насоса, лежит в пределах 0.2÷0.8; мощность приводного электродвигателя Nдв=Nп/kис , (1.8) где kис – коэффициент использования мощности двигателя. Величина kис составляет 0.2÷0.7, она меньше единицы не только от того, что трудно подобрать электродвигатель, точно подходящий по мощности данному насосу, но и из-за необходимости иметь запас мощности для устойчивой работы, когда производительность Q находится вблизи правой границы рабочей части диаграммы характеристик насоса (см. далее пп. б). В паспорте насоса и его обозначении приводятся характеристики при η≈max . например, обозначение насоса НЦВС 63/20 означает «насос центробежный вертикальный самовсасывающий с производительностью 63 м3/ч и напором при этой производительности Н=20 м. вод. ст.». Однако все перечисленные выше характеристики не являются постоянными для данного насоса – они меняются при изменении производительности Q. Эти зависимости отражается на диаграмме характеристик насоса. Данные по отечественным насосам приведены в Приложении 2. б. Диаграмма характеристик насоса Каждый из типов насосов имеет свой вид диаграммы. В качестве наиболее общего примера рассмотрим диаграмму характеристик центробежного самовсасывающего насоса, показанную на рисунке 1.60.
Это приводит к возникновению автоколебаний жидкости в трубопроводе. Такой характер работы насоса называется «помпаж» поскольку вода при этом вытекает из трубы так, как это происходит у старинных ручных пожарных помп – рывками. В таком режиме насос работает неустойчиво и при неблагоприятном стечении условий в системе могут происходить гидравлические удары. Поэтому «рабочая часть» начинается в зоне, где характеристика имеет явно выраженный наклонный вид. Однако, при малых значениях производительности мало значение кавитационного запаса Нвак, что увеличивает высоту всасывания насоса. Справа «рабочая часть»характеристики ограничена из-за того, что за этой границей находится зона неустойчивой работы насоса, обусловленная уже особенностью характеристики «момент- число оборотов» электродвигателя. При этом могут происходить колебания скорости вращения электродвигателя, также приводящая к колебаниям скорости движения потока через насос, возникновению противодавления и разряжения. Все это может вызывать периодическую перегрузку двигателя и выход его из строя или гидравлические удары в насосе. В связи с этим, надо стремиться к исключению работы насоса за правой границей рабочей части, что особенно важно при большой длине трубопровода, присоединенного к нагнетательному патрубку насоса. Работа в зоне перед левой границей должна быть кратковременной, только в период запуска насоса. Значение характеристики насоса Нвак (кавитационный запас) плавно нарастает с увеличением производительности Q. Таким образом, при малой производительности высота всасывания насоса может повышаться до 7÷8 м. вод. ст. Кривая потребляемой мощности Nп= f(Q) в соответствии с (1.4) имеет вид прямой или слегка выпуклой линии , что обусловлено «падающим» характером зависимости Н=f(Q). Зависимость для к.п.д. – η = f(Q) имеет максимум при паспортной или несколько большей производительности насоса. Наиболее спорной является зависимость Из сопоставления зависимости (1.5) и кривой Нвак на рис. 1.61 можно сделать вывод, что кривая Рассмотренные выше характеристики насоса необходимы для согласования его совместной работы с перекачивающим трубопроводом, который также имеет свои характеристики.
в. Характеристики трубопровода системы и согласование их с характеристиками насоса
Характеристика трубопровода Нспредставляет собой зависимость гидравлического сопротивления перемещения по нему жидкости от скорости v этой жидкости.
Как дано в [ 1] должно соблюдаться условие Работоспособность системы с данным насосом обеспечивается только при условии согласования характеристик между собой. Пример согласования показан на рис. 1.63. Рабочая (в отличии от паспортной Q) производительность насоса Qраб при совместной работе с системой определяется точкой А пересечения характеристик насоса Н и системы Нс , в которой напор насоса равен гидравлическому сопротивлению системы. Эта точка пересечения должна находиться в пределах рабочей части характеристики насоса. Кроме этого, точка Б -пересечения линии Существуют насосы (как правило, льяльные), производители которых не предоставляют их характеристик, ограничиваясь лишь паспортными значениями Н, Q, Для систем, у которых Zвс (см. рис. 1.62) существенно превышает Процедура согласования и некоторые приемы будут рассмотрены ниже, в п. 2.7, посвященному гидравлическим расчетам.
г. Параллельное и последовательное включение насосов в системе
При параллельной работе двух насосов на одну систему их суммарная характеристика получается путем сложения на диаграмме значений Q характеристики каждого насоса. При одинаковых насосах, соединенных параллельно можно увеличить расход жидкости в магистралях системы, но не в два раза, а меньше, поскольку их результирующая характеристика становится более пологой относительно характеристики системы, как показано на рисунке 1.64-а. Прибавка производительности зависит от крутизны характеристики системы. При параллельном включении двух насосов, неодинаковых по паспортным значениям Н и Q обеспечить их совместную устойчивую работу крайне сложно, в силу разных причин, которые здесь не рассматриваются, поскольку в реальном проектировании систем такой вариант следует исключать изначально. Последовательное включение насосов (рис.1.64-б) позволяет увеличить суммарный напор, их характеристики суммируются «по вертикали». Наибольший выигрыш в приросте напора будет при «крутой» характеристике системы.
.Это используется в грузовых системах танкеров при выгрузке нефтепродуктов. Следует отметить, что насосы могут здесь иметь разные значения паспортных характеристик, однако насос, имеющий большее значение Q должен стоять первым по ходу движения жидкости. Для быстрого соединения разными способами применяются насосы , которые на одном валу имеют две крыльчатки с раздельными входными и выходными патрубками. Эти патрубки имеют возможность параллельного или последовательного соединения. Подобные насосы применялись до 60-х годов и в общесудовых системах. При параллельном включении такой насос работал в балластной системе, обеспечивая малое время откачки балласта, а при последовательном соединении патрубков создавал высокий напор, требуемый в водопожарной системе. В современных источниках не удалось найти сведений о таких насосах, по–видимому в силу того, что последующие редакции Правил сильно ограничили использование водопожарных насосов не по прямому назначению.
|