Вопрос №42. Параллельная и последовательная работа центробежных насосов.

Параллельной работой насосов называется одновременная подача перекачиваемой жидкости несколькими насосами в общий напорный коллектор. Необходимость в параллельной работе нескольких одинаковых или разных насосов возникает в тех случаях, когда невозможно обеспечить требуемый расход воды подачей одного насоса. Кроме того, поскольку водопотребление в городе неравномерно по часам суток и по сезонам года, то подачу насосной станции можно регулировать числом одновременно работающих насосов.

При проектировании совместной работы центробежных насосов нужно хорошо знать их характеристики; подбирать насосы следует с учетом характеристики трубопровода.

Центробежные насосы могут работать параллельно при условии равенства развиваемого напора.

Если один из насосов имеет напор меньше, чем другие, то он может быть подключен на параллельную работу только в поле рекомендуемой работы. При повышении напора в системе этот насос может принимать участие в работе, но его КПД будет падать. При достижении максимального напора подача насоса будет равна 0. Дальнейшее увеличение напора в системе приведет к закрытию обратного клапана и выключению насоса из работы. Поэтому для параллельной работы следует подбирать насосы однотипные с равными или незначительно отличающимися напорами и подачами.

Различные схемы параллельной работы насосов применяются весьма часто для водоснабжения и перекачивания сточных вод, где целесообразно подачу от нескольких насосов или станций объединять в общий коллектор. Расчет режима работы по таким схемам можно производить аналитическим или графическим способом. В практике проектирования насосных станций наибольшее распространение получил графический способ.

При параллельной работе насосов в сеть возможны следующие варианты компоновки системы «насосы — сеть»:

в системе работает несколько насосов с одинаковыми характеристиками;

в системе работает несколько насосов с разными характеристиками;

насосы подключены к общему трубопроводу на близком расстоянии друг от друга, т. е. потери напора от насоса до напорного водовода считают равными для всех установленных насосов, или же насосы находятся на достаточно большом расстоянии друг от друга, т. е. разности потерь напора от насоса до присоединения к общему напорному трубопроводу необходимо учитывать.

Параллельная работа нескольких насосов с одинаковыми характеристиками. При построении характеристики нескольких параллельно работающих насосов на общий напорный трубопровод суммируют подачи насосов при равных напорах.

Если на насосной станции установлены насосы с, пологой характеристикой Q — Н и расположены они несимметрично относительно напорного трубопровода, то для определения более точных режимных точек работы каждого насоса при параллельной работе необходимо построить приведенные характеристики Q — Я", для чего строят характеристики всасывающего и напорного трубопроводов в пределах насосной станции и вычитают ординаты полученных характеристик из ординат характеристик соответствующих насосов.

Параллельная работа насосов, расположенных на разных насосных станциях. В системах водоснабжения, имеющих несколько источников питания, применяют схему подани воды несколькими насосными станциями в общие коллекторы. В этом случае необходимо рассчитывать систему параллельно работающих насосов, расположенных на разных насосных станциях.

Подобные схемы часто применяют и при перекачивании сточных вод отдельных районов канализования в напорный трубопровод другой канализационной насосной станции. Такие схемы позволяют значительно сократить протяженность напорных трубопроводов и уменьшить капитальные затраты.

Для расчета системы необходимо определить характеристику параллельной работы насосов, установленных на каждой станции. Этот расчет производится так же, как и для параллельно работающих насосов, установленных на близком расстоянии друг от друга. Затем строятся приведенные характеристики к точке выхода напорных водоводов из насосной станции.

Последовательной называется работа насосов, при которой один насос (I ступень) подает перекачиваемую жидкость во всасывающий патрубок (иногда во всасывающий трубопровод) другого насоса (II ступень), а последний подает ее в напорный водовод

В условиях проектирования и строительства насосных станций последовательную работу насосов применяют в тех случаях, когда жидкость подается по трубам на очень большие расстояния или на большую высоту. В некоторых случаях перекачивать жидкость можно только последовательно работающими насосами. Так, например, на насосных станциях, перекачивающих осадок, в момент запуска рабочего насоса требуется создать напор, который превышает напор, развиваемый насосом, и который можно создать при последовательной работе двух насосов. Последовательное соединение применяют и в тех случаях, когда необходимо при постоянном (или почти постоянном) расходе увеличить напор, что невозможно сделать одним насосом.

Рассмотрим случай последовательной работы рядом установленных двух однотипных центробежных насосов.

Напор одного насоса недостаточен даже для подъема воды на геометрическую высоту #г. При подключении второго однотипного насоса с такой же характеристикой оказывается, что насосы развивают напор, достаточный, чтобы поднять воду на высоту #г и преодолеть сопротивление в трубопроводе при заданной подаче.

Режимная точка работы последовательно соединенных насосов определяется точкой К, полученной пересечением суммарной характеристики Q — #1+ц с характеристикой трубопровода Q —#тр.

Если насосы установлены последовательно на одной станции, то при построении характеристики трубопровода необходимо учесть потери на участке от напорного патрубка насоса / до всасывающего патрубка насоса // и внести поправку в характеристику Q — #ц. Игнорировать потери в соединительном участке недопустимо, так как обычно диаметры арматуры и трубопровода, соединяющего насосы, принимают равными диаметру всасывающего патрубка насоса //. Вследствие больших скоростей движения жидкости потери напора на этом участке относительно велики. По этой же причине необходимо стремиться к максимальному упрощению соединительного трубопровода, по возможности избегая поворотов. Следует отметить, что последовательное соединение насосов обычно экономически менее выгодно, чем применение одного насоса.

Два последовательно соединенных насоса приводят в действие следующим образом. При закрытых задвижках 1 а 2 включают насос /. После того как насос / разовьет напор, равный напору при закрытой задвижке, открывают задвижку / и пускают насос //. Когда насос // разовьет напор, равный напору 2#о, открывают задвижку 2.

При последовательной работе насосов следует обращать особое внимание на выбор насосов, так как не все они могут быть использованы для последовательной работы по условиям прочности корпуса. Эти условия оговариваются в техническом паспорте насоса. Обычно последовательное соединение насосов допускается не более чем в две ступени.

Последовательно соединенные насосы можно расположить в одном машинном зале, значительно сократив эксплуатационные затраты и капитальные вложения на строительство здания станции, но в этом случае необходимо устанавливать арматуру повышенной прочности и выполнять более массивные крепления и упоры труб. Поэтому иногда целесообразнее размещать насосы на отдалении друг от друга при транспортировании воды на большое расстояние.

Работа каждого насоса характеризуется рядом связанных между собой величин, как то: производительностью, напором, числом оборотов, к. п. д., потребной мощностью.

Насосные установки часто представляют собой соединения центробежных насосов с асинхронными электромоторами трехфазного переменного тока, не позволяющими регулировать число их оборотов.

Изменение числа оборотов центробежного насоса может иметь место, например, при приведении его в действие от двигателя внутреннего сгорания или при помощи ременной передачи при возможности изменения диаметра шкива. Моторы постоянного тока позволяют изменять число оборотов, но имеют весьма ограниченное применение.

Работа насоса при определенном числе оборотов характеризуется вполне определенной кривой QH, выражающей графически зависимость между производительностью и напором, развиваемыми насосом. Кроме того, как это следует из изложенного:

.

Последнее представляет уравнение параболы с параметром:

Работа насоса характеризуется также кривой к. п. д. в зависимости от Q и кривой потребной мощности в зависимости от Q. Как это видно из дальнейшего, Q и Н при данном n устанавливаются в увязке с работой сети.

Полная высота преодолеваемого напора состоит из статической (геометрической) части и динамической части — сопротивления в трубопроводах, которое меняется с изменением количества перекачиваемой жидкости.

Если построить в прямоугольных координатах геометрическую высоту подъема Н(параллельна оси абсцисс), в каждой точке этой линии отложить по вертикали (фиг. 24) отрезки, равные потерям в трубопроводе (сети) при подаче соответствующих количеств жидкости, то получим параболическую кривую, характеризующую работу трубопровода (сети). Насос должен обеспечить напор, необходимый для пропуска в сети определенного расхода.

При наложении кривой QH насоса и кривой, характеризующей работу сети, точка В пересечения этих кривых определит максимальную подачу данного насоса при работе в данный трубопровод (сеть). Меньшие производительности могут быть получены при частичном погашении избытка напора на задвижке; так, например, если желательно получить производительность Q₂, то потребный напор должен быть Н₂', а напор, развиваемый при этом насосом, есть Н₂, поэтому часть напора, равная H₂— Н₂', должна гаситься при частичном прикрытии задвижки, необходимом для уменьшения Q₁ до Q₂. При желании получить производительность большую, чем Q₁ например Q₃, необходимо развить насосом напор Н₃', а насос при этой производительности развивает напор H₃<H₃'; следовательно, такая производительность насоса при данных условиях недостижима за недостаточностью развиваемого им напора.

На фиг. 25 представлена схема параллельной работы двух насосов, а на фиг. 26 — характеристика работы насоса при параллельном соединении колес (сдвоенный, строенный насос). Общий расход Q равен сумме расходов всех колес; напор, развиваемый насосом, изменяется в тех же пределах, как и напор, развиваемый каждым колесом (абсциссы складываются при одинаковых ординатах).

Когда в один и тот же трубопровод (сеть) работает несколько насосов (параллельная работа), то определение рабочих точек В имеет особо важное значение. Учитывая, что при работе двух насосов, т. е. при удвоенных количествах воды, и при работе трех насосов, т. е. при утроенных количествах воды, потери возрастут примерно в 4 раза (2²) в первом случае и примерно в 9 раз (З²) во втором, перестраиваем искусственно кривые потерь для случая работы двух и трех насосов (фиг. 27), для чего от линии геометрического напора для соответствующих производительностей откладываем отрезки потерь, в 4 раза (при двух насосах) и в 9 раз (при трех насосах) большие, чем при работе одного насоса.

Схема последовательной работы двух насосов представлена на фиг. 37.

Идея последовательной работы центробежных насосов до некоторой степени отражена в типе многоколесного насоса. На фиг. 38 показаны характеристики насосов с одним, двумя и тремя одинаковыми колесами. Ординаты увеличиваются по числу колес, абсциссы те же.

Идея последовательной работы отражена в некоторых конструкциях агрегатов, развивающих очень большие напоры. Многокамерный насос производительностью 3000 л/мин и напором 728 м, изображенный на фиг. 39, представляется разделенным на две последовательно соединенные части, приводимые в движение общим мотором; вода по выходе из напорного штуцера первой части агрегата поступает к всасывающему штуцеру второй части и оставляет напорный штуцер этой части агрегата с давлением, равным сумме давлений, обусловленных работой первой и второй частей насоса.

Расположение насосов, приводимых в движение отдельными двигателями, называется последовательным в том случае, когда напорный трубопровод, идущий от первого, присоединен ко всасывающему штуцеру второго; в этом случае напоры, развиваемые обоими насосами, суммируются (за вычетом потерь в соединяющем их трубопроводе).

Последовательное соединение насосов выполняется при желании увеличить напор воды, подаваемой в какую-либо отдельную зону (при необходимости иметь канализационные насосы со значительным напором иногда проектируют установку двух последовательно расположенных насосов; эксплуатация канализационных насосов при этом усложняется).