Подбор и совместная работа насосов на сеть

Выбор типа насоса и количества рабочих агрегатов надлежит производить на основании расчетов совместной работы насосов, водоводов, сетей, регулирующих емкостей, суточного и часового графиков водопотребления, условий пожаротушения и других фак­торов. При этом должны быть выполнены следующие требования:

• развиваемый насосами напор должен быть рассчитан для
преодоления гидравлических сопротивлений в сети, подъема и из-
лива воды из самого высокого водозаборного прибора при мини­
мальной величине избыточных напоров;

• суточная подача насосов должна быть равна расчетному
расходу воды в сутки наибольшего водопотребления, а максималь­
ная часовая подача меньше или равна максимальному часовому во-
допотреблению;

• подача расчетных расходов воды должна осуществляться
при наивысших КПД;

• насосы в одной группе должны быть однотипными, а количе­-
ство рабочих агрегатов одной группы должно быть не меньше двух.

а поперечное сечение трубопровода (ω, м²) через его диаметр (d, м)

а потери напора в местных сетях

тогда потери напора на гидравлическое трение по длине труб, опре­деляемые по формуле (4.7), можно представить в следующем виде:

h_м = А_м ζ_м Q² =S_м Q² (4.25)

где А_дл - модуль удельного сопротивления на единицу длины тру­бопровода, с²/м⁶;

S_дл - полное сопротивление водовода; с²/м⁵;

А_м - модуль удельного местного сопротивления, с²/м⁵.

Таким образом, характеристику внешней сети можно предста­вить в виде следующей зависимости:

H = H_r + SQ², (4.26)

где S - постоянная трубопровода, с²/м⁵.

Графическая характеристика трубопровода имеет вид парабо­лы с вершиной на оси ординат (Q = 0), расположенной на расстоя­нии H_г от оси абсцисс (рис. 4.5). Рассчитать совместную работу на­сосов и водоводов можно двумя способами: графическим и анали­тическим. При первом способе наложением рабочей характеристики насоса H =f(Q) на характеристику трубопровода находят координа­ты точки 1 пересечения двух кривых, которыми определяют значе­ния производительности Q_H и напора H_н, развиваемого насосами.

Рис. 4.5. Совместная характеристика насоса и трубопровода

Если используется аналитический способ, тогда приравнивают правые части выражений (4.18) и (4.26) и находят формулу для определения расчетной производительности насоса

где а₁ и b₁ - параметры аналитической характеристики Н = f(Q) насоса, вычисляемые по формулам

где Н₁ и H₂ - напоры, развиваемые насосом при подаче соответст­венно Q₁ и Q₂, принимаемые из графиков или таблиц для рекомен­дуемой области применения данного насоса.

Точка пересечения характеристик насоса с характеристикой трубопровода определяет фактический режим работы насоса при данном трубопроводе. Для работы насоса в нормальном режиме необходимо соблюдать следующие условия:

• характеристики насоса и трубопровода должны пересекать­
ся только в одной точке;

• режим работы насоса должен находиться в рабочей зоне,
чему соответствует максимальный КПД насоса;

• геодезическая высота должна быть на 10% меньше, чем на­
пор насоса при закрытой задвижке;

• высота всасывания не должна превышать допустимой.

Подбор насосов с требуемыми характеристиками часто невоз­можен, так как количество их типоразмеров, выпускаемых про­мышленностью, ограничено. В этом случае рекомендуется для по­вышения производительности насосной станции включать насосы в сеть параллельно, а для повышения напора - последовательно. Кроме того, можно регулировать режим работы насосов за счет из­менения характеристики самих насосов или системы.

Последовательной работой насосов называется перекачка во­ды из насоса в насос. Если насосы расположены на одном уровне, то суммарная характеристика получается в результате суммирова­ния ординат, т. е. суммы величин напора характеристик каждого насоса. Если насосы установлены на разных уровнях, тогда харак­теристику насоса N₁, установленного на более низком уровне, при­водят к точке расположения второго насоса N₂. Для этого из орди­нат характеристики насоса N₁ вычитают ординаты потерь напора в соединительном трубопроводе и строят приведенную характери­стику N₁¹ насоса N₁. Приведенную характеристику суммируют с ха­рактеристикой насоса N₂. Имея характеристику трубопровода, оп­ределяют точку совместной работы насосной станции и водопро­водной сети (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Характеристика последовательной работы насосов

Параллельным соединением насосов называется их совместная работа на общий трубопровод. При параллельном соединении сум­марная характеристика строится путем сложения абсцисс, т. е. ве­личин производительности (подачи) при одинаковых величинах напора, развиваемого насосами. Если насосы расположены рядом, тогда строится суммарная характеристика, и пересечение ее с ха­рактеристикой трубопровода дает точку совместной работы насо­сов и водопроводной сети (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Характеристика параллельной работы двух однотипных насосов

Если насосы удалены друг от друга, то характеристику даль­него насоса N₁ необходимо привести в точку установки насоса N₂.

Для этого необходимо учесть потери напора в соединительном тру­бопроводе и построить его характеристику Н_ав = Н_г+ SQ².

Затем из характеристики насоса N₁ вычитают ординаты харак­теристики этого трубопровода и получают приведенную характери­стику N₁^l. Суммируя характеристики N₁^l и N₂, получают общую ха­рактеристику параллельно работающих насосов. Режим совместной работы насосов N₁ и N₂ на трубопроводе определяется точкой 1, ко­торой соответствует суммарная производительность Q₁₊₂ насосов при расчетном напоре Н₁₊₂.

Изменения рабочего режима системы водопотребления мож­но добиться за счет регулирования параметров насосов или самой системы. Характеристика системы может быть изменена вводом дополнительного сопротивления в сеть с помощью задвижки, рас­положенной на напорной линии насоса. В этом случае характери­стика сети пойдет круче и рабочей точкой станет другая точка, в соответствии с чем снизится подача Q, изменятся мощность N_в и КПД насоса.

Путем уменьшения гидравлического сопротивления системы за счет открытия задвижек, отвода воды по обводной линии или че­рез сбросный клапан можно перевести систему в точку, требую­щую увеличения подачи, изменения мощности и КПД насоса.

Изменение характеристики насосов может быть достигнуто путем:

• поворота лопастей рабочего колеса;

• замены или обточки рабочего колеса;

• регулирования частоты вращения ротора насоса.

Это необходимо, если установлен насос с заведомо большими значениями производительности и напора, а затем вносятся те или иные изменения в конструкцию, те или иные способы регулирова­ния частоты вращения насоса. Например, подача и напор, созда­ваемые насосом, могут быть уменьшены при незначительном сни­жении КПД в результате обточки рабочего колеса и уменьшения его диаметра на 10-20%. Новые значения подачи и напора находят по следующим формулам:

подача

Q₂ = Q₁·D₂ /D₁ (4.30)

напор

Практика показывает, что последний способ с помощью час­тотного регулирования числа оборотов электродвигателя является наиболее удобным и рациональным.

Изменяя число оборотов насоса, производят пересчет пара­метров насоса по следующим формулам:

подача

напор

мощность

В приведенных формулах приняты следующие обозначения: n₁, п₂ - исходное и новое число оборотов рабочего колеса насоса, Q₁, H₁, N₁, D₁ - соответственно исходные значения подачи, напора, мощности и диаметра рабочего колеса насоса, Q₂, H₂, N₂ и D₂- со­ответственно новые значения подачи, напора, мощности и диаметра рабочего колеса насоса. Изменение числа оборотов насоса п может быть достигнуто разными способами, например, использованием для привода насосов двигателей постоянного тока или коллектор­ных двигателей переменного трехфазного тока, установкой между насосами и двигателями гидро- и электромуфт, а также за счет час­тотного регулирования электропривода.

где f- частота переменного электрического тока, Гц; р - число пар полюсов электродвигателя.

Насосные станции

В системах водоснабжения насосная станция, как правило, располагается в отдельном здании, в котором размещается основ­ное и вспомогательное оборудование, трубопроводы, арматура и контрольно-измерительные приборы (рис. 4.8). По своему назначе­нию и расположению насосные станции в системах водоснабжения подразделяются на станции I и II подъема.

Рис. 4.8. Схема насосной установки:

1 - приемный клапан; 2 - всасывающий трубопровод; 3 - вакуумметр; 4 - насос; 5 - манометр; 6 - обратный клапан; 7 - задвижка; 8 - напорный трубопровод

Насосные станции I подъема забирают воду из источника и подают ее на очистные сооружения. Если вода не требует очистки, тогда вода от станции II подъема подается в систему водоснабжения или накопительные резервуары чистой воды. В состав насосной

станции I подъема входит: 1) водозаборное сооружение, на котором производится предварительная очистка воды от крупных взвешен­ных и плавающих частиц; 2) водоводы, транспортирующие воду от водозаборного сооружения к водоприемнику; 3) водоприемное уст­ройство; 4) всасывающие трубы; 5) насосные агрегаты (насосы и двигатели); 6) напорные трубопроводы, арматура; 7) контрольно-измерительные приборы; 8) автоматика.

В зависимости от местных условий насосные станции I подъ­ема делают совмещенными с водозаборными и водоприемными со­оружениями или раздельно. Например, если источник имеет доста­точно большие глубины у берега (до 5-8 м) и незначительное коле­бание уровней, то устраивают береговые насосные станции совме­щенного типа. В условиях пологого берега и малых глубин источ­ника водоснабжения рекомендуется применять русловую станцию раздельного типа.

Насосные станции II подъема располагают за очистными со­оружениями и служат для подачи чистой воды потребителям. По­этому состав сооружений станций 11 подъема значительно упрощен и включает в себя трубопроводы от очистных сооружений, резер­вуары - накопители чистой воды, всасывающие трубопроводы, на­сосные агрегаты, напорные трубопроводы, арматуру, контрольно-измерительные приборы и автоматику. Когда насосная станция II подъема удалена от станций I подъема, выполняют их раздельную компоновку. Иногда объединяют станции 1 и II подъема в одном здании - это схема совмещенного расположения.

По расположению оборудования насосные станции подразде­ляют на надземные, заглубленные и глубокие. По характеру насос­ного оборудования они бывают с горизонтальными и вертикальны­ми центробежными насосами, поршневыми насосами и др. При ма­лых подачах (Q — 5-360 м /ч) используют консольные центробеж­ные насосы типа К, обеспечивающие напор 10-20 м и имеющие КПД 50-80%. Марка насоса, например К20/30а-У2, обозначает: К -консольный; первая цифра - подача, 20 м³/час; вторая - напор, 30 м; буква после цифры - вариант обточки рабочего колеса; последую­щие буквы и цифры - климатическое использование и категория размещения.

Для больших подач (Q = 100-12 500 м³/ч) применяют центро­бежные насосы двухстороннего типа Д, обеспечивающие напор

14-125 м и КПД 73-88%. Марка насоса, например Д12500-24, обозначает: Д - двухстороннего входа; первая цифра - подача 12 500 м³/ч; вторая - напор 24 м.

Для достижения больших напоров применяют многоступенча­тые центробежные насосы, имеющие от 2 до 10 рабочих колес, что позволяет развивать напор от 40 до 140 м при подаче от 8 до 850 м³/ч. КПД таких насосов составляет 67-77%. Марка насоса, например ЦНСГ-38-44, обозначает: Ц - центробежный, Н - насос, С - секци­онный, Г - для горячей воды, первые цифры - подача, м³/ч; вторые -напором.

По характеру управления насосные станции водоснабжения могут быть с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением. Решение задачи оптимального управления насосами можетбыть осуществлено на ЭВМ. В практике используется упро­щенная постановка задачи, решение которой позволяет определить число и тип насосов, обеспечивающих систему водоснабжения рас­четным расходом и напором с минимальными затратами. Критери­ем оптимальности при проектировании насосных станций служат приведенные затраты, а при эксплуатации - затраты ресурсов на подачу годового объема воды. Решение задачи включает в себя:

• отбор насосов, способных обеспечить заданный напор;

• группировку насосов по критерию минимума удельной
мощности на единицу производительности;

• определение типов насосов, обеспечивающих заданную
производительность насосной станции при минимальных затрат.

Вопросык главе 4

1. Что такое свободный напор?

2. Как измеряют напоры, давление и разряжение?

3. Чем обусловлены потери напора в водопроводных сетях?

4. Как определить потери напора по длине и в местных сопротивлениях?

5. Какие водоподземные устройства вы знаете?

6. Каков принцип действия центробежного насоса?

7. Что необходимо для пусканасоса?

8. Какие параметры характеризуют работу насосов?

9. Что характеризует уравнение Бернулли?

10. Как определить скорость потока жидкости?

11. Что определяет мощность привода насоса?

12. Каким образом получают рабочие характеристики насосов?

13. Как рассчитать требуемый напор насосной станции II подъема?

14. Что представляет собой гидравлическая характеристика водопро­
водной сети?

15. Какие существуют способы определения совместной работы насо­
сов и водоводов?

16. Какие условия необходимо соблюдать при выборе режима работы
насосов?

17. Зачем необходима параллельная работа насосов?

18. В каком случае необходима последовательная работа насосов?

19. Какие существуют способы регулирования параметров работы на­
сосов?

20. Как выбирается режим работы насосов?

Глава 5 УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ