Характеристики трубопровода, насоса, насосной станции

Характеристикой трубопровода называется зависимость потери напора от расхода. Графическое изображение характеристики трубопровода показано на рис. 1. Начальная точка характеристики — конец отрезка , откладываемого по оси Н вверх, если или вниз, когда . Если трубопровод работает с противодавлением р2 в конечной точке, то к прибавляется .

Рис. 1. Характеристика трубопровода

Величины , L и D определяют крутизну характеристики. Чем больше вязкость перекачиваемой жидкости, протяженность трубопровода и чем меньше его диаметр, тем характеристика круче.

При малых расходах в зоне ламинарного течения зависимость Н от Q линейная, в области турбулентного течения — параболическая. Однако в уравнении характеристики трубопровода переход от линейной части к параболической не отражен. Приняв, например, т = 0,25, получим параболическую кривую при любых значениях Q, в том числе и при соответствующих ламинарному течению. На рис. 5 это показано пунктиром.

При практических расчетах нет нужды вычерчивать характеристику от начальной точки, соответствующей Q = 0. Вполне достаточно построить характеристику трубопровода по трем или даже двум точкам, находящимся в узком диапазоне расходов, ожидаемых при эксплуатации рассчитываемого трубопровода.

Характеристикой насоса называется зависимость развиваемого им напора H от подачи Q. Для поршневых насосов характеристика Q — Н имеет такой же вид, как и зависимость крутящего момента от частоты вращения для двигателя. В частном случае для насоса с приводом от синхронного электродвигателя характеристика представляет собой прямую, параллельную оси Н.

Для центробежных насосов, применяемых на магистральных нефтепроводах, характеристики имеют вид пологопадающих кривых. Участок характеристики,соответствующий наиболее высоким значениям КПД, — рабочая область. Для этой области зависимость Н от Q очень удачно аппроксимируется выражением

(1)

Часто бывает необходимо совместно решать уравнения характеристик насоса (насосной станции) и трубопровода. В этих случаях вместо (1) целесообразно принять

. (2)

В формулах (1) и (2) a и b — постоянные величины, определяемые обработкой координат точек, взятых в рабочей области характеристики. По смыслу в (1) или (2) а — напор при Q = 0; коэффициент b свидетельствует о крутизне характеристики. В формуле (2) величина т та же, что и в формуле Лейбензона для потери напора в трубопроводе.

Характеристики насосов получают опытным путем при работе на воде. При работе на нефти (вязкая жидкость) характеристика Q — Н снижается, становится более крутой. Методику пересчета характеристики «с воды на нефть» можно найти в специальных руководствах.

Плотность не влияет на характеристику Q — Н: напор, развиваемый насосом, не изменяется при изменении плотности перекачиваемой жидкости.

Изменение диаметра колеса насоса D, а также частоты вращения n изменяют характеристику. Известно, что

; (3)

(При изменении частоты вращения — аналогичные равенства). Звездочкой обозначены новые, измененные условия. При обточке колес или при уменьшении частоты вращения характеристика Q – H снижается.

Характеристика насоса после обточки колеса до диаметра может быть получена на основании прежней характеристики при помощи формул (3). При этом нельзя перестраивать характеристику, пользуясь лишь одной из этих формул.

Если небходимо, чтобы характеристика насоса проходила через точку с координатами , находящуюся под характеристикой, соответствующей диаметру колеса D, то диаметр колеса после обточки может быть найден по формуле

. (15)

Эта формула выводится из (1) и (3). Входящие в нее a и b должны быть вычислены по формуле (1) по Данным характеристики Q — Н при диаметре D.

Характеристику группы соединенных между собой насосов (суммарную характеристику) получают сложением характеристик насосов, входящих в эту группу.

При последовательном соединении складываются напоры при одинаковых расходах, а при параллельном — расходы при одинаковых напорах. Это показано на рис. 2.

Рис. 2. Построение суммарной характеристики двух насосов, соединенных:, а — последовательно, б — параллельно

Уравнение суммарной характеристики такое же, как (1) или (2).

При последовательном соединении насосов

,

При параллельном соединении К одинаковых насосов с характеристикой суммарная характеристика будет следующей:

.

Приняв здесь , приходим к прежнему выражению (2).

Суммарная характеристика насосов, работающих на насосной станции, называется характеристикой насосной станции.