Основные характеристики насосов

Основными параметрами, характеризующими работу насосов, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного дейст­вия. Напор - это приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода из него, которое может быть определено разностью напоров на выходе из насоса Н₂ и на входе в насос Н₁.

В свою очередь, напор на входе 1 и выходе 2 из насоса (см. рис. 4.2) согласно уравнению Бернулли есть сумма трех удельных энергий: Z - геометрического напора потенциальнойэнергии поло­жения (высоты); p/γ - пьезометрического напора потенциальной энергии за счет развиваемого давления и v² /2g - скоростного напо­ра кинетической энергии жидкости. В соответствии с этим напор, создаваемый насосом, можно определить по выражению:

где g - ускорение свободного падения, м/с ;

Z₁, Z₂ - отметки центров тяжести, т. е. расстояния от точек присоединения вакуумметра и манометра до плоскости сравнения или уровня воды в расходном резервуаре, м;

p₁, p₂ - абсолютное давление во всасывающем и нагнетатель­ном патрубках насоса;

v₁, v₂ - скорости потока жидкости на входе и выходе из насоса, м/с, которые можно определить по расходу (Q, м³/с) и диаметру (d, м) патрубков исходя из уравнения неразрывности

При подборе насоса требуемый напор вычисляется по формуле

H = H_ст + h_н + h_в (4.13)

где H - напор, создаваемый насосом, м;

H_ст - статический напор в системе водоснабжения;

h_н и h_в - потери напора соответственно в коммуникациях на­сосной станции и водоводах.

Подача насоса - расход, объем жидкости, подаваемый насосом в единицу времени и измеряемый в л/с, м³/с или м³/ч. Таким обра­зом, подача характеризует производительность насоса.

Полезная мощность насоса - это работа, совершаемая в еди­ницу времени и пропорциональная плотности жидкости (γ, кг/м³ ), производительности (Q, м³/с) и развиваемому напору (H, м):

N_nол=γQH. (4.14)

Откуда мощность, потребляемая насосом, равна

При этом величина N_пол имеет размерность кг·м/с. Вследствие неизбежных потерь энергии в самом насосе потребляемая мощ­ность на валу насоса N должна быть больше полезной на величину этих потерь, которые определяют коэффициент полезного действия (КПД) насоса

Рис. 4.3. Рабочие характеристики насоса:

Н =f(Q) - напор; N = f[Q) - мощность;

η = f(Q) - коэффициентполезного действия

Характеристики насосов строятся по результатам их испыта­ний при различной производительности, т. е. при различных степе­нях открытия задвижки на напорном трубопроводе работающего насоса. Таким образом, по результатам испытаний определяются зависимости напора Н =f(Q), мощности N = f[Q) и КПД η = f(Q).

Математической моделью этих характеристик являются па­раболы следующего вида:

Путем деления на число 102 размерность мощности N_пол (кг·м/с) переводится в киловатты. Мощность привода насоса опре­деляется по формуле

где k_з - коэффициент запаса, учитывающий перегрузки двигателя и снижение его КПД в процессе эксплуатации;

η_пер - КПД передачи от двигателя к ротору насоса.

Графики, определяющие зависимость между основными па­раметрами насосов, называются его характеристиками (рис. 4.3).

где a₁, a₂, a₃, b₁, b₂, b₃ и b₄ - коэффициенты характеристики для данного насоса.

Рабочие характеристики в виде графиков прикладываются к паспорту выпускаемых заводами насосов. Кроме того, эти данные сводятся в специальные каталоги, в соответствии с которыми и про­изводится подбор насосов (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Сводный график характеристик Q =f(H) насосов типа К

При определении режима совместной работы насосов на водопроводную сеть необходимо знать ее характеристику. Характе­ристикой внешней сети называют графическую или аналитическую зависимость между потерями напора и расходом жидкости в трубо­проводе. Полный напор, создаваемый насосом, должен быть доста­точным для преодоления гидравлических сопротивлений в сети, подъема и излива воды:

H = H_г + h_дл + h_м + h_изл, (4.21)

где H_г - геодезическая высота нагнетания, м;

h_дл - потери напора по длине, м;

h_м- потери напора в местных сопротивлениях;

h_изл - напор, необходимый для излива воды из водозаборных приборов, м.

Если выразить скорость потока как отношение расхода (Q, м³/с) к площади живого сечения (ω, м²) водовода