Определение рабочего режима насосной установки

Насосная установка, как указывалось ранее, включает насосный агрегат и систему трубопроводов. В процессе работы оба эти элемента установки находятся в определенной технологической связи. Действительно, для перемещения жидкости по системе трубопроводов насосной установки (рис. 21) необходим избыточный напор

                                 (4 - 8)

и этот напор создается насосом за счет работы двигателя. Другими словами, напор насоса должен быть равен сумме геометрической высоты водоподъема и гидравлических сопротивлений системы трубопроводов.

Потери напора на гидравлические сопротивления в трубопроводах зависят от квадрата скорости v течения в них и, согласно выводам гидравлики, могут опреде­ляться еще и уравнением следующего вида:

                   (4 - 9)

где: l - коэффициент шероховатости стенок трубопровода, а остальные члены те же, что и в уравнении (2-31).

Учитывая, что  где F - площадь живого сечения трубопровода, будем иметь:

                      (4 - 10)

Для заданного трубопровода величины l, d, F, 2g, постоянны, поэтому формула (4-10) может быть записана так:

                                           (4 - 11)

где:  постоянная для трубопровода величина, характеризующая его размеры и материал.

В таком случае напор насосной установки, необходимый для перемещения в нем жидкости с расходом Q, согласно выражению (2-12), будет равен:

                                     (4-12)

Это уравнение связывает между собой все величины, характеризующие систему трубопроводов насосной установки, и потому называется гидравлической характеристикой этой системы.

Пользуясь указанным выражением, можно построить эту характеристику в графическом виде, если задаваться различными значениями расхода Q. В общем случае эта характеристика трубопровода будет иметь вид, показанный на рисунке 45. На нем ясно видно, какие нужны напоры для транспортирования того или иного расхода по заданной системе трубопровода.

При построении на одном чертеже характеристики насоса и характеристики трубопровода (совмещение графиков) получим график (рис. 46), характеризующий работу насосной установки.

Рис. 45. Графическая характеристика системы трубопроводов

Характеристика насоса дает представление об условиях и возможностях создания напора для того или иного расхода при определенном числе оборотов этого насоса. А характеристика трубопровода показывает, какие требуются напоры для обеспечения транзита тех же расходов по трубопроводам насосной установки. С увеличением расхода до величины Q_a имевшееся вначале значи­тельное превышение возможных напоров над потребными постепенно уменьшается. При расходе Q_a возможный напор насоса оказывается равным напору, необходимому для транспортирования жидкости в системе трубопроводов насосной установки. И, наконец, при дальнейшем увеличении расхода происходит рост нехватки напора у насоса по сравнению с потребным напором установки.

Точка А пересечения кривой H-Q насоса и кривой потребных напоров системы трубопроводов насосной установки называется рабочей точкой насосной установки. Она показывает единственно возможную подачу данного насоса в заданную систему трубопроводов установки без регулирования его работы. Этим условием определяется и подбор насосов по каталогу, так как обычно стремятся подобрать насос так, чтобы его напор при лучшем к. п. д. был бы равен расчетному напору насосной установки.

В реальных условиях работы насосных установок, особенно при водозаборе из открытых водоисточников (рек, озер, водохранилищ) с переменными уровнями воды в них, положение рабочей точки на кривой H-Q не постоянно.

Рис. 46. Графическая характеристика насосной установки

Так, при наполнении напорного резервуара установки рабочая точка А перемещается по кривой Н-Q влево (см. точку А' на рис. 47), так как при этом увеличивается геометрическая высота водоподъема H_г, а кривая гидравлических сопротивлений в трубопроводах остается без изменений. При опорожнении напорного резервуара кривая гидравлических сопротивлений трубопровода, ввиду уменьшения геометрической высоты водоподъема H_г, опустится вниз, и рабочая точка из положения А переместится вправо (см. точку А" на рис. 47). Это обстоятельство следует обязательно учитывать при проектировании насосной установки, так как с увеличением подачи мощность насоса увеличивается, а всасывающая его способность уменьшается.

Рис. 47. Влияние положения уровней воды в резервуаре на работу насоса.