Як насоси, так і системи мають певні характеристики, які визначають можливість роботи конкретного насоса в даній системі. Ці характеристики повинні бути узгоджені між собою так як в іншому випадку може відбуватися пошкодження трубопроводу або насоса. Різні автори застосовують різні назви характеристик, в даному випадку використовуються терміни, представлені в монографії А.В. Александрова [1].
а. Характеристики насосів:
Q - продуктивність - обсяг водиподаваемой насосом в одиницю часу - м3 / с, на практиці використовують показник м3 / год;
Н - тиск (Па), що розвивається насосом при даній продуктивності Q. Для насосів, що перекачують воду, використовують термін «натиск». Він вимірюється несистемної величиною, наочній і зручній для практичних цілей - в метрах водяного стовпа (м. Вод. Ст., 1 м. Вод. Ст. = 9.8 кПа). Також ще зустрічається стара одиниця виміру тиску «технічна атмосфера» - атм. 1 атм .≈0.1 МПА. Для насосів закордонного виробництва застосовують також стару одиницю - бар; 1 бар ≈ 1 атм.
Таким чином, якщо відсутні втрати в трубопроводах, натиск Н - це висота, на яку насос може піднімати воду з продуктивністю Q.
- допустимий кавітаційний запас (ДКЗ) - мінімальний напір (м. Вод. Ст.), Або тиск Р вак (Па) яке повинно бути на вході в насос, щоб на лопатях робочого колеса насоса не виникала кавітація - закипання води, коли тиск в рідини стає менше тиску її насичених парів при даній температурі. Кавітація викликає ерозійне руйнування металу і істотно знижує експлуатаційний ресурс насоса.
Тиск перед входом в непрацюючий насос, вхідний патрубок якого знаходиться на рівні усмоктуваної води дорівнює атмосферному Р а. Коли насос перекачує воду тиск зменшується на тиск для подолання опору руху води Р в. Крім цього, тиск падає в порівнянні з нерухомою водою на величину динамічного розрядження Р д = 
. Коли насос піднято над рівнем засмоктує води на висоту Z н, біля входу в нього з'явиться додаткове розрядження тиску Рz = ρ gZ н. Слід також врахувати тиск насичених парів над поверхнею води в насосі Р нас. У підсумку, для роботи насоса без кавітації слід дотримуватися наступної умови:
Р а - Р ст.- Р д - Рz - Р нас> ρg ∙ 
(1.4)
величину 
(Р * вак) для насоса визначають експериментально на стенді, отримуючи криву, показану на рис. 1.61 для стандартних умов: Р а = 101300 Па (Н а = 10.3 м. Вод. Ст.), T в = 200С, Р нас. = 2490 Па, (≈ 0.25 м.вод ст.). Швидкість води при вході в насос рідко перевищує 2 м / с, що дає Р д≈ 2000 Па (≈ 0.2 м. Вод. Ст.).
Таким чином, в ідеальному випадку, якби в насосі не було обертових частин, кавітаційний запас становив ≈ 4500 Па (0.45 м.вод ст.) І насос міг би забирати воду з глибини 9.9 м (без урахування опору Р в). У реальності в відцентровому насосі крильчатка обертається з кутовою швидкістю ≈ 1400 ÷ 2800 об / хв що обумовлює високі швидкості обтікання лопатей і суттєве падіння тиску на них. Тому при номінальній продуктивності насоса досягає значень 4-5 м. вод. ст ..
У світовій практиці має позначення NPSH (Net Positive Suction Head). У вітчизняній технічній літературі [] використовується позначення ДКЗ (допустимий кавітаційний запас).
Для практичних розрахунків використовують значення більше, ніж , Отримане на стенді, застосовуючи коефіцієнт k з ап = 1.1 ÷ 1.4. Таким чином, 
= K з ап ∙ . Значення k з ап = 1.1 використовується для насосів, що працюють короткочасно (наприклад, в баластної або осушувальної системи). У цьому випадку можливе виникнення кавітації через неточності розрахунку, засміченості всмоктуючого трубопроводу та ін. Не може серйозно пошкодити насос тому зниження його ресурсу стає порівнянно із загальним міжремонтним періодом, коли можна замінити робоче колесо при плановому ремонті механізмів в МО.
Значення k з ап = 1.4 застосовується для насосів, постійно перекачувальних рідина (циркуляційні насоси), де режим кавітації неприпустимий. На жаль, в паспортах не вказується, яке значення k з ап прийнято при призначенні , Тому доводиться вважати, що в паспорті k з ап = 1.0 і вже в розрахунках приймати необхідний запас в залежності від призначення насоса.
- допустима вакуумметричного висота всмоктування. Така характеристика насоса використовувалася від самого початку промислового застосування насосів. Це пов'язано з тим, що більшість фізичних величин, що визначають початок кавітації і входять в (1.4) для судна постійні - насос працює на рівні моря при стандартній температурі 200 С. Судовому механіку була зручна характеристика, що показує на яку висоту насос може стійко (без кавітації і гідравлічних ударів) піднімати воду.
Саме ця висота наочно показується мановакуумметрів на всмоктуючому трубопроводі, на циферблаті якого була нанесена червона риска кордону небезпечного режиму.
Слід зазначити особливу небезпеку роботи насоса при значному перевищенні опору на вході в насос над Через падіння тиску відбувається закипання рідини не тільки на лопатах, а вже у всьому обсязі корпусу насоса. Суцільність потоку порушується і оскільки рідина по трубопроводу рухається за інерцією, вона вдаряє по корпусу і робочого колеса, що знаходяться в парогазової середовищі. Відбуваються циклічні гідравлічні удари .. При наближенні до цього режиму продуктивність насоса починає падати, а його робота супроводжується різким шумом і вібрацією. У насосів продуктивністю 250-400 м3 / год і більше може зруйнуватися корпус.
N - потужність насоса. Розрізняють гідравлічну потужність:
N г (Вт) = Q (м3 / с) ∙ Н (Па); (1.6)
споживану потужність
N п = Nг / η, (1.7)
де η - ККД насоса, лежить в межах 0.2 ÷ 0.8;
потужність приводного електродвигуна
N дв = N п / k ис, (1.8)
де k ис - коефіцієнт використання потужності двигуна.
Величина k ис становить 0.2 ÷ 0.7, вона менше одиниці не тільки від того, що важко підібрати електродвигун, точно відповідний по потужності даного насосу, а й з-за необхідності мати запас потужності для стійкої роботи, коли продуктивність Q знаходиться поблизу правої межі робочої частини діаграми характеристик насоса (див. далі пп. б).
У паспорті насоса і його позначенні наводяться характеристики при η≈max. наприклад, позначення насоса НЦВС 63/20 означає «насос відцентровий вертикальний самовсмоктуючий з продуктивністю 63 м3 / год і напором при цій продуктивності Н = 20 м. вод. ст. ». Однак всі перераховані вище характеристики не є постійними для даного насоса - вони змінюються при зміні продуктивності Q. Ці залежності відбивається на діаграмі характеристик насоса. Дані по вітчизняним насосів наведені в Додатку 2.
б. Діаграма характеристик насоса
Кожен з типів насосів має свій вид діаграми. В якості найбільш загальної прикладу розглянемо діаграму характеристик відцентрового самовсмоктуючого насоса, показану на малюнку 1.60.
Це призводить до виникнення автоколивань рідини в трубопроводі. Такий характер роботи насоса називається «помпаж» оскільки вода при цьому випливає з труби так, як це відбувається у старовинних ручних пожежних помп - ривками. У такому режимі насос працює нестійкий і при несприятливому збігу умов в системі можуть відбуватися гідравлічні удари. Тому «робоча частина» починається в зоні, де характеристика має явно виражений похилий вид. Однак, при малих значеннях продуктивності мало значення кавитационного запасу Н вак, що збільшує висоту всмоктування насоса. Справа «робоча частина» характеристики обмежена через те, що за цією межею знаходиться зона нестійкої роботи насоса, обумовлена вже особливістю характеристики «момент-число обертів» електродвигуна. При цьому можуть відбуватися коливання швидкості обертання електродвигуна, також призводить до коливань швидкості руху потоку через насос, виникненню противодавления і розрядження. Все це може викликати періодичну перевантаження двигуна і вихід його з ладу або гідравлічні удари в насосі.
У зв'язку з цим, треба прагнути до виключення роботи насоса за правою границею робочої частини, що особливо важливо при великій довжині трубопроводу, приєднаного до нагнітального патрубка насоса. Робота в зоні перед лівої кордоном повинна бути короткочасною, тільки в період запуску насоса.
Значення характеристики насоса Н вак (кавітаційний запас) плавно наростає зі збільшенням продуктивності Q. Таким чином, при малій продуктивності висота всмоктування насоса може підвищуватися до 7 ÷ 8 м. Вод. ст.
Крива споживаної потужності Nп = f (Q) відповідно до (1.4) має вигляд прямої або злегка випуклою лінії, що обумовлено «падаючим» характером залежності Н = f (Q).
Залежність для к.к.д. - η = f (Q) має максимум при паспортної або кілька більшої продуктивності насоса.
Найбільш спірною є залежність = F (Q). У літературі 50- 60 рр. і конструкторської документації деяких ЦКБ вона має вигляд, показаний на рис. 1.63. У більш пізніх джерелах вона не наводиться, але в паспортах вказується, наприклад, «допустима висота всмоктування - 6 м». Хоча завжди слід мати на увазі зроблене раніше зауваження про можливу плутанини між допустимою висотою і кавітаційним запасом.
З зіставлення залежності (1.5) і кривої Н вак на рис. 1.61 можна зробити висновок, що крива повинна бути похилій. Швидше за все, її горизонтальний вигляд (див. Ріс.1.63) в межах робочої частини дає певний запас, встановлюючи реальне значення допустимої висоти всмоктування біля правої межі робочої частини. З позицій надійності роботи насоса в системі така форма цілком прийнятна для розрахунків, оскільки дає певний запас, що компенсує можливі неточності розрахунку.
Розглянуті вище характеристики насоса необхідні для узгодження його спільної роботи з перекачує трубопроводом, який також має свої характеристики.
в. Характеристики трубопроводу системи і узгодження їх з характеристиками насоса
Характеристика трубопроводу Н спредставляет собою залежність гідравлічного опору переміщення по ньому рідини від швидкості v цієї рідини.
Ріс.1.62. Діаграма характеристик системи: I -всасивающая частина; II - нагнітальна. Залежність має вигляд квадратичної параболи і зазвичай виражається в функції від витрати рідини через трубу Q, який пов'язаний зі швидкістю: Q = π ∙ d2 ∙ v / 4. (1.9) Коли в трубопроводі є насос (рис. 1.62), що розділяє трубопровід на всмоктувальну I і нагнетательную частини II, характеристика всмоктуючої частини H вс будується окремо, як показано на малюнку. . При нульовій витраті Н з починається зі значення геометричної висоти 
Мал. 1.63. Узгоджені характеристики системи і насоса; - - - - - становище характеристики Н вс в разі тривалої роботи насоса підйому рідини в системі Z c, а Н вс -з висоти підйому рідини до насоса Z нд. Побудова цих характеристик проводиться на основі гідравлічного розрахунку, який буде дано нижче, в п. 2.7. Необхідність поділу викликана тим, що для забезпечення працездатності системи з даними насосом Н вс потрібно порівнювати з 
насоса, а Н з з характеристикою насоса Н. Для цього характеристики системи накладаються на діаграму характеристик насоса, (рис. 1.63).
Як дано в [1] має дотримуватися умова > Н з + 
.
Працездатність системи з даними насосом забезпечується тільки за умови узгодження характеристик між собою. Приклад узгодження показаний на рис. 1.63.
Робоча (на відміну від паспортної Q) продуктивність насоса Q раб при спільній роботі з системою визначається точкою А перетину характеристик насоса Н і системи Н с, в якій напір насоса дорівнює гідравлічному опору системи.
Ця точка перетину повинна знаходитися в межах робочої частини характеристики насоса. Крім цього, точка Б -пересеченія лінії з Н вс повинна обов'язково розташовуватися праворуч від точки А, так як в противному випадку Н вс буде перевищувати . Але такий стан, як зазначено вище, допустимо тільки в короткочасно працюють системах (баластної, осушувальної). Для насосів ж постійно працюють, характеристика Н 'вс (див. Рис. 1.63) повинна проходити нижче кавитационного запасу 
. Крім розглянутих обмежень, при узгодженні слід враховувати обмеження по гранично допустимої швидкості води в трубопроводі, що може обмежувати значення Q раб.
Існують насоси (як правило, льяльні), виробники яких не надають їх характеристик, обмежуючись лише паспортними значеннями Н, Q, , і іноді . При їх узгодженні необхідно, щоб Q раб ≤ Q, Н> Нс, Н вс < .
Для систем, у яких Z нд (див. Рис. 1.62) істотно перевищує або (Опалювальна, водопостачання та ін.) Для узгодження їх з відповідними насосами досить виконання умови Н> Нс.
Процедура погодження і деякі прийоми будуть розглянуті нижче, в п. 2.7, присвяченому гідравлічним розрахунками.
г. Паралельне і послідовне включення насосів в системі
При паралельній роботі двох насосів на одну систему їх сумарна характеристика виходить шляхом додавання на діаграмі значень Q характеристики кожного насоса. При однакових насосах, з'єднаних паралельно можна збільшити витрату рідини в магістралях системи, але не в два рази, а менше, оскільки їх результуюча характеристика стає більш пологою щодо характеристики системи, як показано на малюнку 1.64-а.
Надбавка продуктивності залежить від крутизни характеристики системи. При паралельному включенні двох насосів, неоднакових за паспортними значеннями Н і Q забезпечити їх спільну стійку роботу вкрай складно, в силу різних причин, які тут не розглядаються, оскільки в реальному проектуванні систем такий варіант слід виключати спочатку.
Послідовне включення насосів (ріс.1.64-б) дозволяє збільшити сумарний натиск, їх характеристики підсумовуються «по вертикалі». Найбільший виграш в прирості напору буде при «крутий» характеристиці системи.
.Це використовується в вантажних системах танкерів при вивантаженні нафтопродуктів. Слід зазначити, що насоси можуть тут мати різні значення паспортних характеристик, однак насос, який має більше значення Q повинен стояти першим по ходу руху рідини.
Для швидкого з'єднання різними способами застосовуються насоси, які на одному валу мають дві крильчатки з роздільними вхідними та вихідними патрубками. Ці патрубки мають можливість паралельного або послідовного з'єднання. Подібні насоси застосовувалися до 60-х років і в загальносуднових системах. При паралельному включенні такої насос працював в баластної системі, забезпечуючи малий час відкачування баласту, а при послідовному з'єднанні патрубків створював високий натиск, необхідний в водопожарной системі. У сучасних джерелах не вдалося знайти відомостей про таких насосах, мабуть в силу того, що наступні редакції Правил сильно обмежили використання водопожарних насосів не за прямим призначенням.
Дата додавання: 2015-04-04; переглядів: 48; Порушення авторських прав
