СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НАСОСОВ И СЕТИ

Для определения рабочей точки и выполнения анализа работы насосов в период их последующей эксплуатации необходимо на одном графике построить:

  • • характеристику насоса;
  • • характеристику сети.

Точка пересечения этих линий позволит получить фактическую подачу и напор, создаваемый насосом при работе на данную сеть. Данная точка называется «рабочей точкой».

Для получения характеристики сети воспользуемся формулой потребного напора насоса (2.11), который нужно создать, чтобы подать воду потребителю:

Потери напора во всасывающих (ho-i) и напорных (Л2-3) трубопроводах складываются из потерь на преодоление трения о стенки труб по длине hi и затрат энергии на вихреобразование в фасонных частях и арматуре (местные сопротивления) hM:

С помощью формулы Дарси-Вейсбаха величину сопротивлений по длине можно получить по следующей формуле:

где S - гидравлическое сопротивление трубопровода, с25, которое можно определить по формуле

где So - удельное сопротивление, с26; / - длина трубопровода, м.

Значение So выписывается из таблиц гидравлического расчета водопроводных труб Ф. А. Шевелева в зависимости от материала и диаметра трубы.

Среднюю скорость движения потока V принимают в зависимости от диаметра трубопровода в соответствии с п. 10.10 СП 31.1333.2012 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Рекомендуемые скорости представлены в табл. 12.1.

Исследования Ф. А. Шевелева показали, что пропорциональность сопротивлений квадрату расхода при движении воды по трубам при скорости менее 1,2 м/с нарушается и в значения удельных сопротивлений необходимо вводить поправочный коэффициент к, который учитывает область сопротивления.

Таблица 12.1

Диаметр труб, мм

Скорости движения воды в трубопроводах насосных станций, м/с

всасывающие

напорные

До 250

0,6-1

0,8-2

Свыше 250 до 800

0,8-1,5

1-3

Свыше 800

1,2-2

1,5-4

В связи с этим зависимость (12.2) принимает вид:

Поправочный коэффициент к для неновых стальных и чугунных труб без внутренних покрытий можно определить по зависимости

Местные сопротивления hM обычно определяются с помощью формулы Вейсбаха:

где С, - коэффициент местного сопротивления.

Однако для уменьшения времени расчета, как правило, в наружных напорных и всасывающих водоводах определяют только потери по длине hi, а местные сопротивления принимаются в размере 5-10 % от величины hi. Для этого в зависимость (12.4) вводится коэффициент р, равный 1,05-1,10.

Далее подставим выражение (12.7) в формулу напора (2.11) и получим уравнение характеристики сети:

Графически выражение (12.8) представляет собой параболу с вершиной в точке Q = 0 и Я = Яст (рис. 12.1). В случае уменьшения диаметра трубопровода при постоянном расходе жидкости происходит увеличение сопротивления трубопровода S и возрастание потерь напора h.

Характеристика сети при различных диаметрах трубопровода

Рис. 12.1. Характеристика сети при различных диаметрах трубопровода

При проектировании насосных станций, в зависимости от сложности трубопроводной системы, гидравлическое сопротивление включает в себя следующие составляющие:

где 5вслр и ^нап.тр - сопротивление всасывающего и напорного водовода за пределами насосной станции; Sh.ct - сопротивление трубопроводной обвязки внутри насосной станции; Sc^b - сопротивление в городской сети (в случае насосной станции 2-го подъема).

Сопротивление всасывающих водоводов можно вычислить по следующей зависимости:

где Швс.тр- число всасывающих водоводов.

Сопротивление напорных водоводов определяется по аналогичной зависимости.

Сопротивление трубопроводной обвязки внутри станции .Sh.ct определяется из формулы:

где hH.ст- потеря напора в трубопроводах насосной станции.

Потери напора в трубопроводной обвязке внутри насосной станции уточняются по зависимости (12.1). При этом потери напора по длине hi на участках труб устанавливаются по формуле

где i - гидравлический уклон (величина потерь напора, приходящаяся на единицу длины трубопровода), который определяется по таблицам гидравлического расчета водопроводных труб Ф. А. Шевелева.

Для полиэтиленовых труб рекомендуется использовать таблицы О. А. Продоуса. Также производители труб предлагают собственные таблицы для расчета, которые являются более точным источником для вычисления сопротивления.

Потери напора в местных сопротивлениях hM насосной станции уточняются по формуле (12.6).

Для уточнения потерь напора внутри насосной станции выбирается наиболее протяженный путь движения потока в трубопроводной обвязке. По пути движения потока записываются все участки труб по длине и местные сопротивления с указанием расчетных расходов и скоростей на каждом участке. Для удобства расчет оформляется в виде таблиц (см. пример задачи).

Сопротивление водопроводной сети Seen, определяется по формуле (12.11), только в нее подставляются потери напора в сети /гсети-

Пересечение характеристики насоса и сети позволяет получить рабочую точку (рис. 12.2). На рис. 12.2 показаны два варианта положения рабочей точки. Если по расчету требуется перекачать жидкость с расходом Q и при этом создать напор, соответствующий #2, то с помощью насоса, имеющего представленную характеристику (H-Q)насос, этого никогда не удастся достичь.

Совместная работа насоса и сети

Рис. 12.2. Совместная работа насоса и сети

При условии создания давления #2, не включая систему регулирования, мы сможем получить только расход Q2, что влечет за собой излишние затраты электроэнергии и увеличение нагрузки на электродвигатель.

Если в ходе эксплуатации уровень воды в приемном резервуаре понижается, то статический напор НСТ 2 возрастает до величины #ст ь при этом характеристика сети не меняется, а переносится параллельно. Данный процесс ведет к увеличению потребного напора до величины Н и снижению подачи насосной станции с до Q.

Если применительно к рис. 12.2 рассмотреть работу водонапорной башни, то крайним положением уровня воды в ней является верх бака, который в момент полного заполнения водой соответствует статическому напору Яст ь В данном случае к системе подключается много потребителей и начинается интенсивный водораз- бор, в результате чего уровень воды в баке понижается и доходит до некоторого нижнего расчетного положения, при котором насос функционирует в рабочей точке 2 (р.т. 2). Далее водопотребление в системе начинает уменьшаться, избыток воды поступает в бак, в результате чего поднимается уровень и увеличивается потребный напор. Поэтому насосный агрегат начинает снижать подачу, постепенно возвращаясь в положение рабочей точки 1 (р.т. 1). В целом система «водонапорная башня - потребитель» является взаимозависимой, и насос откликается на запросы потребителя в требуемом расходе.

Задача № 1. На насосной станции установлено два центробежных насоса (один рабочий и один резервный). Диаметр всасывающего патрубка насоса составляет 100 мм. Диаметр напорного патрубка насоса равен 80 мм. Насосная перекачивает воду из резервуара А в резервуар В с расходом 50 л/с (рис. 12.3). Статический напор равен Ясг = 5 м. Длина всасывающей линии от резервуара А до стены насосной станции составляет 20 м; длина напорного водовода от станции до резервуара В - 1000 м. Трубопроводы принять стальными без внутреннего покрытия. Всасывающий и напорный трубопроводы располагаются на одной отметке. Характеристика насоса представлена на рис. 12.4. Необходимо определить потери напора в трубопроводах и построить характеристику сети.

Решение. Первоначально подбираем диаметры всасывающего (участок 1-2) и напорного (участок 12-13) водоводах по таблицам Ф. А. Шевелева с учетом диапазона допустимых скоростей из табл. 12.1. Для расхода 50 л/с на всасывающей линии подходит стальная труба 273x6,0 (dy = 250 мм), в которой скорость потока и гидравлический уклон составляют VBC = 0,94 м/с и 1000/ = 5,67. Для напорной линии подходит стальная труба 219x4,5 (dy = 200 мм), в которой скорость потока и гидравлический уклон составляют Уиап = 1,46 м/с и 1000/= 17,4.

Схема трубопроводной обвязки насосной станции 92

Рис. 12.3. Схема трубопроводной обвязки насосной станции 92

Характеристика насоса к задаче № 1

Рис. 12.4. Характеристика насоса к задаче № 1

Далее определим потери напора во всасывающем и напорном водоводах по зависимости (12.12) с умножением на коэффициент р, учитывающий местные сопротивления:

Уточним потери напора внутри насосной станции. Выделим наиболее протяженный путь движения потока в трубопроводной обвязке станции. Так как постоянно работает только один насос, то выберем путь до наиболее удаленного по схеме насоса 2-12 (см. рис. 12.3). Диаметры всасывающих и напорных трубопроводов в данном случае эквивалентны наружным, так как полный расход перекачивается одним насосом. Для определения потерь напора по длине на выделенных участках также воспользуемся формулой (12.12). Расчет оформлен в виде табл. 12.2.

Потери напора в местных сопротивлениях определяются по формуле (12.6). По ходу движения к насосу поток преодолевает тройник (на проход), отвод, задвижку и переход на диаметр всасывающего патрубка насоса. Для напорного трубопровода к перечисленному перечню сопротивлений добавляется обратный клапан.

93

Для всех сопротивлений, кроме переходов, в зависимость (12.6) подставляются скорости, характерные для всасывающего и напорного трубопроводов. При определении потерь напора в переходах необходимо подставлять скорость потока в меньшем диаметре, во всасывающем и напорном патрубках насоса.

Таблица 12.2

Номер

участка

Длина

участка,

м

Расчетный расход Q, л/с

Диаметр

участка,

мм

Скорость потока V,

м/с

1000 /, м

Потеря напора по длине hi, м

Во всасывающей линии (от стены здания до насосного агрегата)

2-3

5

50

250

0,94

5,67

0,030

3-4

3

50

250

0,94

5,67

0,020

4-5

2

50

250

0,94

5,67

0,011

5-6

1

50

250

0,94

5,67

0,006

Итого во всасывающей линии

0,067

В напорной линии (от насосного агрегата до стены здания)

7-8

2

50

200

1,46

17,40

0,035

8-9

1

50

200

1,46

17,40

0,017

9-10

3

50

200

1,46

17,40

0,052

10-11

3

50

200

1,46

17,40

0,052

11-12

5

50

200

1,46

17,40

0,087

Итого в напорной линии

0,243

Потеря напора по длине в насосной станции

0,310

Вычислим скорость движения потока во всасывающем патрубке насоса:

Аналогично поступим для расчета скорости в напорном патрубке насоса:

Расчет по вычислению потерь напора в местных сопротивлениях насосной станции оформлен в табл. 12.3.

Таблица 12.3

Наименование местного сопротивления

Диаметр

участка,

мм

Скорость потока V, м/с

Коэффициент ?

Потеря напора Лм, м

Во всасывающей линии (от стены здания до насосного агрегата)

Тройник на проход

250

0,94

0,1

0,005

Отвод 90°

250

0,94

0,6

0,027

Задвижка

250

0,94

0,2

0,009

Переход 250/100

100

6,37

0,1

0,207

Итого во всасывающей линии

0,248

В напорной линии (от насосного агрегата до стены здания)

Переход 80/200

80

9,95

0,25

1,261

Обратный клапан

200

1,46

1,7

0,185

Задвижка

200

1,46

0,2

0,022

Отвод 90°

200

1,46

0,6

0,065

Тройник на проход

200

1,46

0,1

0,011

Итого в напорной линии

1,544

Потеря напора в местных сопротивлениях насосной станции

1,792

Далее определяем общую величину потерь напора:

Для расчета гидравлического сопротивления всасывающего водовода предварительно вычислим поправочный коэффициент к по формуле (12.5):

По таблицам Ф. А. Шевелева удельное сопротивление для неновой стальной трубы диаметром dy = 250 составляет So = 2,187 с2/м6.

По зависимости (12.10) определим величину гидравлического сопротивления всасывающего водовода:

Аналогично по формуле (12.10) вычислим сопротивление напорного водовода. Так как скорость в напорном водоводе более 1,2 м/с, то коэффициент к не учитывается. Удельное сопротивление по таблицам для трубы диаметром dy = 200 мм составляет So = 6,959 с26.

Вычислим по формуле (12.11) сопротивление трубопроводной обвязки насосной станции:

Далее сложим все гидравлические сопротивления: и подставим в уравнение характеристики сети (12.8):

Далее, подставляя в уравнение (12.23) значение расхода, определим координаты точек характеристики сети. Результаты расчета оформляются в виде табл. 12.4.

Таблица 12.4

Подача Q, л/с

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Подача Q, м3

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

Напор Н, м

5

5,9

8,4

12,7

18,7

26,4

35,8

46,9

59,7

По данным табл. 12.4 строим характеристику сети (рис. 12.5) и на пересечении с характеристикой насоса получим рабочую точку.

Совместная работа насоса и сети

Рис. 12.5. Совместная работа насоса и сети

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >