Класифікація відцентрових насосів

ГІДРАВЛІЧНІ І

АЕРОДИНАМІЧНІ

МАШИНИ

 

 

2013

УДК 628.12.002.5; 621.65 (075.32)

 

 

       В конспекті розглянуто насоси різних типів і конструкцій, які застосовуються в системах теплопостачання і водопостачання. Описані принципи їх дії і технічні характеристики. Більш детально розглянуто відцентрові насоси, їх сумісна робота з трубопровідними мережами, а також, різні варіанти паралельної та послідовної роботи насосів.

       Конспект призначений для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за спеціальністю «Теплогазопостачання і вентиляція». Може бути корисним для фахівців, які працюють в галузі теплогазопостачання і вентиляції.

Іл. 79. Табл. 9. Бібліогр. 20 назв.

 

       Друкується за рішенням Вченої Ради Вінницького національного технічного університету

 

ISBN                                  Ó

2013

Вступ

 

Гідравлічними (аеродинамічними) машинами називають пристрої, які перетворюють підведену до них енергію в механічну енергію рідини (газу), або навпаки. Із гідравлічних та аеродинамічних машин в системах водопостачання і каналізації використовуються, здебільшого, насоси, повітродувки та компресори невисокого тиску.

Насоси та водопідіймачі належать до одних із перших ме­ханізмів, якими людство користувалося ще задовго до нашої ери. Їх конструкції змінювалися від найпростіших, таких як: вороти, ”журавлі”, водопідіймальні колеса до сучасних конструкцій різноманітних насосів.

Поршневі насоси використовувалися ще стародавніми гре­ками та римлянами для викачування води із трюмів кораблів.

Появі відцентрових насосів передували водяні двигуни у виді водяних колес (водяні млини). Ці механізми були широко поширені в усій Європі і, зокрема, на території України.

Ідея відцентрового насоса виникла ще в XVII сторіччі. За дея­кими даними, перший насос, що працював за рахунок дії відцентрової сили, побудував у 1703 році інженер Папін.

Довго розповсюдження відцентрових насосів стримувалося відсутністю швидкісних двигунів. З винайденням наприкінці ХІХ століття електродвигунів почалося дійсно широке розповсюдження відцентрових, а трохи згодом, і осьових (пропелерних) насосів. Зараз ці насоси зайняли провідне місце в усіх галузях техніки, де виникла потреба у перекачуванні великих кількостей рідини.

Вперше теорія відцентрового насоса була розроблена видатним математиком, членом Петербуржської академії наук Леонардом Ейлером (1707 - 1783 рр.).

Теорія пропелерних насосів базується на теорії крила літака, яка була розроблена професором Миколою Єгоровичем Жуковським (1847 - 1921 рр.).

Подалі значний вклад у розвиток теорії насосів та практики їх використання внесли такі вчені як Г.Ф.Проскура, І.І.Куколевський, А.Г.Шухов, М.Г.Малі-шевський, С.С. Руднев, А.Є. Караваев, В.Я. Карелін та інші. Слід сказати, що академік Г.Ф. Проскура та професор М.Г. Малішевський жили та працювали у Харкові.

Виробництво насосів у колишньому СРСР було розподілено між багатьма заводами різних республік і, вцілому, охоплювало всю необхідну номенклатуру. Зараз в Україні насоси виробляються на кількох заводах, найбільшим з яких є Сумський насособудівельний. Але багатьох марок насосів в Україні зараз не виробляють. Тому особливо актуальною задачею є підготовка фахівців, які були б спроможні вирішити проблему виробництва насосів достатньої номенклатури (зокрема і розробити цю номенклатуру), а також найкращим чином використовувати при проектуванні насосних станцій існуючу номенклатуру насосів.

Курс «Гідравлічні і аеродинамічні машини» повинен дати майбутньому спеціалісту за фахом «Теплогазопостачання і вентиляція» необхідні знання у сферах: будови та конструкцій насосів, повітродувок та компресорів; проектування насосних установок для систем водопосточання, каналізації і промисло-вих підприємств; експлуатації насосів та насосних станцій.

Цей конспект написаний згідно з програмою дисципліни «Гідравлічні і аеродинамічні машини» освітньо-професійної програми вищої освіти за професійним спрямуванням «Будівництво» для студентів вищих навчальних закладів за спеціальністю 7.06010107 - «Теплогазопостачання і вентиляція». Особлива увага приділена відцентровим насосам. Детально розглянута сумісна робота цих насосів з трубопроводами, а також, різні варіанти їх паралельної та послідовної роботи.

Насоси.

Насосом називається машина, яка перетворює підведену до неї енергію в механічну енергію краплинної рідини, що перекачується.

Класифікація насосів.

 

За видом підведеної енергії насоси можна поділити на теплові, електричні та механічні.

В теплових насосах використовується явище теплового розширення самої перекачуваної рідини, або елементів насоса. Ці елементи можуть бути твердими, рідкими або газоподібними. До теплових можна віднести термосифонні системи опалення, насоси Гемфрі та ін.

До електричних відносять три види насосів: 1-елек-трогідродинамічні (електромагнітні), які діють на принципі взаємодії струму, підведеного до електропровідної перекачуваної рідини, і магнітного поля, через яке ця рідина протікає. 2-електроіскрові в яких енергія передається рідині в результаті локального випарювання і різкого збільшення об’єму рідини в зоні електророзряду. 3 - магнітострикційні - в яких використовується властивість деяких рідин змінювати свій об’єм під дією електромагнітного поля (ця властивість називається магнітострикцією).

Механічні насоси перетворюють механічну енергію твердого, рідкого або газоподібного тіла в механічну енергію рідини. Це найбільш поширена група насосів. В системах водопостачання та каналізації використовуються майже виключно механічні насоси. Тому надалі в курсі лекцій будуть розглядатися насоси тільки цієї групи. Механічні насоси дуже різноманітні. До них належать відцентрові, осьові (пропелерні), поршневі, струминні, вібраційні і багато інших.

Головні параметри насосів.

 

Головними параметрами, які характеризують роботу насосів, є: подача, напір (або тиск), потужність, коефіцієнт корисної дії, вакууметрична висота всмоктування (або кавітаційний запас).

Подачею (продуктивністю) насоса називається кількість рідини яку насос подає за одиницю часу. Відрізняють об’ємну та вагову подачу. Об’ємна подача найчастіше позначається буквою Q і вимірюється в м³/год; або в л/с. Вагова подача вимірюється в Н/с або кН/год.

Напір насоса - це приріст питомої енергії, який насос передає одиниці ваги рідини, яку перекачує. Напір позначається буквою Н і має розмірність ”метри”:

Тиск насоса - це приріст питомої енергії, який насос передає одиниці об’єму рідини, яку перекачує. Тиск позначається буквою Р і має розмірність Па:

Тиск і напір - взаємопов’язані величини: , де: - густина рідини, що перекачується;

        g - прискорення сили тяжіння.

Потужність, яку споживає насос, витрачається на створення потрібного (корисного) напору і на покриття усіх втрат енергії, які мають місце в насосі при перетворенні підведеної до нього механічної енергії в енергію рідини. Потужність найчастіше позначається буквою N і вимірюється у ватах та кіловатах. Корисна потужність визначається по формулі:

   

Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) враховує усі види втрат, які виникають при перетворенні механічної енергії двигуна в енергію рідини. Позначається буквою  і визначається як відношення корисної потужності до потужності на валу насоса:

 < 1,0

Вакууметричною висотою всмоктування називається величина вакууму, що виникає на вході в насос. Вона вимірюється в метрах стовпа рідини, яка перекачується і дорівнює різниці між атмосферним тиском та тиском на вході в насос:

де: - густина рідини, що перекачується;

  g - прискорення сили тяжіння.

 

Відцентрові насоси

Схема будови та принцип дії

Головним робочим органом насоса є робоче колесо 1 (дивися рисунок 1), яке насаджено на вал 9 так, щоб воно могло вільно обертатися всередині корпуса 3 насоса.

Рисунок 1. 1-робоче колесо; 2 - лопатка робочого колеса; 3 - корпус; 4 - усмокту-вальний трубопровід; 5 - приймальний клапан; 6 - напірний трубопровід; 7 - засувка; 8-штуцер для заливання насоса; 9 - вал на який насаджено робоче колесо.

Робоче колесо складається з двох дисків (переднього та заднього) між якими розміщуються лопатки (лопасті) 2. Лопатки відцентрового насоса часто мають циліндричну форму і загнуті назад по відношенню до напрямку обертання робочого колеса. В деяких конструкціях насосів лопатки мають складну кривизну. Лопатки з’єднують обидва диски в одну жорстку конструкцію і разом з ними створюють, так звані, міжлопасні канали колеса.

Перед пуском увесь корпус і всмоктувальний трубопровід відцентрового насоса необхідно заповнити рідиною, яку буде перекачувати насос (залити насос). Якщо після заливання насоса почати обертати робоче колесо, то разом з ним почне обертатися і рідина, яка знаходиться всередині міжлопасних каналів. При цьому на кожний об’єм рідини масою m, який знаходиться всередині міжлопасного каналу на відстані r  від

осі обертання робочого колеса, буде діяти відцентрова сила величина якої описується виразом:  де:    - кутова швидкість обертання.

Під дією цієї сили рідина буде викидатися із міжлопасних каналів в спіральний канал корпусу насоса. При цьому в периферійних зонах робочого колеса та в спіральному каналі буде створюватися підвищений тиск, а в центрі робочого колеса буде виникати розрідження. Для нормальної роботи відцентрового насоса необхідно забезпечити відведення рідини із спіральної камери насоса і подачу її до центру робочого колеса. Для цього монтуються напірний та всмоктувальний трубопроводи. По напірному трубопроводу вода рухається під дією тиску, створеного насосом. По всмоктувальному трубопроводу рідина рухається під дією різниці тисків над вільною поверхнею в всмоктувальному резервуарі (атмосферний тиск) і в центральній зоні робочого колеса (розрідження - вакуум).

Спіральна камера призначена для плавного відведення рідини із робочого колеса в напірний трубопровід і для поступового зменшення швидкості руху рідини з метою перетворення кінетичної енергії рідини в потенційну енергію тиску.

Конструкція насоса повинна запобігати перетіканню рідини із спіральної камери в зону розрідження в центрі робочого колеса. Цього досягають зменшенням зазорів між дисками робочого колеса та корпусом насоса, а також установкою спеціальних ущільнюючих кілець. В насосі слід, також, запобігати попаданню повітря із навколишньої атмосфери в зону вакууму в центрі робочого колеса. Цього досягають установкою сальникових ущільнень  в місцях проходу рухомих деталей через корпус насоса.

Як видно із наведеної вище формули, відцетрова сила, що діє на рідину, а внаслідок і тиск, що створює насос, тим більша, чим більші швидкість обертання та діаметр робочого колеса. Тому для відцентрових насосів використовують швидкісні двигуни. Найчастіше це електродвигуни.

 

Подача насоса

На підставі рівняння суцільності потоку для циліндричного перерізу на виході із робочого колеса можна записати: Q_{теор. ¥} = 2 p r₂b₂V_2r = 2 p r₂b₂V₂ sin a ₂  ,     

де: b₂ - ширина робочого колеса (відстань між дисками дивися рисунок 4) на виході.

Якщо урахувати, що деяку частину площі циліндричного перерізу на виході з колеса займають лопатки, то ця формула запишеться у вигляді:

 ,   

де: y ₂ - коефіцієнт утиснення потоку лопатками на виході із робочого колеса; d₂ - зовнішній діаметр робочого колеса.

.

Тут: z - кількість лопаток; d ₂ - товщина лопатки на виході із робочого колеса;    - товщина лопатки в циліндричному перерізі, що розглядається;  - робочий кут лопатки на виході із колеса. Для більшості насосів y ₂ знаходиться в межах 0,90-0,95.

Фактична подача насоса завжди буде менше від теоретичної через наявність перетікання рідини всередині насоса. Тому подача насоса визначається виразом:

 , де h _об - об’ємний коефіцієнт корисної дії насоса.

 

Висота всмоктування насоса.

 

При проектуванні насосних станцій висота розміщення насосів над рівнем води, а як наслідок, і глибина будівлі насосної станції, визначається в залежності від висоти всмоктування насосів. Вирізняють геометричну висоту всмоктування та вакууметричну висоту всмоктування. Геометричною висостою всмоктування (Н_г.у.) називають різницю геодезичних відміток осі робочого колеса насоса і рівня води в резервуарі, з якого насос бере воду.

Рух рідини по всмоктувальному трубопроводу до насоса відбувається під дією різниці тисків на вільну поверхню в всмоктувальному резервуарі (Р_атм) і на вході в робоче колесо (Р₁). Різниця між цими тисками це величина вакууму на вході в робоче колесо насоса, або вакууметрична висота всмоктування:  .

Рисунок 10.

 

Скористаємося рівнянням Бернуллі для потоку реальної рідини, яка рухається між перерізами 0 - 0 та 1 - 1. За площину порівняння приймемо площину 0-0, а швидкість руху рідини в перерізі 0-0 приймемо рівною нулю:

 .

Звідси   ,

де: V₁ - швидкість руху рідини в перерізі 1-1; h_п.усм. - повні втрати напору між перерізами 0-0 та 1-1 (повні втрати напору в всмоктувальному трубопроводі).

Таким чином, геометрична висота всмоктування насоса менша за вакууметричну на величину повних втрат напору в всмоктувальному трубопроводі і на величину швидкісного напору в всмоктувальному патрубку насоса.

Найбільша геометрична висота всмоктування насоса обмежується допустимою вакууметричною висотою всмоктування ().

Теоретично для роботи насоса необхідно, щоб абсолютний тиск рідини при вході в насос був більшим за тиск насиченого пару рідини при даній температурі (в противному разі рідина буде кипіти). Практично понад цим тиском ще слід зберігати деякий запас енергії, який називається кавітаційним запасом і позначається D h.

В технічних паспортах насосів (а відповідно і в літературі) наводяться всмоктувальні характеристики насосів у вигляді графічних залежностей D h, або  від подачі насоса.

Якщо відома величина D h, то найбільшу геометричну висоту всмоктування можна визначити по формулі:

  ,    (5)

де: h_t - тиск насиченого пару рідини при даній температурі.

Допустима вакууметрична висота всмоктування   залежить від атмосферного тиску та від температури рідини, яку перекачує насос. На заводах-виробниках спеціальними кавітаційними випробуваннями визначається величина  для атмосферного тиску 10 метрів водяного стовпа та при температурі води 20°С.

Якщо насосна установка проектується для місцевості де атмосферний тиск відрізняється від 10 м.вод.ст., або для перекачування води з температурою більше 20°С, то паспортну величину  слід уточнити по формулі:

 

 =  - 10 + Н_атм + 0,24 - h_t  . (6)

У цьому випадку найбільша геометрична висота всмоктування насоса буде:

. (7)

В залежності від висоти над рівнем моря величину Н_атм можнавзяти із таблиці:

 

Таблиця 1.

 

Тиск насиченого пару води h_t,в залежності від її температури, можна взяти із таблиці:

 

Таблиця 2.

 

Приклад 1. Визначити найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування для насоса, якщо відомо: Насос планується установлювати в місцевості, що знаходиться на висоті 1000 метрів над рівнем моря, і він буде перекачувати із відкритого резервуару воду температурою до 60 °С. При проектуванні визначено, що при розрахунковій подачі повні втрати напору в всмоктувальному трубопроводі складають 0,75 м. вод. стовпа, а швидкість руху води в всмоктувальному патрубку насоса - 3 м/с. В технічному паспорті насоса наведено характеристику Q - D h, згідно якій, при розрахунковій подачі     Dh = 6,5 м.вод.ст.

Розв’язання задачі: Із таблиць 1 і 2 знаходимо, що атмосферний тиск на висоті 1000 метрів над рівнем моря Н_атм = 9,2 м.вод.стовпа, а тиск насиченого пару води при температурі 60 °С - h_t = 2,02 м.вод.стовпа. За формулою (5) знаходимо найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування насоса:

 м.

Отриманий результат показує, що насос (його вісь) слід розміщувати нижче (знак мінус) рівня води в всмоктувальному резервуарі не менше ніж на 0,53 м.

Приклад 2. Визначити найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування для тих же умов і вихідних даних, що описані в прикладі 1, але для насоса, в технічному паспорті якого наведена характеристика  ,  а не Q - D h. Згідно цій характеристиці,  м.вод.стовпа при розрахунковій подачі.

Розв’язання задачі: Так як насосна установка проектується для місцевості де атмосферний тиск відрізняється від 10 м.вод.стовпа і для перекачування нагрітої води, то паспортну величину   коригуємо за формулою (6):

( )_роб = 4,9 - 10 + 9,2 + 0,24 - 2,02 = 2,32  м.вод.стовпа.

За формулою (7) знаходимо найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування насоса:

м.

Отриманий результат показує, що для нормальної роботи насоса його можна розміщувати над рівнем води в всмоктувальному резервуарі не вище ніж на 1,11 метра.

 

 

Кавітація в насосах.

 

Кавітація - це процес порушення суцільності потоку рідини в тих місцях, де тиск, знижуючись, сягає деякої критичної величини. При практичних розрахунках за цю критичну величину приймають тиск насиченого пару рідини при даній температурі.

Якісна зміна структури потоку, яка визвана кавітацією, приводить до зміни режиму роботи насоса. Ці зміни називають наслідками кавітації.

При виникненні кавітації відбуваються такі процеси:

* В тих місцях потоку, де тиск падає до критичного, виникає багато бульбашок, наповнених паром рідини і газами, що виділяються із розчину. Знаходжуючись у зоні пониженого тиску, бульбашки зростають і перетворюються у великі кавітаційні каверни.

* В тих місцях, де виникають каверни, змінюється ефективна форма проточної частини насоса, що викликає місцеві підвищення швидкості руху рідини і збільшення втрат напору. Це погіршує енергетичні параметри насоса і знижує його коефіцієнт корисної дії.

* Нестійкість кавітаційної зони викликає пульсацію тиску в потоці. Під дією цієї пульсації може виникати вібрація насоса.

* Кавітаційні бульбашки захоплюються потоком рідини і переносяться в зону підвищеного тиску. Там вони дуже швидко зникають. Це призводить до гідравлічних мікроударів в місцях зникнення бульбашок. При зникненні кожної бульбашки виникає негучний стук. Накладення один на одного багатьох таких стуків призводить до появи характерного шипіння, яке, майже завжди, виникає при кавітації.

* Кавітація призводить до зруйнування поверхні, на якій вона виникає. Це руйнування - один із найнебезпечніших наслідків кавітації і називається він кавітаційною ерозією. Різні матеріали по різному піддаються кавітаційній ерозії. Дуже руйнуються чавун та вуглецева сталь.

Для попередження виникнення кавітації необхідно вірно визначати геометричну висоту всмоктування насоса і не допускати її завищування. При цьому величина D h і є тим кавітаційним запасом енергії, який запобігає занадто глибокому падінню тиску і не дозволяє виникати кавітації. Для визначення D h С.С.Руднєвим запропонована емпірична формула      D h   ,  де: n - кількість обертів робочого колеса за хвилину; Q - подача насоса в м³/с; С - коефіцієнт, який залежить від конструктивних особливостей насоса (С =600-1300). Для насосів з двобічним входом рідини в робоче колесо в цю формулу слід підставляти половину подачі насоса.

Якщо кавітація виникає на діючій насосній установці, де змінити геометричну висоту всмоктування неможливо, то шкідливі наслідки кавітації можна зменшити такими засобами:

* Покращення якості матеріалів (тобто слід використовувати матеріали, які більш стійкі до кавітаційної ерозії).

*Нанесення захисного покриття на поверхню, яка руйнується.

- наплавка поверхні твердими сплавами;

- металізація поверхні в холодному стані;

- місцеве закалювання поверхні, та інші.

* Впуск невеликої кількості повітря в всмоктувальний патрубок насоса.

* Перепуск невеликої кількості води із напірного трубопроводу в всмоктувальний патрубок насоса.

* Установка водоструминного насоса на всмоктувальний трубопровід насоса.

Регулювання роботи насосів.

Регулюванням роботи насосів називають процес штучного змінення характеристики насоса, або трубопровода, для забезпечення роботи насоса у потрібному режимі при збереженні матеріального і енергетичного балансу системи.

Роботу системи «насос-трубопровід» можна регулювати шляхом змінення характеристики трубопровода або характеристики насоса.

Одним із найбільш поширених засобів регулювання роботи насосів є регулювання напірною засувкою.При частковому закритті засувки втрати напору у ній збільшуються. Внаслідок цього збільшуються і загальні втрати напору в трубопроводі (збільшується S_прив). При цьому характеристика трубопроводу стане більш крутою і перехрещення її із характеристикою насоса відбудеться при меншій витраті (дивися рисунок 19).

Регулювання роботи насосів напірною засувкою неекономічне, тому що додатковий опір, яким є прикрита засувка, викликає додаткову втрату енергії, що знижує коефіцієнт корисної дії насосної установки. Із графіка видно, що при роботі на прикриту засувку насос розвиває подачу Q_б при напорі Н_б. Напір в початку водоводу за засувкою при витраті Q_б складає Н_бв. Втрата напору на засувці при подачі Q_б  складає h_{засувки} = Н_б  - Н_бв, а відповідна їй втрачена на засувці потужність буде:

квт.

Рисунок 19.

Через неекономічність і можливість регулювання тільки в сторону зменшення подачі, регулювання напірною засувкою (інколи його називають дросельним регулюванням) можна застосовувати тільки для невеликих насосів і на короткий час. При дросельному регулюванні слід застосовувати насоси із пологою характеристикою.

Окрім дроселювання регулювати подачу насоса можна перепуском частини рідини із напірного трубопроводу в всмоктувальний, або впуском невеликої кількості повітря в всмоктувальний трубопровід.

Перепуском рідини із напірного трубопровода в всмоктувальний часто регулюють роботу осьових насосів, у яких характеристика потужності знижується при збільшенні подачі. Таке регулювання також знижує к.к.д. насосної установки.

Регулювання впуском повітря в системах водопостачання майже не використовується.

Найбільш економічним є регулювання режиму роботи насоса зміненням частоти обертання робочого колеса. Цього можна досягнути зміненням частоти обертання двигуна, який крутить робоче колесо, або установкою спеціальних муфт чи редукторів, які при постійній швидкості обертання двигуна дозволяють змінювати швидкість обертання робочого колеса насоса.

Частоту обертання електродвигуна найпростіше змінювати у електродвигунів постійного струму. Але в системах водопостачання та каналізації такі двигуни майже не використовуються.

Частоту обертання асинхронного електродвигуна перемінного струму з фазовим ротором можна змінювати введенням додаткового опору в електричний ланцюг ротора. Недоліком такого регулювання є неекономічність і ускладнення конструкції електродвигуна через необхідність улаштування додаткових кілець і щіток.

Останнім часом наша промисловість стала виробляти електродвигуни змінного струму з переключенням обмотки статора на різну кількість пар полюсів. Двигуни цього типу виробляються двох і трьохшвидкісними.

Найпростіше змінювати швидкість обертання електродвигуна перемінного струму зміною частоти струму. Розповсюдження цього засобу регулювання довго стримувалося низьким коефіцієнтом корисної дії перетворювачів частоти струму. Але з появою, останніми роками, досить потужних тиристорних перетворювачів частоти струму з високим к.к.д., таке регулювання набуває все більшого поширення.

Регулювати швидкість обертання ротора асинхронного електродвигуна можна, також, за допомогою його каскадного підключення.

Більш докладно про регулювання частоти обертання електродвигунів можна прочитати у відповідній літературі з електротехніки та автоматики.

Регулювати швидкість обертання робочого колеса насоса при постійній частоті обертання електродвигуна можна за допомогою гідромуфти або електромагнітної муфти ковзання (ЕМК).

       Робочими елементами гідромуфти є колесо відцентрового насоса і колесо турбіни, які розміщені в спільному корпусі (дивися рисунок 20). Колесо відцентрового насоса насаджено на ведучий вал (вал електродвигуна), а колесо турбіни закріплено на ведомому валу (вал насоса). Корпус гідромуфти заповнюється робочою рідиною (найчастіше це машинне масло). При обертанні вала електродвигуна з ним обертається і насосне колесо гідромуфти. Воно викидає робочу рідину на турбінне колесо гідромуфти. Під дією цієї рідини турбінне колесо також починає обертатися і, тим самим, обертає робоче колесо насоса.

Рисунок 20. Схема будови гідромуфти.  1 - ведучий вал; 2 - насосне колесо гідромуфти; 3 - ведомий вал; 4 -турбінне колесо гідромуфти; 5-рухомий кожух;  6-корпус гідромуфти.

В системах водопостачання і каналізації знаходять застосування гідродинамічні муфти перемінного заповнення типу ГМР. Регулювання швидкості обертання ведомого валу в цих муфтах проводять зміною величини наповнення маслом робочого простору колес гідромуфти.

Перевагою гідромуфт є плавне, автоматичне і швидке регулювання частоти обертання ведомого валу, а також захист електродвигуна від надмірного перенавантаження.

До недоліків гідромуфт можна віднести зниження їх К.К.Д. при збільшенні глибини регулювання, а також їх конструктивну складність і великі габарити (гідромуфти складніші за насоси і мають майже такі ж розміри як і основні насоси).

Електромагнітна муфта ковзання складається із двох частин, які обертаються, - індуктора і якоря. Якір з’єднується із ведучим валом (валом електродвигуна), а індуктор - з ведомим валом (валом насоса). Якір і індуктор максимально наближені один до одного, але обов’язково із повітряним зазором. Якір обертається разом з електродвигуном і створює, при цьому, магнітне

Рисунок 21. Схема будови ЕМК. 1 - якір; 2 - індуктор; 3 - обмотка збуд-ження; 4 - ведомий вал; 5 - контактні кільця; 6 - ведучий вал.

поле, яке також обертається. При відсутності електроструму в обмотці індуктора крутильний момент від електродвигуна не передається на вал насоса. Якщо через обмотку індуктора пропускати електричний струм, то під дією магнітного поля, яке створене якорем, індуктор також почне обертатися (під впливом сили, яка діє на провідник із струмом у магнітному полі). Частота обертання індуктора (передаточне число муфти) залежить від сили струму збудження (сили струму в обмотці індуктора).

Паралельна робота насосів.

Паралельною роботою насосів називається одночасна подача рідини кількома насосами в спільний напірний трубопровід. Паралельною роботою насосів користуються у тих випадках, коли неможливо забезпечити потрібну витрату рідини подачею одного насоса. Окрім того, якщо подача насосної станції повинна змінюватися на протязі суток або сезонів (як, наприклад, у насосних станцій другого підйому), то можна регулювати подачу такої станції змінюючи кількість одночасно працюючих насосів.

При застосуванні паралельної роботи відцентрових насосів їх слід підбирати з урахуванням характеристик трубопроводів і самих насосів.

Відцентрові насоси можуть працювати паралельно тільки при умові, що їх напори будуть одинаковими. Якщо напір одного із насосів буде більшим ніж у інших, то цей насос буде притискувати зворотні клапани інших насосів і вони будуть працювати ніби на закриту засувку (якщо кожний із насосів обладнано зворотнім клапаном). Якщо ж зворотніх клапанів на кожному насосі немає, то рідина від високонапірного насоса буде частково перетікати у зворотньому напрямку через низьконапірні насоси. Тому для паралельної роботи намагаються підбирати однотипні насоси, або, у крайньому випадку, насоси, напори яких не дуже відрізняються один від одного. Окрім того, для паралельної роботи краще підбирати насоси із стабільними (без проміжних максимумів) характеристиками.

Найчастіше при проектуванні зустрічаються такі варіанти паралельної роботи насосів:

· В системі працює кілька насосів з одинаковими характеристиками.

· В системі працює кілька насосів з різними характеристиками.

· Паралельна робота насосів з лабільними характеристиками.

· В усіх попередніх випадках насоси можуть бути підключеними до спільного напірного трубопроводу на невеликій віддалі один від одного (наприклад, в одній насосній станції). При цьому втрати напору від кожного насоса до спільного трубопроводу можна вважати одинаковими для усіх насосів.

· Насоси можуть, також, знаходитися на значній віддалі один від одного. При цьому необхідно враховувати різні втрати напору від кожного із насосів до точки підключення у спільний напірний трубопровід. Така схема часто зустрічається при паралельній роботі кількох насосних станцій.

Розрахунки режимів роботи насосів за усіма цими схемами можна вести аналітично або графічно. При аналітичному методі усі характеристики насосів і трубопроводів записуються у вигляді рівнянь. Потім системи цих рівнянь розв’язують. Найчастіше це роблять за допомогою ЕОМ для чого розробляють спеціальні програми.

У практиці проектування насосних станцій більшого поширення набув графічний метод розрахунку.

 

Нестійка робота насосів.

 

Нестійка робота можлива при використанні насосів із нестабільними (лабільними) характеристиками. Крива Q-H таких насосів має максимум у зоні невеликих подач. Розглянемо можливість виникнення нестійкої роботи такого насоса на прикладі подачі води в систему з водонапірною колоною (рисунок 25 а).Спочатку при Н_геом < Н₀ насос працює стабільно (наприклад в точці 1). Якщо при цьому витрата рідини, яку відбирає споживач із системи менше ніж подає насос (Q_спожив < Q_нас  = Q₁), то рівень води в напірній колоні почне підвищуватися, а подача насоса зменшуватися. Підвищення рівня води триватиме поки він не досягне рівня 2-2. Якщо і надалі буде зберігатися умова Q_спожив < Q_нас = Q₂ , то рівень води повинен був би продовжувати рости. Але це неможливо, тому що насос не в змозі створювати більший напір. Рівновага порушується і система насос - мережа перехо-

а)   б) Рисунок 25. Нестійка робота насосів. а) - одного насоса; б) - двох насосів при паралельнійй роботі

дить у, так званий, режим помпажа. Напір, який створює насос, падає до значення напору холостого ходу Н₀, насос уже не може стримувати стовп рідини висотою Н₂, і рідина починає рухатися у зворотньому напрямі (якщо на напірному трубопроводі не змонтовано зворотнього клапана). При наявності зворотнього клапана він закривається і насос буде працювати як на закриту засувку

не подаючи воду у систему. В обох випадках рівень води в напірній колоні почне знижуватися (відбір води споживачем із бака продовжується). Як тільки рівень знизиться до величини Н₀, насос знову почне подавати воду в систему. При цьому його подача буде відповідати точці 3. Якщо режим роботи системи на цей час не зміниться, то описане явище повториться знову. Слід сказати, що при рівнях води вищих за Н₀, характеристика трубопроводу буде пересікати характеристику насоса в двох точках (тобто система матиме дві можливі робочі точки). Це також призводить до нестійкої роботи насоса при переходах з однієї робочої точки до іншої.

Нестійкий режим роботи насоса в системі призводить до коливань подачі і напора і може супроводжуватися гідравлічними ударами в мережі. Головним засобом запобігання нестійкій роботі насоса є гарантоване виконання умови Н_геом < Н₀.

Нестійка робота може виникнути і при паралельній роботі кількох насосів з нестабільними характеристиками (рисунок 25 б). При цьому сумарна характеристика паралельної роботи насосів розгалуджується і в нестабільній зоні має кілька гілок (Q-H)_I+II та (Q-H)^’_I+II (дивися рисунок 25 б).