Расчет напорного водопровода и подбор насоса

 

    Для подъема воды из источника водоснабжения в напорный резервуар (рис.1) требуется подобрать центробежный насос. Для этого необходимо на основе расчета всасывающего (ℓ_ВС) и нагнетательного (ℓ_НАГ) трубопроводов определить напор насоса (Н_Н) из условия подачи по нагнетательному трубопроводу расхода (Q_Н), при котором обеспечивается расчетное суммарное максимальное суточное водопотребление поселком.

        

    2.1. Расчет напора и производительности насоса

 

    Производительность насоса определяется по суммарному максимальному суточному водопотреблению (W_СУТ.MAX), найденному в первом разделе выполняемой расчетно-графической работы и принятой продолжительности работы насоса t = 16 часов в течение суток:

 

.

 

    Для определения напора насоса необходимо рассчитать диаметры всасывающего и нагнетательного трубопроводов и величину суммарных потерь в них.

    Расчетный расход во всасывающем и напорном трубопроводе принимается равным производительности насоса:

 

Q_РАСЧ = Q_Н = Q_ВС = Q_НАГ.

 

    Скорость движения воды в напорном трубопроводе рекомендуется принимать в пределах V_{РЕК.НАГ} =1,5...2м/с, а во всасывающем трубопроводе V_РЕК.ВС = 0,6...1м/с.

    Задавшись V_РЕК, находят при Q_РАСЧ значения диаметров всасывающего и напорного трубопроводов (d_ВС и d_НАГ) и округляют до ближайших значений стандартных диаметров труб согласно данным, приведенным в табл. 1, Приложения 3. Затем по выбранным диаметрам труб и расходу Q_РАСЧ определяются действительные скорости движения воды во всасывающем (V_ВС) и напорном трубопроводах (V_НАГ).

    Потери напора на трение по длине всасывающего трубопровода (h_ТР.ВС) следует определять по формуле Дарси-Вейсбаха:

 

,

 

приняв коэффициент трения λ = 0,025. Потери напора на преодоление местных сопротивлений во всасывающем трубопроводе принять в размере 100% от потерь по длине. Для определения потерь напора в нагнетательном трубопроводе по длине (h_ТР,НАГ) необходимо воспользоваться формулой Н.Н. Павловского, определив значение величины удельного сопротивления для стальных труб А = f(d_НАГ) из табл.1, Приложения 3.

    При этом потери напора на определение местных сопротивлений принять в размере 5% от потерь напора по длине (h_ТР,НАГ).

    Полный напор насоса (Н_Н) складывается из геометрического напора (Н_Г) - разности геодезических отметок воды (рис.1) в баке водонапорной башни (Ñ_Б) и в водоисточнике (Ñ_ИСТ) с учетом общих потерь напора во всасывающем (h_ПОТ,ВС) и напорном (h_{ПОТ,НАГ}) трубопроводах:

 

 

    Геодезическую отметку уровня воды в баке водонапорной башни и величину общих потерь можно определить следующим образом:

 

,

 

    где Ñ₁ - геодезическая отметка земной поверхности у корня башни;

         Z_Б - расчетная высота установки бака башни, которая согласно заданию принимается Z_Б = Н;

 h_ПОТ.ВС - общие потери напора во всасывающем трубопроводе:

 

;

 

       h_{ПОТ.НАГ} - общие потери напора в нагнетательном трубопроводе:

 

 

    По найденным значениям расхода Q_Н = Q_РАСЧ и напора Н_Н подбирается марка насоса согласно сводному графику для центробежных насосов [2, с.123, 4, 6, с.116 или по табл.2, Приложения 3].

 

    2.2. График работы насоса на сеть и обоснование правильности выбора марки насоса

 

     Для определения действительной производительности выбранного насоса, подающего воду в напорный трубопровод, необходимо построить на одном чертеже (в одном масштабе) характеристику насоса Н = f(Q) и общую характеристику всасывающего и напорного трубопровода Н_ТР = f(Q), показывающую изменение сопротивления трубопровода в зависимости от подаваемого в него расхода воды (рис. 2), согласно [2, с.137; 6, с.114]. 

    Параметры насоса выбранной марки, необходимые для построения графиков Н = f(Q), η = f(Q) и  определяются согласно данным таблицы 2, Приложения 3 или из каталогов по насосам [4].

    Расчет общей характеристики трубопровода производится по уравнению Н_ТР = Н_Г +сQ².

    Задаваясь величинами расхода Q_i в пределах от Q_i = 0 до Q_i = Q_MAX, в пятой колонке необходимо значение расхода принять равным расчетному значению Q_i = Q_РАСЧ, при котором определялись суммарные потери во всасывающем и напорном трубопроводах (Σh_ПОТ). Результаты расчета заносятся в табл. 5.

    Таблица 5 - Результаты расчета характеристики трубопровода

№	Параметры	Результаты расчета
1	Qi,м^3/с	Qi = 0	Qi» 0,3Qрасч	Qi» 0,5Qрасч	Qi» 0,8Qрасч	Qi = QРасч	Qi» 1,3 Qрасч
2	Нтр, м

        

 

    По данным табл. 5 строится кривая сопротивления трубопровода Н_ТР=f(Q). На пересечении кривых Н = f(Q) и Н_ТР=f(Q) находится так называемая рабочая точка (точка "А" на рис. 2).

    Координаты этой точки показывают, какой действительный расход (Q_Д) и напор (Н_Д) будут получены в трубопроводе на выходе из насоса. Если получим, что Q_Д = Q_РАСЧ, то марка насоса выбрана правильно и окончательно.

Если характеристика выбранного насоса будет иметь вид Н' = f(Q), а в рабочей точке (А^') получим Q^' > Q_РАСЧ (рис. 2), то необходимо за счет снижения частоты вращения рабочего колеса или его проточки по наружному диаметру уменьшить величину расхода на ΔQ = Q^' - Q_РАСЧ или более удачно подобрать марку насоса.

    Если характеристика выбранного насоса будет иметь вид Н" = f(Q), а в рабочей точке (А^") получим Q^" < Q_РАСЧ, то необходимо повысить частоту вращения рабочего колеса, увеличив величину расхода на ΔQ = Q_РАСЧ - Q^", или более удачно подобрать марку насоса,  также можно добиться увеличения расхода в трубопроводе за счет параллельного соединения двух одинаковых насосов.

 

 

        

 

 

 

Рис. 2 – График работы насоса на сеть (трубопровод)