Регулювання подачі відцентрових насосів.

У виробничих умовах часто виникає необхідність змінити подачу насоса в порівнянні з проектною. Оскільки режим роботи насоса з конкретним трубопроводом визначається робочою точкою, то зміна подачі може полягати тільки в її зміщенні. Припустимо, що потрібно подачу від Q зменшити до значення Q₁ <Q (рис. 2.16). Досягти цього можна трьома способами: зміною характеристики трубопроводу - шляхом часткового прикриття засувки на напірному трубопроводі (метод дроселювання); зміною напірної характеристики насоса - шляхом зменшення частоти обертання робочого колеса; обточкою робочого колеса.

Розглянемо перший спосіб - дроселювання. При повністю відкритій засувці робоча точка А знаходиться в проектному положенні й насос забезпечує проектну подачу Q при втратах напору h_в (рис. 2.16,а). Для забезпечення подачі 0, прикриємо частково засувку на напірному трубопроводі. Оскільки опір засувки входить до загального опору трубопроводу, значення останнього з прикриттям засувки збільшиться, і характеристика трубопроводу пройде крутіше за характеристику      H _T1- Q (пунктир) (рис. 2.16, а). Внаслідок цього робоча точка переміститься по напірній характеристиці насоса Н-Q у положення А ₁, а подача стане Q₁. Оскільки витрата рідини в трубопроводі при зменшеній подачі стане меншою, то зменшаться і втрати напору по довжині - відрізок h_{в тр} (рис. 2.16, а), а відрізок h_{в зс} (рис. 2.16, а) буде показувати втрати напору на засувці. Без теоретичного обґрунтування відзначимо, що цей метод простий у здійсненні, але економічно він недоцільний, оскільки на подолання опору частково прикритої засувки непродуктивне витрачається енергія.

 

Рис 2.16. Схеми характеристик насоса і трубопроводу при регулюванні подачі: а – дроселюванням; б – зміною частоти обертання.

При другому способі - зміні частоти обертання – змінюється частота обертання робочого колеса: замість п₁ встановлюється частота n₂<п₁. Напірна характеристика трубопроводу залишається незмінною, а напірна характеристика насоса пройде нижче і займе положення Н₂-Q (пунктир) (рис. 2.16, б). Робоча точка А в цьому випадку переміститься по характеристиці трубопроводу в положення А₂, і їй будуть відповідати зменшена витрата Q₂<Q₁ та напір H₂ < H₁. Напір, створюваний насосом при зниженій частоті обертання, буде повністю використовуватися на подолання геометричної висоти та гідравлічних опорів, а тому цей спосіб є більш економічно доцільним, але технічно важкоздійснюваним. Зміна частоти обертання робочого колеса допускається в межах 25% від номінальної, а нові значення параметрів роботи насоса визначаються за залежностями (2.38). За цими залежностями, за відомими параметрами роботи насоса при n₁, з робочих характеристик береться декілька значень, відповідно Q₁, Н₁, N₁,  і по них знаходяться точки для побудови нових характеристик, як це показано на рис. 2.16, б - характеристика Н₂-Q (пунктир).

При третьому способі - обточці робочого колеса – частково обрізається (обточується) робоче колесо по зовнішньому діаметру D₂. Обточувати робоче колесо доцільно не більше як на 20% його діаметра. Після обточення нові параметри насоса вираховуються за формулами

;           (2.40)

де Q', Н',N' - параметри насоса з обточеним робочим колесом.

1.3. Сумісна (паралельна і послідовна) робота насосів.

Сумісна робота насосів застосовується у випадках, коли технічні показники одного насоса не задовольняють вимог, що ставляться до насосної установки, а також коли цього вимагають технологічні умови, наприклад, на меліоративних насосних станціях необхідність забезпечення одним чи декількома насосами подачі води, кратної витраті води дощувальними машинами.

Отже, сумісна робота насосів застосовується, коли не вистачає напору чи подачі одного насоса, і для цього в насосній установці чи на насосній станції декілька насосів об'єднуються для роботи на один трубопровід. При цьому виникає необхідність знати напір і подачу насосів, які працюють сумісно. Є два способи з'єднання насосів, які працюють сумісно, - паралельний і послідовний.

Паралельна робота насосів застосовується у випадках, коли не вистачає подачі одного насоса. При ній в одну лінію об'єднуються напірні патрубки двох чи більше насосів, а усмоктувальні трубопроводи для кожного насоса влаштовуються окремо.

Розглянемо спочатку паралельну роботу двох однакових насосів (рис. 2.17, а), технічні показники при ній будуть

Q= Q₁+Q₂;   H=H₁+H₂, (2.41)

де Q₁, Q₂ - подача першого і другого насосів; Н ₁, Н₂ – напір першого і другого насосів.

Для установлення режиму роботи паралельно з'єднаних насосів необхідно побудувати сумарну напірну характеристику двох насосів і на неї нанести в тому ж масштабі характеристику трубопроводу. Сумарна напірна характеристика будується шляхом складання подачі при однакових напорах (рис. 2.17, а).

Наприклад, для знаходженняточки в сумарної характеристики Н- Q₁₊₂ необхідно подвоїти відрізок аб. Таким же способом знаходиться декілька точок, і по них будується характеристика Н- Q₁₊₂. Побудувавши на цьому ж графіку характеристику трубопроводу H _т- Q, на їх перетині отримаємо робочу точку А, яка визначає сумарні подачу Q_A напір H_A двох паралельно з'єднаних насосів. Оскільки насоси однакові, то подача кожного з них дорівнює половині сумарної, тобто Q₁=Q_A/2.

При роботі одного насоса на цей же трубопровід його робочою точкою буде точка В (подача Q_в і напір H_в)- Подача насоса Q_в (рис.2.17, а), який працює на один і той же трубопровід, більше подачі кожного з насосів Q₁ при паралельній роботі, тобто при паралельній роботі подача кожного з них менше на величину Δ Q = Q_в - Q₁. Пояснюється це тим, що при сумарній подачі 0л втрати напору в трубопроводі збільшуються у квадратичній залежності від подачі, що й викликає збільшення напору. У свою чергу це приводить до зміщення робочої точки по напірній характеристиці насоса вліво (вгору), у результаті чого зменшується подача.

 

 

 

Рис 2.17. Схеми з’єднання і характеристики паралельної роботи двох насосів:

а – однакових, б – різнотипних.

При паралельній роботі двох різнотипних насосів на загальний трубопровід їх сумісна робота розпочнеться в момент, коли порівняються їхні напори (рис. 2.17, б). Цьому напору відповідає точка Е на напірній характеристиці Н- Q₁ іншого насоса. Від цієї точки і слід будувати сумарну напірну характеристику Н- Q₁₊₂, Для чого підсумовуються подачі обох насосів при однакових напорах. Наприклад, точку г отримуємо складанням відрізків аб і ав.

Точка перетину сумарної характеристики H-Q₁₊₂ з характеристикою трубопроводу (точка D) визначає напір Н_D, який розвиває кожен насос, і сумарну подачу Q_D двох насосів. Для установлення подачі кожного з двох насосів при паралельній роботі з точки D проведемо горизонтальну лінію до перетину її з напірними характеристиками обох насосів (точки F і N). Ці точки, крім напору Н_D, визначають і подачу кожного з насосів Q_F і Q_N. При роботі насосів по одному їхній режим характеризується точками А (першого) і В (другого).

Загальний ККД паралельно з'єднаних насосів визначається залежністю

η ₁₊₂ =Q₁₊₂/(Q_Fη _F + Q_Nη _N).          (2.42)

З розглянутого видно, що при паралельній роботідоцільно застосовувати насоси з приблизно однаковими напорами.

Послідовна робота насосів застосовується у випадках, коли напору одного насоса недостатньо. При ній до напірного патрубка попереднього (першого) насоса приєднується усмоктувальний патрубок наступного насоса.

Розглянемо послідовну роботудвох насосів з однаковою подачею (рис. 2.18). Технічні показники при цьому з'єднанні насосів будуть

Q=Q₁+Q₂; H=H₁+H₂.          (2.43)

Для установлення режиму роботи послідовно з'єднаних насосів побудуємо сумарну напірну характеристику, і на неї нанесемо характеристику трубопроводу.

 

 

 

Рис 2.18. Схема з’єднання і характеристики послідовної роботи двох насосів

При побудові сумарної напірної характеристики H-Q₁₊₂ підсумовуються напори обох насосів при однакових подачах (рис. 2.18). Наприклад, для побудови точки d при довільно вибраній подачі підсумовуємо відрізки сb і се, тобто сd = сb+се.

Робоча точка В розташована на перетині сумарної характеристики H-Q₁₊₂ з характеристикою трубопроводу H _т -Q по ній визначаються сумісний напір Н_в, напір кожного насоса H₁, H₂ і подача Q_в.

Загальний ККД послідовно з'єднаних насосів визначаєтьсяза залежністю

η ₁₊₂ = H₁₊₂/(H₁/η₁ + H₂/η₂).           (2.44)

Якщо послідовно з'єднані однакові насоси, то ККД їх зберігається, а загальний напір H_n =n·H_i де п - кількість насосів; Н_i – напір кожного насоса.

Все ж слід відзначити,що у виробничих умовах розглянуте послідовне з'єднання насосів застосовується рідко. Частіше застосовуються багатоступінчасті насоси, прикладом яких є, зокрема, занурювальні насоси (ЕВВ), за допомогою яких піднімаються підземні води в сільськогосподарському водопостачанні.