Совместная работа группы центробежных насосов в системе трубопроводов

Параллельная работа насосов. Необходимым условием для слияния двух или более напорных потоков жидкой среды является равенство их напоров в месте слияния. Таким образом, условием параллельной работы двух или нескольких насосов с одинаковыми или различными подачами на. общий водовод будет равенство их напоров, т. е.

Чтобы найти режимную точку параллельно работающих на общий трубопровод насосов, необходимо построить их суммарную напорную характеристику, пересечение которой с характеристикой трубопровода и определит положение режимной точки.

На рис. 1.33, а приведены характеристики водовода S, разнотипных насосов I и II и их суммарная напорная характеристика (Q—Н)₁₊ц.

Па основании условия (1.36) началу совместной параллельной работы насосов соответствует точка В. Далее суммарную характеристику получают путем сложения абсцисс, определяющих подачи насосов при одинаковых напорах. Рабочей точкой параллельной работы насосов./ и II на водовод с характеристикой S является точка А, которая определяет суммарную подачу Qi+л при напоре На. Горизонтальная линия, проведенная из точки А, пересекает напорные характеристики насосов в точках 1 и 2, которым соответствуют подачи насосов Q/и Q// при их параллельной работе.

Из анализа характеристик следует, что если бы насосы на данный водовод работали раздельно, то их подачи Qi и Qu были бы больше (точки 7 и 8).

Следовательно, общая подача группы параллельно работающих на водовод пасосов уменьшается по сравнению с суммарной подачей этих насосов, работающих на тот же водовод раздельно. Причем чем больше в группе параллельно работающих насосов, тем больше снижение их подачи. Поэтому чрезмерное увеличение числа насосов при их одновременной параллельной работе неэффективно.

При совместной параллельной работе насосов достигается увеличение их подачи и напора. Напор Н при совместной работе насосов больше каждого из напоров насосов, работающих индивидуально. Причем эффект увеличения подачи тем больше, чем положе характеристика сети. С увеличением крутизны характеристики трубопровода уменьшается эффект увеличения подачи и возрастает суммарный напор.

По перпендикулярам, опущенным из точек 1 и 2 до пересечения с характеристиками (Q—N)_It (Q—N)n, (Q—л)i и (Q—определяются соответственно мощности (точки 3 и 5) и КПД (точки 4 и 6) насосов при их совместной работе.

На рис. 1.34 показан графический способ определения параметров общей режимной точки А при параллельной работе трех одинаковых насосов с подачей в один водовод. Режимная точка определится пересечением суммарной напорной характеристики (Q—с характеристикой водовода S. Общая подача Q_A = = 3Qi, где Qi — подача каждого из трех параллельно работающих насосов. КПД насоса будет определяться по точке 3.

Насосы водопроводных и канализационных насосных станций чаще всего подают воду в водоводы, состоящие из двух линий, реже из трех (в порядке развития системы). При совместной параллельной работе насосов необходимо учитывать возможность включения всех линий водовода и выключения их отдельных участков (при ремонте или аварии) либо полностью одной из линий. При построении характеристик водовода, состоящего из двух линий (рис. 1.35), для определения диаметров труб его линий принимается расход, равный половине расчетного. Характеристика S соответствует работе насосов на водовод в две линии, характеристика Si — в одну линию, a S_a—при отключении аварийного участка или при ремонте в точке р. Из схемы также следует, что при наличии перемычек на водоводе из двух линий увеличивается пропускная способность водовода в случае его ремонта.

В случае отсутствия перемычек при неисправности одного из участков необходимо выключать полностью одну линию водовода, режим работы насосов при этом определяется по точке.

Кроме значительного снижения подачи (до Qai), режим работы насосов переходит в область низких КПД (точка 3). При отключении одного участка подача снижается незначительно (снижение подачи .зависит от числа перемычек на водоводе) и режим работы насосов остается в области высоких значений КПД (точка 4).

Параллельная работа двух насосов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга. В водопроводных системах возможны случаи, когда отдельные насосы или группа параллельно работающих насосов, подающих водув один главный водовод, находятся на значительном расстоянии I друг от друга (рис. 1.36,6). Для нахождения режимной точки А суммировать характеристики Q—Н насосов I и II в этом случае нельзя, так как часть напора насоса II до слияния потоков в точке а теряется на преодоление сопротивления трубопровода длиной I. Чтобы учесть потерю напора насоса II на участке I, строится характеристика трубопровода 3₂ (рис. 1.36, а). Затем, отняв от ординат характеристики насоса (Q—Н)ц ординаты характеристики трубопровода S₂, строят характеристику насоса (Q—Н)ц_а, приведенную к узловой точке а. Такая характеристика называется дроссельной. Складывая абсциссы характеристик насосов (Q—H)_z и (Q—Н)ц_а при одинаковых напорах, получают суммарную характеристику и определяют рабочую точку А.

Определение режимов параллельно работающих насосов аналитическим методом. Если иг одинаковых насосов работают на общий водовод, то для получения их суммарной характеристики SQ—Н необходимо сложить их подачи при одинаковом напоре. Решим уравнения характеристик насосов (1.24) относительно Q и проведем их сложение:

Суммарная абсцисса при напоре Н.

Решая уравнение (1.38) относительно Н, приведем его к виду, аналогичному уравнению характеристики Q—Н для индивидуального насоса:

Решая последнее уравнение относительно Qa, при условии SQ_h=Q_c=Qa получим:

Выражение (1.39) является уравнением суммарной напорной характеристики т параллельно работающих одинаковых насосов.

Для определения параметров общей режимной точки Qa = SQ и Н_А решим совместно уравнения (1.39) и (1.34).

Для режимной точки А справедливы условия На=Н_с и Qa = Qc где На и Qa — соответственно напор и подача насосов; Н_с и Q_c — напор и расход в трубопроводе.

Тогда:

Подсчитав параметры режимной точки Qa и Н_а, можно определить подачу каждого из параллельно работающих насосов. Для этого в уравнение (1.37) необходимо подставить значение На-

По уравнению (1.27) определяют мощность насоса.

КПД насосов подсчитывают по формуле:

Если для параллельной работы используются разные насосы, то их суммарная напорная характеристика выражается уравнением:

Если параллельно работающие насосы находятся на значительном расстоянии друг от друга, то дроссельную характеристику насоса II (приведенная к точке а) получают путем вычитания из уравнения напорной характеристики насоса II уравнения характеристики соединяющей линии, т. е.

Уравнение суммарной напорной характеристики параллельно работающих насбсов получают сложением уравнений дроссельной характеристики насоса II и уравнения характеристики насоса I.

Последовательная работа насосов. Последовательным называется такое включение, при котором напорный патрубок первого насоса соединяется со всасывающим патрубком второго (рис. 1.37,6).

Насосы соединяются последовательно для увеличения напора в сети. На рис. 1.37, о приведены характеристики трубопроводов Si и Si+S₂, разнотипных насосов (Q—H)i и (Q—Н)ц и построена их суммарная напорная характеристика (Q—Последнюю получают путем сложения ординат напоров насосов при одинаковых их подачах. Например, чтобы определить положение точки А, принадлежащей суммарной характеристике насосов, необходимо при подаче Qi сложить отрезки Qi — А/ и Qi—1. Повторяя аналогичные построения для других точек, получим суммарную характеристику (Q—H)i+u.

Каждый из насосов при раздельной работе на трубопровод с характеристикой Si^k (жидкая среда поступает в бак Бъ задвижка г закрыта) имеет подачу Q/ и Qu при напорах Hr и Н_ц. Мощность и КПД первого насоса определяются по точкам 2 и 5, а второго — 3 и 6. При совместной работе насосов на тот же трубопровод режим их работы характеризуется рабочей точкой А со следующими параметрами: подача Qi+h, напор Ш+и. Из анализа характеристик следует, что последовательное включение насосов приводит не только к увеличению напора, но и подачи, которая возрастает, если ее не ограничивать.

Если по условиям задачи требуется сохранить прежний расход (например, Qi), но поднять жидкую среду на высоту 2Я_Г, в 2 раза большую (жидкая среда поступает в бак 5₂ при закрытой задвижке в), то характеристика сети трубопроводов изобразится кривой $ Si + S₂, а рабочая точка перейдет в положение А. Этой точке соответствует подача насосов Q_T при суммарном напоре Hi + Нц. Мощность и КПД насоса / по-прежнему характеризуются точками 2 и 5, а насоса II — точками 4 и 7.

Последовательное соединение насосов на одной насосной станции в практике водоснабжения осуществляется редко по следующим причинам: замена двух последовательно соединенных насосов одним (большим одноступенчатым), обеспечивающим суммарный напор, всегда экономически более целесообразна; для создания высоких напоров промышленностью выпускаются многоступенчатые насосы.

Влияние изменения геометрической высоты подъема жидкой среды на работу насоса.

Геометрическая высота подъема может изменяться за счет колебания уровня воды в источнике или напорно-регулирующих емкостях (резервуары чистой воды, водонапорные башни и т. д.). В летний и зимний периоды уровень воды в поверхностном источнике понижается, а в паводковый — повышается. Изменение геометрической высоты подъема жидкой среды может вызвать неэкономичный режим работы насоса, и это необходимо учитывать при проектировании насосных станций.

На рис. 1.38 показаны характеристики и схема насосной установки с напорным баком. Предположим, что геометрическая высота подъема жидкой среды Н_т определяется уровнем а—а. Тогда режим работы насоса характеризуется точкой А. При увеличении геометрической высоты подъема до значения И _г (уровень а—а) характеристика трубопровода займет положение S и рабочая точка переместится в положение А. Из анализа характеристик следует. что повышение уровня жидкой среды в напорном баке приводит к уменьшению подачи насоса и снижению мощности (точки 1 и 3), а режим работы насоса может перейти в область низких значений кпд.

Устойчивость работы насоса в сети. Рассмотрим подачу воды в резервуар при переменном значении Н$ насосом с характеристикой Q—Н, имеющей выраженный максимум (рис. 1.39). Если расход воды из резервуара в сеть меньше, чем поступление ее в бак, то уровень повышается, а подача насоса уменьшается. Переход от Нб к Я_г шах вызовет перемещение характеристики трубопровода S в положение Si с рабочей точкой При этом геометрическая высота подъема воды Я_гтах будет равна Я_о— напору насоса при нулевой подаче. До этого положения характеристики S работа насоса будет устойчивой. При дальнейшем повышении требуемого напора характеристика трубопровода переходит в зону неустойчивой работы насоса. Геометрическая высота подъема воды может достигать предельного значения Я_пр, так как при Q_A2 напор насоса будет максимальным. Но за счетинерции жидкой среды, движущейся в напорном трубопроводе в сторону резервуара, уровень может повыситься до значений, больших, чем Я_пр, и тогда требуемый напор станет больше максимального напора насоса (характеристика S₂). Это приведет к нарушению материального и энергетического баланса системы насос — водовод. При восстановлении равновесного состояния системы режимная точка Л₂ перемещается в точку Аз — зону отрицательных расходов. Это вызовет быстрое изменение направления движения воды в напорном трубопроводе. Вода будет перетекать в нижний водоем, и уровень в резервуаре понизится. Режимная точка А₃ переместится в точку В, в которой Q = 0. Но при этом напор, развиваемый насосом, будет больше, чем требуемый, и поэтому почти мгновенно насос снова начнет подавать воду в напорный бак, а режимная точка В переместится в точку Ль В дальнейшем при изменении уровня Я_р рассмотренное явление, называемое компажем, может повториться.

Неустойчивость работы насоса в сети с характеристикой S₂ может быть вызвана случайными небольшими изменениями подачи AQ при колебании требуемого напора. Предположим, насос работал в режиме А 2 и произошло некоторое увеличение подачи AQ (рис. 1.39). При этом требуемый напор будет меньше напора насоса ДЯ = Я_тр—Я_н0, т. е. возникает отрицательная разность на-поров._х Это приведет к нарушению материального и энергетического равновесия. Восстановление равновесного состояния может быть достигнуто только за счет изменения кинетической энергии потока, т. е. в системе будет произвольно изменяться скорость движения воды. При уменьшении подачи возникнет положительная разность напоров, что также приведет к изменению скорости потока в системе. Такие же явления могут происходить при работе насоса в режиме, соответствующем точке А₂. Все это приводит к нарушению устойчивости и надежности работы системы.

Условие устойчивой работы системы насос—водовод характеризуется выражением: