ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.06.2019
Просмотров: 11553
Скачиваний: 241
.
4
8
12
16
20
24 28 30
0
4
8
12
16
20
24
28
Н, м
Q, л/с
η = 0,4
n = 2000
η = 0,7
η = 0,75
η = 0,6
η = 0,5
η = 0,4
n = 1600
n = 1000 n = 1400
Рис. 1.22. Универсальная характеристика насоса
На поле характеристики наносятся также кривые равных КПД и зави-
симости мощности от подачи. Для построения универсальных характери-
стик проводятся испытания насоса при различных числах оборотов и по-
строение серии рабочих характеристик для каждого числа оборотов рабо-
чего колеса. Иногда приводятся безразмерные универсальные характери-
стики, в которых значения подачи, напора и КПД отнесены к их оптималь-
ным значениям, т. е. к их значениям при максимуме КПД. При расчёте на-
сосно-рукавных систем удобно пользоваться аналитическими характери-
стиками, которые с точностью, вполне приемлемой для практических рас-
чётов, можно представить в виде
2
bQ
a
H
−
=
, (1.78)
где численные значения параметров a и b для главных характеристик
Q – H пожарных насосов приведены в гл. 2. Более точное аналитическое
описание главной характеристики Q – H можно сделать, используя поли-
ном с большим числом членов более высокой степени, но при этом сильно
усложняется расчёт насосно-рукавных систем при несущественном повы-
шении его точности.
51
1.11. Работа насоса на сеть. Рабочая точка
Насос и внешняя сеть образуют единую систему, равновесное состоя-
ние которой определяется материальным и энергетическим балансом.
Материальный баланс выражается условием равенства подачи насоса
расходу во внешней сети. Энергетический баланс – равенством напора на-
соса напору, используемому в сети, который определяется по соотноше-
нию (1.9):
н
вс
св
г
h
h
H
H
H
+
+
+
=
.
Как известно из курса гидравлики, потери напора во всасывающем h
вс
и напорном h трубопроводах могут быть выражены формулой:
н
2
н
вс
SQ
h
h
h
=
+
=
, (1.79)
где S – сопротивление системы трубопроводов заданных длин и диамет-
ров; Q – расход воды через трубопроводы.
При работе насоса на конкретную сеть фиксированы не только длина
и диаметр трубопроводов, но и высота подъёма H и свободный напор H
г
св
,
а значит, А = H + H
св
г
– величина для данной сети постоянная. Следова-
тельно, напор насоса может быть представлен функцией расхода:
2
SQ
A
H
+
=
. (1.80)
Выражение (1.80), представляющее уравнение параболы, называется
характеристикой системы трубопроводов (сети) или характеристикой
насосной установки. Построим главную рабочую характеристику насоса
Q – H и характеристику системы трубопроводов на одном и том же графи-
ке в одинаковом масштабе (рис. 1.23). В силу условий равенства Q и H для
насоса и сети напор и подача определяются однозначно точкой А пересе-
чения характеристик насоса и сети, т. е. графически условие материально-
го и энергетического баланса системы выражается точкой А пересечения
характеристик насоса и сети (см. рис. 1.23).
Эта точка А называется рабочей точкой. Если рабочая точка отвечает
оптимальному режиму работы насоса (т. е. максимальному КПД), то насос
подобран правильно. На практике выбирают область оптимальной работы
насоса, т. е. область изменения подачи, в которой отклонение КПД от мак-
симальных значений не более 5 %. Следует отметить, что для насосов с
пологой характеристикой это достаточно широкая область, и это ещё одна
из причин использования таких насосов в противопожарном водоснабже-
нии. Покажем, что насос не может работать в режиме, отличном от режи-
ма, определённого рабочей точкой А. Предположим, что насос работает в
режиме В. В этом случае напор, сообщаемый насосом жидкости, равен Н
В
,
а напор, расходуемый при движении жидкости по трубопроводу, равен
52
Н
С
Q
В
Q
А
Q
С
H
г
+
H
св
H
В
H
А
H
В
H
В
А
В′
С′
С
Q
Рис. 1.23. Определение рабочей точки насоса
H
В'
< H . Избыток удельной энергии H – H
В
В
В'
идёт на приращение кинети-
ческой энергии жидкости, скорости её движения. Увеличение скорости
приведёт к увеличению расхода, который будет расти до тех пор, пока не
сравняется с Q . Если подача насоса больше Q
А
А
(режим С, рис. 1.23), то со-
общаемый насосом напор H
С
меньше потребного H
С'
. Недостаток сооб-
щаемой жидкости удельной энергии H
С'
– H
С
определит уменьшение ско-
рости движения жидкости и, следовательно, уменьшение расхода Q .
А
Таким образом, для данной системы (сети) и данного насоса сущест-
вует единственная рабочая точка – точка А.
Задача
1.27. Насос Д320-50 с характеристикой Н = 60 – 0,002Q
2
, где [Q] = л/с,
[Н] = м, подает воду в сеть противопожарного водопровода. Наиболее уда-
ленная точка сети находится на высоте 20 м относительно уровня воды в
резервуаре, из которого происходит забор воды. Требуемый свободный
напор при пожаротушении должен быть равен 10 м вод. ст. Известно, что
при подаче воды 100 л/с потери напора будут равны 20 м вод. ст. Опреде-
лить рабочую точку насоса и потребляемую им мощность, если КПД насо-
са можно принять равным 0,65.
53
1.12. Регулирование работы насоса
Из рис. 1.23 следует, что для изменения подачи и напора насоса надо
изменить или характеристику системы, или характеристику насоса.
Дроссельное регулирование (регулирование задвижкой)
Предположим, что насос должен иметь подачу не Q
А
, соответствую-
щую рабочей точке А пересечения характеристики насоса с характеристи-
кой системы, а Q . Пусть Q < Q . Подаче Q
В
В
А
В
должна соответствовать точ-
ка В характеристики насоса. Если на напорном трубопроводе прикрыть за-
движку, то появится дополнительное местное сопротивление и увеличится
сопротивление S внешней системы, т. е. сопротивление сети и в соответст-
вии с уравнением (1.80) характеристика системы пойдёт круче (рис. 1.24),
а подача насоса уменьшится. Задвижку надо прикрывать до тех пор, пока
подача насоса не станет равной Q
В
, а следовательно, характеристика сис-
темы пересечёт характеристику насоса в точке В.
Характеристика сети с дросселем
(задвижкой)
Q
В
Q
А
Q
Н
В′
Н
А
Н
В
Н
Q – Н
В
А
В′
Характеристика сети
Рис. 1.24. Дроссельное регулирование работы насоса
При этом режиме напор насоса H
В
складывается из полезно используемо-
го напора H
В'
(т. е. напора, затрачиваемого на прокачку воды через трубопро-
воды, подъём воды и создание требуемых свободных напоров) и потерь напо-
ра в задвижке h
3
= H
В
– Н
В'
. При этом бесполезно затрачивается мощность
(
)
3
ρ
η
B
B
B
gQ H
H
N
′
−
=
.
Таким образом, регулирование работы насоса дросселированием вы-
зывает дополнительные потери энергии и этот способ регулирования не
экономичен. Однако благодаря исключительной простоте, регулирование
дросселированием получило большое распространение. Отметим, что при
увеличении или уменьшении диаметра трубопроводов будет изменяться
характеристика системы и положение рабочей точки.
54
Регулирование путём изменения числа оборотов
рабочего колеса насоса
Рабочая характеристика насоса при числе оборотов n
1
представлена на
рис. 1.25. Точка пересечения А характеристики системы и характеристики
насоса определит подачу Q и напор H
А
А
насоса. Если изменить число обо-
ротов рабочего колеса насоса, то изменится и его характеристика.
В соответствии с формулами (1.69), (1.70), (1.71) пересчёт характери-
стики насоса на новое число оборотов n должен выполняться по формулам:
2
2
1
1
n
Q
Q
n
⎛
⎞
=
⎜
⎝
⎠
⎟
; (1.81)
2
2
2
1
1
n
H
H
n
⎛ ⎞
=
⎜ ⎟
⎝ ⎠
; (1.82)
3
2
2
1
1
n
N
N
n
⎛
⎞
=
⎜
⎟
⎝
⎠
. (1.83)
Задавшись на характеристике Q – H при числе оборотов n
1
рядом точек
и подставив их значения в формулы (1.81), (1.82), получим координаты точек
Q
2
, H
2
новой характеристики насоса при числе оборотов рабочего колеса n
2
.
Нанеся эти точки на график и соединив их плавной кривой, получим
рабочую характеристику насоса при числе оборотов n
2
(см. рис. 1.25). Так-
же строится и кривая мощности. Изменение характеристики насоса обу-
словит и изменение положения рабочей точки В, а следовательно, подачи
Q
2
и напора H насоса.
В
Q
2
Q
1
Q
Н
2
Н
1
Н
n
1
n
2
А
В
Характеристика сети
Рис. 1.25. Регулирование работы насоса
путем изменения числа оборотов рабочего колеса
55