ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.06.2019
Просмотров: 11925
Скачиваний: 247
компрессора подается сжатый воздух, энергия которого используется для
подъёма жидкости, и из подающего трубопровода поступает газожидкост-
ная смесь.
1.2. Насосная установка
На рис. 1.8 показана схема насосной установки.
р
0
IV
IV
2
1
3
Рис. 1.8. Схема насосной установки:
1 – напорный резервуар; 2 – расходомер; 3 – напорный трубопровод;
4 – задвижки; 5 – обратный клапан; 6 – манометр; 7 – насос; 8 – вакуумметр;
9 – водоем; 10 – всасывающая сетка; 11 – всасывающий трубопровод
Насос 7 забирает воду из водоема 9 и подает в напорный резервуар 1.
Всасывающая сетка 10 предотвращает попадание мусора, твердых частиц в
насос. При расположении насоса выше уровня воды в водоеме устанавли-
вается всасывающая сетка с обратным клапаном. При выключении насоса
обратный клапан перекрывается, удерживая столб воды во всасывающем
трубопроводе 11 и насосе. На всасывающем 11 и напорном 3 трубопрово-
дах устанавливаются задвижки 4, позволяющие отключить насос 7 при его
4
5
Н
г
III
7
6
9
10
8
4
III
I
0
II
II
Н
0
Н
вс
Н
I
р
ст
11
0
11
замене или ремонте. Для контроля за работой насоса устанавливаются на
напорном трубопроводе манометр 6 и на всасывающем – вакуумметр 8.
Если насос расположен ниже уровня воды в водоеме или забирает воду
из водопроводной сети, то на всасывающей линии устанавливается ма-
новакуумметр. Обратный клапан 5 предотвращает обратный ток жидкости
при выключенном насосе и защищает насос от гидравлического удара.
На напорном трубопроводе устанавливается расходомер 2, позволяющий
определить подачу насоса и вести контроль за использованием воды. Дав-
ление в напорном резервуаре 1 может быть как атмосферное, так и отлич-
ное от него р
0
.
1.3. Рабочие параметры насосов
Работа насоса характеризуется следующими параметрами: подачей Q,
м
3
/с (л/с); напором Н, м; потребляемой мощностью N, Вт (кВт); полным
коэффициентом полезного действия и высотой всасывания H
вс
, м.
1.3.1. Подача и напор насоса
Подачей насоса называется объем жидкости, перемещаемой насосом
за единицу времени. Способы определения – объемный (с использованием
тарированной емкости); крыльчатые, турбинные, индукционные расходо-
меры; дроссельные устройства и т. д.
Напором насоса называется полная удельная энергия, сообщаемая им
единице веса перемещаемой жидкости, т. е. напор насоса – это разность
полных удельных энергий потока жидкости на выходе и на входе в насос.
Напомним, что удельная энергия – это энергия, отнесенная к единице
веса перекачиваемой жидкости. Выберем плоскость сравнения 0–0 (см.
рис. 1.8), совпадающую с уровнем воды в водоеме (сечением I–I). Тогда
полная удельная энергия потока жидкости перед насосом (в сечении II–II)
будет равна
2
вс
вс
II
вс
ρ
2
p
V
E
H
g
g
=
+
+
,
где Н
вс
– высота всасывания (высота установки насоса над уровнем воды в
водоеме), м; р
вс
– абсолютное давление во всасывающем трубопроводе пе-
ред насосом в месте установки вакуумметра (мановакуумметра) в сечении
II–II, Па; V
вс
– средняя скорость жидкости во всасывающем трубопроводе,
м/с; ρ – плотность жидкости, кг/м
3
; g – ускорение свободного падения,
м/с
2
. Полная удельная энергия потока жидкости после насоса в сечении
III–III:
2
н
н
III
вс
0
ρ
2
р
V
E
H
H
g
g
=
+
+
+
,
12
где Н
0
– разность высот мест установки манометра и вакуумметра, м;
р
н
–абсолютное давление в напорном трубопроводе на выходе из насоса в
сечении III–III в месте установки манометра, Па; V
н
– средняя скорость
жидкости в напорном трубопроводе, м/с. В соответствии с определением
напор в насосе будет равен:
II
III
E
E
H
−
=
или
2
2
н
вс
н
в
0
ρ
2
с
p
p
V
V
H
H
g
g
−
−
=
+
+
. (1.1)
1.3.1.1. Определение напора насоса по показанию приборов
Манометр показывает превышение давления над атмосферным:
атм
н
ман
p
p
p
−
=
,
а вакуумметр – недостаток давления до атмосферного:
вс
атм
вак
p
p
p
−
=
.
Абсолютные значения давления связаны с показанием приборов соот-
ношениями:
атм
ман
н
p
p
p
+
=
;
вак
атм
вс
р
p
p
−
=
.
С учетом соотношения (1.1) и выражений для
р
н
и
р
вс
формула для оп-
ределения напора работающего насоса по показаниям манометра и ваку-
умметра имеет вид:
g
V
V
g
p
p
H
H
2
2
вс
2
н
вак
н.ман
0
−
+
ρ
+
+
=
. (1.2)
При заборе воды насосом из водопроводной сети (при подаче воды во
внутренний противопожарный водопровод, в автоматические установки
пожаротушения, заборе воды пожарными насосами из гидрантов) или при
перекачке воды пожарными насосами во всасывающем патрубке перед на-
сосом может быть избыточное давление, а не вакуум. Тогда абсолютное
значение давления во всасывающем трубопроводе перед насосом связано с
показанием манометра или мановакуумметра соотношением:
атм
вс.ман
вс
p
p
p
+
=
.
Подставляя значения
и
вс
p
н
н.ман
атм
p
p
p
=
+
в уравнение (1.1), полу-
чаем формулу (1.3) для определения напора насоса по показаниям мано-
метра на всасывающем и напорном патрубке:
g
V
V
g
p
p
H
H
2
2
вс
2
н
вс.ман
н.ман
0
−
+
ρ
−
+
=
. (1.3)
13
Уравнения (1.2) и (1.3) используют для определения напора при испы-
тании насоса и при проведении пожарно-технического обследования на-
сосных станций.
Если манометр и вакуумметр находятся на одной высоте
Н
0
= 0, диа-
метры всасывающего и напорного патрубков одинаковы
V
н
=
V
вс
, то
ман
вак
ρ
p
p
H
g
+
=
или
н.ман
вс.ман
ρ
p
p
H
g
−
=
. (1.4)
При атмосферном давлении на входе в насос
р
вак
= 0 (
р
вс.ман
= 0), фор-
мула для определения напора насоса имеет самый простой вид:
g
p
H
ρ
=
ман
, (1.5)
и определить напор насоса только по показанию манометра можно в един-
ственном случае, когда давление на входе атмосферное, диаметры всасы-
вающего и напорного патрубков равны и приборы находятся на одном
уровне. Следует отметить, что обычно первый и третий члены в правой
части уравнения (1.3) малы, и в большинстве случаев с достаточной для
практики точностью напор насоса может быть определен по формулам
(1.4) или (1.5).
1.3.1.2. Определение напора насоса расчетом по элементам
насосной установки
При экспертизе проектов насосных станций систем противопожарного
водоснабжения требуется установить правильность определения требуе-
мых подачи и напора насосов и подбора их марок, т. е. определить напор
пожарного насоса расчетом по элементам насосной установки. Для вывода
требуемой формулы воспользуемся уравнением Бернулли, которое запи-
шем для сечений I–I и II–II, III–III и IV–IV (см. рис. 1.8).
2
2
1
1 1
2
2 2
1
2
α
α
ρ
2
ρ
2
p
V
p
V
1 2
z
z
g
g
g
g
h
−
+
+
=
+
+
+
; (1.6)
2
2
3
3 3
4
4 4
3
4
α
α
ρ
2
ρ
2
p
V
p
V
3 4
z
z
h
g
g
g
g
−
+
+
=
+
+
+
.
Так как движение жидкости перед насосом и после него, как правило,
турбулентное, то
и коэффициенты кинетической энергии α можно поло-
жить равными единице. Выберем плоскость сравнения – поверхность воды
в водоеме. Тогда значения величин, входящих в уравнения:
z
1
= 0;
z
2
=
Н
вс
;
z
3
=
Н
вс
+
Н
0
;
z
4
=
Н
вс
+
Н
0
+
Н
н
=
Н
г
– геометрическая
высота подъема жидкости (см. рис. 1.8);
14
p
1
=
p
атм
;
p
2
=
p
вс
;
p
3
=
p
н
;
p
4
=
p
о
;
V
1
= 0;
V
2
=
V
вс
;
α
2
= 1;
V
3
=
V
н
;
α
3
= 1;
V
4
= 0;
h
1-2
=
h
вс
;
h
3-4
=
h
н
– потери напора во всасывающем и на-
порном трубопроводах (в водоводах, в сети до мест использования воды).
Подставляя значения указанных выше величин в уравнение (1.6), получаем:
2
вс
атм
вс
вс
вс
ρ
ρ
2
p
p
V
H
h
g
g
g
=
−
−
−
; (1.7)
2
н
0
н
н
н
ρ
ρ
2
p
p
V
H
h
g
g
g
=
+
−
− .
В формуле (1.1) вместо
н
ρ
p
g
и
вс
ρ
p
g
подставим их значения (1.7).
0
атм
0
вс
н
вс
н
ρ
ρ
p
p
H
H
H
H
h
h
g
g
=
−
+
+
+
+
+ , (1.8)
где
0
атм
изб
св
ρ
ρ
p
p
p
H
g
g
−
=
=
– свободный напор, необходимый, например,
для работы хозяйственных водоразборных приборов, пожарных кранов,
для подачи воды в гидропневмобаки, для работы пожарных стволов и т. д.
Если водонапорный бак открытый, то Н
св
= 0 (р
0
= р
атм
; р
изб
= 0).
Н
0
+ Н
вс
+ Н
н
= Н
г
– высота подъема жидкости от уровня воды в резервуа-
ре или водоеме.
С учетом приведенных соотношений формула для определения напо-
ра насоса (1.8) примет вид:
н
вс
св
г
h
h
H
H
H
+
+
+
=
. (1.9)
Таким образом, напор, создаваемый насосом (1.9), расходуется на подъ-
ем жидкости на высоту Н
г
, преодоление сопротивлений во всасывающем и
напорном трубопроводах (h
вс
, h
н
) и на создание свободного напора Н
св
. Вы-
ражение (1.9) используется для определения требуемого напора насоса.
1.3.2. Мощность насоса. Баланс энергии и КПД насоса
Напор насоса Н равен полной энергии, сообщаемой им каждой едини-
це веса перекачиваемой жидкости. За единицу времени из насоса в напор-
ный трубопровод поступает жидкость весом Q
ρg. Следовательно, энергия,
передаваемая насосом жидкости за единицу времени, или полезная (эф-
фективная) мощность насоса равна:
gH
Q
N
e
ρ
=
, (1.10)
15