Установить, в каком режиме будет работать насос, можно лишь при условии, если известна характеристика системы, в которую этот насос подает жидкость. В простейшем случае система—это напорный трубопровод, соединяющий насос с баком'. Как известно, напор, развиваемый насосом, складывается из геометрической высоты подъема жидкости и суммы гидравлических сопротивлений:
H=Hг+∑hп
где ∑hп— сумма потерь напора.
Величина Ehп зависит от диаметра и длины трубопровода, шероховатости его стенок, числа местных сопротивлений и расхода Q подаваемой жидкости, т. е.
∑hп=SQ2=(Aι+Am∑ζ)Q2 (3.4)
где S — полное сопротивление системы; А — удельное сопротивление по длине труб; Am— удельное местное сопротивление; ι— длина трубопровода; ∑ζ— сумма коэффициентов местных сопротивлений
Значения Л, по данным Ф. А. Шевелева [10], приведены в прил. 10. Удельное местное сопротивление Аы можно найти по формуле
Am=16/2gπ2d4, (3.5)
где d — диаметр фасонной части, м.
Значения Am вычисленные по этой формуле для расходов в м3/с, приведены в табл. 3.1. Если расход выражен в л/с, то значения Ам, приведенные в табл. 3.1, следует умножить на 10-6.
Таблица 3.1
d, м |
Ам |
d, м |
Ам |
d, м |
Ам |
d, м |
Ам |
0,01 |
8,26-10^6 |
0,038 |
39 600 |
0,2 |
51,5 |
0,7 |
0,344 |
0,012 |
3,98-10^6 |
0,044 |
22 000 |
0,25 |
21,1 |
0,8 |
0,202 |
0,015 |
1,26-10^6 |
0,05 |
13 200 |
0,3 |
10,2 |
0,9 |
0,126 |
0,02 |
516 000 |
0,07 |
3 640 |
0,35 |
5,49 |
1 |
0,0827 |
0,025 |
211000 |
0,075 |
2610 |
0,4 |
3,23 |
1,1 |
0,0565 |
0,028 |
134 000 |
0,1 |
826 |
0,45 |
2,02 |
1,2 |
0,0399 |
0,032 |
78 800 |
0,125 |
338 |
0,5 |
1,32 |
1,4 |
0,0215 |
0,035 |
55 000 |
0,15 |
163 |
0,6 |
0,638 |
1,6 |
0,0126 |
Характеристику системы строят следующим образом. На графике проводят прямую PD, параллельную оси абсцисс и проходящую от нее на расстоянии Hг (рис. 3.5). Выбирают несколько значений расхода Q1, Q2, Q3, ..., Qn, вычисляют соответствующие им значения ∑hп, откладывают эти значения вверх от прямой PD в точках, соответствующих выбранным значениям расхода, и соединяют полученные точки плавной кривой. Величину Нг называют статической составляющей характеристики системы, а величину ∑hп— динамической.
Как видно из рис. 3,5, для изображенной на нем схемы включения насоса в систему возможен один и только один режим работы насоса, соответствующий напору и подаче в точке А его характеристики.
Рис. 3.5. Совмещенная характеристика насоса и простейшей системы
На практике схема включения насоса, изображенная на рис. 3.5, встречается редко, так как она неэкономична. Чаще всего насос подключают к баку по схеме, показанной на рис. 3.6, а. В этом случае режим работы насоса будет меняться по мере наполнения бака, так как геометрическая высота подъема (статическая составляющая характеристики системы) увеличивается, а гидравлические сопротивления остаются без изменения. В период наполнения бака подача насоса меняется от Q1 в начале наполнения до Q2 — в конце. Разница в подаче насоса будет особенно существенной при большой высоте бака, небольшом общем геометрическом подъеме и пологой характеристике Q—Н насоса. Для практических расчетов при определении рабочей точки насоса, включенного в систему по схеме, изображенной на рис. 3.6, а, необходимо строить характеристику системы, соответствующую расчетным уровням воды в резервуаре.
Рис. 3.6. Совмещенные характеристики насоса и системы
а — подача в бак с переменным уровнем при постоянном уровне в источнике;
б—работа насоса под заливом при переменном уровне в источнике (резервуаре)
На рис. 3.5 и 3.6, а приведены характеристики насоса, работающего со всасыванием при постоянном уровне воды в источнике (резервуаре). Если насос работает с подпором (под заливом) или при переменном уровне в источнике (резервуаре), то совмещенную характеристику насоса и системы строят но схеме, изображенной на рис. 3.6, б. При этом принимают самый невыгоднейший режим- работы насоса — самый низкий уровень воды в приемном резервуаре и самый высокий в напорном баке (точка А\ на кривой Q—Н). Во всех других случаях насос будет работать с большей подачей. Наибольшая подача будет при минимальном уровне в баке и при максимальном — в источнике (точка A2 на кривой Q—Н).
Схемы, приведенные на рис. 3.5—3.6, относятся к так называемым простым системам, в которых насос и напорный бак соединяет один напорный трубопровод без ответвлений и попутных отборов воды (без попутных расходов). Практически же чаще встречаются случаи работы насосов в сложных системах, когда вода от насоса подается в бак через водопроводную сеть, т. е. через несколько соединенных между собой трубопроводов, имеющих во многих точках отборы (расходы) воды. В таких случаях характеристику системы строят по результатам гидравлического расчета сети для разных схем распределения расходов.