Характеристика системы и рабочий режим насоса

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=H_г+∑h_п

_где ∑h_{п— сумма потерь напора.}
Величина Ehп зависит от диаметра и длины трубопровода, шероховатости его стенок, числа местных сопротивлений и расхода Q подаваемой жидкости, т. е.

∑h_п=SQ²=(Aι+A_m∑ζ)Q²    (3.4)
где S — полное сопротивление системы; А — удельное сопротивление по длине труб; A_m— 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
A_m=16/2gπ²d⁴,   (3.5)
где d — диаметр фасонной части, м.
Значения A_m вычисленные по этой формуле для расходов в м³/с, приведены в табл. 3.1. Если расход выражен в л/с, то значения А_м, приведенные в табл. 3.1, следует умножить на 10^-6.

Таблица 3.1

Характеристику системы строят следующим образом. На графике проводят прямую PD, параллельную оси абсцисс и проходящую от нее на расстоянии H_г (рис. 3.5). Выбирают несколько значений расхода Q₁, Q₂, Q₃, ..., Q_n, вычисляют соответствующие им значения ∑h_п, откладывают эти значения вверх от прямой PD в точках, соответствующих выбранным значениям расхода, и соединяют полученные точки плавной кривой. Величину Н_г называют статической составляющей характеристики системы, а величину ∑h_п— 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.