Основные параметры работы центробежных насосов, установленных в водяных скважинах, определяют по характеристикам этих насосов, а также по режиму и притоку воды к скважине.
Обычно заводы-изготовители приводят в паспортах характеристики насосов при работе без напорного трубопровода, т.е. дают зависимости Q, N и η от напора H, развиваемого насосом относительно выходного патрубка собственно насоса (см. плоскость А— А на рис. 3.16). Для получения зависимости подачи Q от напора Hб (в точке б) на выходном патрубке напорного трубопровода скважины (относительно плоскости Б—Б на рис. 3.16) необходимо построить дроссельную (или приведенную) характеристику насоса, отнесенную к точке б. Как известно, эта характеристика строится путем вычитания из ординат кривой Q—Н потерь напора ∑hп в напорном трубопроводе (в данном случае на участке аб).
Величина Еhп может быть выражена следующей зависимостью:
∑hп=nsQ2
где n— число секций напорного трубопровода; s — сопротивление одной секции.
Рис. 3.16. Совмещенные характеристики насоса, скважины и напорного трубопровода
Рис. 3.17. Зависимость сопротивления секций напорного трубопровода насосов типа АТН от подачи
для насосов: а — АТН-8; б —АТН-10; е — АТН-14
Сопротивление в общем случае зависит от диаметра напорного трубопровода и от конструкции насоса. Для погружных насосов всех типов величина s зависит только от диаметра напорного трубопровода Dтp и приближенно для расходов, выраженных в м3/ч, равна:
| Dтp, мм | 50 | 75 | 100 | 125 | 150 |
| s10 (на 10 м напорного трубопровода) | 0.01 | 0,0015 | 0,00025 | 0,000075 | 0,00028 |
Сопротивление напорных трубопроводов насосных агрегатов типа АТН зависит также и от подачи, так как к обычным гидравлическим потерям на трение и местные сопротивления добавляются гидравлические потери, возникающие при вращении вала с соединительными муфтами. Зависимость сопротивления s от подачи для насосных агрегатов типа АТН изображена на рис. 3.17. Пользуясь этими графиками и выражением (3.8), можно построить дроссельные характеристики насосов с любым числом секций напорного трубопровода.
Для определения величины подачи насоса, работающего в данной конкретной скважине, необходимо построить характеристику совместной работы насоса, трубопровода и скважины (рис. 3.16), На этом рисунке 0—0 — статический уровень воды в скважине, а— l — геометрическая высота подъема, т. е. разность между отметками статического уровня воды в скважине и излива воды из напорного трубопровода, и д — д — динамический уровень воды в скважине. Линия а — 2 представляет собой характеристику трубопровода от напорного патрубка насоса до точки излива воды (например, в сборный резервуар), а прямые а—3 и 0 — д являются характеристикой скважины, т.е. графической зависимостью понижения уровня от дебита скважины.
Наклон линий а—3 и 0—д к оси абсцисс соответствует удельному дебиту скважины, т. е. притоку на 1 м понижения уровня. Разность ординат линий а — 3 и а — 1 (при равных расходах) равна величине понижения уровня воды в скважине при данном расходе. Ординаты совмещенной характеристики трубопровода и скважины а— 4 получены путем суммирования ординат линии а—3 и кривой а — 2, т.е. потерь напора в трубопроводе от напорного патрубка до места излива воды.
Приведенная характеристика Q — Н насосной установки с учетом потерь напора в напорном трубопроводе насоса обозначена на этом рисунке линией б —в.
Рис. 3.18. Характеристики совместней работы трех скважинных насосных установок и водовода
1 — характеристика первого насоса относительно точки 2; 2 — характеристика совместной работы первого и второго насосов; 3— характеристика совместной работы первого и второго насосов относительно точки 3; 4 — характеристика совместной работы первого, второго и третьего насосов относительно точки 3; 5 — характеристика водовода на участке
В начальный момент (сразу после пуска) насос подает расход QH, соответствующий расходу в точке пересечения кривых б—в и а—2 на рис. 3.16. После того, как режим установится, т.е. после того, как уровень воды в скважине понизится до динамического горизонта, насос начнет подавать расход Qp, соответствующий расходу в точке пересечения кривых б — в и а — 4.
Скважинные насосы часто подают воду в один сборный трубопровод и резервуар, т. е. работают совместно. Суммарную подачу и параметры работы каждого из скважинных насосов проще всего найти графоаналитическим способом, т. е. путем построения характеристик совместной работы насосов и трубопроводов.
Способ построения графических характеристик совместной работы глубинных насосов поясним на примере расчета водозабора подземных вод, состоящего из трех скважин, сборного трубопровода и резервуара (рис. 3.18, а). Примем, что статический горизонт всех скважин находится на одной отметке. Для построения характеристик совместной работы скважинных насосов необходимо предварительно построить приведенные характеристики каждого из насосов с учетом удельного дебита соответствующих скважин. Приведенную характеристику насоса следует строить относительно точки 2, т. е. с учетом сопротивления трубопровода от точки а1 до точки 2. Приведенные характеристики второго и третьего насосов следует строить относительно точек 2 и 3 соответственно. Построив такие характеристики (аналогичные кривой б—в на рис. 3.16), можно приступать к построению характеристики совместной работы этих насосов.
Сначала следует вычертить характеристику параллельной работы первого и второго насосов относительно точки 2, для чего необходимо сложить абсциссы характеристик этих насосов, приведенных к одной и той же точке 2 (см. кривую 2 на рис. 3.18, б).
После этого полученную суммарную характеристику первого и второго насосов надо привести к точке 3, т. е. учесть потери напора в трубопроводе на участке 2 — 3. Для этого из ординат суммарной характеристики первого и второго насосов следует вычесть потери напора на участке 2 — 3 (см. рис. 3.18, а). Сложив абсциссы полученной кривой с абсциссами характеристики третьего насоса, приведенной к точке 3, получим характеристику параллельной работы первого, второго и третьего насосов, отнесенную к точке 3.
Для определения рабочей точки совместно действующих насосов следует построить графическую характеристику трубопровода на участке 3—4. Точка пересечения этой кривой с характеристикой параллельной работы трех насосов и есть рабочая точка для этого случая совместной работы скважинных насосов.
Способ определения подачи каждого из параллельно работающих насосов ясен из рис. 3.18,6.
Таким же методом можно построить и характеристики совместно работающих скважинных насосов в скважинах с разными статическими горизонтами. В этом случае характеристики следует строить относительно разных нулевых линий, соответствующих положению статического горизонта в каждой скважине. При большом числе насосных установок, совместно подающих воду в водопроводную сеть, расчет основных параметров совместной работы такой системы выполняют путем решения на ЭВМ системы уравнений, описывающих характеристики насосных установок и водопроводной сети.