Большая энциклопедия нефти и газа. Определение рабочей точки центробежного насоса

Для решения задачи необходимо:

1. Составить уравнение гидравлической сети.

2. Построить графическое изображение этого уравнения в координатах Q- H .

3. Нанести на этот график характеристику насоса и определить координаты точки пересечения напорной характеристики насоса и характеристики сети (координаты рабочей точки).

Последовательность решения задачи .

1). Выбираем два сечения - н-н и к-к , перпендикулярные направлению

движения жидкости и ограничивающие поток жидкости (Рис. 1).

Сечение н-н проходит по свободной поверхности жидкости в резервуаре 2, а сечение к-к – под поршнем в цилиндре 3.

2). Применяем в общем виде закон сохранения энергии для сечений н-н и к-к с учетом того, что жидкости добавляется энергия в насосе, равная потребному в данной сети напору H потр :

(26)

3). Раскрываем содержание слагаемых уравнения (26) для нашей задачи.

Для определения величин z н и z к выбираем горизонтальную плоскость сравнения 0-0 . Для удобства ее обычно проводят через центр тяжести одного из сечений. В нашем случае плоскость 0-0 совпадает с сечением н-н .

z н и z к - вертикальные отметки центров тяжести сечений. Еслисечение расположеновыше плоскости 0-0 , отметка берется со знаком плюс , если ниже - со знакомминус .

z н =0; z k =H 1 +H 2 .

р н, р к - абсолютные давления в центрах тяжести сечений.

Давление на поверхности открытых резервуаров равно атмосферному , а взакрытых резервуарах илив трубе - сумме атмосферного давления и показания прибора (манометрическое давление берется со знакомплюс , вакуумметрическое - со знаком минус ). Вакуумметрическое давление – это отрицательное манометрическое.

р н = р ат + р м;

Если на жидкость в сечении действует сила, передаваемая через поршень, то давление определяется из условия равновесия поршня и равно:

р к = R/S + р ат. , где S=p×D 2 /4 – площадь сечения поршня.

J н, J к - средние скорости движения жидкости в сечениях.

Согласно закону сохранения количества вещества через любое сечение потока проходитодин и тот же расход жидкости:

где w н , w 1 , w 2 , w к - площади соответствующих сечений.

Поскольку площади сечений резервуаров значительно больше площадей сечений труб, скорость J н очень мала по сравнению со скоростями в трубах J 1 и J 2 и величиной a н J н 2 /2g можно пренебречь. Скорость J к = Q/w к .

a н и a к - коэффициенты Кориолиса; a = 2 при ламинарном режиме движения, a=1 при турбулентном режиме.

Принимаем: J н » 0; J к = Q/w к ==Q/(p×D 2 /4).

Потери напора h н-к при движении жидкости от сечения н-н к сечению к-к складываются из потерь во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, причем в каждом трубопроводе потери разделяются на потери по длине и местные:

	h н-к = h 1 + h 2 = h дл.1 + h ф + h пов.1 +h дл.2 + h кр. +2h пов. + h вых.	(29)
	- потери по длине на всасывающем трубопроводе.
	- потери в приемной коробке (фильтре). x ф зависит от диаметра всасывающего трубопровода (при d=140мм x ф = 6,2, приложение 5).
	- потери на поворот во всасывающем трубопроводе, x пов. - коэффициент сопротивления при резком повороте на угол 90° (x пов =1,32 - приложение 5).
	- потери по длине на нагнетательном трубопроводе.
	x кр. =0 - задается по условию.
	- потери на поворот в нагнетательном трубопроводе, x пов. - коэффициент сопротивления при резком повороте на угол 90°(x пов =1,32 - приложение 5).
	- потери при выходе из трубы в резервуар (x вых =1 - приложение 5).

Для определения коэффициентов местных сопротивлений переходим по гиперссылке в справочный файл Приложение.doc (делаем щелчок мышью по слову приложение).

(32)

Зависимость (32) и представляет собой уравнение (характеристику) гидравлической сети. Это уравнение показывает, что в данной сети напор насоса расходуется на подъем жидкости на высоту (H 1 +H 2), на преодоление противодавления R/S - р м и на преодоление гидравлических сопротивлений.

7. Строим характеристику насоса Д-320 и наносим на нее графическое изображение характеристики сети (32).

Для построения характеристики сети задаемся несколькими значениями расхода жидкости из рабочего диапазона насоса Д-320 и вычисляем по уравнению (32) значение потребного напора H потр . Перед вычислением определяем при температуре t = 30°С плотность и вязкость жидкости по справочным данным.

Плотность жидкости при другой температуре можно определить по формуле:

r t = r 0 / (1+a×Dt),

где r t - плотность жидкости при температуре t=t 0 +Dt;

Dt - изменение температуры;

t 0 - температура, при которой плотность жидкости равна r 0 ;

a - коэффициент температурного расширения (в среднем для минеральных

масел и нефти можно принять a= 0,00071/° C, для воды, бензина, керосина

a= 0,0003 1/° C) .

2. Вязкость при любой температуре определяется по формуле:

n t = n 20 ×e b × (t -20) ;b = 1/(t 2 - t 1)× ln (n t 2 /n t 1). - приложение 3

Для нашей задачи (нефть легкая):

t 0 =20°, t =30°, Dt= 30-20=10, r 0 =884, a= 0,0007 1/° C, n 20 =0,25см 2 /c, t 1 =20°, t 2 =40°, n t 1 =0,25см 2 /c, n t 2 =0,15см 2 /c. Все вычисления будут производиться в Excel.

Анализ формулы (32) показывает, что при задании расхода Q все величины в правой части уравнения известны, кроме коэффициента трения l.

Последовательность вычисления l :

	Re < 2300	l=64 / Re
	Re > 2300	l = 0,11×(68/Re + D э /d) 0,25

Принимаем величину абсолютной шероховатости трубопровода

D э = 0,5 мм (трубы стальные, сварные, бывшие в употреблении, приложение 4). Вычисления и построение графиков выполняем на ЭВМ с помощью электронных таблиц (Microsoft Excel).

Для перехода в Excel выделите таблицу и график на следующей странице и сделайте двойной щелчок мышью. Перед Вами появится лист документа Excel. Выполняйте указания, которые там приведены. Не забудьте изменить сумму коэффициентов местных сопротивлений на всасывающей и нагнетательной линии!

Исходные данные приведены в таблице (раздел 1. Постановка задачи).

Рис.13. Определение рабочей точки насоса.

Согласно рис.13, рабочая точка насоса имеет следующие параметры:

Q = 76× 10 -3 м 3 /с, H = 59м, h =0,68

8. Определяем мощность приводного двигателя:

N дв. =r×g×H×Q/h= 878×9,8×59×76×10 -3 /0,68=56,7 кВт.

К сожалению, ни с одним видом насосов не происходит столько отказов и выходов из строя, как с бытовыми погружными скважинными насосами. Причина не в качестве оборудования, а в том, что проект и подбор осуществляют не профессиональные проектировщики, а сами владельцы частных домов или недостаточно квалифицированный персонал монтажных организаций.

Откуда, например, неспециалисту знать, что двигатель подобранного с большим запасом насоса может сгореть, если при монтаже и настройке системы не вывести насос в рабочий диапазон.

Надеемся, что данная статья поможет читателям избежать подобных ошибок.

Определение параметров

Во всех случаях для правильного выбора насоса, прежде всего, необходимо определить его рабочие параметры -- расход (Q) и напор (H).

Требуемый расход воды определяется из суммарной производительности всех водоразборных точек объекта, с учетом вероятности их одновременного использования.

В упрощенном расчете можно пользоваться следующими нормами водопотребления для сантехнических приборов:

• умывальник - 60 л/ч,
• смывной бачок унитаза - 83 л/ч,
• кухонная мойка - 500 л/ч,
• душ - 500 л/ч,
• ванная - 300 л/ч,
• поливочный кран - 1080 л/ч.
• Полив газонов и цветников требует 3- 6 м 3 воды на один м 2 , расход при этом зависит также от способа орошения и интенсивности полива.
• Сауна или баня потребует около 1000 л/ч.

Для расчета требуемого напора используется формула:

Нтр = Нгео + S + Нсвоб, где

Нгео - высота ввода трубопровода в здании относительно динамического уровня воды в скважине (численное выражение динамического уровня должно обязательно присутствовать в паспорте скважины);

S - сумма потерь напора на трение в трубопроводе и местные сопротивления (арматура, фасонные детали, фильтры и т.д.);

Нсвоб - напор, который необходимо создать на вводе в здание, с расчетом обеспечения на самой удаленной и высоко расположенной водоразборной точке давления 0,5 атм.

Параметры скважины принципиально важны для пользователя, так как используются при расчете требуемого напора и рабочей характеристики выбираемого насоса. В паспорте скважины буровиками должны быть указаны такие параметры как статический уровень, динамический уровень, дебит скважины. Эти данные определяются экспериментально организацией, проводившей буровые работы. Очевидно, что результаты расчета окажутся неверными, если при определении динамического уровня скважины использовался насос заведомо меньшей мощности, чем это потребуется для водоснабжения объекта в соответствии запросам потребителя. И хотя на быстрое получение официального паспорта артезианской скважины пользователю рассчитывать сложно (это государственный документ, требующий множества разрешений и согласований), необходимо требовать предоставления вместе с актом проведенных работ подробные данные по скважине, в том числе - осведомиться и о мощности насоса, которым проводилась откачка воды при определении динамического уровня. Заключая договор на буровые работы, следует обращать внимание на наличие лицензии у подрядчика. Только серьезные фирмы всегда по окончанию работ дают клиенту гарантию и подробный паспорт скважины, где четко прописаны все упомянутые характеристики, а также диаметр обсадной колонны, перечень пройденных грунтов, сведения о пробной прокачке скважины и т.д. - вплоть до рекомендованной марки насоса и глубины его установки.

Параметры требуемых Q и Н для дополнительного оборудования (джакузи, моечная машина, разбрызгиватели, "дождевалки" и т.д.) указываются производителями. При установке водоочистных фильтров учитываются потери напора (обычно около 2 атм) и расход воды на их промывку. Для бассейна указывается только время его наполнения.

Пример расчета

Исходные данные:
Требуется обеспечить водоснабжение загородного участка с двухэтажным коттеджем (кухня, два санузла и душ с гидромассажем требуют расхода 1 м 3 /ч и напора 4-5 атм.), гаражом, домом для обслуживающего персонала (содержит санузел), баней, бассейном на 45 м 3 , поливом территории, системой водоочистки. На участке постоянно проживает семья из четырех человек и два человека из числа персонала. Для водоснабжения участка пробурена скважина глубиной 80 м; диаметр обсадной колонны - 150 мм; статический уровень - 46 м; динамический уровень - 50 м; расход, измеренный при откачке - 3,5 м 3 /ч.
Расчет:

С учетом норм расхода воды (см. в начале статьи) получаем суммарный расход и напор потребителей:

Qсум = 500 + 3 ґ (60 + 83 + 500) + 1000 + 1000 + 2 ґ 1060 = 6500 л/ч = 6,5 м 3 /ч

Нтр = 50 + 8 + 20 + 2 + 30 = 110 м

Ввиду невозможности и нецелесообразности использовать все водоразборные точки сразу, можно определить требуемый расход как 5 м 3 /ч.

Расчетным данным удовлетворяет насос SP 5А-33 (Q = 5 м 3 /ч, H = 120 м); его характеристика показана на рис. 1.

Этим обеспечивается достаточный расход для кухни, одного санузла и полива. (Подразумевается, что хозяева не будут одновременно с поливом территории из обоих кранов использовать баню и принимать ванную, мыться в душе и наполнять бассейн.) Для обеспечения давления на поливочные установки и гидромассаж дешевле использовать отдельные насосы - это позволит не держать под высоким давлением весь водопровод и сделает работу погружного насоса более стабильной, а систему гибкой и независимой (с помощью дополнительного насоса всегда можно получить высокое давление в любой точке разбора). Бассейн будет наполняться ночью. При этом с помощью задвижки на оголовке следует "задросселировать" насос (создать дополнительное сопротивление), чтобы при работе по заполнению бассейна подача не превышала допустимой - 6,5 м 3 /ч.

Если мощность завышена

Рис.1. Рабочие характеристики
правильно подобранного насоса.

Самостоятельный выбор насоса заказчиком, предъявляющим завышенные требования по расходу и напору, часто приводит к выбору насоса слишком большой мощности. В случае с рассмотренными выше исходными данными таким насосом может быть SP14А-25. Как уже говорилось, при установке модели завышенной мощности возможны осложнения.

Во-первых, так как при подобном выборе номинальная подача значительно превышает средние потребности по воде, насос будет работать в режиме частых включений/отключений. Фирмы-изготовители допускают до 30 включений насоса в час, но только в течение одного часа в сутки, при общем ограничении - 60 циклов за день. В любом случае частые включения негативно сказываются на ресурсе работы электродвигателя и пусковой автоматики. Для избежания этого потребуется установка мембранного бака большого объема.

Во-вторых, при завышенной мощности насоса, как следствие будет завышено и давление воды на вводе в дом. В момент пуска такого насоса неминуемо будут возникать сильные гидравлические удары. Некоторая арматура может быть просто не рассчитана на такое давление (посудомоечные и стиральные машины, смесители), потребуется дополнительная установка редукторов давления для снижения напора.

Рис.2. Насос подобран неправильно:
рабочая точка смещена вправо.

В третьих, во время наполнения бассейна, насос будет работать на "открытую трубу", не создавая при этом давления. В таких условиях наблюдается большой расход воды при минимальном давлении. Рабочая точка насоса смещается на кривой характеристики вправо, в область, несоответствующую рабочей зоне насоса (рис.2). Мощность на валу будет максимальной, и при длительной работе в таком режиме двигатель выйдет из строя.

Следствием применения насоса с завышенной мощностью будет общее удорожание всей системы, вызванное применением более мощной электротехнической аппаратуры, материалов и арматуры с большим допустимым рабочим давлением, увеличением диаметров трубопровода и скважины, а также удорожанием водоочистки.

Если номинальная подача насоса превышает дебит скважины, необходима установка дополнительной защиты по "сухому ходу". Дросселирование и настройка насоса приведут к перерасходу электроэнергии.

Иначе говоря, при обеспечении возможности одновременного использования всех водоразборных точек посредством установки насоса завышенной мощности, стоимость системы водоснабжения возрастает. При этом реальное водопотребление будет значительно меньшим.

Поэтому, хотя конечный выбор всегда останется за заказчиком, дешевле и правильнее выбирать насос с учетом реальных потребностей и при помощи специалистов. Удовлетворить требования пользователя к системе водоснабжения при соблюдении правил ее монтажа и эксплуатации можно, избрав оптимальный в данной ситуации насос с пологой рабочей характеристикой.

Для системы водоснабжения из рассмотренного выше примера может быть выбран насос SP 8А-25 (рис. 3). В зоне возможных подач (от 4 до 8 м 3 /ч) у этой модели кривая зависимости напора от расхода имеет пологий вид, то есть при малых расходах воды не случится слишком большого повышения напора. В то же время некоторый допустимый запас при расчете водопотребления исключит возможность нехватки воды.

Монтаж насоса и ввод в эксплуатацию

В любом случае, какой бы насос не был выбран, при монтаже необходимо выверить его рабочую точку во всех возможных режимах работы. При вводе в эксплуатацию следует замерить подаваемый расход (определяется по скорости заполнения любой емкости известного объема, например бочки), создаваемое давление (по показанию манометра на оголовке) и потребляемый при этом ток (замеряется токовыми щипцами).

Полученные характеристики сверяются с паспортными данными насоса по каталогу. При превышении рабочих параметров (как правило, некоторый запас мощности предусматривается, например, для последующей установки фильтров) необходимо прикрыть задвижку на выходе из скважины, создать дополнительное местное сопротивление, достаточное для установления правильной рабочей точки - середина характеристики Q (Н).

Монтаж, как и выбор насоса, должны осуществлять подготовленные специалисты, монтажная компания должна иметь лицензию на установку данного оборудования.

Защита скважинного насоса

Еще до выбора и приобретения насоса необходимо получить точные сведения о напряжении электропитания на объекте. Это особенно важно при выборе импортного насоса. Все поставляемое из-за рубежа оборудование соответствует в первую очередь промышленным нормам страны-производителя. Так для всех немецких насосов допустимое отклонение напряжения в электрической сети от номинала составляет от +6 до -10%. Несмотря на все встроенные защиты, насос не предназначен для работы от сети с напряжением ниже 200 В, все возможные просадки и скачки напряжения негативно скажутся на ресурсе работы электродвигателя. Здесь следует предусмотреть регулируемую защиту по напряжению в составе шкафа управления, а для трехфазных насосов также от неполнофазных режимов работы. Не рекомендуется устанавливать мощные однофазные насосы. Пусковой ток двигателя мощностью 2,2 кВт может превышать номинальный в 4,4 раза! Для стабилизации напряжения в пределах рабочего диапазона при таких скачках потребуется стабилизатор с пятикратным запасом мощности (точнее выбор проведут производители стабилизаторов). Иногда для пользователя оказывается дешевле обеспечить на объекте электропитание в 380 В, чем корректную работу однофазного насоса.

По статистике около 85% отказов происходит именно с электрической частью насоса. Основной причиной является межвитковое замыкание обмоток статора вследствие перегрева из-за гидравлической перегрузки, либо при работе на пониженном или скачкообразно изменяющемся напряжении. И того и другого можно избежать, установив надлежащую токовую защиту. Обычный пускатель с токовой защитой вполне справляется с этой задачей, однако некоторые монтажники забывают сделать настройку на требуемое значение по току. Итог такой халатности несложно подсчитать: придется заплатить за подъем насоса из скважины, его ремонт (цена нового двигателя), за повторное опускание насоса и его ввод в эксплуатацию. Сумма может превысить стоимость нового насоса.

Словарь терминов:

Напор - избыточное давление, создаваемое насосом.

Расход - объем воды перекачивающим насосом в единицу времени.

Рабочая точка - точка пересечения кривой характеристик насоса Q (H) с характеристикой сопротивления трубопровода SQ2, соответствующая действующим значениям напора и расхода при работе на конкретную систему водопровода.

Дросселирование - создание дополнительного сопротивления на напорном трубопроводе.

Рабочая характеристика - график зависимости рабочих параметров насоса - напора и расхода Q (H).

Мощность на валу - потребляемая насосом мощность

Статический уровень - постоянный уровень воды в скважине

Динамический уровень - уровень воды в скважине, устанавливающийся при откачке удельного расхода

Дебит скважины - стабильный расход воды, обеспечиваемый скважиной.

Напорная характеристика насоса и трубопровода. Рабочая точка насоса с трубопроводом.

Для определения параметров рабочего режима совместной работы насоса с данным трубопроводом надо совместить характеристику насоса с напорной характеристикой трубопровода (рис.15).

Для этого обе характеристики должны быть вычерчены в одном масштабе. Точка Р пересечения этих кривых и будет рабочей точкой совместной работы насоса и трубопровода (сети). Она должна соответствовать максимальной производительности насоса, работающего на данный трубопровод при полном открытии задвижки на напорной части трубопровода и постоянном числе оборотов вала насоса. Если насос спроектирован или подобран для данной сети правильно, то КПД насоса в точке Р должен иметь максимальное значение.

Здесь же необходимо построить графические зависимости и . Это даёт возможность наглядно представить положение рабочей точки Р относительно области максимальных значений КПД насоса (рис.13) и сделать основной вывод о правильности расчёта или подбора насоса.

Рис. 15. Характеристика совместной работы насоса и трубопровода.

Рабочие характеристики центробежного насоса . На рис. 11.20 приведены рабочие характеристики насоса. Эти характеристики показывают, как изменяются напор, мощность на валу насоса и КПД с изменением расхода.

Точка 1 характеристики Q - η называется оптимальной точкой, т. е. точкой, отвечающей оптимальному режиму работы насоса.

Рис.11.20 Рабочие характеристики центробежного насоса

Характеристика трубопровода . Характеристику трубопровода (или системы трубопроводов) можно представить в виде двучлена

, (11.16)

где - геометрическая высота подачи воды, т. е. разность отметок уров­ней йоды в источнике и в напорном баке (см. рис. 11.19);

Сумма по­терь напора во всасывающем и напорном трубопроводах.

Графически характеристика трубопровода представляется в виде параболы с вершиной на оси ординат, расположенной на расстоя­нии Н Т от оси абсцисс. Для определения оптимального режима ра­боты насоса с заданным трубопроводом строят совместные харак­теристики насоса и трубопровода.

На рис. 11.21 показана характеристика насоса Q - Н. Проведя параллельно оси Q прямую CD на расстоянии от нее и прибавив к величины , соответствующие тем или иным значениям расхода Q, получим характеристику трубопровода СЕ. Точка 1 пе­ресечения характеристик насоса и трубопровода, называемая ра­бочей точкой, характеризует подачу Q 1 , напор Н 1 , КПД η 1 и мощ­ность N 1 , насоса, работающего на заданный трубопровод. Насос нуж­но подбирать таким образом, чтобы рабочая точка лежала в области наиболее высоких значений КПД.

Параллельная работа центробежных насосов. Рассмотрим параллельную работу двух одинаковых насосов. Характери­стики Q – H таких насосов приведены на рис. 11.22.

Рис. 11.21. Совместные характеристики насоса и трубопровода

Так как насосы одинаковы, то их характеристики совпадают. Для построения суммар­ной характеристики при параллельной работе двух одинаковых насосов нуж­но удвоить абсциссы харак­теристики одного насоса при одинаковых напорах.

Затем строится харак­теристика трубопровода СЕ и находится рабочая точка 1. При параллельной работе насосов суммарная подача их равна Q 1+ H , a напор H 1 =H H . Напор Н 1 и подача Q 1 , каждого насоса определяются со­ответственно ординатой и абсциссой точки 2. При этом напор каждого насо­са численно равен напору, развиваемому обоими на­сосами, а подача каждого насоса равна половине их суммарной подачи. В случае, когда в тот же трубо­провод подает воду толь­ко один насос, режим его работы определяется точ­кой 1’, соответствующей подаче Q и напору Н. Каквидно, суммарная подача насосов, работающих параллельно в общую сеть, меньше, чем сумма подач этих насосов при раздель­ной их работе.

Рис. 11.22. Характеристики параллельной работы двух одинаковых насосов

КПД двух одинаковых параллельно работающих насосов равен КПД одного насоса и соответствует точке 3. На рис. 11.22 он опре­деляется следующим образом: из точки Е проводится прямая, па­раллельная оси абсцисс, до пересечения с характеристикой Q - H одного насоса (точка 2). Из этой точки проводится прямая, параллель­ная оси ординат, до пересечения с кривой Q - η в точке 3. Точка 4 будет характеризовать КПД насоса работающего отдельно.

Зависимости напора и расхода при работе насоса, рабочая точка насоса и системы отопления.

Давайте возьмем условный циркуляционный насос с напором 4 м и максимальным расходом 4 л/мин. и проделаем следующий эксперимент.

Для начала входную часть насоса (сторону, где он создает область пониженного давления) присоединим к емкости с водой, а другую часть - к тройнику, куда вкручена вертикальная труба (высотой чуть больше 4 м) и вентиль (см. рисунок). Вентиль закроем.

Теперь включим его и увидим, как столб жидкости поднимется на высоту 4 м. В этом состоянии расход насоса нулевой, а напор максимальный.

Теперь полностью откроем вентиль. Мы увидим, что вода, вместо того, чтобы подняться по трубе, льется полным потоком через горизонтальную часть тройника (см. следующий рисунок).

В этом эксперименте мы с вами наблюдали два важных состояния работы циркуляционного насоса: работу насоса, когда расход нулевой (работа на закрытую задвижку) и работу насоса на максимальный расход, когда расход настолько велик, что насос не может больше "дать" воде дополнительного усилия, достаточного не только на свободный излив, но еще и на подъем по трубе.

Построим график и отметим на нем оба состояния работы циркуляционного насоса точками.

Теперь прикроем наш вентиль настолько, чтобы вода по трубе поднялась до отметки 1 м, а расход составил бы 3 л/мин. Отметим и эту точку на нашем графике.

Проделаем то же самое еще 2 раза. Каждый раз будем прикрывать вентиль так, чтобы вода смогла подняться сначала на 2 м, а потом на 3 м. В каждом случае мы будем наблюдать, как расход будет уменьшаться. Сначала он упадет с 3 л/мин до 2 л/мин, а затем он снизится до 1 л/мин.

Отметим эти изменения на графике.

Теперь соединим эти точки. Мы получили линию работы насоса, из которой ясно видны зависимости:

при увеличении расхода напор падает;

При уменьшении расхода напор увеличивается;

При нулевом расходе (закрытом вентиле) напор достигает своей максимальной величины;


при нулевом напоре расход достигает своего наибольшего значения.

Точки, которые мы с вами получили называются рабочими точками. Это точки, в которых пересекаются характеристики насоса и системы отопления.

Два состояния работы насоса на закрытую задвижку, когда напор максимальный или когда максимальный расход, а напор нулевой являются недопустимыми.

В этом положении насос не создает никакой полезной работы. Более того, он находится в аварийном режиме, что быстро приведет его к выходу из строя.

Давайте создадим еще один график, отражающий параметры проектируемой системы отопления (водьмем пример из 2 и 3 статей).

Напомню, за основу мы брали четырехуровневый дом площадью 490 м 2 с цокольным этажом, где расположен котел и циркуляционный насос.

В результате расчетов мы получили расход G = 2,11 м 3 /час и напор H = 2,48 м. (У производителей насосного оборудования принято расход обозначать буквой Q).

Какой насос нужен для таких значений этих параметров?

Берем каталог фирмы Grundfos и, просматривая графики циркуляционных насосов для бытового назначения, находим, что это UPS 32 - 60.

Первые две цифры обозначают диаметры подключаемых штуцеров насоса, а вторые две цифры - напор, выраженный в дециметрах (1 м = 10 дм).

Подобрав циркуляционный насос, давайте задумаемся. А что весь отопительный сезон насос так и работает в этой точке?

Конечно же, нет!

Весь расчет системы отопления делается согласно нормативам, которые гласят: "Расчетная тепловая мощность системы определяется на основе составления теплового баланса в обогреваемых помещениях при температуре наружного воздуха, называемой расчетной (средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92).

А где можно посмотреть эту расчетную температуру наиболее холодной пятидневки?

В таблицах СНиП 23-01-99 "Строительная климатология".

Там в алфавитном порядке представлены наименования областных и краевых центров по всей территории РФ.

Для Воронежа температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 составляет - 26 о С. Именно на эту температуру считаются теплопотери и мощность отопительной системы.

Всегда ли в течение отопительного периода стоит такая температура? Нет.

Когда тепло или не очень холодно, владельцы частных домов прикрывают отдельные отопительные приборы, чтобы не было жарко (в современных системах отопления это делается автоматически за счет термостатических клапанов или датчиков, которые подключены к узлам автоматики).

Иными словами изменяется гидравлическое сопротивление, как отдельных узлов системы отопления, так и всей системы.

Изменяется также и расход теплоносителя. Соответственно рабочая точка насоса не стоит на месте, она перемещается. И большую свою часть циркуляционник работает не в этой крайней правой зоне, а левее.

Осознание этого помогает понять, почему нужно стараться, чтобы подбираемая на самый холодный период отопительного сезона рабочая точка лежала в правой части графика.

В этом случае (при смещении этой точки левее) большую часть времени насос будет работать в самой продуктивной области - области наибольшего КПД.

Подбор характеристик циркуляционного насоса по рабочей точке, находящейся в зоне максимального КПД.

Мы с вами подошли к последнему важному параметру (если опустить явление кавитации), который обязательно нужно учитывать, подбирая насос для системы отопления. К счастью, нам с вами не нужно делать никаких расчетов, потому что уважающие себя производители насосного оборудования размещают в паспортах своих изделий не только график зависимости напора H от расхода Q, но и график КПД. Этот график накладывается или располагается чуть ниже графика Q/H. Ниже вы можете посмотреть пример такого графика.

Для долговечной работы циркуляционного насоса необходимо, чтобы перпендикуляр, опущенный из рабочей точки насоса на график, расположенный ниже, попадал в зону наибольшего КПД или чуть правее (в некоторых случаях кривая КПД уже начинает идти на спад).

Как было отмечено выше, рабочая точка рассчитывается на самую холодную пятидневку, т.е. насос в этой точке будет работать очень короткое время.

В остальное же время его рабочая точка будет перемещаться левее по графику. Точно также, левее, будет передвигаться и опущенный на кривую перпендикуляр КПД.

Для более точного позиционирования, давайте опустим направления "левее", "правее" и введем более точные определения.

Разобьм горизонтальную часть графика, на которую нанесена характеристика расхода, на три зоны - 3/3. (См. рисунок).

Теперь поднимем от размеченных границ этих зон три перпендикуляра так, чтобы они пересеклись с кривой характеристики насоса.

Рабочая зона насоса у нас с вами разделилась на три части.

Подбирая насос, старайтесь убедиться, что большую часть отопительного сезона он проработает во второй трети характеристики насоса. Это гарантирует работу насоса при оптимальном КПД.

Чем большее времени насос отработает в зоне повышенного КПД, тем больше полезной работы он совершит, радуя своей долговечной работой владельцев частных домов.

• 3. Основное уравнение гидростатики в дифференциальной форме. Поверхности равного давления.
• 4. Равновесие жидкости в поле силы тяжести. Основное уравнение гидростатики в интегральной форме. Закон Паскаля. Понятие геометрического и пьезометрического напоров.
• 5. Сила давления на плоскую стенку. Центр давления.
• 6. Уравнение расхода жидкости в трубопроводах и каналах. Уравнение неразрывности. Численные значения оптимальных скоростей жидкости и газов.
• 7. Уравнение Бернелли для идеальной и реальной жидкостей.
• 8. Геометрический и физический смысл уравнения Бернулли.
• 9. Дроссельные расходомеры. Принцип работы.
• 10. Режимы движения жидкостей и газов в трубопроводах и каналах.
• 11. Потери напора по длине. Порядок определения коэффициента трения.
• V-средняя скорость движения
• 12.Местные гидравлические сопротивления. Потери напора на местных сопротивлениях.
• 13.Виды потерь напора(давлений) в трубопроводах. Расчетные формулы.
• 14. Истечение жидкости через отверстия и насадки. Расчет скорости истечения и расхода жидкости при постоянном напоре.
• 15.Основные уравнения для расчета трубопровода.
• 16.Характеристика трубопровода. Понятие гидравлического уклона
• 17.Последовательное и параллельное соединение трубопровода.
• 18. Основные параметры насосов.
• 19.Напор, развиваемый насосом. Способы его определения.
• 20. Полезная мощность. Мощность на валу насоса. Кпд.
• 21.Принцип работы центробежного насоса.
• 22. Движение жидкости в рабочем колесе центробежного насоса. Параллелограмм скоростей. Основные уравнения центробежного насоса.
• 23. Законы пропорциональности центробежного насоса.
• 24. Характеристики центробежного насоса.
• 25. Рабочая точка центробежного насоса, работающего на сеть. Способы регулирования подачи насоса. Потребляемая мощность.
• 26. Параллельное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.
• 27. Последовательное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.
• 28. Подбор насосов, работающих на сеть.
• 29. Высота всасывания центробежных насосов.
• 30. Поршневой насос простого действия. Средняя объемная подача.
• 31. Поршневой насос двойного действия. Средняя объемная подача.

• Полезная мощность насоса - произведение удельной энергии (Q∙H):

  24. Характеристики центробежного насоса.

  Зависимости между параметрами H=f(Q), N=f(Q), η=f(Q), выраженные графически в виде кривых линий - характеристики насосов .

  Действительные характеристики центробежного насоса

  
  

  Приведенные на рисунке характеристики центробежного насоса справедливы для определенной частоты вращения рабочего колеса, при изменении частоты вращения характеристики насоса также меняются.

  Характеристики центробежного насоса при разных частотах вращения рабочего колеса (n 1 > n 2 )

  
  

  Подача центробежного насоса зависит от напора и, следовательно, в значительной степени от гидравлического сопротивления сети трубопроводов и аппаратов, через которые транспортируется жидкость. Поэтому систему насос-сеть следует рассматривать как единое целое, а выбор насосного оборудования и трубопроводов должен решаться на основании анализа совместной работы элементов этой системы.

  25. Рабочая точка центробежного насоса, работающего на сеть. Способы регулирования подачи насоса. Потребляемая мощность.

  Совместная характеристика центробежного насоса и сети

  
  

  Точка пересечения двух кривых (точка А) называется рабочей точкой. Она показывает максимальное количество жидкости Q 1 , которое может подавать данный насос в данную сеть. Если нужно увеличить подачу в сеть, то следует увеличить частоту вращения рабочего колеса. При необходимости снижения подачи до Q 2 необходимо изменить характеристику сети: частично перекрыв нагнетательный трубопровод, что приведет к потерям напора на преодоление гидравлического сопротивления задвижки или вентиля на этом трубопроводе.

  При параллельном соединении - увеличение производительности. При последовательном соединении - увеличение напора.

  Таким образом, центробежный насос должен быть выбран так, чтобы рабочая точка отвечала заданной производительности и напору при максимально возможных значениях коэффициента полезного действия насоса.

  26. Параллельное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.

  Схема параллельной работы двух центробежных насосов:

  

  При параллельной работе двух или более насосов происходит увеличение производительности. Основным условием параллельной работы является близость их характеристик по напору. Поэтому используют, как правило, одинаковые или хотя бы похожие насосы.

  Характеристика двух одинаковых центробежных насосов, работающих параллельно

  
  

  27. Последовательное соединение центробежных насосов. Рабочая точка.

  Схема последовательной работы двух центробежных насосов

  
  

  При последовательной работе двух или более насосов происходит увеличение напора. Необходимым условием последовательной работы насосов является близость (лучше равенство) их характеристик по производительности.

  Характеристика двух одинаковых центробежных насосов, работающих последовательно