Материал: Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011
Рис. 3.10. Влияние количества потребителей на работу насоса
Пусть отрыт один вентиль 1, два других − полностью закрыты. Тогда сеть имеет характеристику Нпотр(1) и насос обеспечивает подачу Q(1). Если открывается еще один вентиль, например 2, то сопротивление сети будет уменьшаться, кривая потребного напора
пойдет положе Нпотр(1)+(2). Если открыть еще один кран, кривая потребного напора пойдет еще положе Нпотр(1)+(2)+(3) и расход, нагнетаемый насосом, увеличится до Q(1)+(2)+(3). Приведенные выше примеры позволяют достаточно просто проанализировать влияние па-
раметров, характеризующих сеть, на работу насоса, его расход и напор.
3.4. Сложение характеристик элементов сети
Реальные сети состоят из большого количества отдельных элементов (участков трубопроводов, вентилей, клапанов и др.). Для того чтобы упростить сложную расчетную схему сети, ее можно преобразовать к одному условному эквиваленту, используя правила сложения характеристик элементов.
Сложение характеристик может быть выполнено аналитически или графически. Аналитическое решение получается простым только в ситуациях, когда в сети отсутствуют гидростатические напоры (т.е. все элементы сети находятся на одном уровне). Графическое сложение универсально и наглядно, хотя иногда и достаточно трудоемко, так как приходится строить кривые линии по точкам.
Рассмотрим принципы выполнения сложения характеристик элементов сети трубопроводов. Участки сети могут быть включены последовательно или параллельно. Последовательное соединение –
66
это такое соединение, при котором два элемента имеют одну общую точку, причем конец первого элемента соединен с началом второго, а расход из одного элемента полностью поступает во второй. Тогда величина потерь напора равна сумме напоров на каждом элементе:
QМ =QN =QL =Q,
∑HпотрМ−L =
= HпотрМ−N + HпотрN −L
В случае параллельного соединения два элемента имеют две общие точки, при этом начало первого элемента соединено с началом второго, конец первого элемента соединен с концом второго. Потери напора на каждом элементе одинаковы и равны. Общий расход через два элемента равен алгебраической сумме расходов, проходящих через каждый элемент:
QМ =QM −1−N +QM −2−N =QN =Q,
HпотрМ−1−N + HпотрM −2−N .
Таким образом, сеть любой сложности (для примера см. рис. 3.11) может быть преобразована в простую сеть с одним элементом. Параллельное трехэлементное соединение (1, 2 и 3) может быть заменено одним элементом M–N. Три последовательных соединений A–M, M–N, N–B можно заменить по вышеизложенным правилам одним А–В элементом с эквивалентным потребным напором.
Рис. 3.11. Преобразование многоэлементной сети к эквивалентной одноэлементной сети
67
Графическая иллюстрация сложения характеристик при параллельном соединении приведена на рис. 3.12. Пусть каждый элемент
на участке M–N имеет свою характеристику: Нпотр M–1–N, Нпотр M–2–N, Нпотр M–3–N. Построение суммарной характеристики при параллель-
ном сложении элементов выполняется следующим образом: при значении напора Нi нужно сложить по оси абсцисс отрезки Q1, Q2 и Q3, выражающие расходы в элементах 1, 2 и 3. Найденная таким образом точка с координатами Q1+2+3, Нi принадлежит суммарной характеристике 1+2+3. Построив несколько точек при произвольных значениях напора, их соединяют и получают линию суммарной характеристики Нпотр M – N.
Рис. 3.12. Параллельное соединение элементов сети
Рис. 3.13. Последовательное соединение элементов сети
Суммарная характеристика уже не является параболой!
Для построения суммарной характеристики при последовательном соединении на участке А–В (см. рис. 3.11) нужно при неком значении расхода Qi сложить в верти-
кальном |
направлении |
||
(рис. 3.13) |
отрезки |
Нпотр A–M, |
|
Нпотр M–N и Нпотр N–B, выра- |
|||
жающие |
потери |
напора в |
|
элементах A–M, M–N и N–B. |
|||
Найденная таким |
образом |
||
точка с |
координатами |
Qi, |
|
Нпотр A–B |
принадлежит |
сум- |
|
марной характеристике A–B. |
|||
Построив |
несколько точек |
||
при произвольных значениях расхода, их соединяют и получают линию суммарной характеристики Нпотр A–B.
Отметим, что суммарная характеристика по-прежнему является параболой!
68
3.5.Выбор рабочей точки насоса
ипостроение характеристики сети
Параметры рабочей точки – величина напора, расхода − определяются по результатам анализа в следующей последовательности, при которой определяются
1)величина расхода для каждого элемента сети;
2)потребный напор для каждого элемента сети. Например, на рис. 3.14
представлен анализ по определению потребного напора для одного из элементов потребительской сети, находящегося на шестом этаже. В соответствии с формулой
(3.1)
P3 − P1 |
|
|
|||
Hпотр = Нг + |
|
|
+ |
|
|
|
ρg |
|
|||
|
|
|
|||
+∑hпот.всас +∑hпот.напор, |
|
||||
где для нашего примера НГ |
|
||||
равна максимальной геомет- |
|
||||
рической высоте самой вы- |
|
||||
сокой точки раздачи на 6-й |
|
||||
этаж: |
|
|
|
||
(P3 − P1) = (Pатм − P1) ; |
|
||||
ρg |
ρg |
|
|
||
∑hпот.всас |
= 0 , |
|
Рис. 3.14. К выбору рабочей точки |
||
так как всасывающий уча- |
|||||
насоса для системы водоснабжения |
|||||
сток короткий,
∑hпот.напор = ∑hпот.напор M +
+∑h +∑hпотребителя пот.напор ТР пот.напор
равен сумме:
• потерь на трение ∑hпот.напор ТР и в элементах на напорном трубопроводе ∑hпот.напор M от патрубка насоса до потребителя;
69
• потерь в трубопроводах самого потребителя ∑hпотпотребителя.напор ,
которые могут состоять из потерь в фильтрах, дозаторах, счетчике воды (расходомере);
•гарантированного перепада давления на кране (min 0,5 атм), при котором обеспечивается нормальное истечение воды из крана.
3. Определяется величина суммарного расхода данной сети как:
•для системы отопления по тепловой потребности здания или другого потребителя тепла;
•для систем водоснабжения по суммарному максимальному расходу при открытии всех точек водозабора.
4. По потребному напору каждого элемента сети определяется потребный напор всей сети с использованием правил сложения раздела 3.4.
5. Потребный напор сети и потребный расход потребителей являются параметрами для выбора насоса. Этот выбор выполняется из условия его работы в данной рабочей точке с максимальным КПД.
3.6.Регулирование режима работы насоса
Данной характеристике насоса и сети соответствует только одна рабочая точка, на которую выбран насос. Однако величина требуемой подачи может меняться, например, из-за изменения температур, когда требуется разное количество теплоносителя для системы.
Для того чтобы изменить положение рабочей точки, необходимо изменить или характеристику насоса или характеристику сети, что называется регулированием.
Изменение характеристики насоса может осуществляться изменением чисел оборотов насоса, а изменение характеристики сети – при помощи регулирующего устройства.
Пусть необходимо уменьшить подачу жидкости потребителем на примере замкнутой системы. Аналогичные рассуждения будут верны для любой другой гидравлической системы.
Предположим, что точка 1 (рис. 3.15 и 3.16) является рабочей точкой, в которой насос работает в первоначальный момент времени.
70