Меню

Почему диаметр всаса насоса больше нагнетания

Подводные камни трубопроводов насоса

Существует три проблемы связанные с плохими трубопроводами насоса:

1. Недостаток доступной информации по этой теме.
2. Никто не уделяет этому какого-либо внимания при установке насоса.
3. Это может остаться незамеченным и приводить к повторяющимся отказам насоса в течение многих лет.

Как следствие 1-го и 2-го выше, большинство насосов подключаются неправильно. На самом деле, когда мы смотрим на то, как установлены многие насосы это напоминает «кошмар сантехника». Многие насосы выглядят так, будто они были зажаты в угол и трубы имеют и внутреннюю и внешнюю резьбу, без рассмотрения какой-либо структуры течения.

Будет много тех, кто прочитал эти строки и понял к их ужасу, что некоторые из наиболее проблемных насосов на их предприятии не следуют ни каким базовым правилам трубопроводов насоса. Почему?

Немного практики! Если бы вы устанавливали новый насос в новую систему, где бы вы взяли информацию о том, как должна быть установлена система трубопроводов насоса?

Большинство из нас обратились бы к руководству по установке, эксплуатации и обслуживанию насосов (IOM). К сожалению, это не даст большого количества информации, т.к. многие из насосных компаний используют руководство для обсуждения расположения, что ограничивает их ответственность в пределах всасывающего и напорного патрубков насоса.

Хотя эта позиция быстро исчезает, изменение еще не достигло большинства руководств IOM. Как следствие, точная и полная информация по-прежнему строго ограничена, и высокая доля насосов во многих отраслях промышленности установлены с нарушением компоновки трубопровода, что приводит к преждевременному выходу из строя.

«Подводных камней с трубопроводами» можно легко избежать, следуя нескольким простым правилам.

Обеспечьте сторону всаса прямой трубой длиной, эквивалентной 5-10 диаметрам этой трубы, между всасывающим редуктором и первым препятствием в линии. (Рис. 1)

Рисунок 1.

Это позволит обеспечить равномерную подачу жидкости к лопаточному пространству рабочего колеса, что имеет важное значение для оптимальных условий всасывания. (Опытный инженер отметит, что это противоречит информации, которая содержится в большинстве руководств IOM, где говорится, что всасывающий трубопровод должен быть на столько коротким, на сколько это возможно)

Диаметр трубы со стороны входа и со стороны выхода насоса должен быть хотя бы на один размер больше, чем сам патрубок. Со стороны горизонтального входа требуется эксцентричный переходник, чтобы уменьшить размер трубы от линии всаса к напорному патрубку. За счет выставления переходника плоской стороной вверх, как показано на рис.1, он устраняет потенциальные проблемы воздушных карманов в высокой точке в линии всасывания. Концентрический переходник может использоваться на вертикальной напорной трубе.

Избегайте коленчатых труб установленных на патрубок насоса, или близко к нему расположенных.

Было много исследований о применимости компоновки всасывающего патрубка коленчатым соединением. Давайте упростим это и просто уберем его!

В коленчатых патрубках всегда присутствует неравномерный поток, и когда подобное соединение установлено на всас любого насоса, оно вносит тот неравномерный поток на лопаточное пространство колеса насоса. Это может создать турбулентность и захват воздуха, что может привести к повреждению и вибрациям рабочего колеса.

Проблема гораздо больше, когда коленчатый патрубок установлен в горизонтальной плоскости на входе в горизонтальный насос с двойным всасыванием, как это показано на рисунке 2. Такая компоновка вводит неравномерные потоки в противоположные лопаточные пространства рабочих колес, и существенно нарушает гидравлическое равновесие ротора.

Рисунок 2.

При таких условиях, перегруженный подшипник будет преждевременно и регулярно выходить из строя, если используется набивка. Если насос оснащен механическим уплотнением, то уплотнение будет выходить из строя вместо подшипника, но столь же регулярно, а иногда и чаще.

Когда крайне важно расположить коленчатый патрубок на входе в насос двойного всасывания, он должен находиться под прямым углом к валу.

Единственное, что хуже, чем коленчатый патрубок на входе в насос, это два патрубка, особенно, если они расположены близко друг к другу в плоскостях под прямым углом. В жидкости создается эффект вращения, который попадает в рабочее колесо и приводит к турбулентности, вибрациям и низкой производительности.

Устраните возможность образования вихрей или засасывания воздуха в источнике всасывания.

Если насос всасывает жидкость из резервуара или бака, образование вихрей может вовлекать воздух в линию всасывания. Обычно это предупреждается за счет достаточного погружения всасывающего отверстия в жидкость. Колоколообразная конструкция отверстия снизит требуемую величину погружения. Само погружение абсолютно не зависит от NPSHr насоса.

Большое внимание должно быть уделено конструкции резервуара, чтобы удостовериться в том, что любая втекающая в него жидкость, делает это так, что вовлеченный в поток воздух не попадает во всасывающее отверстие. Любая проблема такого рода может потребовать изменений во взаимном расположении входа и выхода, если резервуар достаточно большой, или же необходимо будет использовать перегородки.

Расположите трубопроводы на таком расстоянии, чтобы не возникало никаких напряжений приложенных на корпус насоса.

Фланцы трубопровода должны быть точно центрированы, до того, как затянуть болты, и все трубопроводы, клапаны и связанная с ними запорная арматура должны иметь независимую опору, чтобы на насос не передавалось никаких напряжений. Любые напряжения, передаваемые на корпус насоса, уменьшают вероятность удовлетворительной надежности и производительности.

Также как и во всех правилах, здесь есть исключения: технические требования API 610 определяют максимальный уровень сил и моментов, которые могут быть приложены на фланцы насоса. Они должны быть допустимыми для любого насоса, проданного в нефтяной промышленности или любой другой связанной промышленности, использующей эти технические требования. Как следствие, все насосы стандарта API имеют более жесткую и тяжелую конструкцию, чем их эквиваленты по размеру стандарта ANSI.

Конструкция трубопровода является одной из областей, где основные связанные принципы часто игнорируются, приводя к таким проблемам, как, гидравлическая нестабильность в рабочем колесе, которая переводится в дополнительную нагрузку на вал, более высоким уровням вибрации и преждевременному выходу из строя подшипников или уплотнений. Существует много других причин почему насосы могут вибрировать и почему уплотнения и подшипники выходят из строя, и проблема редко отслеживается в неправильном трубопроводе.

Из-за того, что многие насосы были неправильно оборудованы трубопроводами, и все еще работали вполне «удовлетворительно» — утверждалось, что процедура оснащения трубопроводами не важна. Это не делает сомнительную практику установки трубопроводов правильной, это всего лишь счастливый случай.

Любые ошибки в системе трубопроводов, сделанные с напорной стороны насоса часто можно урегулировать увеличением производительности этого насоса. Однако, проблемы со стороны всасывания могут стать источником повторяющихся отказов, которые могут быть никогда не отслежены и будут продолжать оставаться незамеченными в течение многих лет в будущем.

Источник статьи: http://www.fluidbusiness.ru/usefull/articles/podvodnye-kamni-trubprovodov/

Аркинель

Общая техническая информация о насосах

В этой статье приведены необходимые данные для подбора насосного оборудования: расчет трубопровода, потери давления в сети, мощности и кпд насосов. Представлены основные рабочие характеристики центробежных насосов, расчет полезного объема водозаборного резервуара и т. п. Приведенные примеры расчета насосов относятся к продукции компании ESPA, но они так же могут быть использованы и для подбора насосов других производителей.

Общие понятия о насосах

ПОДАЧА (Q): Объем жидкости, поднимаемой насосом за единицу времени; не зависит от удельного веса и может изменяться при перекачке жидкости, чья вязкость больше вязкости воды.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Ра): Давление атмосферы на единицу площади.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ИЛИ РЕАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рr): Давление, соотнесенное с атмосферным давлением. Манометрами измеряется положительное давление, а вакуумметрами — отрицательное.

АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ (Pаbs): Давление, превышающее абсолютный ноль (полный вакуум) Pаbs = Ра + Рr.

ДАВЛЕНИЕ ПАРА (Tv): Давление, при котором жидкость при определенной температуре находится в стадии равновесия со своим газообразным состоянием (паром).

ПЛОТНОСТЬ: масса вещества на единицу объема.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС (γ ): Вес вещества на единицу объема. Удельный вес = плотность x сила притяжения.

ЗНАЧЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВЕСА: Насос может нагнетать жидкости с различным удельным весом, например, воду, алкоголь, серную кислоту и т. д. на одинаковую высоту, причем изменяться при этом будут только показатели давления разгрузки и поглощаемой мощности в прямой зависимости от удельного веса.

ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ (На): Геометрическая высота, измеряемая от минимального уровня жидкости до оси насоса (см. прилагаемую схему).

ВЫСОТА НАГНЕТАНИЯ (Нi): Геометрическая высота, измеряемая от оси насоса до максимального уровня подъема (см. прилагаемую схему).

СУММАРНАЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА (Нt): Нt = На + Нi

ПОТЕРИ НАПОРА (Рс): Высота, теряемая протекающей жидкостью в результате трения о трубы, клапана, фильтры, изгибы и другие приспособления.

ОБЩАЯ МАНОМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА (Hm): Общая высота (или дифференциальное давление), которую должен преодолеть насос.

Рассчитывается по формуле: Hm = Нt + Pc+10/γ(P1-P2) где P1 — давление в напорном резервуаре, а P2 — давление во всасывающем резервуаре.

Если перекачивание осуществляется между открытыми резервуарами с одинаковым давлением (давление окружающей среды), как это обычно и случается, то значение Р1 — Р2 = 0. Следует рассчитать отдельно манометрическую высоту всасывания, чтобы убедиться в том, что насос будет производить всасывание без затруднений.

Установка на напорной линии и установка
на всасывании

Мощность и КПД насоса

(Р1) Мощность, потребляемая от сети

Потребление мощности или активная мощность

Читайте также:  Насос консольный расшифровка маркировки

(Р2) Номинальная мощность двигателя

Наибольшая мощность, развиваемая двигателем

(РЗ) Мощность, поглощаемая осью двигателя

Для определенных условий работы

U — рабочее напряжение в вольтах;
I — ток на статоре в А;
cos φ — коэффициент нагрузки;
η m — КПД двигателя в %;
Q — подача м 3 /час;
Н — манометрическая высота в метрах водяного столба;
η h — гидравлическое КПД в %;
γ — удельный вес в кг/дм 3 .

Трубопровод, выбор диаметра

Выбор диаметра труб является техническим и экономическим решением. Следует иметь в виду, что во избежании излишних затрат энергии, потери давления, не должны быть чрезмерно высокими. Размер отверстий всасывающего и нагнетающего патрубков насосов указывают только на минимальный размер труб.

Выбор адекватных сечений должен осуществляться таким образом, чтобы максимальная скорость прохождения была следующей:

  • на линии всасывания: 1,8 м/сек;
  • на линии нагнетания: 2,5 м/сек.

Важно учитывать скорость потока, так как от этого зависит экономичность и продолжительность срока службы системы нагнетания:

  • скорости меньше 0,5 м/сек обычно приводят к осадконакоплениям;
  • скорости свыше 5 м/сек могут вызвать абразивный износ.

Скорость потока в трубопроводе рассчитывается по следующим формулам:

V — скорость в м/сек;
q — подача в л/м;
D — диаметр в мм;
Q — подача в м 3 /час.

Эквивалентность труб

Определение эквивалентности труб позволяет получить сведения о других системах трубопроводов.

При постоянном диаметре: Потеря давления прямо пропорциональна квадрату подачи:

При постоянной подаче: Потеря напора обратно пропорциональна диаметру труб, возведенному в пятую степень:

При постоянной подаче: Скорость циркуляции обратно пропорциональна сечению труб:

При постоянных потерях напора: Квадрат подачи пропорционален диаметру труб, возведенному в пятую степень:

Эквивалентные потери напора

С помощью последнего уравнения была рассчитана приводимая ниже таблица соответствия труб различного диаметра.

Площадь трубопровода большего диаметра меньше общей площади труб меньшего диаметра. Скорость прохождения жидкости по трубам большего диаметра превышает скорость циркуляции жидкости по трубам меньшего диаметра.

Потери давления

Потери давления во вспомогательных компонентах трубопровода. Соответствие линейным метрам прямого трубопровода. Значения даны приблизительно и зависят от качества арматуры.

Производители клапанов и задвижек сообщают нам значения коэффициента подачи (кп), что позволяет рассчитать потери давления; использование клапанов и задвижек с высоким кп имеет большое значение для сведения к минимуму потерь давления.

Коэффициент подачи кп — это подача воды в м3/час, которая при проходе через полностью открытый клапан приводит к потере давления в 1 кг/см 2 .

Потери давления в трубопроводе из чугуна

Диаграмма, позволяющая определять потери давления и скорость жидкости в зависимости от подачи и внутреннего диаметра труб.

Поправочные коэффициенты для других видов труб

Расчет манометрической высоты

Требуется закачать 150 м 3 /час из колодца в резервуар, расположенный выше. Условия перекачки, согласно прилагаемому рисунку, следующие:

На = Геометрическая высота всасывания (3м);
Hi = Геометрическая высота нагнетания (34 м);
Ht = Общая геометрическая высота (37 м);
La = Протяженность линии всасывания (8 м);
Li = Протяженность линии нагнетания (240 м);
Vp = Клапан донный, сетчатый (1 штука);
Vr = Клапан обратный (1 штука);
Vc = Шиберный затвор (1 штука);
Се = Диффузор конусный эксцентрический (1 штука);
Сс = Диффузор конусный концентрический (1 штука);
С = Изгибы: (3 штуки) на линии всасывания (7 штук) на линии нагнетания.

Расчет диаметра труб делается по формуле:

для скоростей 1,8 и 2,5 м/сек получаем

диаметр 172 мм, ближайший из поступающих в продажу — 200 мм;

диаметр 146 мм, ближайший из поступающих в продажу — 150 мм.

Определив диаметр чугунных труб, мы можем подсчитать по таблице потери давления.
Трубопровод всасывания диаметром 200 мм при подаче 150 м 3 /час дает приблизительно 1%.
Трубопровод нагнетания диаметром 150 мм при подаче 150 м 3 /час дает приблизительно 4%.

Манометрическая высота всасывания

Геометрическая высота — 3 метра

Эквивалентная длина

Длина трубопровода — 8 метров

Диффузор конусный — 5 метров

Итого: 52 метра

Потери давления 52 метра х 1 % = 0,52 метра

Общая манометрическая высота всасывания — 3,52 метра

Манометрическая высота нагнетания

Геометрическая высота — 34 метра

Длина трубопровода — 240 метров

Диффузор конусный — 5 метров

Обратный клапан — 20 метров

Шиберный затвор — 1,5 метра

Итого: 280,5 метра

Потери давления 280,5 метра х 4% = 11,22 метра

Общая манометрическая высота нагнетания — 45,22 метра

Манометрическая высота = 3,52 + 45,22 = 48,74

Итого: 51,18 метра

В данном случае следует применить электронасос типа FN 80-200/300 с рабочим колесом диаметром 207 мм, способный обеспечивать подачу 150 м 3 /час на высоту в 52,5 метра.

С учетом того, что насос будет качать на высоту в 49 метров, требуемая высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса NPSH составляет 4,3 метра; следовательно, выбранный насос способен всасывать приблизительно с 5,5 метра, и в данном случае мы обеспечиваем значительный запас прочности, поскольку всасывание не превышает 3,52 метра.

Кавитационный запас

Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы допускаемый кавитационный запас насоса (NPSH D) превышал требуемый кавитационный запас насоса (NPSH R). В качестве предупредительной меры безопасности следует добавить дополнительный запас надежности в 0,5 м к значению требуемого запаса, в результате чего мы получим:

NPSHD > NPSHR+ 0,5 м

Если насос работает с повышенным всасыванием, происходит разряжение на входе во всасывающий патрубок, давление падает, появляются пузырьки-каверны и жидкость преобразуется в пар. Появление пузырьков, которые лопаются при входе в патрубок нагнетания, ведет к возникновению процесса кавитации, наносящего серьезные повреждения механическим частям насоса.

Нежелательные явления, вызываемые кавитацией, — это разрушение внутренних поверхностей насоса, вибрация и шумы. Чрезмерная кавитация, как правило, сопровождается сильным шумом и повреждением насоса; средняя кавитация ведет к небольшому снижению подачи, высоты, производительности и преждевременному износу.

NPSH (Net Positive Suction Head) или чистая позитивная высота всасывания представляет собой разницу между осевым давлением жидкости при нагнетании и давлением насыщенного пара при температуре перекачивания.

Расчётный NPSH является характеристикой установки, независимой от вида насоса и выводится путем применения принципа сохранения энергии между свободной поверхностью жидкости и всасыванием:

Требуемый NPSH является параметром насоса, указываемый производителем и выражающийся следующим уравнением:

Мощность всасывания насоса при известном значении NPSHr

Ниже приводится основная формула, выражающая нормальную работу насоса на всасывание:

Ha — Геометрическая высота всасывания в метрах. Она может быть положительной в случаях, когда уровень жидкости находится ниже оси насоса, или отрицательной, если этот уровень выше;
Рa — Атмосферное давление или давление в резервуаре всасывания в кг/см 2 ;
Рca — Потери давления при всасывании (трубопровод, клапаны, изгибы и принадлежности, и т.д.), в м;
Tv — Давление насыщенного пара при температуре перекачивания, в кг/см 2 ;
γ — Удельный вес жидкости, в кг/см 2 ;
Va2/2g — Динамическая высота соответствующая скорости жидкости на входе в насос, в м/сек;
Hz — Минимально необходимое давление непосредственно на участке перед лопастями рабочего колеса в м.

Практический пример

Возьмем за исходные параметры насоса, приведенные в практическом примере расчета манометрической высоты. При этом температура воды равняется 60°С, а высота над уровнем моря — 600 м.

Основываясь на данных расчета манометрической высоты, получаем:

Ta — 60 С;
Тv — 0,2031 кг/см 2 ;
γ — 0,9831 кг/дм 3 .

Рa = 10,33 — 600/900 = 9,66 mса

По техническому каталогу ESPA находим значение NPSHr на соответствующей кривой номинальной высоты столба над всасывающим патрубком для насоса FN 80-200/300 (2900 об\мин), оно равно 3,85 м.

Таким образом, насос будет бесперебойно работать в установке, даже если параметры близки к расчетным. Давление пара зависит от температуры жидкости и высоты над уровнем моря и для правильного расчета следует использовать нижеприведенную таблицу:

Давление пара и удельный вес воды в зависимости от температуры

Зависимость атмосферного давления от высоты над уровнем моря рассчитывается по следующей формуле:

Всасывающий трубопровод

Правильно подобранные размеры и обвязка всасывающего трубопровода гарантируют нормальную работу насоса.

Если закачиваемая жидкость однородна, то скорость во всасывающем трубопроводе следует ограничить значением в 1,8 м/сек.

Если забор ведется из коллектора двумя или более насосами, рекомендованная скорость течения не должна превышать 0,9 м/сек.

В ответвлениях, находящихся под углом в 30°-45° по отношению к основной магистрали, рекомендованная скорость потока может быть увеличена до 1,5 м/сек.

Если диаметр всасывающего отверстая насоса меньше диаметра всасывающего трубопровода, то следует установить эксцентрический конусный диффузор, присоединив его прямым участком к верхней части трубопровода; если же источник снабжения расположен выше насоса, то прямым участком диффузор присоединяется к нижней часта.

Образование вихрей в резервуаре всасывания

Зачастую требуется, чтобы насос производил забор из резервуара со всасывающим трубопроводом, погруженным на минимальную глубину.

Для предотвращения образования вихрей следует рассчитать минимальную глубину погружения по формуле:

SM = V2/2g + 0,1

SM — Минимальное погружение (м);
V — Скорость всасывания (м/сек);
g — Ускорение свободного падения (9,81 м/с 2 ).

Если поток жидкости всасывающего или нагнетательного трубопровода располагается над уровнем жидкости радиально, то есть опасность образования воздушных пробок и появления дополнительных скоростей, что мешает нормальной работе насоса.

Если невозможно обеспечить необходимую высоту жидкости, то установка разделительных перегородок, противовихревых пластин и разделителей, а также правильно подобранные скорости и т.д. могут помочь в разрешении большинства этих проблем.

Следует избегать резких переходов сечений между входом в насос и резервуаром. Переход должен быть постепенным и достигается с помощью установки конусов с наклоном в 45° причем в этих случаях скорость потока в нижней части должна быть меньше 0,3 м/сек.

Особенно не рекомендуется прокладка трубопровода небольших размеров прямо от резервуара к насосам, установленным поблизости от входа.

В этих случаях, чтобы дойти до всех насосов поток должен резко менять свое направление.

Нежелательно также концентрировать насосы в резервуаре, так как это вызывает образование обширных вихревых зон за ними.

Установки повышения давления

Классификация типов жилья

Для установок с флюксорами требуется другое исследование.

Оборудование следует проектировать таким образом, чтобы оно включалось только при падении напора в сети.

Оборудование следует продублировать с тем, чтобы оно включалось поочередно; при этом насосы должны обладать одинаковыми характеристиками и быть подключены параллельно.

Они должны быть снабжены мембранными баками с реле давления, соединенными с приборами, позволяющими оценить давление в системе, и соответственно автоматически отключить или включать оборудование.

Подача в зависимости от вида и количества единиц жилья

Кол-во устанавливаемых насосов, исключая резервные, зависит от номинальной подачи.

При подаче 10 л/сек (36 мЗ/час), устанавливаются 2 насоса;
при подаче до 30 л/сек (108 м 3 /час) — требуются 3 насоса,
а при подаче, превышающей 30 л/сек (108 м 3 /час) — необходимы 4 насоса.

Расчет давления

Давление при запуске = Геометрическая высота + Общие потери давления в установке + Необходимое давление в наиболее неблагоприятной точке.

Давление при остановке = давление при запуске + 15-30 метров.

Рb = На + Нg + Рс + Рr

Рb = минимальное давление при запуске;
На = Высота всасывания;
Нg = геометрическая высота;
Рс = потери давления;
Рr = остаточное давление.

Потери давления не должны превышать 10-15 % от геометрической высоты.

Минимальное давление при запуске:

Получаем прибавлением 15 метров к геометрической высоте от минимального уровня воды или от основания насосов и до потолка самого высокого этажа плюс потери давления. Объем резервуара должен быть равен или больше величины, получаемой при перемножении коэффициента на количество единиц жилья. Не рекомендуется устанавливать инжекторы, если рабочее давления превышает 8 кг/см 2 .

Максимальное давление при запуске:

Давление при остановке будет на 15-30 м больше давдения приnbsp;запуске. Максимальное давление в точке потребления не должно превышать 5 кг/см 2 .

Объем резервуара в зависимости от вида и количества единиц жилья

Резервный или напорный бак

Согласно техническому кодексу строительства (статья Закона), принятому в Испании, перед установкой повышения давления (при всасывании) следует установить РЕЗЕРВНЫЙ ИЛИ ПОДПОРНЫЙ БАК, емкость которого рассчитывается согласно требованиям стандарта UNE 100.030:2.005:

V = Q x t x 60

V = Объем (л);
Q = Подача (л/сек);
t = Время (15-20 мин).

Регулируемая установка повышения давления: можно обойтись без подпорного бака. В этом случае следует включить в установку повышения давления устройство, отключающее всасывание и останавливающее насосы при падении давления в трубопроводе снабжения.

Пример расчета установки повышения давления

Подача

1. По нижеприведенной таблице подсчитаем номинальную подачу и количество точек потребления на единицу жилья:

2. Коэффициент одновременности для единицы жилья можно рассчитать по следующей формуле: (n — число точек потребления на единицу жилья):

3. Экономичная подача для одной единицы жилья равна: Экономичная подача = К х номинальная подача.

4. Подсчитаем коэффициент при одновременном водоснабжении всех видов жилья по формуле: (N: Общее кол-во единиц жилья):

5. Общая подача для снабжения всех единиц жилья определяется следующим образом:
Общая подача (L/S) = Кол-во единиц жилья х Экономичная подача х Kv

Резервуары

к = 0,33 (для мембранных баков)
к = 0,45 (для оцинкованных баков с компрессором).
к = 1 (для оцинкованных баков с инжектором).
и:

Vd — Объем резервуара в м 3 ;
Vu — Полезный объем резервуара в м 3 ;
Qm — Средняя подача (Qa + Qp)/2 в м 3 /час;
Qa — Подача при давлении запуска в м 3 /час;
Qp — Подача при давлении остановки в м 3 /час;
Рр — Давление при остановке в кг/см 2 ;
Ра — Давление при запуске в кг/см 2 ;
N — Частота запусков/час.

Воздушные пробки в резервуаре влияют на объем резервуара и на его полезный объем. Контроль за скоростью помогает сберегать энергию, сокращать пространство и избегать преждевременного износа и эффекта гидравлического удара. Расчет устройства повышения давления требует детальной проработки, когда речь идет о снабжении водой таких объектов, как: жилые кварталы, школы, казармы, больницы, поливные хозяйства, магазины, рынки, плавательные бассейны, заводы, очистительные сооружения, гостиницы, офисные здания.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Изменения в зависимости от скорости

Если изменяется скорость, то при постоянном диаметре рабочего колеса, одновременно меняется подача, давление и мощность, согласно законам пропорции в соответствии со следующими формулами, подача, обеспечиваемая насосом, может увеличиваться или уменьшаться пропорционально увеличению или уменьшению скорости.

Манометрическая высота увеличивается или уменьшается в зависимости от квадрата скорости.

Потребляемая мощность растет или падает в зависимости от куба скорости.

NPSH прямо пропорционально квадрату изменения скорости.

Эти зависимости не выдерживаются, если скорость увеличивается более чем вдвое. Они также неверны, если условия всасывания не представляются адекватными.Изменение скорости — эффективный способ изменить характеристики насоса, работающего в переменных режимах. В случаях, когда представляется целесообразным увеличить скорость насоса, рекомендуется предварительно проконсультироваться с изготовителем, так как увеличение скорости может быть ограничено по следующим причинам:

  • механическое сопротивление вала и подшипников, так как увеличивается мощность.
  • сопротивление давлению корпуса насоса, так как давление тоже увеличивается.
  • изменение мощности всасывания насоса, так как она не пропорциональна увеличению подачи.

Изменения в зависимости от диаметра рабочей части

Предположим, что скорость — постоянная величина. При изменении диаметра рабочего колеса пропорционально изменяется касательная скорость, а вместе с ней и подача, высота и мощность, в соответствии с нижеприведенными формулами.

Эти зависимости применимы в случаях незначительных изменений диаметра рабочей части (максимальное уменьшение диаметра на 15-20 %) и лопастей. Подобное возможно только в отношении рабочей части радиального типа или с двухсторонним входом. В насосах с диффузором, обтачиваются до нового диаметра только лопасти.В любом случае предполагается, что производительность — постоянная величина; однако, хотя для насосов с низкой номинальной скоростью снижение производительности незначительно, в насосах с более высокой номинальной скоростью наблюдается заметное снижение производительности. Не представляется возможным уменьшить диаметр рабочей части для боковых ответвлений. Рекомендуется постепенно уменьшать диаметр рабочей части и опробовать насос, чтобы убедиться, что достигнут желаемый результат.

Основные рабочие характеристики центробежных насосов

Изменения в зависимости от скорости

Если изменяется скорость, то при постоянном диаметре рабочего колеса, одновременно меняется подача, давление и мощность, согласно законам пропорции в соответствии со следующими формулами, подача, обеспечиваемая насосом, может увеличиваться или уменьшаться пропорционально увеличению или уменьшению скорости.

Манометрическая высота увеличивается или уменьшается в зависимости от квадрата скорости.

Потребляемая мощность растет или падает в зависимости от куба скорости.

NPSH прямо пропорционально квадрату изменения скорости.

Эти зависимости не выдерживаются, если скорость увеличивается более чем вдвое. Они также неверны, если условия всасывания не представляются адекватными.Изменение скорости — эффективный способ изменить характеристики насоса, работающего в переменных режимах. В случаях, когда представляется целесообразным увеличить скорость насоса, рекомендуется предварительно проконсультироваться с изготовителем, так как увеличение скорости может быть ограничено по следующим причинам:

  • механическое сопротивление вала и подшипников, так как увеличивается мощность.
  • сопротивление давлению корпуса насоса, так как давление тоже увеличивается.
  • изменение мощности всасывания насоса, так как она не пропорциональна увеличению подачи.

Изменения в зависимости от диаметра рабочей части

Предположим, что скорость — постоянная величина. При изменении диаметра рабочего колеса пропорционально изменяется касательная скорость, а вместе с ней и подача, высота и мощность, в соответствии с нижеприведенными формулами.

Эти зависимости применимы в случаях незначительных изменений диаметра рабочей части (максимальное уменьшение диаметра на 15 — 20 %) и лопастей. Подобное возможно только в отношении рабочей части радиального типа или с двухсторонним входом. В насосах с диффузором, обтачиваются до нового диаметра только лопасти.В любом случае предполагается, что производительность — постоянная величина; однако, хотя для насосов с низкой номинальной скоростью снижение производительности незначительно, в насосах с более высокой номинальной скоростью наблюдается заметное снижение производительности. Не представляется возможным уменьшить диаметр рабочей части для боковых ответвлений. Рекомендуется постепенно уменьшать диаметр рабочей части и опробовать насос, чтобы убедиться, что достигнут желаемый результат.

Расчет полезного объема водозаборного резервуара (сточной ямы)

Самый неблагоприятный вариант расчета — это, когда подача на входе равняется половине подачи насоса. Минимальный объем воды в резервуаре зависит от частоты запусков мотора в час и от подачи самого мощного из эксплуатируемых насосов и высчитывается следующим образом:

Vu — Полезный объем (м 3 );
Q — Расход (м 3 /час);
N — частота запусков в час.

Размеры водозаборного резервуара должны быть достаточными для вмещения полезного объема и для работы насосов без гидравлических помех на всасывании (см. Проектирование всасывающего трубопровода), при этом должны учитываться различия уровней остановки-хода для разных вида оборудования. Частота запусков будет меньше, если два или больше двух насосов работают попеременно.

Выходные отверстия и брандспойтные насадки

Выброс воды через выходное отверстие рассчитывается по следующей формуле:

Q — подача в м 3 /час;
V — скорость в м/сек;
S — Площадь отверстия в м 2 ;
Н — Напор в отверстии в метрах;
g — Ускорение свободного падения (9,81 м/сек 2 );
К — Коэффициент выхода 0,62.

Если выходное отверстие круглое, то практический расход составляет приблизительно 62% от теоретического. При К = 0,62 имеется упрощенная формула расчета.

В частном случае применения брандсбойной насадки в виде полированного конуса и при коэффициенте нагнетания равном 0,97, расчет подачи полной струи в зависимости от давления следует делать по следующей формуле:

Найденные параметры выброса верны для наклона в 30° при отсутствии ветра.

Перекачивание вязких жидкостей

Кривые характеристик насосов приводятся в отношении воды с кинематической вязкостью равной примерно 1 cSt. Увеличение вязкости сказывается на работе насосов, поэтому в случае перекачивания вязкой жидкости следует применить поправочные коэффициенты в отношении подачи, высоты и производительности насоса, чтобы найти значения эквивалентные воде:

  • при значениях ниже 43 cSt напор и высота существенно не снижаются;
  • мощность увеличивается, начиная с 4,3 cSt;
  • при увеличении потерь напора при всасывании следует использовать насосы с низким требуемым кавитационным запасом NPSH;
  • как правило, поправочные коэффициенты, вычисленные по графикам, достаточно точны и пригодны для расчетов.

Ограниченные возможности графиков

  1. Графики применимы исключительно к насосам с открытой рабочей частью или с закрытой рабочей частью радиального типа. Ими нельзя пользоваться при расчетах для насосов двустороннего входа или осевого типа.
  2. В многоступенчатых насосах для расчета надо брать высоту одного рабочего колеса, расчет будет приблизительным, так как есть дополнительные потери между ступенями.
  3. В насосах с двухсторонним входом для расчета следует брать половину подачи.
  4. В случае, если рабочая жидкость обладает повышенной вязкостью, рекомендуется просчитать расход насоса в эксплуатации, чтобы определиться с типом насоса, так как производительность центробежных насосов в этих условиях очень низкая.
  5. Поправочные коэффициенты действительны только для однородных жидкостей и не годятся для желеобразных жидкостей, бумажной массы, жидкостей с твердыми или волокнистыми включениями и тому подобное.

Пример применения

  • если известны значения подачи и высота подъема вязкой жидкости, следует обратиться к графику и найти поправочные коэффициенты;
  • располагая этими данными, можно определить соответствующие значения для воды и выбрать насос;
  • используя кривую характеристики для воды и применив соответствующие коэффициенты, получаем новые значения для вязкой жидкости.

Рассчитать параметры насоса, способного при подаче в 150 м 3 /час поднять вязкую жидкость на высоту 28,5 mса.

Вязкость 200 cSt, удельный вес 0,9 кг/дм 3 .

Чтобы найти поправочный коэффициент, используйте кривую 1,0 х Q:

fQ = 0,95 fH = 0,91 fη= 0,62

Найдя коэффициенты, рассчитаем значения для воды:

Q = 150/0,95 = 158 m 3 /h
Н = 28,5/0,91 = 31,3 mca

Исходя из полученных величин, выберем насос типа FNF 80-160 с диаметром 173 мм, совершающий 2.900 оборотов в минуту; по кривой для воды, определим величину подачи, высоту нагнетания и производительность.

Применив различные поправочные коэффициенты, получим новые условия эксплуатации насоса для перекачки вязких жидкостей. Ниже приводится график, на котором в краткой форме отображены наши расчеты.

Гидравлический удар

Под гидравлическим ударом понимается повышенное давление, отмечаемое в трубопроводе при любом изменении скорости жидкости, циркулирующей по трубам, (при открытии или закрытии клапана, запуске или остановке насоса и т. д), в результате которого происходит изменение кинетической энергии движущейся жидкости. При остановке насоса гидравлический удар проявляется вначале появлением разрежения, за которым следует резкое повышение давления. Время остановки Т равняется времени, прошедшему с момента прекращения подачи энергии, открытия или закрытия клапана и до момента прекращения циркуляции жидкости. Формула Mendiluce позволяет нам рассчитать время остановки с достаточно высокой степенью точности:

L — протяженность трубопровода (т);
V — Скорость жидкости (м/сек);
g — скорость свободного падения (м/сек 2 );
Hm — Манометрическая высота (mса).

Для плоскостей с углом наклона более 50% следует применять особые меры предосторожности при вычисления силы гидравлического удара; рекомендуется применять только формулу Allievi, так как в подобных случаях остановка происходит слишком резко. Не забудьте, что манометрическая высота при расчете Т замеряется непосредственно за насосом и, следовательно, надо учитывать глубину уровня зеркала воды в скважине, когда речь идет о погружных насосах. L. Allievi пришел к выводу, что гидравлический удар вызывает колебания, которые распространяются по всей длине трубопровода со скоростью, равной:

а — скорость распространения (м/сек);
D — диаметр труб (мм);
е — толщина стенок труб (мм).

Коэффициент К представляет в основном эффект инерции в движущихся частях насоса и его величины варьируются в зависимости от длины линии нагнетания.

Коэффициент С выведен опытным путем и зависит от наклона (Нm/L)

Где Е — коэффициент эластичности труб (кг/м 2 ).

Практические значения К, для труб из разных материалов:

Сталь — 0,5;
Чугун — 1;
Цемент — 5;
Фиброцемент — 5,5;
Полиэстер — 6,6;
ПВХ — 33,3.

В работах по гидравлике рекомендуется для расчета сверхдавления использовать следующие формулы:

и, следовательно, необходимо применять формулу Allievi, если круговое перемещение воды продолжается, всегда есть промежуточная точка, для которой будет верно

и к этой зоне следует применить формулу Michaud.

Максимальное давление будет равно сумме статического давления или геометрической высоты и максимального превышения давления + Δ Н.

Н max = Hg +Δ Н

Минимальное давление будет равно разнице между статическим давлением или геометрической высотой и минимальным превышением давления — Δ Н.

Н min = Hg — Δ Н

Как при длинных, так и при коротких линиях нагнетания гидравлический удар может достичь значений, превышающих статическое давление и, следовательно, в трубопроводе происходит разрежение и давление падает ниже атмосферного, что может привести к разрыву трубы. Следует упомянуть, что обычно трубопровод рассчитан с таким запасом прочности, чтобы выдерживать разрежение около 1 кг/см 2 , то есть много выше, чем это бывает на практике.

Защита от гидравлического удара

Гидравлический удар можно ослабить или избежать, применив специальные устройства, такие как, например:

  • инерционные круги;
  • уравновешивающие отводы;
  • воздушные баки;
  • жидкостные амортизаторы;
  • предохранительный клапан;
  • вантузы;
  • обратные клапаны;
  • обратные клапаны с переходниками;
  • обратные клапаны противовихревые.

В какой-то степени устранить удар помогают статические пускатели, которые меняют скорость потока

Выбор силового кабеля

При выборе силового кабеля следует учитывать следующие факторы:

  • максимально допустимая сила тока для проводников из меди с изоляцией из EPDM, согласно нормам для низкого напряжения (ННН).
  • максимальное падание напряжения не должно превышать 3% от величины номинального напряжения.
  • температура окр. среды 40 °С.

Расчет делается по следующим формулам:

S — сечение кабеля в мм 2 ;
I — номинальная сила тока двигателя в амперах;
L — длина кабеля в метрах;
cos φ — коэффициент мощности при полной нагрузке;
ΔU — Падение напряжения в сети на 3%.

Пример: для 230 V = 6,9 V
для 400 V= 12 V
С — Электропроводимость (56 м/мм 2 для Сu и 34 м/мм 2 для AI).

Максимально допустимая сила тока для кабеля ТРЕХЖИЛЬНОГО или ШЕСТИЖИЛЬНОГО

Тип H07RNF или подобный (согласно ННН)

Повышение температуры в проводнике, вызванное электрическим током, не должно превышать максимально допустимую температуру для изоляции, т.е. 90°С; при температуре окружающей среды выше 40°С применяются следующие поправочные коэффициенты.

На кабель воздействуют и другие факторы, как, например, прямые солнечные лучи (коэффициент 0,9), прокладка кабеля в трубе, на открытом участке или в стене (коэффициент 0,8), сведение воедино нескольких проводов и т.д.

Таблица для выбора кабеля для двигателей диаметром 4″

Таблица расчёта потерь напора для труб из ПВХ/полипропилена

Примечание: для других труб рекомендуется умножать значение потерь давления на следующие коэффициенты:

х 1,2 для труб из фиброцемента;
х 1,5 для стальных оцинкованных труб.

Таблица расчёта потерь напора в метрах водяного столба на 100 метров прямого трубопровода для сточных вод (для стальных труб)

Для трубопроводов из пластика, результат умножать на 0.8.

Для колен и шаровых кранов — прибавить 2 метра фиктивной длины для каждой детали.

Для клапанов — прибавить 10 метров фиктивной дополнительной длины.

Таблица соотношения диаметров трубопроводов и патрубков

Подключение 3-х фазных электродвигателей

Напряжение в сети Запуск Электродвигатель
Обмотка Соединение
230 В Прямой 230 / 400 Треугольник
Звезда-Треугольник 230 / 400 Звезда-Треугольник
400 В Прямой 230 / 400 Звезда
400 / 692 Треугольник
Звезда-Треугольник 400 / 692 Звезда-Треугольник

Соединение Треугольник

V: Напряжение в сети. Схема соединений

Соединение Звезда

V: Напряжение в сети. Схема соединений

Соединение Треугольник-Звезда

Переключение Звезда-Треугольник осуществляется на электрощите управления.

Источник статьи: http://s-m-t.smartis.ru/articles/obshchaya-tekhnicheskaya-informatsiya-o-nasosakh

Adblock
detector