Лабораторная работа 14. Испытание центробежных насосов при параллельном и последовательном включении их в одну сеть трубопроводов
14.1 Цель работы
Определить закономерности изменения рабочих характеристик центробежных насосов при их работе на одну сеть.
14.2 Задачи работы
ознакомиться с установкой, измерительной аппаратурой и методикой эксперимента;
провести испытания двух насосов и построить характеристики их совместной работы.
14.3 Краткие теоретические сведения
В практике часто возникает необходимость в совместной работе нескольких насосов с одинаковыми или различными напорными характеристиками.
При значительных изменениях потребляемых расходов в системах питание их целесообразно осуществлять несколькими параллельно работающими насосами.
Пусть
насосная установка работает по графику
(рис. 14.1) с переменными расходами. В этом
случае в любой момент времени машины
должны давать производительность,
равную расходу сети по заданному графику.
При этом, во время прохождения пика
расхода производительность насосов –
а во время провала в графике –
.
Если установка будет состоять только из одного насоса, то это будет насос большой производительности с глубоким регулированием от до . Поскольку регулирование всегда связано с потерями энергии, работа такого насоса будет энергетически неэффективной. Кроме того, для обеспечения бесперебойной подачи в сеть необходимо установить аварийный резерв на расход не менее . При одном насосе в установке требуется резерв не менее 100 %. Таким образом, при неравномерном графике расходов установка лишь одного рабочего агрегата оказывается неэкономичной как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам.
Рисунок 14.1 – График потребления расхода насосной установки в зависимости от времени
Установка
двух одинаковых агрегатов может
существенно повысить энергетическую
эффективность эксплуатации и снизить
величину аварийного резерва до 50 %.
Увеличение количества работающих машин
уменьшает аварийный резерв установки
и при пологой форме характеристики
обеспечивает эффективную эксплуатацию.
На основании изложенного большинство насосных установок выполняют в виде ряда насосов, включенных в сеть параллельно. Основным условием возможной параллельной работы на сеть является равенство их напоров, т. е.
Для
определения подачи совместно работающих
насосов строят кривые зависимости
напора
от суммарной
производительности насосов,
т. е.
,
и потребного для сети напора в зависимости
от расхода, т. е.
.
Рассмотрим
параллельную работу двух насосов (рис.
14.2). При всех напорах Н,
больших
,
на сеть будет работать только один
второй насос с расходом, соответствующим
своей характеристике. При напоре
(точка В, рис. 14.2) будут работать два
насоса.
Характеристику
при совместной параллельной работе
нескольких насосов строят путем сложения
подач всех насосов при одинаковых
напорах. Характеристика
строится с использованием зависимости:
. (14.1)
Точка
пересечения характеристики суммарных
расходов с характеристикой сети А
определяет напор Н
и расход
совместно работающих насосов и сети.
При этом первый насос будет работать с
расходом
,
а второй –
Рисунок 14.2 – Параллельная работа двух насосов на одну сеть
с
расходом
.
Очевидно, что суммарная подача насосов
при совместной работе их на сеть будет
меньше суммарной подачи тех же насосов
при раздельной работе на ту же сеть, т.
е.:
.
Это объясняется тем, что в последнем случае насосы работают при меньших напорах.
Следует отметить, что повышение суммарной подачи группы параллельно работающих насосов имеет свой предел, определяемый их суммарной характеристикой и характеристикой сети. Приращение при увеличении числа подключенных насосов происходит не пропорционально их числу, а прогрессивно уменьшается. При этом уменьшение приращения расхода тем интенсивнее, чем круче характеристика сети и положе характеристика насоса. Если бы характеристика сети была горизонтальной (что соответствует пренебрежимо малому сопротивлению сети), то тогда параллельное подключение каждого насоса давало бы приращение расхода, равное его подаче при данном напоре.
Для
питания систем с высокими напорами, но
с относительно малыми подачами
целесообразно использовать последовательное
включение в сеть нескольких насосов. В
этом случае условие совместной работы
насосов определится равенством подач,
т. е.
.
Рабочий напор при
будет равен сумме напоров всех насосов
при данной подаче, т. е.:
.
На
рис. 14.3 представлена характеристика
последовательной работы двух насосов.
Суммарная характеристика
получается сложением ординат кривых
и
при данных подачах. Пересечение суммарной
характеристики с характеристикой сети
даст рабочую точку А,
которая определяет подачу
и суммарный напор
и
обоих насосов.
При близком расположении двух последовательно работающих насосов насос II будет работать при значительных давлениях. Если по условиям эксплуатации насоса II эти давления будут недопустимы, то его следует подключить в такой точке напорного трубопровода, где давление является допустимым.
Следует отметить, что последовательное соединение нескольких насосов обычно менее экономично, чем применение одного насоса с требуемым напором.