Построение графика совместной работы насосов и водоводов

Фасонные части и арматура обусловливают гидравлические потери напора в насосной станции h_н.с.. Эти потери вместе с потерями в водомерных устройствах h_вдм и во всасывающих и напорных водоводах (h_в.в и h_н.в) составляют общие потери напора в насосной установке и вместе со статическим напором определяют необходимый напор насосов

Н = Н_ст+ h_в.в.+ h_н.с.+ h_вдм + h_н.в.= Н_ст + Σ h_ω (14)

Потери напора в насосной установке Σ h_ω зависят от расхода, а подача (расход) насосов в свою очередь зависит от развиваемого ими напора, то есть и от Σ h_ω . Окончательные параметры (подача, напор) параллельно соединенных насосов, подающих воду по системе напорных водоводов, определяются после построения графика совместной работы насосов и водоводов. Для этого необходимо построить характеристику трубопровода— график, который показывает, какой напор должны развивать насосы для того, чтобы подать через систему всасывающих водоводов, трубопроводов внутри насосной станции и напорных водоводов расход Q_н.с.. На рис.16 представлены схема трубопровода, положение пьезометрических линий при подаче разных расходов и характеристика трубопровода.

Рис. 16. К построению характеристики трубопровода: а — высотная схема; б — характеристика трубопровода

Рис. 17. Параллельная работа 4-х насосов на два водовода с перемычками: а — схема водовода; б — характеристики насосов и водоводов

 

Пример графика совместной работы насосов и водоводов приведен на рис. 17. Как видно из схемы водоводов насосной станции на рис. 17, а, гидравлические потери в разных трубопроводах определяются разными расходами (Q_в.в., Q_н, Q_н.в.), зависящими от числа водоводов и насосов.

Потери напора во всасывающем водоводе определяются по формуле

, (15)

где 1000·i — потери напора на 1 км трубопровода в метрах водяного столба, определяемые для расчетного расхода Q_в.в. в трубах заданного диаметра и материала по таблицам Шевелевых;

L_в.в. — длина всасывающего водовода, км; Σ ξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений; υ — скорость во всасывающем водоводе, м/с.

Потери напора в насосных станциях h_н.с. рекомендуется определять в таком порядке:

на схеме трубопроводов в насосной станции указываются диаметры, арматура, фасонные части и расчетные расходы;

определяется самый невыгодный для расчета потерь путь воды, на нем нумеруются местные потери; вычисление потерь сводится в таблицу.

Рис. 18. Схема к определению потерь напора в насосной станции

 

Пример составления схемы для определения потерь, представлен на рис. 18, а выполнения вычислений — в табл. 6. Графы 1, 2, 3 и 4 таблицы заполняются в соответствии со схемой. Коэффициенты сопротивлений принимаются по справочной литературе. Для открытой запорной арматуры можно принимать ξ = 0, 2.

Потери во всасывающих трубопроводах, в насосной станции и в водомерном устройстве можно считать пропорциональными квадрату подачи насосной станции. Таким образом, для определения потерь при произвольном расходе

Таблица 6

Определение потерь напора в насосной станции

N	Наименование местных сопротивлений	d, мм	Q, л/с	ξ	υ, м/с	, м	, м
	Колено			0, 6	1, 43	0, 105	0, 06
2, 3	Задвижка			0, 2х2	1, 43	0, 105	0, 04
	Задвижка			0, 2	0, 95	0, 046	0, 02
	Тройник			1, 5	1, 32	0, 089	0, 13
6, 12	Задвижки			0, 2х2	1, 32	0, 089	0, 04
7, 10	Колена			0, 6х2	1, 32	0, 089	0, 1
	Переход сужающийся			0, 1	1, 88	0, 18	0, 02
	Переход расширяющийся			0, 25	2, 91	0, 432	0, 11
	Обратный клапан			1, 7	1, 32	0, 089	0, 15
	Тройник			1, 6	1, 32	0, 089	0, 14
	Задвижка			0, 2	0, 66	0, 017
15, 16	Задвижки			0, 2х2	1, 97	0, 198	0, 08
	Колено			0, 6	1, 97	0, 198	0, 12

h_н.с.=Σ =1, 01 м

Таблица 7

Расчеты для построения характеристики трубопроводов насосной станции

N	Значение потерь, м	Относительный расход
	0, 33	0, 5		1, 3
Два водовода
	Нст
	hв.в.		0, 04	0, 1	0, 4	0, 68
	hн.с.		0, 11	0, 25	1, 01	1, 71
	hвдм		0, 1	0, 22	0, 89	1, 5
	hн.в.		1, 37	3, 14	12, 57	21, 26
	Н2d=(1)+(2)+(3)+(4)+(5)		21, 62	23, 71	34, 87	45, 15
Один водовод
	hн.в.1		5, 49	12, 57	50, 25
	Нd=(1)+(2)+(3)+(4)+(7)		25, 74	33, 14	72, 58
Два водовода, одна перемычка. Авария
	hн.в.2		3, 42	7, 86	31, 4	53, 11
	На1=(1)+(2)+(3)+(4)+(9)		23, 67	28, 43	53, 7
Два вывода, две перемычки. Авария
	hн.в.3		2, 73	6, 29	26, 1	42, 49
	На2=(1)+(2)+(3)+(4)+(11)		22, 98	26, 86	47, 4	66, 38

 

Q можно пользоваться формулами:

, и , (16)

где

К= . (17)

Потери напора в напорном водоводе для всех расходов определяются по формуле:

h_н.в. = (1, 1... 1, 2) 1000·i·L_н.в., (18)

где 1000·i — то же, что в формуле (15), но уже для труб и расходов напорных водоводов.

Местные потери в напорных водоводах учитываются в размере 10—20 % потерь напора по длине.

Пример подсчета по формуле (14) необходимых напоров для подачи расходов 0, 33Q_н.с., 0, 5Q_н.с., Q_н.с. и 1, 3 Q_н.с., где Q_н.с. расчетная подача насосной станции, приводится в табл. 7. По результатам расчетов строится характеристика водоводов (рис. 17, б).

Насосы водопроводных и водоотводных насосных станций чаще всего подают воду в водоводы, состоящие из двух линий (реже — из трех). При аварии на одной из линий вся подача насосной станции осуществляется по одному трубопроводу, то есть Q_н.в. принимается равным Q_н.с.. При этом увеличиваются потери в напорном водоводе. Такой случай также рассчитывается в таблице и характеристика системы при одном водоводе строится на графике. Характеристика 2d соответствует работе водовода в две линии, характеристика d — в одну. Потери при водоводе в одну линию приблизительно в 4 раза больше, чем при водоводе в две линии.

Для увеличения пропускной способности водоводов в случае аварии на них устраивают перемычки. Тогда при аварии водоводы работают в одну линию только на участке между перемычками. Если перемычки делят водоводы на равные участки, то при одной перемычке в случае аварии потери в напорном водоводе возрастают в 2, 5 раза по сравнению с нормальной работой двух водоводов, а при двух перемычках — в 2 раза. При необходимости рассчитываются и строятся характеристики водоводов с одной, двумя и более перемычками.

На график с характеристиками водоводов переносится характеристика выбранного насоса. Затем, увеличивая в 2, в 3 раза и так далее подачу при соответствующих напорах, строят графики совместной работы двух, трех и так далее параллельно соединенных центробежных насосов. На графике строятся характеристики совместной работы всех, включая и резервные, насосов насосной станции. Точки пересечения соответствующих характеристик насосов и водоводов определяют режимные характеристики (подачу, напор, КПД) насосов. По этому графику определяется ступенчатая подача насосной станции, то есть подача при работе одного, двух и так далее насосов.