2.15 Паралельна робота відцентрових насосів

Для збільшення подачі на насосних станціях монтують 2...3 різнотипних насоси паралельно (при цьому техніко-економічні показники насосної станції оптимальні). Для зменшення подачі, число насосів працюючих паралельно зменшують, і в крайньому випадку, для забезпечення мінімальної подачі залишають в роботі один насос. Такий спосіб широко застосовується на станціях заправки автомобілів або на кущових насосних станціях (КНС) при підтриманні пластового тиску шляхом закачування води в пласт. Насоси повинні працювати в зоні високого ККД при всіх комбінаціях подачі. Перевагою паралельної роботи декількох насосів (порівняно з роботою одного насоса з великою подачею) являється те, що при аварії з одним насосом подача не припиняється, а тільки зменшується. Вибір насосів для паралельної роботи повинен бути узгоджений з характеристикою трубопроводу так, щоб напір в гідравлічній мережі відповідав напору насоса при максимальному ККД.

Розглянемо випадок паралельного з’єднання двох різнотипних відцентрових насосів (рис.2.22, а).

Рисунок 2.22 – Паралельна робота двох різнотипних насосів

Для побудови сумарної характеристики необхідно провести ряд прямих, паралельних осі абсцис, і скласти абсциси (подачі) точок їх перетину з напірними характеристиками окремих насосів (тобто скласти ці характеристики по горизонталі). В результаті отримують ряд точок 1, 2, 3, які визначають сумарну характеристику I+II паралельно з’єднаних насосів. В точці 3 другий насос II відключають (і при менших подачах) працюють тільки першим насосом I. Паралельна робота насосів I+II (від точки 3 вліво, до осі ординат) не ефективна (різко знижується сумарна подача). Насос I “затискає” насос II (по манометру це не помітно) і різко знижується подача на виході обох насосів.

На рис.2.22 сумарна напірна характеристика двох насосів, з’єднаних паралельно (в діапазоні подач 0...max) показана товстою контурною лінією.

З врахуванням характеристики трубопроводу Т, сумарна подача двох паралельно з’єднаних насосів не рівна сумарній подачі цих насосів, а завжди менша при їх окремій роботі.

2.16 Послідовна робота відцентрових насосів

При послідовній роботі (рис.2.23, а) перекачування ведуть із насоса в насос. На рис.2.23, б приведена сумарна характеристика I+II насосів (товста контурна лінія) з’єднаних послідовно.

Для її побудови проводять ряд прямих, паралельних осі ординат і при постійних абсцисах (подачах) складають напори насосів I і II.

Точка А перетину сумарної характеристики I і II з характеристикою трубопроводу являється робочою точкою і визначає величину напору Н_I+II і сумарну подачу Q_I+II.

2.17 Кавітація. Визначення висоти всмоктування динамічного насоса

При всмоктуванні насосом рідини із резервуара тиск у вхідному трубопроводі по мірі руху рідини в насос падає і при вході на колесо може стати меншим тиску насичених парів рідини. Проходить холодне кипіння рідини. Утворені при вході парові пухирці в області підвищеного тиску на виході робочого колеса миттєво конденсуються, що супроводжується характерним потріскуванням, шумами. Це явище носить назву кавітації.

При кавітації розриви пухирців приводять до сильних ударів, вищерблювання і роз’їдання матеріалу (ерозія робочих коліс), підвищення вібрації, а значить швидкого спрацювання підшипників). Кавітація супроводжується різким зниженням тиску, подачі, потужності, ККД чи повним зривом роботи насоса.

Основним засобом недопущення кавітації являється підтримання такого тиску у вхідному тракті насосів при якому кавітація не проявляється. Щоб не було явища кавітації тиск рідини (Р_вх) на вході робочого колеса (рис.2.24) повинен бути більшим від тиску насичених парів, тобто

Р_вх  Р_{нп .}

Рисунок 2.23 – Послідовна робота двох різнотипних насосів

Рисунок 2.24 – До визначення висоти всмоктування відцентрового насоса

Заміряти Р_вх досить важко (колесо обертається і вивести трубку на манометр конструктивно незручно), а тому складемо рівняння Бернуллі для перерізів 0 - 0 і 1 - 1 (рис.2.24).

(2.48)

де – напір рідини в перерізі 0-0;

– висота всмоктування насоса;

– напір рідини в перерізі 1-1;

– втрати напору по довжині вхідного трубопроводу (від перерізу 0-0 до 1-1).

Із рівняння (2.48) знайдемо висоту всмоктування відцентрового насоса

(2.49)

Питома енергія рідини в перерізі 1 – 1 буде

. (2.50)

Максимальна висота всмоктування насоса буде досягнута в той момент, коли Р_вх = Р_нп (а енергія рідини в перерізі 1-1 Е₁=Е_1min ).

, (2.51)

де – критичний кавітаційний запас (визначається експериментально при кавітаційних випробуваннях насоса).

Критичний кавітаційний запас – це той мінімальний запас енергії рідини на вході в насос, при якому відсутнє явище кавітації. Працювати в режимі критичного кавітаційного запасу небезпечно, а тому в розрахунках користуються допустимим кавітаційним запасом

(2.52)

де  – коефіцієнт запасу ( =1,1...1,3 і залежить від роду рідини).

Враховуючи формули (2.49), (2.50), (2.51), (2.52) максимально допустима висота всмоктування відцентрового насоса буде

(2.53)

де Р₀ – тиск рідини в перерізі 0-0 (для відкритих резервуарів він залежить від місця розташування насоса);

Р_нп – тиск насичених парів рідини (для холодної води Р_нп = 0,01МПа, для води з температурою 100 С Р_нп =0,1МПа);

 – густина рідини;

g – прискорення вільного падіння;

h_0-1 – втрати напору на ділянці 0-0 – 1-1 (залежить від діаметра і довжини вхідного трубопроводу);

h_доп – допустимий кавітаційний запас.

Аналізуючи рівняння (2.53) приходимо до висновку, що висота всмоктування може бути величиною додатною (як показано на рис.2.24), або від’ємною (тоді резервуар знаходиться вище осі насоса, тобто насос буде працювати “під залив”).