Напорные характеристики трубопроводов

Напорной характеристикой трубопровода называется графическое представление зависимости между расходом жидкости через трубопровод и его сопротивлением.

Сопротивление простого однониточного трубопровода

НТР = HTР.ст + НТР.дин

где HTР.ст, НТР.дин — статическая и динамическая составляющие сопротивления трубопровода соответственно.

Рис. 91. К определению сопротивления трубопровода

Статическая составляющая трубопровода определяется разностью давления на поверхности жидкости в береговом танке и в грузовом танке судна или разностью уровней жидкости в них:

HTР.ст ⁼ zH + (Рр - РT) / ρg,

где zH — разность между высотой столба жидкости в береговой емкости и уровнем груза в танке. При условии равенства давлений в береговой емкости и судовом танке получим HTР.ст ⁼ zH

Динамическая составляющая характеризуется гидравлическим сопротивлением трубопровода потоку жидкости и равна (рис. 91)

HTР.дин = ∑ λ l • v² + ∑ ξ l • v² ,

T d • g и 2g

где ∑λ, ∑ξ ξ; — сумма сопротивлений трения и местных сопротивлений трубопровода; λ, ξ, — коэффициенты сопротив­ления трения и местного сопротивления; l, d — длина и диаметр трубопровода соответственно; v — линейная скорость насоса.

В соответствии с законом сохранения массы, предполагающим постоянство расхода жидкости в любом попереч­ном сечении трубопровода,

v = 4Q • π и Q = π • d² • v

d² 4

После преобразования правой части выражения получим

HTР.дин = W • Q²

где W — сумма приведенных коэффициентов гидравлических сопротивлений трубопровода — постоянная трубо­провода. Тогда

HTР. = HTР.ст + W • Q²

Рис. 92. Напорная характеристика трубопровода Рис. 93. Разветвленный трубопровод

Рис. 94. Напорные характеристики разветвленного трубопровода

Следовательно, напорная характеристика трубопровода имеет вид параболы с началом на оси ординат (рис. 92).

Грузовой трубопровод бывает разветвленным (рис. 93). Ветви трубопровода могут иметь различную длину, диаметр, конфи­гурацию и, следовательно, различные характеристики. Они могут пропускать жидкость одновременно, только если их со­противления будут равны. Учитывая это, суммарную характе­ристику ветвей трубопровода можно отобразить графически (рис. 94).

В результате суммирования расходов жидкостей через ветви трубопровода 1 и 2 при равной величине их сопротивления оп­ределяют суммарную характеристику ветвей k-4. Суммируя со­противления ветви 1, сопротивление ветви 2 на участке от Q1, до Qk (поскольку на этом участке ветвь 3 не может пропускать жид­кость из-за высокого сопротивления) и сопротивление ветвей 2, 3 и участка k-4, получают суммарную характеристику 5 раз­ветвленного трубопровода при заданных расходах жидкости.

Работа центробежных насосов в составе трубопроводов

Действие центробежных насосов в составе трубопроводов. Подачу и напор центробежных насосов в составе трубо­провода определяют графически, нанеся кривые напор­ной характеристики насоса и характеристики трубопро­вода в общей координатной системе Q—H.

Характеристика трубопровода терминала обычно из­вестна, а напорная характеристика грузового насоса за­фиксирована в паспорте насоса.

Автономное действие центробежного насоса в соста­ве простого трубопровода определяют графически в точке пересечения вышеуказанных характеристик (рис. 95).

Точка А пересечения характеристик насоса и трубо­провода называется рабочей точкой насоса, в которой меж­ду насосом и трубопроводом существует энергетическое равновесие. При таком равновесии подача насоса равна расходу жидкости через трубопровод, а напор насоса ра­вен сопротивлению трубопровода.

Рис. 95. К определению автономного действия насоса в составе трубопровода

Следующий график отражает параллельное действие двух одинаковых насосов в составе простого трубопрово­да (рис. 96).

Рис. 96. Действие двух насосов, включенных параллельно,

в составе простого трубопровода

На следующем графике (рис. 97) изображено последовательное вклю­чение двух центробежных насосов в составе простого трубопровода.

Рис. 97. Действие двух насосов, включенных

Регулирование подачи центробежных насосов. последовательно, в составе простого

трубопровода

Существуют три метода регулировки подачи центробежных насосов:

• дроссельное;

• рециркуляцией (байпас);

• частотой вращения колеса (импеллера).

Дросселирование осуществляется путем изменения величины сопротив­ления трубопровода с помощью клапана на нагнетательном трубопроводе путем изменения степени его открытия. В результате изменяется величина динамической составляющей сопротивления трубопровода и её крутизна, при этом рабочая точка насоса перемещается по его напорной характерис­тике (рис. 98).

Рис. 98. Перемещение рабочей точки насоса А

Рис. 99. Регулирование подачи насоса рециркуляцией (а) и перемещение рабочей точки насоса (б):

О1, — расход жидкости через нагнетательный 1, Q2, — рециркуляционный 2 трубопроводы

Недостатком такого метода является большая потеря на­пора на дросселировании:

НДР = Н1 - Н2

где Н1 — начальный напор; Н2 — напор насоса в том случае, если можно было бы регулировать его подачу без изменения сопротивления трубопровода.

Потери при дросселировании повышаются при увеличе­нии крутизны напорной характеристики насоса. Учитывая это, дроссельное регулирование целесообразно применять, когда напорная характеристика насоса пологая.

Регулирование рециркуляцией производится путем отво­да части подачи насоса обратно в танк с помощью циркуля­ционного трубопровода (рис. 99).

Рис. 100. Перемещение рабочей точки насоса при изменении его подачи путем изменения частоты вращения колеса (импеллера)

Регулирование рециркуляцией целесообразно, если на­порная характеристика насоса является круто падающей, поскольку в этом случае потеря на дросселирование будет меньше, чем при дроссельном регулировании, однако объемная потеря рециркуляции будет значительной.

Регулирование подачи насоса производится с помощью изменения частоты вращения его двигателя. При измене­нии частоты вращения рабочего колеса двигателя меняется положение напорной характеристики насоса. Рабочая точка насоса перемещается по характеристике трубопровода (рис. 100).

Достоинством метода является высокий КПД регулирования, поскольку КПД насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса меняется мало. Изменения КПД значительно меньше, если напорная характеристика насо­са круто падающая.

Подачу центробежного насоса на газовозах обычно регулируют дросселированием. Регулирование частотой вра­щения производится только в том случае, если электродвигатель привода насоса имеет переменную частоту вращения. Регулирование рециркуляцией предусматривается для уменьшения подачи насоса в период пуска с целью уменьшения пускового момента.