11.5. Характеристики магистральных насосов
В практике эксплуатации центробежных насосов распространение получили три вида характеристик: характеристика насоса; частная кавитационная характеристика; кавитационная характеристика.
Характеристика насоса – это зависимость основных технических показателей насоса (напора Н, мощности N и КПД) от подачи Q при постоянной частоте вращения и физических свойствах перекачиваемой жидкости (плотность и вязкость). В каталогах приведены характеристики магистральных насосов по данным заводских испытаний на холодной воде. Запуск в серийное производство центробежных насосов производят после промышленных испытаний на нефти в условиях работы насосной станции. На рис. 11.9 приведена характеристика насоса НМ 10000-210.
Рис. 11.9. Характеристика магистрального центробежного насоса НМ 10000-210
Из-за особенностей эксплуатации нефтепроводов к характеристикам насосов предъявляются следующие требования:
1) напорная характеристика должна быть монотонно падающей, пологой. Монотонность создает устойчивую работу на сеть в любом диапазоне подач. При пологой характеристике уменьшаются потери на дросселирование, стабилизируется давление в трубе, в результате чего уменьшаются динамические нагрузки на трубу;
2) тип насоса следует выбирать таким, чтобы КПД был наибольшим. Насосы типа НМ имеют КПД до 89 %;
3) КПД не должен существенно уменьшаться в возможно более широком диапазоне подач. Снижение КПД не должно превышать 2–3 % в диапазоне подач 0,8–1,2.
Частная кавитационная характеристика представляет собой зависимость напора и КПД насоса от кавитационного запаса при постоянных значениях подачи, частоты вращения, физических свойств жидкости.
Кавитационная характеристика представляет собой зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи насоса при постоянной частоте вращения и свойствах жидкости. Кавитационная характеристика является исходной для расчета бескавитационной работы насоса.
11.6. Совместная работа турбомашин
Совместная работа характеризуется подсоединением нескольких турбомашин к одной общей сети и применяется в тех случаях, когда одиночная установка не способна обеспечить необходимой подачи или напора.
В зависимости от конкретных условий совместно работающие турбомашины могут включаться последовательно и параллельно, а располагаться вблизи или на некотором расстоянии друг от друга.
Последовательное включение турбомашин (или числа ступеней) применяется для увеличения напора в сети.
Например, в многоступенчатых секционных насосах параметры можно изменять путем монтажа соответствующего числа ступеней.
Характеристика Q–H (рис. 11.10) многоступенчатого насоса в зависимости от числа ступеней k и k' соответствующим образом смещается.
Рис. 11.10. График регулирования параметров многоступенчатого центробежного насоса изменением числа ступеней
При этом для заданной подачи Q развиваемый напор будет пропорционален числу ступеней
, (11.7)
где k – число ступеней; Hc – напор, развиваемый одной секцией.
При этом КПД насоса по существу остается неизменным, потребляемая мощность ступенчато изменяется.
Параллельное включение турбомашин применяется в случае необходимости увеличения производительности. Примером параллельной работы турбомашин может служить водоотлив при больших потоках, когда на общую сеть работают два насоса. Если турбомашины располагаются рядом, то для получения суммарной характеристики параллельно включенных машин (рис. 11.11) необходимо сложить абсциссы их индивидуальных характеристик при одинаковых значениях напора Н. Точка М пересечения суммарной характеристики I+II с характеристикой сети определяет режим совместной работы турбомашин на общую сеть. Подача при параллельной работе меньше суммарной подачи обеих турбомашин, работающих отдельно QI+II < (Q′I + Q′II); напор при этом в сравнении c напором одиночной машины несколько возрастает. Это объясняется тем, что с увеличением подачи возрастают потери давления во внешней сети.
Рис. 11.11. Параллельная работа двух одинаковых турбомашин, расположенных рядом
Чем меньше сопротивление внешней сети, тем эффективнее параллельная работа турбомашин. Режим каждой машины, работающей на общую сеть, определяется горизонтальной линией, проведенной из точки М до пересечения с соответствующей индивидуальной характеристикой (точка МI,II).
Если две турбомашины, включенные в общую сеть, размещаются на некотором расстоянии друг от друга, то для получения рабочего режима нужно характеристику одной из них привести к точке подключения другой (рис. 11.12).
Рис. 11.12. Последовательная работа двух турбомашин, расположенных на расстоянии друг от друга