Выбор основных насосов, двигателей и их компоновка

Выбор насосов. Определив потребные (номинальные) расчетные напор и подачу насоса Н_н и Q_н, обращаются к сводным графикам полей насосов соответствующего типа (рис. 4, 5, 7, 8). Рабочие зоны каждого типоразмера насосов, выпускаемых отечественной промышленностью, представлены на этих графиках в виде криволинейных параллелограммов. Верхняя линия каждого поля — характеристика насоса с наибольшим, а нижняя — с наименьшим заводским диаметром рабочего колеса.

Определив марку насоса, более подробные сведения о нем и его характеристиках отыскивают в каталогах, в справочной литератур. Характеристики насосов типа Д и В приводятся в виде таблиц, выражающих основные технические показатели для трех значений подачи насоса. По этим данным строятся соответствующие графики.

Напор подобранного насоса при подаче Q_н должен быть равен требуемому расчетному напору Н_н или превосходить его не более, чем на 10%. Если это условие не обеспечивается, прибегают к обточке рабочего колеса.

Допустимая величина обточки рабочего колеса и формулы для пересчета рабочих характеристик зависят от коэффициента быстроходности насоса

,                                              (1)

где n — частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин; Q_p — подача в оптимальной точке, м³/с (для насосов с двусторонним подводом принимается половина подачи); H_р — напор в оптимальной режимной точке, м.

Допустимое максимальное значение обточки колеса центробежного насоса; для n_s = 60... 120  20—15 %, для n_s = 120...200  15—10 %, для n_s = 200...300  10—5 %.

Формулы для пересчета характеристик при обточенном колесе:

для n_s ≤ 150                                              для n_s > 150

;                                        

;                (2)                                           (3)

При обточке рабочего колеса c n_s < 150 соответствующие режимные точки смещаются по квадратичным параболам

Н = kQ².                                                    (4)

При полном подобии насосов точки, лежащие на этих параболах, должны характеризоваться одинаковыми КПД. Практикой установлено, что для n_s = 60... 120 КПД уменьшается на 1 % на каждые 10 % обточки, а для n_s > 120 — на каждые 4 % обточки рабочего колеса.

 

Пример. Выбрать насос типа Д, определить необходимый диаметр рабочего колеса и пересчитать его характеристику. Расчетные данные: Q_н=130л/с; Н_н = 50 м.

По сводному графику (рис. 5) определяем, что рабочая точка А лежит вне рекомендуемых полей. Расчетные характеристики могут обеспечить: а) насос Д 800-57, работая за пределами рекомендуемого диапазона; б) насос Д 500-65 с диаметром рабочего колеса меньше заводского. Рассмотрим случай б.

Строим характеристику насоса Д 500-65. На поле характеристики насоса наносим рабочую точку А, соответствующую Q_н и Н_н (рис. 9).

Рис. 9. Построение характеристик насоса с обточенным рабочим колесом

 

По формуле (1) определим значение коэффициента быстроходности. Входящий в обозначение насоса оптимальный часовой расход пересчитываем в секундный и половину его подставляем в формулу. Напор Н_р принимаем по обозначению насоса — 65 м. Частота вращения насоса Д 500-65 равна 1450 об/мин. Тогда

Для пересчета характеристик при обточенном колесе следует применять формулы (2). Диаметр обточенного рабочего колеса можно находить простым подбором или определять путем построения кривой соответствия (4), проходящей через точку А:

k= м·с²/л².

Задаваясь Q, определяем Н и по точкам строим кривую соответствия Н=0.00296Q² от точки А до пересечения с характеристикой насоса (см. рис. 9):

Q, л/с         130             140             150

Н, м           50               58               66,6

Находим точку Е пересечения кривой соответствия с характеристикой Н= f (Q) при нормальном диаметре рабочего колеса D == 465 мм. Этой точке соответствует Q_E = 145 л/с, Н_Е = 62 м. Из соотношения (2) определяем диаметр обточенного рабочего колеса

мм.

Обточка колеса составляет , что меньше 15—20 %, допустимых для данного насоса. Снимаем значения нескольких точек характеристики насоса с необточенным колесом и по формулам (2) пересчитываем их для диаметра 417 мм. Результаты пересчета приводим в табл. 2 и по ним на рис. 9 строим характеристику насоса с D_об = 417 мм.

Таблица 2

Пересчет характеристики насоса при обточке рабочего колеса

D=465мм			Dоб=417мм
Q, л/с	Н, м	η, %	Qоб, л/с	Ноб, м	ηоб, %
0	70	0	0	56,3	0
50	75	55	44,8	60,3	54
100	71	73	89,7	57,1	72
145	62	77	130	50	76
180	50	70	161,4	40,2	69

Выбор электродвигателей. Электронасосные агрегаты (насосы и приводные двигатели к ним), как правило, поставляются заказчику заводом-изготовителем в комплекте. Поэтому при проектировании обязательно надо обращать внимание на напряжение электродвигателей, от которого существенно будет зависеть электрическая схема насосной станции.

При раздельной поставке или при частичной замене изношенного оборудования электродвигатель к насосу приходится подбирать. Электродвигатель подбирается по частоте вращения, рабочему положению (горизонтальный, вертикальный), мощности, напряжению и виду исполнения. В сухих отапливаемых помещениях устанавливают электродвигатели в защищенном исполнении с нормальной изоляцией, в неотапливаемых помещениях — с противосыростной изоляцией и в особо сырых (заглубленных) — закрытые электродвигатели.

При выборе типа электродвигателей основных насосов придерживаются примерно следующего принципа. До мощности 250 кВт устанавливают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (напряжением 380 В при мощности до 100 кВт и 6000 В при больших мощностях). Если мощности превышают 250 кВт, устанавливают синхронные электродвигатели высокого напряжения (6000, 10000 В).

Асинхронные двигатели — просты, компактны, но загружают сеть намагничивающим током (cos φ < 1). У синхронных двигателей cos φ равен или больше единицы, что улучшает коэффициент мощности сети и экономит электроэнергию. Недостатком синхронных двигателей является их большая масса и большие (вместе с возбудителем) габариты.

Мощность, необходимая для привода насоса, определяется по формуле

,                                                (5)

где k — коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки электродвигателя при эксплуатации, например, при запуске; определяется в зависимости от Р:

Мощность электропривода Р, кВт       <20           20—60       60—300     >300

Коэффициент запаса k                           1,25            1,2              1,15            1,1

ρ — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³; g — ускорение силы тяжести, м/с²; Q_м — подача насоса, максимально возможная в схеме проектируемой насосной станции, например, один насос на два водовода или работа насосов при снижении напоров во время пожара, м³/с; Н_м — напор, соответствующий максимально возможной подаче Q_м, м; η_м — КПД насоса, соответствующий Q_м; η_п — КПД передачи (при соединении насоса с двигателем через упругую муфту η_п = 1).

Максимально возможная подача одного насоса при отключении остальных работающих определяется по графику.совместной работы насосов и водоводов насосной станции.

До построения такого графика ориентировочно максимально возможную подачу Q_м можно определить по формуле

Q_м= k_м Q_н,                                                  (6)

где Q_н — подача при включении всех рабочих агрегатов; k_м — коэффициент, учитывающий увеличение подачи одного работающего насоса при отключении остальных; определяется в зависимости от числа рабочих насосов:

Число рабочих агрегатов                       4           3           2                 1

Коэффициент увеличения подачи k_м   1,25            1,18            1,11            1,00

 

Пример. Произвести ориентировочный расчет мощности для приводного электродвигателя к насосу Д 500-65, n = 1450 об/мин, D = 465 мм (характеристика приведена на рис. 2) с номинальной подачей Q_н = 0,14 м³/с. В насосной станции 4 рабочих насоса.

По формуле (6) ориентировочно определяем максимально возможную подачу насоса

Q_н = 1,25·0,14 = 0,175 м³/с.

По рабочим характеристикам насоса определяем Н_м = 52 м и  η_м = 0,71.

Предполагая, что Р ≈ 100 кВт, принимаем k = 1,15. Тогда

кВт.

Сверяясь с рекомендуемыми значениями коэффициента k, убеждаемся, что он принят правильно. Можно принять двигатель 4АН280М с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, мощностью 160 кВт.

По характеристикам на рис. 2 можно определить мощность насоса, соответствующую Q=175л/с. Без учета коэффициента запаса k = 1,15, N = 125 кВт.

После построения графика совместной работы насосов и водоводов необходимо уточнить Q_м и правильность выбора двигателя.