Основы практического использования

08

Фев 2017


Практическое использование.

1. Насосы. Основные термины и определения.

Насосы можно разделить на два вида: динамические и объемные.

Динамические насосы – это насосы, в которых жидкость под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере, которая постоянно сообщается с входом и выходом насоса.

Объемные насосы – это насосы, в которых жидкость перемещается таким образом, что происходит периодическое изменения объема камеры, которая также попеременно сообщается с входом и выходом насоса.

Динамические насосы в свою очередь подразделяются на лопастные, насосы трения и инерции. Больше всего применяют лопастные насосы.

Лопастные насосы - это те насосы, в которых жидкость перемещается за  счет энергии, передаваемой ей при обтекании лопастей рабочего колеса. Лопастные насосы делятся на два вида: центробежные и осевые. В центробежных насосах жидкость перемещается через рабочее колесо от центра к периферии, а в осевых – через рабочее колесо в направлении его оси.

Насосная установка - это такой насосный агрегат, который укомплектован оборудованием, которое смонтировано по определенной схеме и обеспечивает  работу насоса в заданных условиях.

Основным из основных технических показателей насосов и насосных  агрегатов является объемная подача насоса, объем жидкости которой подаётся насосом в единице времени - измеряется в м3/с или в м3/ч; допускается измерять подачу в л/с.

Центробежный насос - лопастный насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.

Горизонтальный насос - насос, у которого ось расположения, перемещения или вращения рабочих органов расположена горизонтально вне зависимости от расположения оси привода или передачи.

Насос двухстороннего входа - насос, у которого жидкая среда подводится к рабочим органам с двух противоположных сторон.

Консольный насос - насос, у которого рабочие органы расположены на консольной части его вала.

Секционный насос - многоступенчатый или многопоточный насос с торцевым  разъемом каждой ступени.

Насос с торцевым разъемом - насос, с разъемом корпуса в плоскости, перпендикулярной оси рабочих органов.

Насос с осевым разъемом - насос с разъемом корпуса в плоскости оси рабочих органов.

Насосный агрегат - агрегат, состоящий из насоса или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединенных между собой.

Насосная установка - насосный агрегат с комплектующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса.

Дизель-насосный агрегат - насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является дизель.

Мотонасосный агрегат - насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является карбюраторный двигатель.

Объемная подача насоса - отношение объема подаваемой жидкой среды ко времени.

Подача насоса зависит от его конструкции, скорости вращения рабочего колеса, вязкости жидкости и характеристики трубопровода, по которому насос перемещает жидкость.

Массовая подача насоса - отношение массы подаваемой жидкой среды ко времени.

Напор - высота, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счёт энергии, сообщаемой ей насосом.

Напорная характеристика зависит от конструкции насоса (модели), скорости вращения рабочего колеса и вязкости перекачиваемой жидкости. Напорная характеристика насоса дает представление о возможностях данного насоса.

Давление на входе в насос - давление жидкой среды на входе в насос.

Давление на выходе из насоса - давление жидкой среды на выходе из насоса.

Допускаемый кавитационный запас - кавитационный запас, обеспечивающий работу насоса без изменения основных технических показателей.

Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания - вакуумметрическая высота всасывания, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей.

Теоретически эта высота равна 10,33 м. В действительности же В. в. ниже теоретической и зависит от конструкции насосов и величины сопротивлений при движении воды по трубам. Практически наибольшая В. в. принимается для поршневых насосов 6-6,5 м и для центробежных – 5-5,5 м.

Подпор - разность высот уровня жидкой среды в опорожняемой емкости и центра тяжести сечения входа в насос.

Высота самовсасывания - высота самозаполнения подводящего трубопровода самовсасывающим насосом (агрегатом).

Мощность насоса - мощность, потребляемая насосом.

Мощность насосного агрегата - мощность, потребляемая насосным агрегатом или насосом, в конструкцию которого входят узлы двигателя.

Полезная мощность насоса - мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкой среде.

К.п.д. насоса - отношение полезной мощности к мощности насоса.

К.п.д. насосного агрегата - отношение полезной мощности насоса к мощности насосного агрегата.

Характеристика насоса - графическая зависимость основных технических показателей от давления для объемных насосов и от подачи для динамических насосов при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос.

Рабочая часть характеристики насоса - зона характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатация.

Регулировочная характеристика насоса - графическая зависимость подачи от частоты вращения (циклов) или длины хода рабочего органа при постоянных значениях вязкости, плотности жидкой среды на входе в насос и давления на входе и выходе насоса.

Номинальный режим насоса - режим работы насоса, обеспечивающий заданные технические показатели.

Оптимальный режим насоса - режим работы насоса при наибольшем значении к.п.д.


Что необходимо знать.

Гидроудар – колебания давления в трубопроводе, создаваемые изменениями скорости воды. Быстрая остановка потока, движущегося с высокой скоростью, может создать опасные броски давления вверх-вниз. Давление, превышающее величину, установленную для безопасной эксплуатации трубопроводов, может привести к повреждению трубопроводов.Систему водоподачи невозможно постоянно эксплуатировать в установившемся режиме, т.к. пуск и выключение одного лишь насоса изменяет условия рабочего режима. В общем, любые изменения в условиях эксплуатации и любые нарушения в работе становятся причиной колебаний давления и расхода, иначе говоря, приводят к изменяемому во времени режиму течения.

То есть - причинами быстрого изменения скорости движения воды могут служить запуск или остановка насосов; быстрое закрытие или открытие кранов; заполнение пустых труб при высоком расходе воды.

Так как предотвратить скачки давления при эксплуатации трубопроводной системы невозможно в принципе, важнейшим моментом является удерживание динамических изменений давления в контролируемых пределах.

!!! Ущерб, причиненный волной давления, значительно превышает затраты на меры по защите от гидравлического удара и скачков давления.

Если напор превышает 10 - 15м (1-1,5 бар), то между задвижкой и насосом устанавливается обратный клапан. Он предотвращает обратное движение жидкости через насос во время аварийной остановки и берет на себя основную часть гидроудара.

Способы защиты от гидроудара
Принцип защиты от гидравлических ударов заключается в предотвращении перехода кинетической энергии в энергию упругой деформации. Это можно сделать путем использования следующих основных принципов:

art014– Аккумулирование энергии, применение гидровоздушных баков.

Гидровоздушные баки выполняют в виде мембранных воздушных баков (аккумуляторов) и резервуаров с погруженной аэрационной трубой. Принцип действия воздушных баков компрессорного и аккумуляторного типа в принципе одинаков. Выбор того или другого устройства определяется техническими или коммерческими условиями. Вследствие своей конструкции мембранные воздушные баки (аккумуляторы) подходят только для небольших объемов. Мембранные воздушные баки (аккумуляторы) обычно регулируются перед установкой путем предварительного закачивания сжатого воздуха внутрь колпака. Воздушные баки устанавливаются не только на выходе насоса с напорной стороны для защиты от последствий аварийного останова насоса. Они могут быть также установлены в других подходящих местах трубопроводной системы.

art015- Клапаны выпуска/впуска воздуха. Они имеют различную форму, размеры, конфигурацию и целый моделей.

Применение воздушных клапанов является целесообразным, если все прочие варианты неприемлемы.


- Предохранительные клапаны устанавливаются в местах возникновения высоких давлений. Они открываются и выпускают жидкость, когда давление повышается.

- Применение полимерных трубопроводов. Эластичные стенки трубопровода значительно снижают силу гидроудара, достаточно легко увеличивая объём трубы или шланга в месте остановки жидкости.

Кавитация (cavitas - пустота) - процесс образования паровых пузырьков в зоне минимального давления с последующей конденсацией их в зоне повышенных давлений, происходящей под влиянием гидродинамического воздействия.

Явление кавитации наблюдается во всех случаях, когда в какой-либо гидравлической системе происходит падение давления ниже давления насыщения.

На участке пониженного давления начинается выделение паровых пузырьков, так как упругость паров жидкости при данной температуре оказывается выше давления в этой зоне.

Перемещение потока жидкости с паровыми пузырьками в область, где давление превышает давление парообразования, вызывает интенсивную конденсацию пара. Вследствие мгновенного освобождения объема, занимаемого паром, частицы жидкости, окружающие пузырек пара, устремляются внутрь этого объема с большой скоростью. Происходит кумулятивное воздействие, сопровождающееся мгновенным местным гидравлическим ударом. Совокупность гидравлических ударов приводит к разрушению стенок каналов, так называемой кавитационной эрозии.Явление кавитации сопровождается вибрацией установки и шумовыми эффектами.

art016В центробежных насосах и других лопастных гидромашинах кавитация сопровождается падением подачи, напора, мощности и КПД.В центробежном насосе кавитация возникает на лопатке рабочего колеса обычно вблизи ее входной кромки. Давление здесь значительно ниже давления во входном патрубке, что связано с возрастанием скорости при обтекании лопатки. Неравномерное поле абсолютных скоростей при подходе к лопатке также вызывает падение давления по сравнению со средним на входе. Как показывает опыт, область пониженного давления находится с тыльной стороны входной части лопаток:

Высота самовсасывания – теоретическая максимальная высота всасывания воды составляет 10,33 м и зависит от давления воздуха (норм. давление = 101,3 кПа).

По техническим причинам максимальная высота всасывания, которую можно достичь, составляет 7–8 м. Это значение учитывает не только разность высот между самой нижней точкой (водной поверхностью) и всасывающим отверстием насоса, но также и потери на преодоление сопротивления в трубах, насосе и соединениях.

Большинство центробежных насосов имеет значительно меньшую высоту всасывания (до 4м), с превышением ее происходят не только срывы в работе насосов, но и возникает кавитация, сопровождающаяся ухудшением показателей работы насосов и разрушением отдельных их деталей.

Следует учитывать, что высота установки над уровнем моря и температура воды могут влиять на высоту всасывания, снижая ее.

Температура воды 0C 20C 30C 40C 50C 60C 70C
Потеря высоты всас. (1)

1

(0,85)

0,92

(0,79)

0,83

(0,71)

0,67

(0,57)

0,42

(0,36)

0,17

(0,14)

Высота над ур. моря 0 м 500 м 1000 м 1500 м 2000 м    
Потеря выс. всас. 1 0,94 0,89 0,83 0,82    

 

Всасывающий трубопровод является одним из ответственных элементов насосной станции. К нему предъявляются следующие требования: он должен быть герметичным, возможно меньшей длины с наименьшим числом фасонных частей (колен, отводов, тройников, переходов и др.), не должен иметь мест для образования воздушных мешков. Герметичность всасывающего трубопровода достигается путем тщательного соединения труб и фасонных частей, устанавливаемых на трубопроводе.

Всасывающий трубопровод, во избежание образования газовых мешков, укладывают с подъемом 0,03-0,05 от входной воронки к корпусу насоса.

Диаметр всасывающих трубопроводов назначают по экономической скорости движения жидкости, которую рекомендуется принимать 0,7—1,5 м/с.

Рекомендуемая скорость движения воды в трубопроводах насосных станций.

Диаметр труб, мм Скорость движения воды в трубопроводах насосных станций, м/с (СНиП 2.04.02-84)
Всасывающие коллекторы Напорные коллекторы
До 250 включительно 0,6-1,0 0,8-2,0
Свыше 250 до 800 0,8-1,5 1,0-3,0
Свыше 800 1,2-2,0 1,5-4,0

 

Для уменьшения гидравлического сопротивления при входе жидкости в трубопровод на конце всасывающей трубы устанавливают воронкообразное расширение (входную воронку). Диаметр входа принимают равным (1,3-1,5 Do) (где Do — диаметр всасывающего трубопровода), высоту воронки - равной (1,3- 1,7 Do).

art017На рисунке показаны примеры правильного - а и неправильного - б монтажа всасывающих трубопроводов.
1 - воздушный мешок;
2 - отжим потока.

Примеры правильного и неправильного устройства всасывающих трубопроводов:

На всасывающих трубопроводах могут быть установлены всасывающие или приемные клапаны, всасывающие воронки, сетки, задвижки, колена, тройники и переходы.

На концах всасывающих трубопроводов для задержания крупных взвешенных загрязнений при заборе воды насосами устанавливают приемные сетки.

Приемные сетки изготовляются сварными из отрезков труб или из листовой стали. Отверстия для прохода воды через сетку принимаются диаметром 5-20 мм в зависимости от требований, предъявляемых к воде. Имея в виду засоряемость сетки, площадь всех отверстий принимают в 3-4 раза больше площади сечения всасывающей трубы.

Для обеспечения благоприятных условия подвода воды к вертикальным всасывающим трубопроводам в во избежание попадания воздуха во всасывающую трубу насоса входное отверстие всасывающих труб необходимо заглублять (3-5 Dо). Для устранения образования воронок на концах всасывающих труб действующих сооружений могут быть установлены диафрагмы, что равносильно увеличению заглубления на 30%.art018

Во избежание подсоса отлагающихся в береговом колодце наносов низ раструба должен быть расположен на расстоянии не менее 1м от дна. На действующих водозаборах при нарушении устойчивости работы насосов по причине подсоса воздуха делают диафрагмы на раструбах всасывающих труб или плавающие щиты, препятствующие образованию воздушных воронок и срыву вакуума, либо заглубляют конец всасывающего трубопровода под уровень зеркала воды на 0,8-1,5м.

Диафрагмы обычно делают из листовой стали и приваривают к раструбам, а плавающие щиты - из досок, сколоченных в обхват вертикальных стояков всасывающих трубопроводов. При этом щиты могут перемещаться только по вертикали.

Основные неполадки в работе насосных агрегатов.

Неисправности Причины неисправности
Насос после пуска в работу не подает воду Заливка насоса проведена недостаточно тщательно; нужный напор выше расчетного; чрезмерная высота всасывания;
Подача насоса в процессе работы уменьшается Уменьшение числа оборотов насосного агрегата; просасывание воздуха через сальники в корпус насоса; увеличение высоты всасывания насоса; засорение рабочего колеса насоса; увеличение сопротивления напорного трубопровода; механические повреждения: износ уплотнительных колец, повреждение рабочего колеса;
Напор, создаваемый насосом, в процессе работы уменьшается Разрыв напорной части насоса; уменьшение числа оборотов насосного агрегата; просасывание воздуха через сальники в корпус насоса; механические повреждения: износ уплотнительных колец, повреждение рабочего колеса;
Насос при работе вибрирует, слышится шум Нарушение центровки агрегата; ослабление болтов крепления агрегата к раме; прогиб вала; заедание вращающихся частей; износ подшипника; ослабление креплений трубопровода насоса; недопустимо большая высота всасывания насоса;
Недопустимый нагрев корпуса насоса, сальника, подшипников   Насос длительное время работал при закрытой задвижке; крышка сальника затянута сильно или с перекосом; нагрев подшипников может быть вызван количеством и качеством смазки в подшипнике, чрезмерной затяжкой вкладышей подшипника;

 

Справочные графики и таблицы.

Коэффициенты некоторых местных сопротивлений для стальных труб 

Номограмма для определения потерь напора в пластиковых трубах 

Номограмма для определения потерь напора в стальных трубах диаметрами 

Падение давления на воде в полиэтиленовых трубах при 20°C 

Полное гидравлическое сопротивление или потеря давления на участке 

Таблицы пересчета