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 (см. рис. 4, 5, 7, 8). Рабочие зоны каждого типоразмера насосов 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 находят в каталогах, в справочной литературе. 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: 20–15 % для n_s = 60... 120, 15–10 % для n_s = = 120...200, 10–5 % для n_s = 200...300.

Формулы для пересчета характеристик при обточенном колесе:

– для n_s ≤ 150 (2)

– для n_s > 150; (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 (см. 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).

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

Рис. 9. Построение характеристик насоса с обточенным
рабочим колесом

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
Н, м			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 = 465 мм	Dоб = 417 мм
Q, л/с	Н, м	η, %	Qоб, л/с	Ноб, м	ηоб, %
				56,3
			44,8	60,3
			89,7	57,1
			161,4	40,2

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_мQ_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
Коэффициент увеличения подачи kм	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 = 175 л/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.