Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование работы насоса в различных эксплуатационных условиях

Введение

насос электродвигатель вакуумметр

В насосных станциях наиболее часто используются центробежные горизонтальные насосы типа: Д - с двухсторонним входом в рабочее колесо, имеющие лучшие антикавитационные качества. В марку насосов, помимо обозначения типа, входят значения подачи Q, м /ч, и напора Н, м, соответствующие режиму максимального КПД. Марка насоса определяется по расчетным значениям подачи и напора с помощью сводного графика характеристик насосов данного типа. Каждой марке насоса соответствует некоторое поле его эксплуатационных режимов по напору и подаче (криволинейный четырехугольник). Верхние и нижние кривые линии четырехугольника являются напорными характеристиками насоса при максимальном и минимальном наружных диаметрах центробежного колеса. Боковые линии ограничивают подачи рабочего диапазона насоса, при которых насос работает надежно и с достаточно высоким КПД.

Качественный способ регулирования стоящий в прикрытии задвижки, расположенный за насосом, очень прост, но экономически невыгоден, так как снижает коэффициент использования насосной установки. Экономичным является способ регулирования насоса изменением частоты вращения насоса в период эксплуатации. Этот способ регулирования называется качественным, при нем сохраняется практически неизмененным коэффициент использования насосной установки, равный КПД насоса.

1. Определение параметров насоса и стоимости электроэнергии для подачи воды насосной установкой

1.1 Исходные данные

Вариант исходных данных - №____

№ п/п	Наименование исходных данных	Обозначение	Ед. изм.	Значение
1	Расчетная подача насоса	Qp	м3/ч	700
2	Геодезическая высота подъема воды насосом		м	13
3	Длина напорного трубопровода		км	1,2
4	Материал труб НТ	стальные с внутренним покрытием (пластмассовое или полимерцементное)
5	Минимальный уровень воды в источнике		м	2
6	Стоимость единицы электроэнергии	а	грн/(кВт•ч)	0,15

1.2 Расчетный напор насоса

Определяем экономичный диаметр напорного трубопровода

где а - стоимость единицы электроэнергии, грн/(кВт•ч);

Т - длительность работы насосной установки в году, ч;

- коэффициент пересчета цены труб с монтажом с 1984 г. на текущий год.

м;

Полученное значение диаметра округляют до ближайшего из стандартного ряда. Для стальных труб: 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400,450, 500,600, 700, 800; 900, 1000 мм.

Округленное до стандартного значение d=0,4 м используется в следующих расчетах.

Определяем гидравлический уклон i

где k, n, р определяются в зависимости от материала труб и покрытий

Гидравлические характеристики труб

Трубы	1000К	n	p
Стальные с внутренним покрытием	1,180	1,85	4,89

Q - подача насоса, м³/с;

- диаметр НТ, м, значение которого получено ранее.

Определяем потери по длине:

где i - гидравлический уклон НТ (потери на трение на 1 м длины НТ);

- длина НТ, м.

м

Определяем расчетный напор насоса:

H_p=++++;

где - суммарные потери во всасывающей линии насосной установки: = 0,4 м;

- местные потери в напорном трубопроводе (НТ): = 1 м;

- свободный напор на излив, м: =1,6 м;

- потери по длине (на трение) в НТ, м: м;

Hp = 13+0,4+1+6+1,6 = 22 м.

1.3 Подбор марки насоса

В насосных станциях наиболее часто используются центробежные горизонтальные насосы типа: Д - с двухсторонним входом в рабочее колесо, имеющие лучшие антикавитационные качества. В марку насосов, помимо обозначения типа, входят значения подачи Q, м/ч, и напора Н, м, соответствующие режиму максимального КПД. Марка насоса определяется по расчетным значениям подачи и напора с помощью сводного графика характеристик насосов данного типа. Каждой марке насоса соответствует некоторое поле его эксплуатационных режимов по напору и подаче (криволинейный четырехугольник). Верхние и нижние кривые линии четырехугольника являются напорными характеристиками насоса при максимальном и минимальном наружных диаметрах центробежного колеса. Боковые линии ограничивают подачи рабочего диапазона насоса, при которых насос работает надежно и с достаточно высоким КПД.

В соответствии с исходными данными и найденным напором пользуясь графиком, определяем марку насоса - Д1250-65; n=980 об/мин, диаметр рабочего колеса Д₂=430 мм.

1.4 Характеристики насоса

Графические характеристики насоса.

Каталожные характеристики насоса Д1250-65; n=980 об/мин представлены на рис. _____.

1.5 Характеристика трубопровода

Характеристика трубопровода при открытой задвижке.

Характеристика трубопровода при открытой задвижке пройдет через точку А, поэтому

,

Определение коэффициента сопротивление всасывающего и напорного трубопроводов.

S - приведенный суммарный коэффициент сопротивления всасывающего и напорного трубопроводов.

(22-13)/700=1,84•10

Произвольно выберем 3 значения подачи

Q=300 м/час; Q=500 м/час; Q=800 м/час

м;

м;

м

По этим точкам строим характеристику трубопровода при открытой задвижке.

Точка пересечения характеристик насоса и трубопровода - точка В с координатами Q=775 м/час, м.

Характеристика трубопровода при закрытой задвижке.

Характеристика трубопровода при закрытой задвижке пройдет через точку С, поэтому

,

Определение коэффициента сопротивление всасывающего и напорного трубопроводов.

S - приведенный суммарный коэффициент сопротивления всасывающего и напорного трубопроводов.

(24-13)/700=2,16•10

Произвольно выберем 3 значения подачи

Q=300 м/час; Q=500 м/час; Q=800 м/час

м;

м;

м

По этим точкам строим характеристику трубопровода при прикрытой задвижке.

1.6 Коэффициент сопротивление прикрытой задвижки

,

Где - скорость подачи воды перед задвижкой.

,

м/с

1.7 Мощность и марка электродвигателя

Выбираем марку электродвигателя из перечня поставки электродвигателей к определенной марке насоса. Подбор осуществляется по расчетному значению мощности электродвигателя

,

Где коэффициент запаса мощности:

1,15 при <270 кВт; и 1,10 при 270 кВт.

кВт

Тип А3 - 315 S6

Мощность 110 кВт.

Напряжение 220/380 В

Габаритные размеры L=2275 мм B=1390 мм H=1165 мм

1.8 Допустимая отметка установки насоса и допустимая высота всасывания

Допустимая отметка установки насоса.

= + - -,

Где - минимальный уровень воды в источнике; - допустимый кавитационный запас насоса, м.

? 9,6 м.

= 2+9,6-0,4-4,2=7 м

Допустимая высота всасывания

Допустимая высота всасывания является разностью между допустимой отметкой установки насоса и минимальным уровнем воды в источнике.

= - ,

=7-2=5 м

1.9 Показания вакуумметра на входе в насос

,

Где - вакуумметрический напор, м.

=,

Где ; - скорость воды на входе в насос и в источнике;

- высота всасывания, м.

- превышение точки замера вакуума над осью трубы, м.

?0

= м/с

=0,4=0,4*0,35=0,14 м.

=+0,4+5+0,14=5,74 м

=0,574 атм.

1.10 Показания манометра на выходе насоса

Где - манометрический напор, м.

=H---Z,

Где Н - напор насоса, в расчетах - в точке С;

- скорость воды на выходе из напорного патрубка насоса;

Z - разница отметок установки манометра и точки измерения вакуума на входе в насос (для всех вариантов Z=1 м).

=24-5,74--1= 17,1 м

1.11 Годовая стоимость электроэнергии

=a*Э

Где a - стоимость единицы электроэнергии, грн./(кВт* ч);

Э - потребляемая электроэнергия, кВт*ч:

Э=,

Где - мощность, потребляемая насосным агрегатом, кВт;

Т - продолжительность работы насосного агрегата в году, ч.

=N/

Где N - мощность насоса, кВт;

- КПД электродвигателя (принимаем = 0,92)

=75/0,92 =81,5 кВт

Э=3733*81,5 =304239,5 кВт*ч

=0,15*304239,5=45635,93 грн

2. Работа насоса в различных эксплуатационных условиях

2.1 Исходные данные

1. Насос, трубопровод с открытой задвижкой и = 2 м.

2. Процент изменения частоты вращения насоса определяется последней цифрой номера зачетной книжки. Частота вращения уменьшается на 20%.

2.2 Построение характеристик насоса при измененной частоте вращения

Качественный способ регулирования стоящий в прикрытии задвижки, расположенный за насосом, очень прост, но экономически невыгоден, так как снижает коэффициент использования насосной установки. Экономичным является способ регулирования насоса изменением частоты вращения насоса в период эксплуатации. Этот способ регулирования называется качественным, при нем сохраняется практически неизмененным коэффициент использования насосной установки, равный КПД насоса.

Напорная характеристика

На поле H - Q подобные точки располагаются на параболах подобных режимов H=aQ.

;

;

Где = /; = (1+P/100) ;

P - процент изменения частоты вращения насоса (по заданию «+» 20%)

= (1+20/100) *980=1176 об/мин

=1176/980 =1,2

м/ ч;

м/ ч;

м/ ч;

м/ ч;

м/ ч.

м;

м;

м;

м;

м;

Таблица 2.1. Характеристики насоса с измененной частотой вращения

№ точки	Q, м/ ч	Н, м	Q, м/ ч	Н, м	, %	, %	N, кВт	м	м
1	100	27,5	120	33	24	27	40	-	-
2	475	26	570	31,2	76	77	63,1	3,6	4,3
3	650	24,5	780	29,4	84	84,6	74	4,1	4,9
4	800	23	960	27,6	76	77	93,9	4,5	5,4
5	900	20	1080	24	60	61,5	117,9	-	-

КПД - характеристика

Для построения характеристики КПД при измененной частоте вращения насоса на исходной характеристике КПД отмечают точки Е, соответствующие подачи точкам Е на исходной напорной характеристике (рис. 2.1.). КПД в точках М соответствующих по подаче т. М при измененной частоте вычисляют по формуле:

,

Где , выражены в процентах.

%;

%;

%;

%;

%;

Результаты расчетов приводятся в табл. 2.1. По этим результатам строятся точки m. Полученные точки соединяются плавной линией, которая и будет КПД - характеристикой насоса с изменой частотой вращения.

Мощностная характеристика

Мощностную характеристику при измененой частоте вращения определяют по напорной и КПД - характеристикам насоса с изменой частоте вращения, кВт:

,

Где - мощность насоса при измененной частоте вращения.

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

Результаты заносим в таблицу 2.1.

Кавитационная характеристика насоса

Зависимость допустимого кавитационного запаса от подачи называется кавитационной характеристикой насоса, которая при исходной частоте вращения показано на рис. 1.3. Пересчитываем эту характеристику на измененную частоту вращения:

= (/),

= 3,6* (1176/980)=4,3 м;

= 4,1* (1176/980)=4,9 м;

= 4,5* (1176/980)=5,4 м;

Результаты расчетов заносим в табл. 2.1.

2.3 Определение для рабочих точек параметров насоса при исходной и измененной частотах вращения

Точки пересечения характеристик трубопровода с напорными характеристиками при и будут рабочими точками В и D соответственно при измененной и исходной частоте вращения. Эти точки определяют подачу насоса Q и Q при и .

Таблица 2.2. Параметры насоса при исходной и измененной частотах вращения

n об/мин	Н, м	Q, м/ ч	N, кВт	, %	м	м	м
= 980	24	730	72	81	4,3	7	5
=1176	29	850	74	84	5	6,2	4,2

2.4 Допустимая отметка установки насоса и допустимая высота всасывания при исходной и изменой частоте вращения

По известным значениям допустимого кавитационного запаса вычисляем допустимую отметку установки насоса и допустимую частоту всасывания при исходных и измененных частотах.

= + - -,

= 2+9,6-0,4-5=6,2 м

= -

=6,2-2=4,2 м

2.5 Суммарные напорные характеристики при параллельной работе насосов

Параллельной работой насосов называют подачу воды несколькими насосами в один трубопровод. Такое соединение предназначено для увеличения подачи воды в НТ.

Суммарные напорные характеристики параллельно работающих насосов получают путем сложения подач при фиксированных напорах. На рис 2.3. показаны суммарные характеристики двух и трех одинаковых насосов и характеристика трубопровода, обозначена линия НТ. Рабочие точки , , соответствуют работе одного, двух и трех насосов. Видно, с увлечением числа параллельно работающих насосов выигрыш в подаче уменьшается: разность подач Q- Q меньше разности Q- Q.

2.6 Определение параметров насосов при параллельной работе

После построения аналогично Рис. 2.3. суммарных напорных характеристик двух, трех и четырех насосов при исходной частоте вращения и характеристике трубопровода Нт можно перенести в табл. 2.3. полученные значения подач и напора для рабочих точек , , , затем рассчитать коэффициент увеличения подачи.

m= Q/ Q,

где Q- подача при работе n насосов;

Q- подача при работе на трубопровод одного насоса.

m= 730/730=1,00 m= 800/730=1,10 m= 810/730=1,11

Подача каждого насоса при параллельной работе:

Q= Q/ z. Q=730/1=730 м/ ч Q=800/2=400 м/ ч Q=810/3=270 м/ ч

Таблица 2.3. Параметры при параллельной работе насосов

z, шт.	Q, м/ ч	Н, м	m	Q, м/ ч	, %	Подача в рабочем диапазоне
1	730	23,5	1,00	730	82	Да
2	800	27	1,10	400	70	Нет
3	810	28	1,11	270	34	Нет

2.7 Суммарная напорная характеристика при последовательной работе насосов

Последовательной называется такая работа насосов, при которой вода от первого насоса поступает во всасывающий патрубок второго, а из второго направляется в НТ. Последовательное соединение насосов показано на рис. 2.4. Такое соединение насосов предназначено для повышения напора в НТ, что увеличивает подачу воды. Наиболее эффективно последовательное соединение насосов в том случае, когда один насос не может обеспечить расход через НТ. Последнее означает, что напорная характеристика трубопровода располагается выше нормальной характеристики насоса.

2.8 Определение параметров насосов при последовательной работе

По подаче каждого насоса Q и по КПД - характеристике определяется КПД насоса и выявляется, находится ли подача Q в рабочем диапазоне. На основании данных табл. 2.4. можно заключить, что с увеличением числа подключаемых к трубопроводу последовательно работающих насосов:

- возрастает подача воды в НТ за счет увеличения суммарного напора насосов;

- уменьшается напор каждого насоса;

- как правило, снижается КПД насоса и подача может выйти за рабочий диапазон;

- уменьшается , из-за увеличения , вызванного ростом подачи насоса.

Это показывает, что последовательное подключение второго насоса к первому действующему в здании насосной станции, когда нельзя уменьшить , приведет к кавитации в первом насосе.

H= 23/1=23 м; H= 35/2=17,5 м;

Таблица 2.4. Параметры при последовательной работе насосов Д1250-65

z, шт.	Q, м/ ч	Н, м	m	H, м/ ч	, %	, м	, м	, м	Подача в рабочем диапазоне
1	740	23	1	23	82	4,3	7	5	Да
2	980	35	1,32	17,5	50	5	6,2	4,2	Нет

Заключение

Экологические требования и мероприятия насосной установки. Количественное и качественное регулирование насосов влияет на повышение экономичности насосной установки, что способствует вводу в эксплуатацию новых электростанций, а также использование насосов с лучшими антикавитационными качественными позволяет уменьшить заглубление насосной станции, что снижает негативный эффект на окружающую среду при строительстве. При анализе последовательной и параллельной работы насосов необходимо обращать внимание на нахождение напора в рабочем диапазоне. Это связано с тем, что выход за рабочий диапазон, помимо снижения КПД, сопровождается ростом шума и вибрации насоса, что негативно влияет на обслуживающий персонал и окружающую среду. Следует отметить, что строительство и эксплуатация насосной станции оказывает воздействие на природную среду:

- на земляные ресурсы за счет изъятия земли по строительство;

- на водные ресурсы в связи с использованием воды на нужды обслуживающего персонала, загрязнение воды и почвы сточными водами и маслами при небрежной эксплуатации маслосистем их хранилища масел.

Список литературы

1. ДБН В.2.4-1-99. Мелиоративные системы и сооружения. - К., 2000.

2. Каталог насосов применяемых в мелиорации. - М.: Росоргтехводстрой, 2008. - 229 с.

3. Насосы и мелиоративные насосные станции/ Петрик А.Д., Подласов А.В., Евреенко Ю.П.; Под ред. Петрика А.Д. - Львов: Выща шк. Изд-во при Львов. ун-те, 2009. - 168 с.

4. Насосы и насосные станции / Под ред. В.Ф. Чебаевского. - М.: Агропромиздат, 2010.

5. Насосы. Номенклатурный справочник по заводам СНГ и Балтии. В 2-х частях. - ОАО «МосЦКБА», 2009.

6. Центробежные насосы двухстороннего входа. Каталог. - М.: ЦИНТИ ХИМНЕФТЕМАШ, 2011. - 23 с.

Размещено на Allbest.ru