Гидравлические характеристики насосов и сети

При гидравлических расчетах трубопроводов наибольшее распространение получили три метода: аналитический, метод эквивалентных потерь и метод характеристик. Указанные методы рассмотрены выше соответственно в параграфах 7.3, 7.4, 7.6. При построении компьютерных моделей в основном будет использоваться метод характеристик. Характеристикой тепловой сети называется зависимость напора H от расхода Q (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Гидравлическая характеристика насоса (1) и тепловой сети (2)

Работа всех элементов теплосетей находится во взаимной зависимости. Для их расчетов, регулирования и управления необходимо знать характеристики насосов и сети. Гидравлические характеристики центробежного насоса и сети при их совместной работе даны на рис. 9.6. Здесь по оси ординат отсчитывается напор H, развиваемый насосом, а по оси абсцисс – объемный расход воды в тепловой сети. Точка а пересечения кривых насоса и теплосети определяет расход воды Qa в сети и развиваемый при этом напор Нп насоса.

Характеристики сетей строятся по правилам, изложенным в параграфе 7.6. Характеристики насосов получают по данным испытаний, и они обычно задаются заводами-изготовителями. На рис. 9.7 приведена характеристика широко употребляемого в тепловых сетях насоса СЭ-2500-180. Здесь даны кривые напора H, мощности N, развиваемой двигателем, его КПД η и допустимый кавитационный запас Δhдоп в зависимости от расхода воды через насос.

Характеристика центробежного насоса при изменении числа оборотов приводного двигателя изменяется. Производительность насоса, его напор н потребляемая мощность от числа оборотов вала насоса связаны соотношением

(9.8)

где п1, п2 – число оборотов вала насоса до и после изменения; Q1, Q2 –соответствующие расходы через насос; Н1, Н2 – развиваемые насосом напоры; N1, N2 – потребные мощности.

Рис. 9.7. Характеристика насоса СЭ-2500-180 (п – 2980 об/мин; Dк = 415 мм)

На графиках рис. 9.8 приведены характеристики насоса СЭ-2500-180 при различном числе оборотов приводного двигателя, полученные с использованием формулы (9.8).

Рис. 9.8. Характеристика насоса СЭ-2500-180 при различном числе оборотов вала

Характеристики теплосети для падения давления Δр и напора ΔН при турбулентном режиме течения описываются квадратичными параболами (см. параграф 7.6):

(9.9)

где Δр – падение давления, кгс/м2 или Н/м2; S – сопротивление сети, (кгс-ч2/м2)/м6 или (Н•ч2/м2)/м6; Q – расход теплоносителя, м3/ч; ΔН – потеря напора, м; у – удельный вес теплоносителя, кгс/м3 или кг/ (м2 • с2) = Н/м3.

Формулу для падения давления (9.1) можно записать следующим образом

(9.10)

где – коэффициент местных потерь; – эквивалентная длина местных сопротивлений; l, d – длина и диаметр трубопровода.

Из соотношений (9.3), (9.4), (9.9) и (9.10) находим [17]

(9.11)

где – в системe МКГСС; – в системе СИ; Δэ – эквивалентная шероховатость, м; z = 3600 с/ч; g = 9,81 м/с2.

Из формулы (9.11) следует, что сопротивление сети не зависит от расхода теплоносителя.

Значения коэффициентов As для воды (g = 975 кгс/м3; ρ = 975 кг/м3; t2 = 75°С) при различных значениях Δэ приведены в [17].

Построение кривой экономии мощности при использовании насоса с регулируемым приводом

Один насос с регулируемым приводом, установленный в группе параллельно работающих насосов, позволяет выполнять регулирование расхода теплоносителя в сети в диапазоне расхода, развиваемого данным насосом. При этом экономия мощности при использовании насоса с регулируемым приводом по сравнению с регулированием задвижкой зависит от величины расхода через него. В связи с этим можно построить кривую экономии мощности (электроэнергии на привод насоса) в зависимости от расхода через насос.

Конкретный пример кривой экономии мощности дан на рис. 9.9. Кривая построена для случая системы, состоящей из шести параллельно работающих насосов СЭ-2500-130, один из которых – с регулируемым приводом.

Рис. 9.9. График зависимости экономии мощности ΔN от расхода насоса с регулируемым приводом

В табл. 9.1, 9.2 представлены результаты исследований, полученные для двух вариантов регулирования расхода – задвижкой на выходе одного из насосов (табл. 9.1) и путем применения регулируемого привода для этого же насоса (табл. 9.2). Параметром, относительно которого выполнялось регулирование, являлось давление на выходном коллекторе, которое в процессе работы поддерживалось постоянным и равным 145 м вод. ст. (145 • 101 Па).

Таблица 9.1

Результаты исследований при регулировании расхода задвижкой

Фактическое число оборотов в минуту	Полезно используемая мощность, кВт	Вся затрачиваемая мощность, кВт	Напор на входе, м	Напор на выходе до регулирующей задвижки, м	Расход, м3/ч	Потеря мощности на задвижке, кВт	Суммарный расход в сети, м3/ч
3000	971	1197	56	276	1641	715	21 060
3000	1193	1417	53	244	2316	624	21 570
3000	1225	1600	49	198	3072	485	22 110
3000	1032	1600	47	152	3686	64	22 560
3000	120	710	63	310	180	568	20 010

Таблица 9.2

Результаты исследований при регулировании расхода числом оборотов привода

Фактическое число оборотов в минуту	Полезно используемая мощность, кВт	Вся затрачиваемая мощность, кВт	Напор на входе, м	Напор на выходе, м	Расход, М3/ч	Экономия мощности, кВт	Суммарный расход в сети, м3/ч
1040	404	482	56	147	1680	715	21 060
1160	570	739	53	146	2317	624	21 570
1330	787	1115	49	146	3068	485	22 110
1480	971	1536	47	146	3678	64	22 560
860	39	142	63	146	179	568	20 010

Отметим, что регулирование переменного расхода в сети (задвижкой или путем применения регулируемого привода) при постоянном напоре на выходном коллекторе, объединяющем выходные трубопроводы всех параллельно соединенных насосов, выполняется лишь на одном из этих насосов. При этом диапазон регулирования расхода в сети ограничивается максимальной подачей насоса, с помощью которого выполняется регулирование. При колебаниях расхода в сети, превышающих эту величину, необходимо либо выключать один из работающих насосов с нерегулируемым приводом (при уменьшении расхода в сети, превышающем диапазон регулирования), либо включать дополнительный насос с нерегулируемым приводом (при соответствующем увеличении расхода в сети). Дальнейшие изменения расхода в сети регулируются насосом с регулируемым приводом.