16.3. Выбор основных типов насосов

Выбор основного насосного оборудования производят в следующем порядке: принимают тип и количество рабочих агрегатов, выбирают марку насоса, при необходимости изменяют его характеристики (путем обточки рабочего колеса или изменения частоты вращения), выбирают электродвигатель к насосу, определяют допустимую высоту всасывания и отметку оси насоса.

При выборе типа насосов и числа рабочих агрегатов необходимо учитывать следующие условия:

• - число рабочих агрегатов одной группы должно быть не менее двух;
• - необходимо устанавливать как можно меньше рабочих насосов;
• - насосы должны работать в области наивысших КПД;
• - целесообразно устанавливать насосы одного типоразмера;
• - подача насосов должна быть достаточной для обеспечения максимального расхода.

107

Количество резервных агрегатов принимается в зависимости от категории надежности станции и числа рабочих агрегатов (табл. 16.1). В число рабочих агрегатов включаются и пожарные насосы.

Таблица 16.1

Число резервных агрегатов водопроводных насосных станций

Число рабочих агрегатов	Число резервных агрегатов на станциях категорий
	I	II	III
До 6	2	1	1
7-9	2	1	-
10 и более	2	2	-

На насосных станциях I подъема, работающих равномерно, целесообразно устанавливать не менее двух однотипных рабочих насосных агрегатов и один или два резервных. На заглубленных насосных станциях рекомендуется применять вертикальные центробежные насосы типа В или осевые насосы типа О, на станциях малой и средней производительности в основном применяют горизонтальные центробежные насосы двустороннего входа типа Д или консольные типа К и КМ. На насосных станциях II подъема, работающих по ступенчатому графику, можно устанавливать группы разнотипных насосов типов Д, В, К, КМ.

Назначив количество рабочих насосов n_н, определяется подача одного насоса:

Q_н = Q_ч/n_н, м³ч.(16.15)

Определив расчетные напор Н_н и подачу Q_н, по сводным графикам полей насосов соответствующего типа (рис. 16.5, 16.6, 16.7) выбирают ближайший подходящий насос. Рабочие зоны каждой марки представлены на графике в виде криволинейных параллелограммов, верхняя линия которых соответствует характеристике Q-H при номинальном размере рабочего колеса насоса, а нижняя - характеристике при максимально допустимой срезке рабочего колеса. Определив марку насоса, по его паспорту или каталогам делают выкопировку чертежа и характеристик. Характеристики представляют собой графические зависимости напора, КПД, мощности и допустимого кавитационного запаса от подачи насоса.

Напор H_н, определенный по графику при подаче Q_н, должен быть равным или не более чем на 10% превышать требуемый напор H_н. Если это условие не обеспечивается, прибегают к изменению частоты вращения или к обточке рабочего колеса насоса.

108

109

При определении новой частоты вращения п1 используют графоаналитический метод (рис. 16.8). Для этого строят дополнительную кривую (кривую соответствия) согласно уравнению квадратичной параболы с центром в начале координат:

H=kQ², м,(16.16)

где k - коэффициент, определяемый по формуле:

k = H_н/Q_н².(16.17)

Затем определяется точка А пересечения этой кривой с характеристикой Q--Н насоса при номинальной частоте вращения п. Этой точке соответствует подача Q_a и напор H_а. Частота вращения п₁ рассчитывается по формуле:

n₁ = n(Q_н/Q_а) об/мин.(16.18)

где п - номинальная частота вращения, об/мин.

При изменении частоты вращения с п на п₁ подачу Q¹ (м³/ч), напор Н₁ (м), мощность N₁ (кВт) и высоту всасывания насоса Н_в1 (м) пересчитывают по формулам:

Q1 = Q(n1/n),
H1 = H(n1/n)2,
N1 = N(n1/n)3,
Hв1 = Hв(n1/n)2,

(16.19)

где Q, H, N, Н_в - подача (м³/ч), напор (м), мощность (кВт) и высота всасывания насоса (м) при частоте вращения рабочего колеса п.

Режим работы насоса с пониженной частотой вращения допускается, однако повышение частоты вращения более чем на 10-15% должно быть согласовано с заводом-изготовителем.

Другим способом изменения характеристик насоса является срезка (обточка) его рабочего колеса. Допустимая величина обточки рабочего колеса и формулы для пересчета рабочих характеристик зависят от коэффициента быстроходности насоса:

n_s = 3,65

n√Qp

Hp¾

(16.20)

где Q_p и H_р - подача (м /с) и напор (м) в режимной точке (точке с максимальным КПД). Для насосов с двусторонним подводом принимается половина подачи.

Допустимое максимальное значение обточки колеса: для n_s= 60...120 - 20-15%, для n_s= 120...200 - 15-10%,

110

для n_s= 200...300 - 10-5%.

Как и в предыдущем случае, диаметр обточенного колеса D_об определяется графоаналитическим способом (рис. 16.9). Для n_s > 150 кривая соответствия строится по линейному уравнению (линия 1):

H=kQ, м.(16.21)

Для п_s≤ 150 кривая соответствия рассчитывается по параболическому уравнению (16.16) - кривая 2. Диаметр обточенного рабочего колеса насоса D_об рассчитывается по формуле:

D_об = D(Q_н/Q_а), мм,(16.22)

где D - нормальный диаметр рабочего колеса, мм.

Формулы для пересчета подачи Q_об (м³/ч), напора H_об (м) и мощности N_об (кВт) при изменении диаметра рабочего колеса:

для ns ≤ 150
Qоб = Q(Dоб / D),
Hоб = H(Dоб / D)2,
Nоб = N(Dоб / D)5,

для ns > 150
Qоб = Q(Dоб / D)2,
Hоб = H(Dоб / D)2,
Nоб = N(Dоб / D)5,

(16.23)

где Q, H, N- подача (м³/ч), напор (м) и мощность (кВт) при нормальном диаметре рабочего колеса.

Изменение КПД насоса η_об можно рассчитать по формуле Муди:

η_об = 1-(1-η)(D/D_об)^0,45,(16.24)

где η - КПД при нормальном диаметре, доли.

Электродвигатель к насосному агрегату подбирается по частоте вращения, рабочему положению (горизонтальный или вертикальный), мощности, напряжению и виду исполнения. До мощности 250 кВт обычно устанавливают асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (напряжением 380 В при мощности до 100 кВт и 6000 В при больших мощностях). При мощности свыше 250 кВт устанавливают синхронные электродвигатели высокого напряжения (6000, 10000 В). Мощность, необходимая для привода насоса, определяется по формуле:

N_дв = k

ρgQмHм

1000ρмρпр

, кВт,(16.25)

где ρ - плотность воды, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; Q_м - подача, максимально возможная в схеме насосной станции, м³/с; H_м - напор, соответствующий подаче Q_м, м; η_м -КПД насоса при максимальной подаче Q_м, доли; η_пр - КПД передачи (при соединении насоса с двигателем через упругую муфту η_пр =1), доли; k- коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки электродвигателя, определяется в зависимости от N_дв

Мощность электродвигателя Nдв, кВт	<20	20-60	60-300	>300
Коэффициент запаса k	1,25	1,2	1,15	1,1

Максимально возможную подачу одного насоса при отключении остальных ориентировочно можно определить по формуле:

Q_м = k_мQ_н, м³/ч(16.26)

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

Число рабочих агрегатов	4	3	2	1
Коэффициент увеличения подачи kм	1,25	1,18	1,11	1,00

111

Отметка оси насоса определяется в зависимости от принятой схемы его расположения: под залив или с положительной высотой всасывания.

Насосы, устанавливаемые под залив, располагаются так, чтобы верх корпуса находился на 0,3-0,5 м ниже минимального уровня воды в водоприемном колодце или резервуаре чистой воды. При схеме расположения с положительной высотой всасывания отметка оси насоса определяется по формуле:

z_нас = z_мин + H_геом^доп, м,(16.27)

где z_мин - минимальный уровень воды в водоприемном колодце или резервуаре чистой воды, м;; H_геом^доп - допустимая геометрическая высота всасывания насоса.

Допустимая геометрическая высота всасывания лопастных насосов определяется по формуле:

H_геом^доп =

pa

ρg

-

pпaр

ρg

- Δh^доп - h_в.в, м,(16.28)

где р_a - атмосферное давление, Па; р_пaр - давление насыщенных паров воды, Па; Δh^доп - допустимый кавитационный запас, принимаемый по характеристике насоса, м.

Если в характеристике насоса указана допустимая вакуумметрическая высота всасывания, то допустимая геометрическая высота всасывания рассчитывается по следующей формуле:

H_геом^доп = H_вак^доп = -

vвх2

2g

- h_в.в - H_зап, м,(16.29)

где H_вак^доп - допустимая вакуумметрическая высота всасывания, м; v_вх - скорость воды во входном патрубке насоса? м/c; H_зап - запас, принимаемый равным 0,5-1,5 м.

112