Противопожарное водоснабжение (стр. 4 )

где Q – подача насоса, м3/c;

H – напор, развиваемый насосом, м;

n – частота вращения рабочего колеса в 1 мин.

Из формулы, следует, что при заданной частоте вращения коэффициент быстроходности ns увеличивается с ростом подачи и с уменьшением напора. Поэтому тихоходные колеса служат для создания больших напоров при малой подачи, а быстроходные дают большую подачу при сравнительно незначительных напорах. Центробежные насосы с тихоходными и нормальными колесами наиболее часто применяют в пожарной технике.

3.2. Основные рабочие параметры насосов

Насосы характеризуются следующими основными параметрами: подачей (расходом) Q, напором H, мощностью N, полным КПД (η) и высотой всасывания Нвс.

Подачей (расходом) насоса Q называется объем жидкости, перекачиваемый в единицу времени. Подача насоса измеряется в м3/c, (л/с).

.

Напором насоса Н называют разность полных удельных энергий потока у выхода и входа в насос, вычисленную в метрах столба перекачиваемой жидкости, (м вод. ст.).

Для пояснения сущности напора, развиваемого насосом, рассмотрим схему его работы при перекачивании жидкости из одного резервуара в другой (рис.3).

Рис. 3. Схема насосной установки:

1 – напорный резервуар; 2 – расходомер; 3 – задвижки; 4 – обратный клапан; 5 – манометр;

6 – напорный трубопровод; 7 – насос; 8 – вакуумметр; 9 – всасывающий трубопровод;

10 – всасывающая сетка; 11 – водоем

Мощность насоса представляет собой работу, совершаемую насосом в еденицу времени, Вт. Мощность определяют следующим образом:

, Вт(кВт). (28)

Насос перекачивает , кг/c жидкости и поднимает ее на высоту, соответствующую напору Н. Следовательно, представляет собой секундную работу или мощность.

Полный КПД насоса η определяют из выражения:

,

где – полный КПД насоса;

– гидравлический КПД, учитывающий гидравлические потери мощности в результате снижения напора при движении воды в корпусе насоса;

– механический КПД, учитывающий механические потери мощности на трение в сальниках и подшипниках насоса;

– объемный КПД, учитывающий потери мощности в результате циркуляции воды через щелевые зазоры между рабочим колесом и корпусом насоса.

Величина полного КПД центробежных насосов зависит от их конструкции и изменяется в пределах 0,6–0,9.

Высота всасывания и явление кавитации. Необходимо различать вакуумметрическую высоту всасывания Нвак, характеризующую степень разряжения, возникающего у входа в насос, и геометрическую высоту всасывания Нвс, которое определяет высоту установки оси насоса над уровнем жидкости.

Вакуумметрическая высота всасывания зависит от атмосферного давления, температуры и удельного веса перекачиваемой жидкости, величины потерь напора во всасывающей линии насоса, конструктивных особенностей и др. Обычно допускаемая Нвак указана в каталогах насосов.

Связь между вакуумметрической и геометрической высотами всасывания может быть установлена из уравнения Бернулли, составленного для сечений I–I и II–II относительно плоскости сравнения I–I (рис. 3).

Считая, что давление по поверхности жидкости равно атмосферному, а скорость течения в водоеме равна 0, получим:

, (29)

так как и , формулу (29) можно записать следующим образом:

,

. (30)

Из формулы (30) следует, что геометрическая высота всасывания меньше вакуумметрической на величину скоростного напора и потерь напора во всасывающем трубопроводе. С увеличением подачи насоса max. допустимая высота всасывания уменьшается. Определяя высоту всасывания, необходимо иметь в виду, что при понижении давления pвс во всасывающем трубопроводе может происходить парообразование, и нормальная работа насоса будет нарушена. Поэтому min. давление в насосе должно быть выше давления парообразования жидкости, причем давление паров воды сильно увеличивается с повышением ее температуры.

Температура, °C	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Давление пара, м	0,12	0,21	0,42	0,75	1,25	2	3,17	4,8	7,1	10,33

Чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания, и практически при t>700C забор воды становится невозможен. Обычно геометрическая высота всасывания для центробежных насосов составляет не более 5–7 м и лишь для некоторых типов насосов она доходит до 7,5–8 м.

Кавитация в насосе возникает из-за чрезмерного падения давления во всасывающей части насоса. Понижение давления происходит по ряду причин, основными из которых являются:

– чрезмерная высота всасывания;

– высокая t перекачиваемой жидкости;

– низкое атмосферное давление.

Явление кавитации заключается в том, что выделяющиеся из жидкости пузырьки пара увлекаются потоком и, попадая в область повышенного давления, мгновенно конденсируются, в результате чего происходит местное повышение давлении. Кавитация сопровождается характерным шумом и треском, понижением напора и КПД насоса, иногда наблюдается вибрация насоса. Особенно быстро при этом разрушается чугун, более стойкими металлами являются бронза и нержавеющая сталь. Поэтому кавитация при работе насосов недопустима, а высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

3.3. Характеристики центробежных насосов

Изготовленные на заводе насосы подвергают стендовым испытаниям, в задачу которых входит определение зависимости напора потребляемой мощности и КПД насоса от его производительности. Графически выраженные зависимости Н = f (Q), N = f (Q) и η = f(Q) при постоянной частоте вращения n = const называются рабочими характеристиками насоса (рис. 4).

Характеристики строят следующим образом. Регулируя степень открытия задвижки на напорном патрубке, получают различную подачу и соответствующие напоры для данного насоса при неизменной частоте вращения. Во время испытания насоса при каждом установленном расходе измеряют мощность на валу насоса N и подсчитывают значение КПД. Соединив соответствующие точки на графике плавными линиями, получают кривые Q – H, Q – N, Q – η.

Рис. 4. Рабочая характеристика насоса

Точка А характеристики насоса Q – η, отвечающая максимальному значению КПД, - называется оптимальной точкой, так как она соответствует отимальному режиму работы насоса.

Характеристика Q – H называется главной рабочей характеристикой насоса.

Формы характеристики Q – H центробежных насосов могут быть чрезвычайно разнообразными. Наиболее характерными являются пологие, крутопадающие, возрастающие (имеющие max.). Тип характеристики зависит от коэффициента быстроходности, числа лопастей, конструктивных особенностей различных деталей насоса.

Выбор типа насоса для конкретных условий производят с учетом формы рабочей характеристики.

Пологой характеристикой обладают насосы с коэффициентом быстроходности ns = 80–200. Их особенностью является сравнительно небольшое изменение напора при значительном колебании расхода. Насосы с пологими характеристиками применяют при регулировании подачи задвижками. Поэтому пожарные насосы, установленные на автомобилях, мотопомпах, судах и т. п, подача которых по условиям работы изменяется в больших пределах, должны иметь пологую характеристику.

Круто падающие характеристики имеют насосы с высоким значением коэффициента быстроходности (ns > 200). Применение таких насосов выгодно, когда необходимы малые колебания расхода при значительном изменении напора, например, на насосных станциях первого подъема при колебании уровня воды в источнике.

Возрастающие характеристики имеют неустойчивый восходящий участок АВ с низким КПД. В этой части кривой возможно образование неустойчивого режима, так как одному значению напора соответствует два значения подачи. Работа пожарных насосов с возрастающей характеристикой допускается только с расходами, превышающими расход Qв. Эти характеристики присущи тихоходным, центробежным насосам.

Для выбора рабочего режима насоса пользуются универсальными характеристиками, представляющими собой кривые зависимости напора, мощности и КПД от подачи насоса для различных частот вращения.

При расчете насосно-рукавных систем удобно использовать аналитическое выражение главных рабочих характеристик. Если кривую Q – H считать параболой (что вполне приемлемо для практических расчетов), то ее можно выразить уравнением:

(31)

Характеристики насосов, установленных на пожарных автомобилях и мотопомпах, приведены в таблице 11 (приложение 1).