Насосы и насосные станции

 

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

 

Хакасский технический институт

институт

Строительство

кафедра

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по “Водоснабжение и водоотведение”

наименование дисциплины

Насосы и насосные станции

тема (вариант)

 

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель                                                 __________                Нагрузова Л.П.

                                                                                                                подпись, дата                          инициалы, фамилия

 

 

Студент                      33-1,       1316032___ ___________               Кисельман А.П.

                                          номер группы, зачётной книжки        подпись, дата                            инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

Абакан, 2015

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

Первые сведения, имеющиеся об искусственных сооружениях для добывания воды, относятся к третьему тысячелетию до нашей эры. В этих сооружениях использовались простейшие механизмы для транспортирования воды: вороты, водоподъемные колеса, черпаковые машины. Известно, что в Египте использовали Архимедов винт (287—212 г. до н. э.) для полива земель, для подъема воды на возвышенности (на высоту до 4 м), которых обычно разлив Нила не достигал, и для осушения низменных местностей. На территории нашей Родины для подъема воды использовали поршневые насосы, выполненные из дерева (Новгород, XII в.).

Поршневые насосы широко применялись во всем мире. Толчком к их развитию послужило изобретение, парового двигателя. Существенное усовершенствование поршневых насосов диктовалось требованиями промышленности (XVI—XVIII вв.).

В летописи Пскова отмечено, что в 1519 г. был построен водопровод с подъемом воды на холм кремля. В 1631 г. в Московском Кремле был построен водопровод, который подавал воду при помощи «водовзводной машины» в водонапорную башню. В этот исторический период в основном применялись поршневые насосы, имевшие большие размеры и обладавшие невысокими эксплуатационными качествами.

На смену поршневым насосам пришли центробежные, а затем и осевые насосы.

 

1 Ключевые слова

Насос, подача, напор, мощность, КПД, Вакуумметрическая высота всасывания, Лопастные насосы, Объёмные насосы, Насосы трения, центробежные насосы, Характеристикой насоса, областью неустойчивой  работы, Параллельной работой, Последовательной работой, асинхронные и синхронные электродвигатели, Механическое оборудование, Электрические устройства, однорядная, шахматная, насосная установка, GARDENA.

 

1.1 Основные понятия и определения энергетических параметров насосов

Насос представляет собой гидравлическую машину, которая служит для преобразования механической энергии, получаемой от двигателя, в кинематическую и потенциальную энергию движущегося потока жидкости. За счёт этой энергии насосы поднимают жидкость на необходимую высоту и перемещают её на требуемое расстояние.

Основными энергетическими параметрами насосов, определяющими диапазон их применения, являются: подача Q, напор H, мощность N, коэффициент полезного действия η, вакуумметрическая высота всасывания HB или кавитационный запас

Подача – отношение объёма жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод, ко времени, измеряется в кубометрах в час или кубометрах в секунду. Идеальная подача насоса – сумма подачи и объёмных потерь насоса.

Напор – высота, на которую жидкость способна подняться под влиянием статического давления, разности высот и скоростей.

Мощность – мощность, потребляемая насосом, необходимая для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь, которые возникают при образовании подводимой к насосу механической энергии в энергию потока жидкости.

Коэффициент полезного действия – отношение полезной мощности к мощности насоса.

Коэффициент полезного действия (КПД) насоса выражает степень совершенства его конструкции. В лучших образцах насосов КПД достигает величин 94%. Для небольших насосов КПД колеблется в пределах 60….75, для средних – 70….80 и крупных – 80….90 %. КПД насосов – переменная величина, которая зависит от условий и времени их эксплуатаций.

Вакуумметрическая высота всасывания – разность абсолютных давлений окружающей среды и на входе в насос. Явление образования пустот, заполненных парами жидкости и растворёнными газами, в потоке перекачиваемой жидкости называется кавитацией. Возникновение кавитации ведёт к ухудшению энергетических параметров насоса и снижению КПД насоса.

 

1.2 Насосы, применяемые в системах водоснабжения

Насосы являются одним из наиболее распространённых видов машин, и их классификация по назначению весьма затруднительна, поэтому принята классификация по принципу действия. С этой точки зрения все существующие насосы разделены на три основные группы.

Лопастные насосы преобразуют механическую энергию двигателя за счёт динамического воздействия потока перекачиваемой жидкости и лопастей вращающегося колеса. К этой группе относятся центробежные, вихревые, осевые и центробежно – вихревые насосы.

Объёмные насосы работают по принципу вытеснения жидкости из рабочей камеры путём периодического изменения её объёма. В эту группу входят поршневые, винтовые, шестеренные и другие насосы.

Насосы трения работают по принципу непосредственной передачи энергии при смешении потоков рабочей жидкости (газа), обладающей большим запасом энергии, с перекачиваемой жидкостью (газом), обладающей меньшим запасом энергии; к ним относятся гидроэлеваторы, газо – или воздухоструйные насосы.

По роду перекачиваемой жидкости выделяют насосы для чистой воды; для загрязнённых вод; для горячей воды; для перекачивания песка; для перекачивания земляной пульпы; для перекачивания агрессивных жидкостей.

По числу колёс насосы подразделяют на одноколёсные, которые находят наибольшее применение в системах коммунального водоснабжения, и многоколёсные, как правило, насосы высокого давления.

По создаваемому напору насосы делятся на низконапорные (20 м); средненапорные (от 20 до 60 м); высоконапорные (60 м).

По расположению вала рабочего колеса насосы изготовляются вертикальные и горизонтальные. К группе насосов с вертикальным валом относят насосы типа А – артезианские с электродвигателем, расположенным над устьем скважины, и ЭЦВ (Э – с приводом от погружного электродвигателя, Ц – центробежный, В – для подъёма воды). Эти насосы применяются для подъёма воды из артезианской скважины.

По способу подвода воды к рабочему колесу насосы различают: с одно- и двусторонним, боковым и осевым подводом воды.

 

1.3 Центробежные насосы

В системах водоснабжения и водоотведения наибольшее распространения нашли центробежные насосы. Работа этих насосов основана на принципе силового взаимодействия лопастей рабочего колеса насоса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Схема установки центробежного насоса показана на рис. 1.

Рисунок 1– Схема установки центробежного насоса

1 – приёмный клапан; 2 – всасывающий трубопровод; 3 –  задвижка; 4 – вакуумметр; 5 – насос; 6 – предохранительное устройство; 7 – расходомер;    8 – задвижка; 9 – обратный клапан; М – манометр

Основным рабочим органом центробежного насоса (рис. 2) является рабочее колесо 4, которое свободно вращается в корпусе. Корпус служит для конструктивного объединения всех элементов в насосе, подвода потока жидкости к рабочему колесу по всасывающему патрубку, отвода воды по напорному патрубку и для преобразования динамического (скоростного) напора потока, выходящего из колеса, в статический напор (давление).

Рисунок 2 – Консольный центробежный насос

1 – вибровставка; 2 – входной патрубок; 3 – корпус насоса; 4 – рабочее колесо; 5 – лопасть рабочего колеса: 6 – посадочная площадка;                        7 – электродвигатель; 8 – сальник; 9 – выходной патрубок

Перед пуском в действие корпус насоса и всасывающий трубопровод заполняют жидкостью. При вращении рабочего колеса жидкость, заполняющая каналы между лопастями колеса, под действием центробежной силы отбрасывает от центра колеса его периферии и поступает в спиральную камеру (улитку) и далее нагнетательный трубопровод. Одновременно в центробежной части насоса перед выходом жидкости в рабочее колесо создаётся разрежение; под действием атмосферного давления на поверхности воды в источнике вода по всасывающему трубопроводу поступает в насос.

При центробежном насосе устанавливают следующую аппаратуру и арматуру: приёмный клапан с сеткой; задвижку на всасывающем трубопроводе; вакуумметр; манометр для определения напора; обратный клапан; задвижку на напорном трубопроводе; расходомер и предохранительный клапан.

 

1.4 Графические энергетические характеристики насосов

Основные параметры лопастных насосов (подача Q, напор H, мощность N, коэффициент полезного действия η и частота вращения вала рабочего колеса n) находятся в определённой зависимости, которая лучше всего уясняется из рассмотрения характеристик кривых (рис. 3).

Рисунок 3 – Энергетические характеристики центробежного насоса:

а – стабильная; б – восходящая

Характеристикой насоса называют графически выраженную зависимость H, N, η от подачи Q при постоянной частоте вращения вала рабочего колеса nб вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос.

Максимальному значению КПД соответствует подача Qр и напор Hр (расчётные параметры). Точку P характеристики Q–H, отвечающую максимальному значению КПД, называют оптимальный режимной точкой (рис. 3, а).

Из теоретической зависимости H от Q следует, что с уменьшением подачи напор возрастает и достигает максимального значения при подаче, равной нулю, т.е. при закрытой задвижке на напорном трубопроводе. Однако испытания насосов показывают, что некоторые насосы развивают максимальный напор после открытия задвижки, напор возрастает при начальном увеличении подачи, а затем падает. Такие графические характеристики называют восходящими (рис. 3, б).

Из графика 3. б очевидно, что напору H соответствуют две подачи – Qа и Qб. Изменение подачи насоса наступает внезапно, сопровождается сильным шумом и гидравлическими ударами, сила которых зависит от диапазона изменения подачи и длины трубопровода. Работу насоса в пределах подачи от нуля до Q1 называют областью неустойчивой  работы.

На кривых Q – H нанесены извилистые линии, выше и ниже которых насос не рекомендуется применять по экономическим соображения, так как КПД насоса резко снижается. Участок кривой в пределах извилистых линий называются рабочей частью характеристики.

При подборе насоса нужно стремится к тому, чтобы требуемый режим работы насоса лежал в области максимального значения КПД насоса и высота всасывания не превышала предела, установленного для данного насоса.

 

1.5 Параллельное и последовательное включение центробежных насосов

Параллельной работой насосов называют одновременную совместную работу нескольких насосов на общий напорный трубопровод (рис. 4, а); она применяется в том случае, когда требуемый расход воды невозможно обеспечить подачей одного насоса. При значительных изменениях расхода, связанных с суточным или сезонными графиками водопотребления, целесообразно регулировать подачу изменения числа совместно действующих насосов.

Рисунок 4 – Схемы параллельной (а) и последовательной (б) работы насосов

Последовательной работой двух насосов называют вариант их соединения, когда напорный патрубок одного насоса присоединяют к всасывающему патрубку второго насоса (рис. 4, б), применяется в случае необходимости увеличения напора при постоянном расходе.

Последовательная работа насосов чаще применяется на насосных станциях систем водоотведения, так как выпускаемые фекальные насосы развивают небольшой напор.

 

1.6 Регулируемые приводы

Для привода центробежных насосов, устанавливаемых на насосных станциях систем водоснабжения и водоотведения, как правило, применяют асинхронные и реже синхронные электродвигатели переменного трёхфазного тока.

При выборе электродвигателей к насосам необходимо определять следующие электромеханические параметры: мощность, напряжение, количество оборотов и исполнение двигателя. Кроме того, должны быть приняты во внимание возможности регулирования и коэффициент мощности.

Каждый двигатель характеризуется основными номинальными данными. Номинальный режим работы двигателя соответствует данным, указанным в его паспорт. При работе двигателя в номинальном режиме от имеет максимальный КПД.

В насосных установках находят применение регулируемые приводы с многоскоростными (двухскоростными) электродвигателями, с индукторными муфтами скольжения, с гидромуфтами, приводы по схеме асинхронные – вентильного каскада, приводы на базе вентильного электродвигателя и частотные приводы.

Многоскоростные двигатели используют в тех случаях случаях, когда применять плавное регулирование не требуется, например при ступенчатом графике водопотребления,  а также при отсутствии плавно регулируемых приводов. Они позволяют увеличить число возможных комбинаций напорных характеристик насосных агрегатов без увеличения числа насосов.

Привод с индукторными муфтами скольжения преимущественно используется в системах автоматизированного управления насосных установок, оборудованных горизонтальными насосными агрегатами сравнительно небольшой мощности (40….250 кВт). Этот привод относится к группе приводов, работающих с потерями скольжения.

Привод с гидромуфтами по своим энергетическим характеристикам аналогичен приводу с индукторными муфтами скольжения. Привод по схеме асинхронно – вентильного каскада получил распространение в горизонтальных насосных агрегатах средней и большой мощности (250….1600 кВт). В отличии от приводов с индукторными муфтами скольжения и гидромуфтами в этом приводе потери скольжения не теряются, а рекуперируются в питающую электросеть.

Привод на базе вентильного двигателя используют в агрегатах большой мощности (1600….5000 кВт), особенно вертикально исполнения.