1. Последовательное и параллельное соединение насосов (насос "Кама"). Введение

Цель работы - приобретение опыта работы с центробежными насосами при последовательном или параллельном их соединении.

Задачи:

· научиться переводить насосы на последовательную и параллельную работу;

· научиться строить суммарные характеристики последовательно и параллельно соединенных насосов;

· научиться определять параметры работы насосов на трубопровод при различных их соединениях;

· сделать выводы.

2. теория

2.1. Совместная работа насосов на общую сеть

Изменение количества совместно работающих насосов позволяет регулировать расход и напор в системе. Режим работы такой системы определяется по совмещенной напорной характеристике сети и суммарной характеристике насосов.

Рассмотрим случаи:

1. Последовательное соединение насосов. Допустим, насосы 1 и 2 соединены последовательно и работают с подачей и напором соответственно Q1,H1 и Q2,H2. В сети при этом создается режим с параметрами .

Рис. 2.1

Согласно материального баланса: .

По закону сохранения энергии: .

Правилом построения общей напорной характеристики насосов будет сложение напоров при соответствующей им постоянной подаче (рис. 2.2).

Пересечение суммарной характеристики насосов и трубопровода – точка С – является рабочей точкой системы, определяющей в системе подачу и напор . Точки С1 и С2 с соответствующими параметрами являются рабочими точками насосов при их совместной последовательной работе. Точки А1 и А2 являются рабочими точками системы при отдельной работе каждого насоса.

Последовательное соединение применяется для увеличения напора в системе при незначительном изменении подачи. Такое соединение экономически себя оправдывает при крутых характеристиках системы с малым статическим напором .

Рис 2.2. Последовательное соединение насосов

2. Параллельное соединение насосов. Допустим, насосы 1 и 2 соединены параллельно и работают с подачей и напором соответственно Q1,H1 и Q2,H2. В сети при этом создается режим с параметрами .

Рис. 2.3

Согласно материального баланса:.

По закону сохранения энергии: .

Правилом построения общей напорной характеристики насосов будет сложение подач при соответствующем им постоянном напоре (рис. 2.4).

Пересечение суммарной характеристики насосов и трубопровода – точка С – является рабочей точкой системы, определяющей в системе подачу и напор . Точки С1 и С2 с соответствующими параметрами являются рабочими точками насосов при их совместной параллельной работе. Точки А1 и А2 являются рабочими точками системы при отдельной работе каждого насоса.

Рис. 2.4. Параллельное соединение насосов

Параллельное соединение применяется для увеличения подачи в системе при незначительном изменении напора. При этом рекомендуется использовать насосы с одинаковыми или незначительно отличающимися друг от друга напорными характеристиками. Наиболее эффективно параллельное соединение при пологой характеристике системы.

3. Оборудование

3.1. Активные клавиши

Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);

Ctrl – присесть;

F10 – выход из программы.

Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры

Рис. 3.2. Функции манипулятора

Левая клавиша мыши (1) - при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2) - при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется).

Правая клавиша (3) - появляется курсор–указатель (при повторном - исчезает).

Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.

3.2. Оборудование, необходимое для проведения лабораторной работы

Насосная установка, схема которой представлена на рис. 3.3, состоит из двух одинаковых центробежных насосов (Н1, Н2) типа "Кама". Насосы перекачивают воду из емкости Б1 обратно в емкость (замкнутая система) или через мерный бак Б2.

Предусмотренная обвязка насосов позволяет:

· включать насосы параллельно, последовательно, или каждый насос в отдельности;

· осуществлять работу насосов с байпасом (перепуском жидкости с выхода насоса на его вход).

3.2.1. Характеристика трубопроводов

Участки всасывающего трубопровода:

· насоса Н1: I (ab), II (bH1);

· насоса Н2: I (ab), III (bH2).

Участки нагнетательного трубопровода:

· насоса Н1: IY (H1с); YI (cd);

· насоса Н2: Y (H2c); YI (cd).

Обвязка насосов:

· перепускной трубопровод насоса Н1: IX (mК7n);

· перепускной трубопровод насоса Н2: YIII (gК13f);

· участок трубопровода между насосами Н1 и Н2: YII (H1eH2).

Длины участков трубопроводов, их внутренние диаметры и имеющиеся на них местные сопротивления приведены в таблице 3.1:

Таблица 3.1

№ участка	I (ab)	II (bH1)	III (bH2)	IY (H1c)	Y (H2c)	YI (cd)	YII (H1eH2)	YIII (gК13f)
длина , м	4,525	1,280	1,350	1,600	2,070	4,220	3,760	0,585
Внутренний диаметр , мм	44,0	11,5	11,5	11,5	11,5	11,5	11,5	11,5
местные сопротивления
кол-во уголков 90˚	4	6	6	4	6	0	11	4
расходомер	0	0	0	1	1	0	1	1
кран	1	2	2	2	1	0	4	1

Коэффициенты местных сопротивлений : уголок (90˚) - =2; расходомер – =26; кран – =2.

3.2.2. Приборы

1. На всасывающей линии II и III насосов Н1 и Н2 установлены мановакуумметры МВ1 и МВ2. На напорных линиях IY и Y установлены манометры М1 и М2.

2. Для измерения расхода жидкости на линиях IY , Y, а также байпасе насоса Н2 предусмотрены расходомеры соответственно R1, R2 и R3. Расход в системе может также определяться с помощью мерного бака Б2.

3. Сила тока потребляемая двигателями насосов Н1 и Н2 определяется амперметрами соответственно А1 и А2. Напряжение замеряется вольтметром В.

Рис. 3.3. Схема установки

Рис. 3.4. Установка

Рис. 3.5. Табличка с параметрами насоса

4. Порядок выполнения работы

4.1. Снятие рабочих параметров насосной установки при параллельной работе насосов Н1 и Н2

4.1.1. Предустановки

Перед запуском насосов необходимо:

· произвести внешний осмотр насосной установки и убедиться в ее исправности;

· перекрыть регулирующие краны на напорном трубопроводе К8 и К12; краны в обвязке насосов Н1 и Н2 – К3, К4, К7, К10, К11, К13 – в положении "закрыт", кран К9 – в положении "открыт";

· открыть краны К1, К2, К5, К6 на всасывающей линии и убедиться, что система заполнена жидкостью.

4.1.2. Пуск и остановка насоса

4.1.2.1. Пуск

Запуск насоса происходит в следующем порядке:

Рис. 4.1. Тублер и кнопка электропитания насоса

1 –тумблер сети; 2 – кнопка запуска насоса

1. Открыть щиток и тумблером включить электропитание насоса. Кнопкой под щитком запустить насос.

2. По звуку убедиться в нормальном техническом состоянии установки, а по показанию амперметра – в отсутствии завышенного потребления тока при нулевой подаче.

3. По показаниям манометра М1 и мановакуумметра МВ1 убедиться, что насос развивает напор (показания отличны от нуля).

4. При ненормальной работе агрегата выключить электродвигатель и устранить причину неполадок.

4.1.2.2. Остановка насоса

Остановка производится в обратной последовательности:

1. Закрыть кран на напорном трубопроводе.

2. Выключить электродвигатель.

3. Если показания манометра были равны нулю, то необходимо проверить уровень жидкости в водозаборном баке и при необходимости долить из водопровода в него воду.

При выполнении требований по работе агрегата плавно открыть кран К8 и дать некоторое время (не более 2-3 мин) насосу поработать при максимальной подаче с целью полного удаления воздуха из насоса и гидросистемы и прогрева подшипников.

долить из водопровода в него воду.

4.1.3. Дальнейшие действия

1. При выполнении требований по работе агрегата Н1 плавно откройте кран К8 и дайте некоторое время (не более 2-3 мин) насосу поработать при максимальной подаче с целью полного удаления воздуха из насоса и гидросистемы, а также прогрева подшипников.

2. Запустите двигатель насоса Н2 в работу и проверьте нормальную работу насосного агрегата также, как и у насоса Н1.

3. При выполнении требований по работе агрегата Н2 плавно откройте кран К12. Дайте некоторое время насосу Н2 поработать при максимальной подаче.

4. Установите максимальную подачу (напорные краны К8, К12 и К9 полностью открыты).

5. При установленной подаче снимите показания мановакуумметров МВ1 (), МВ2 (); манометров М1 (), М2, (); расходомеров R1, R2 (объем перекачиваемой жидкости соответственно и за промежуток времени ); амперметров А1 () и А2 () для двух работающих параллельно насосов Н1 и Н2.

6. Результаты замеров занесите в таблицу 4.1.

4.2. Снятие рабочих параметров насосной установки при последовательной работе насосов Н1 и Н2

1. Переведите насосы на последовательную работу одновременным закрытием крана К9 и открытием кранов К10, К4.

2. Снимите показания приборов – манометров М1, М2, мановакуумметров МВ1, МВ2, расходомеров R1 и R2, амперметров А1 и А2

3. Результаты показаний занесите в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Результаты измерений

Виды соединения насосов	Показания приборов
	насос Н1					насос Н2
	, м³	, с	, кГс/см²	, кГс/см²	, А	, м³	, с	, кГс/см²	, кГс/см²	, А
Последовательное
Параллельное

4.3. Обработка результатов испытаний

1. Запишите основные данные насосной установки:

· насос Н1 (Н2): тип; марка; комплексная характеристика;

Рис. 4.1. Зависимость от (для насоса Н1)

Рис. 4.2. Зависимость от (для насоса Н1)

Рис 4.3. Зависимость от (для насоса Н2)

Рис 4.4. Зависимость от (для насоса Н2)

· рабочая жидкость: плотность, вязкость;

· техническая характеристика электродвигателя;

· приборы: манометры и мановакуумметры, амперметры, расходомеры (типы, пределы измерения, класс точности);

· трубопроводная обвязка: диаметр всасывающего и нагнетательного трубопровода, длины, местные сопротивления; расстояние между манометром и вакуумметром на всасывающем и нагнетательном трубопроводе 0,5 метра.

2. Определите параметры работы системы и каждого насоса по опытным данным при параллельном соединении насосов.

Напоры и , развиваемые соответственно насосами Н1 и Н2

,	(4.1)
,	(4.2)

где и – показания манометра соответственно насоса Н1 и Н2 , Па;

и – показания мановакуумметра соответственно насоса Н1 и Н2, Па;

и - превышение манометра над мановакуумметром соответственно для насосов Н1 и Н2 , м.

При равных потерях в обвязке между точками подсоединения всасывающего и нагнетательного трубопровода каждого насоса к всасывающему и нагнетательному коллектору – развиваемые насосами напоры будут равны: (рис 4.2). На данном стенде – это потери на участке II и IY для насоса Н1 и потери на участке III и Y для насоса Н2.

В случае различных потерь на указанных участках напоры, развиваемые насосами, будут различны (рис 4.3). Равными напоры будут в местах подсоединения трубопроводов обвязки насосов к коллекторам ().

Подача насосов по показаниям расходомера определится:

(4.3)

Подача насосной установки:

(4.4)

где и – подача соответственно насосов Н1 и Н2 , м³/с.

3. Определите параметры работы системы и каждого насоса по опытным данным при последовательном соединении насосов.

Напоры и , развиваемые насосами Н1 и Н2 определятся соответственно выражениями (4.1) и (4.2). Подача каждого насоса определится по формуле (4.3).

Параметры работы системы составят:

(4.5)

4. Результаты вычислений занесите в таблицу 4.2.

4.4. Построение суммарной характеристики насосов и трубопровода

1. Постройте на графике Q-H характеристику насоса Н1 и насоса Н2

2. Получите суммарную характеристику двух параллельно соединенных насосов.

3. Перед сложением напорных характеристик насосов нужно вычесть из них потери напора на участках обвязки от всасывающего коллектора до нагнетательного (на характеристике насоса Н1 - потери на участке II и IY (); на характеристике насоса Н2 - потери на участке III и Y ()).

Потери найдите по зависимостям:

; ,

(4.6)

где – суммарный коэффициент сопротивления на участках II, IY:

(4.7)

– суммарный коэффициент сопротивления на участках III, Y:

(4.8)

где - длина соответствующего участка трубопроводной сети (II, III, IY, Y и т.д.), м;

- внутренний диаметр участка трубопровода II, III, IY, Y, YI, м;

– коэффициент гидравлического сопротивления на соответствующих участках трубопровода, который определяется в зависимости от режима движения жидкости;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на соответствующих участках трубопровода.

4. Результаты расчета потерь напора на участках II и IY, III и Y для различных подач занесите в таблицу 4.2. Постройте с учетом потерь напорные характеристики насосов Н1 и Н2. Полученные характеристики сложите (при одинаковом напоре складываются соответствующие ему на характеристиках насосов подачи). Пример построения изображен на рис 4.3.

5. Постройте на графике суммарной характеристики параллельно соединенных насосов суммарную характеристику трубопроводной сети :

(4.9)

где – статический напор установки (при замкнутой системе );

– геометрический напор, определяемый расстоянием по вертикали между уровнями жидкости в питающем и приемном резервуарах, м;

– перепад абсолютных давлений на свободных поверхностях в питающем и приемном резервуарах, Па.

– суммарные потери напора в трубопроводе, м.

Суммарные потери напора при параллельном соединении насосов (учитывая, что потери в обвязке насосов предварительно вычтены из их характеристик) составят:

(4.10)

где , – суммарные потери напора соответственно на участке трубопровода I и YI, м;

– суммарный коэффициент сопротивления на участке трубопровода I:

(4.11)

- внутренний диаметр участка трубопровода I, м;

– суммарный коэффициент сопротивления на участке YI:

(4.12)

Для определения режима движения жидкости в трубопроводе необходимо определить:

а) число Рейнольдса:

(4.13)

где – коэффициент кинематической вязкости. Для воды м²/с.

б) предельные значения числа Рейнольдса:

, , ,

(4.14)

где – эквивалентная шероховатость; для стальных труб, бывших в эксплуатации мм.

в) если , то режим ламинарный и

(4.15)

если , то режим турбулентный, зона гидравлически гладких труб и

(4.16)

если , то режим турбулентный зона смешанного трения и

(4.17)

если , то режим турбулентный, зона квадратичная и

(4.18)

6. Результаты расчета для различных подач занесите в таблицу 4.2.

7. Получите суммарную характеристику двух последовательно соединенных насосов сложением напоров при одинаковых расходах (рис. 4.1).

8. Постройте на графике суммарной характеристики последовательно соединенных насосов суммарную характеристику трубопроводной сети (выражение (4.9)).

Суммарные потери напора при последовательном соединении насосов составят:

(4.19)

где - суммарные потери на участках трубопровода II, IY, YII, YIII, м;

- суммарный коэффициент сопротивления на участках трубопровода II, IY, YII, YIII:

(4.20)

9. Результаты вычислений занесите в таблицу 4.2.

10. Определите по совмещенному графику суммарной характеристики насосов и трубопровода параметры рабочей точки системы и , а также параметры работы каждого насоса , и , при параллельном соединении (рис. 4.2). Полученные значения занесите в таблицу 4.3.

11. Определите по совмещенному графику суммарной характеристики насосов и трубопровода параметры рабочей точки системы и , а также параметры работы каждого насоса , и , при последовательном соединении (рисунок 4.1). Полученные значения занесите в таблицу 4.3.

Таблица 4.2

Зависимость потерь напора в участках трубопровода от расхода

Задаваемый расход, , м³/с
(4.13)
Режим, зона (4.14-4.18)
(4.15-4.18)
(4.11)
(4.13)
Режим, зон (4.14-4.18)
(4.15-4.18)
(4.7)
(4.8)
(4.12)
(4.6)
(4.6)
(4.10)
(4.20)
(4.19)

Таблица 4.3

Результаты вычислений

Виды соединения

Параметры рабочей точки системы, полученные

Параметры работы насосов в системе, полученные

опытным путем

графическим путем

опытным путем

графическим путем

Насос Н1

насос Н2

насос Н1

насос Н2

Параллельное соединение

Последовательное соединение

5. ОТЧЕТ

Отчет должен содержать:

1. Название работы.

2. Цель и задачи работы.

3. Описание установки.

4. Ход действий.

5. Основные данные насосной установки (подраздел 4.3); данные, полученные экспериментальным путем; графики и вычисления; таблицы по разделу IV.

6. Выводы.

6. Контрольные вопросы

1. На чем основан графоаналитический метод определения параметров работы центробежной насосной установки при параллельном соединении насосов? При последовательном соединении насосов?

2. Когда целесообразно использовать параллельное соединение центробежных насосов? Последовательное соединение?

3. Как изменяются параметры работы отдельно работающего насоса при параллельном включении в работу другого насоса? При последовательном включении?

4. Как обеспечить наиболее эффективную эксплуатацию каждого центробежного насоса при параллельной их работе на данной насосной установке? При последовательной работе?

5. Можно ли для параллельной работы центробежных насосов использовать насосы с различными напорными характеристиками?

6. Почему при параллельной работе центробежных насосов, развиваемые ими напоры могут иметь различное значение?

7. Литература

1. Касьянов В.М. Гидромашины и компрессоры: учебник для вузов / В.М. Касьянов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М. Недра, 1981

8. Авторы

Лабораторная работа «Последовательное и параллельное соединение насосов (насос "Кама")» по дисциплине «Гидромашины и компрессоры»

Методическое обеспечение:

Двинин Анатолий Алексеевич – к.т.н., доцент

Безус Анжела Александровна – к.т.н., доцент

Редактор: Яковлев О.В.

3D-графика: Елесин А.С.

Script-программирование: Каздыкпаева А.Ж.