Гидравлическая характеристика насосной системы

Системы, в которые инсталлирован насос, могут быть открытыми или замкнутыми. Задача насоса в открытой гидравлической системе состоит в перемещении жидкости от источника к требуемой точке потребления, как правило, с преодолением положительного перепада высоты. В замкнутой гидравлической системе насос поддерживает циркуляцию жидкости в контуре, в котором отсутствует геометрический перепад высоты. Энергия для перемещения жидкости в открытой системе расходуется на преодоление положительного перепада высоты и гидравлического сопротивления трубопроводов. В замкнутом циркуляционном контуре энергия насоса затрачивается только на преодоление гидравлического сопротивления в системе, так как высота подъема жидкости в напорном трубопроводе циркуляционного контура полностью компенсирована давлением подпора во всасывающем трубопроводе.

Для гидравлической (насосной) системы характерно наличие:

- источника воды или питающего резервуара, из которого насос осуществляет отбор жидкости;

- всасывающего трубопровода, через который жидкость поступает в насос (исключение составляют погружные насосы);

- подающего трубопровода, в который насос нагнетает жидкость;

- приемного резервуара, в который насос перекачивает жидкость из питающего резервуара.

Энергию (напор), необходимую для транспортировки 1 кг жидкости из питающей емкости в приемный резервуар, можно определить по формуле:

H_i = (H_m - H_a) + H_g + H_p, м, где

H_m и H_a – давление в метрах водяного столба на свободную поверхность жидкости в питательном резервуаре и приемном резервуаре. Если обе емкости открыты и на поверхность жидкости действует атмосферное давление (Hm - Ha) = 0;

H_g – геодезический перепад высоты уровней жидкости в метрах водяного столба в системе;

H_p – общие потери напора в метрах во всасывающем ( исключение составляют погружные насосы без всасывающего трубопровода) и подающем трубопроводах. Потери напора – это непроизводительные потери энергии при движении воды по всасывающему и подающему тракту. Потери напора принято разделять на линейные, формируемые силами трения между жидкостью и стенками трубопровода, и на локальные, формируемые изменением скорости и/или направления движения жидкости. Для расчета потерь используют общепринятые графики и таблицы линейных и местных сопротивлений в гидравлических системах.

Таблица потерь напора в стальных трубах (в метрах из расчета длины участка 100м).

Таблица локальных потерь напора в стальных трубах (в сантиметрах).

Как видно из таблиц линейная скорость движения воды есть определяющим фактором линейных и местных потерь напора.

Тогда как значения H_m, H_a, H_g в уравнении фактически остаются неизменными с ростом скорости потока потери напора H_p увеличиваются по квадратичному закону. Рост потерь напора на преодоление сопротивлений в трубопроводах увеличивает также общий напор H_i, необходимый для перемещения жидкости. При этом изменение сопротивления системы H_p зависит от изменения производительности Q в системе.

Зависимость значений H_i и изменений скорости потока на графике есть линией общего сопротивления или гидравлической характеристикой системы.

Взаимное графическое пересечение гидравлических характеристик насоса и системы будет соответствовать рабочей точке насоса в системе. Итоговым и наиболее важным выводом будет утверждение о том, что рабочая точка зависит не только от характеристик насоса, но и от характеристик гидравлической системы. Для изменения рабочей точки достаточно изменить сопротивление системы регулированием задвижки на подаче насоса. Для смещения рабочей точки в сторону требуемой производительности достаточно изменить статическую составляющую напора. Например, изменить уровень жидкости в подающем или принимающем резервуаре, чтобы изменить перепад высоты H_g.