Проблемы, связанные с всасыванием насосом воды ниже уровня 6-7 м

Воздействие атмосферного давления

Воздействие потерь давления

Изначально следует выяснить, что такое сетка с обратным клапаном (кольцо опускной трубы) и ознакомиться с ее назначением.

Предположим, что установленный насос работает и обеспечивает необходимый расход жидкости. Что же произойдет, если его выключить?

Поскольку насос больше не создает разряжения, вода из всасывающей трубы будет стекать обратно в колодец. При последующем запуске насоса ему необходимо будет создать разрежение воздуха, находящего в подающей воду трубе. Многие насосы не способны самозаполняться (существуют и самовсасывающие насосы), поэтому частое включение-выключение насоса может быстро вывести его из строя.

Поэтому после выключения насоса необходимо создать такие условия, чтобы в подающей трубе и корпусе насоса оставалась жидкость. Это позволит насосу быстро выйти на режим.

Можно предположить, что для решения данной проблемы необходимо просто залить воду в насос, чрез предусмотренное отверстие. Давайте представим, насколько выполнима данная операция (рис.78.9).

Без использования специальных приспособлений для выполнения этой процедуры у нас ничего не выйдет, поскольку закачиваемая вода будет стекать обратно в колодец. Для того чтобы она оставалась в трубе, необходимо установить обратный клапан (рис.78.10). В этом случае после каждой остановке насоса не будет необходимости заливать ее в насос.

Чтобы клапан был герметичен и защищен от попадания песка и грязи, перед ним устанавливают металлическую сетку, выполняющую роль фильтра. Именно данное устройство, сочетающее в себе фильтр и обратный клапан, называют сеткой с обратным клапаном или кольцом опускной трубы.

Отметим, что при загрязнении фильтра потери давления на кольце могут быть довольно большими. При этом возникает риск работы насоса в режиме кавитации.

Получается, что труба вместе с поворотами, вентилями, клапанами, кольцами при работе насоса создает определенные потери. Их величина в зависимости от конфигурации и комплектации трубы может находиться в пределах 0,05-0,2 бара (или 0,5-2 м вод. ст.).

Допустим, если потери давления составляют 2 м вод. ст., то именно на эти 2 м снизится и высота всасывания. Другими словами: величина высоты всасывания напрямую зависит от потерь давления, поэтому всегда необходимо стремиться свести их к минимуму.

Воздействие типа перекачиваемой жидкости

Поэтому при подборе насоса необходимо учитывать плотность перекачиваемой жидкости (особенно когда речь идет о водных растворах гликолей имеющих разную концентрацию).

Воздействие температуры перекачиваемой жидкости

Центробежный насос невозможно использовать для перекачивания газа, поэтому необходимо избегать таких условий, которые приводят к вскипанию жидкости и кавитации (78.12).

Воздействие параметра NPSH

Для того чтобы это понять, необходимо вернуться к рассмотрению потока воды (рис.78.13) находящегося между сечением входа в насос (точка 1) и сечением с минимальным давлением жидкости (точка 4).

Снижение давления между точками 1 и 4 равносильно потерям давления в насосе. Как и любые потери, они увеличиваются вместе с повышением расхода. Поэтому конструкторам насосов необходимо предусматривать контроль над такими потерями. В своей документации они указывают минимально допустимое давление на входе в насос (точка 1), ниже которого пользователь не должен опускаться. Данный параметр и есть потребная величина NPSH называемым «абсолютным статическим давлением на всасывание». Эта величина соответствует потерям давления на крыльчатке насоса между точками 1 и 4.

Для того,чтобы лучше закрепить знания о таких понятиях как воздействие NPSH, потери давления, виды жесткости, атмосферное давление решим следующую задачу.

Для охлаждения выбранного нами конденсатора необходимо использовать грунтовые воды, которые залегают на глубине 4 метра. Температура воды 10 С, потребная величина для выбранного насоса (NPSH) 3 м вод. ст., потери во всасывающей трубе такие же как и на фильтре и обратном клапане 0,5 м вод. ст.

Теперь попробуем ответить на такие вопросы: подходит ли нам данный насос, что произойдет при засорении фильтра и понижении грунтовых вод на 1 м?

Известно, что если бы существовал самый совершенный насос, то глубина его всасывания не превышала 10,33 м. Предположим, что он у нас имеется и разместим его в точке А (рис.78.14). Тогда высота трубы составит АF=10,33 м. Если разместить манометр на входе в насос, то его показания составят −10,33 м (абсолютный вакуум).

Совершим поправку на кавитационный запас NPSH, и теперь минимальное давление на всасывание для нашего насоса должно составлять 3 м вод. ст. для получения данного значения опускаем насос на глубину в 3 м (ВF=7,3м).

Поскольку речь идет о перекачке воды, поправку на вид жесткости делать не будем. Учитывая, то что температура воды составляет 10 С, опасность ее вскипания очень низкая и поправка на температуру также не нужна.

Просуммировав потери давления на обратном клапане, фильтре и всасывающей трубе получаем 0.5+0,5=1 м вод. ст., таким образом опускаем насос еще на 1 м в точку С, СF=7,3-1=6,3 м.

Поскольку насосу необходимо откачивать воду, уровень которой расположен на высоте 1000 м над уровнем моря, то необходимо сделать поправку на высоту. Разница давлений составляет 1,2 м, поэтому опускаем насос еще на 1,2 м в точку D. В итоге получаем DЕ=6,3-1,2=5,1 м.

Для того чтобы гарантированно не допустить кавитации учтем гарантийный запас. Для этого опустим насос еще на 1 м в точку Е. ЕF=4,1 м.

Подводя итоги, мы видим, что выбранный насос подходит для перекачивания воды из колодца, уровень которой находится на 4,1 м ниже входа в насос. Его можно свободно использовать для подачи воды в конденсатор.

Теперь предположим, что металлическая сетка фильтра забилась. Потери давления повысятся до 1 м вод. ст. (гарантийный запас). Насос начнет откачку, но его расход снизится. При дальнейшей закупорке фильтра потери давления составят более 1 м вод. ст. и насос может войти в режим кавитации. При дальнейшем повышении расхода воды, насос начнет работать в неустановившемся режиме.

Если уровень воды в колодце понизится на 1 м, то нас спасет предусмотренный в этом случае гарантийный запас. Но при дальнейшем понижении уровня или засорении фильтра возникнут проблемы.