Определение режима работы насосной установки земснаряда

Режим работы насосной установки определяется семейством кривых — ее характеристиками, составляемыми в результате проведения специальных исследований. Кривые Н—Q определяют зависимость между величинами напора и расходом для разных постоянных значений числа оборотов рабочего колеса (рис. 74, а). Кривые N—Q дают зависимости между мощностью и расходом (рис. 74, б), кривые —Q — между коэффициентом полезного действия и расходом (рис. 74, в) для тех же значений числа оборотов рабочего колеса .


Рис. 72. График для определения коэффициента изменения потерь напора грунтопровода в зависимости от содержания в пульпе грунта Р%:
1 — крупнозернистый песок d> 0,5 мм; 2 — мелкозернистый песок d< 0,25 мм


Рис. 73. График для определения коэффициента изменения напора насоса в зависимости от содержания в пульпе грунта Р%:
1 — крупнозернистый песок d>0,5 мм; 2 — мелкозернистый песок d<0,25 мм

Для плавучего грунтопровода строят также кривые зависимости потерь напора в грунтопроводе от расхода Н—Q (рис. 74, г). Поскольку значения сопротивлений движению жидкости по грунтопроводу зависят от длины последнего, рассматриваемые кривые строят для разных длин грунтопровода: L1, L2 и т. д. Если выкидной конец грунтопровода поднят выше уровня воды на высоту Н0, то этому случаю соответствуют самостоятельные кривые, например L5, L6, учитывающие геометрическую высоту подачи пульпы.

Характеристика двигателя представляет собой зависимость между числом оборотов и мощностью двигателя (рис. 75).

При работе насосной установки происходит механическое взаимодействие двигателя с рабочим колесом насоса и гидравлическое взаимодействие всасываемой жидкости (пульпы) в насосе и в грунтопроводе. Механическое взаимодействие дает равенство вращающих моментов двигателя и рабочего колеса насоса; в случае нарушения этого равенства число оборотов изменяется до такого значения, при котором наступает новое равновесие.

В результате гидравлического взаимодействия сохраняется равенство напора насоса и потерь напора в грунтопроводе, нарушение этого равенства приводит к изменению расхода всасываемой пульпы до такой величины, при которой устанавливается новое равновесие напоров. Например, при увеличении процента содержания грунта в пульпе потери напора в грунтопроводе возрастают и оказываются выше напора насоса. В результате этого расход автоматически снижается до величины, при которой потери напора в грунтопроводе выравниваются с напором насоса.

Рис. 74. Кривые зависимости от расхода пульпы:
а — напора; б — мощности; в — к.п.д. установки; г — потери напора в напорном грунтопроводе

При установившемся режиме работы насосной установки сохраняется механическое и гидравлическое равновесия.
Для определения условий, при которых наблюдается наиболее эффективное использование насосной установки, рассматривают совмещенные характеристики грунтового насоса, грунтопровода и двигателя.

На рис. 76 приведены характеристики грунтового насоса дизельного землесоса, снятые при работе на воде (без грунта). На графике нанесены кривые Н—Q для разных чисел оборотов, кривые N—Q и —Q для 325 об/мин. На этом же графике построены характеристики грунтопроводов — всасывающего, напорного, корпусного, плавучего разной длины и плавучего (длиной 400 м) с береговым (длиной 70 м) при подъеме конца грунтопровода на 6 м.

Характеристика корпусного грунтопровода отражает потери напора и во всасывающем. В характеристики плавучего грунтопровода входят потери напора во всасывающем и в корпусном грунтопроводах.

Рис. 75. Характеристика двигателя

Установившийся режим работы (гидравлическое равновесие) насосной установки определяется точками пересечения соответствующих кривых, относящихся к режиму работы насоса и грунтопровода. Например, для плавучего грунтопровода длиной 300 м и числе оборотов 280 в минуту равновесие определяется точкой 1, для которой расход составляет 3250 м3/час и напор 14,2 м вод. ст. При изменении числа оборотов до 320 в минуту расход увеличивается до 3730 м3/час, а напор — до 18,5 м вод. ст. (точка 2).

Из рассмотренных кривых (см. рис. 76) видно, что мощность насосной установки увеличивается с расходом; коэффициент полезного действия интенсивно возрастает до расхода порядка 2400 м3/час, а в дальнейшем его величина держится сравнительно постоянной, что указывает на хорошие качества грунтового насоса.

Сопоставляя точки пересечения характеристик разных грунтопроводов с кривыми Н—Q, можно судить о влиянии числа оборотов рабочего колеса насоса, длины и подъема конца грунтопровода на производительность насосной установки. Например, при числе оборотов 325 в минуту и длине плавучего грунтопровода 110 м производительность насоса на воде составляет 4300 м3/час; при тех же оборотах, но при длине грунтопровода 300 м — 3800 м3/час; при 470 м с подъемом на 6 м — 2950 м3/час и т. д.
Для грунтопровода длиной 300 м при уменьшении числа оборотов с 325 до 300 в минуту производительность уменьшается с 3800 до 3500 м3/час; при 220 оборотах — до 2600 м3/час и т. д.

Для определения к. п. д. насоса и расходуемой мощности силовой установки на график с характеристиками наносят кривые N—Q, а для определения к. п. д. насоса (установки) строят кривые —Q для тех же, как и у характеристики насоса, чисел оборотов. Кривые —Q построены на том же графике (см. рис. 76) По этим кривым для точек 1 и 2 к. п. д. составляет 65 и 64%.

Рис. 76. Характеристики грунтового насоса и грунтопровода при работе на воде

На рис 77 показаны характеристики грунтового насоса и грунтопровода землесоса производительностью 650 м3/час с паспортным числом оборотов 325 в минуту. Зависимости напора от расхода для пульпы построены расчетным путем по формуле (20). Значения приняты по графику (см. рис. 73). Сплошные линии относятся к мелкозернистому песку; пунктирные – к крупнозернистому.

Кривые характеристики грунтопровода определяют зависимость потерь напора от расхода при различном содержании в пульпе грунта. Эти кривые построены расчетным путем по формуле (19) с использованием данных графика (см. рис. 72).

Точки пересечения кривых характеристик грунтопровода и насоса соответствуют режимам работы, устанавливающимся при различном содержании грунта в пульпе, при транспортировании мелко- и крупнозернистого песка. Из сравнения кривых видно, что расход на крупнозернистом песке с увеличением содержания грунта в пульпе падает сильнее, чем на мелкозернистом.

Рис. 77. Характеристики грунтового насоса и грунтопровода при всасывании пульпы

В результате уменьшения расхода абсолютные величины потерь напора при работе на пульпе мало изменяются по сравнению с работой на воде с большим расходом.

Описанным графическим способом можно установить зависимость между расходом пульпы Q и производительностью землесоса W для разного содержания грунта в пульпе. Такой график приведен на рис. 78. Вследствие уменьшения расхода пульпы по мере увеличения содержания в ней грунта производительность землесоса возрастает не пропорционально содержанию в ней грунта, а в несколько меньшей степени. На графике построена прямая, определяющая производительность землесоса, которая была бы при различном содержании грунта в пульпе, если бы расход ее оставался постоянным, равным расходу воды.


Рис. 78. Зависимость производительности типового дизельного землесоса и расхода пульпы от содержания в ней грунта

С увеличением содержания грунта в пульпе производительность возрастает до некоторой, определенной для каждого грунта величины.

При более высоком насыщении пульпы расход снижается настолько интенсивно, что повышения производительности не только не происходит, но может получиться забой грунтопровода. На приведенном графике наибольшая производительность на мелкозернистом песке составляет около 800 м3/час при 30% содержания грунта в пульпе; на крупнозернистом песке — 500 м3/час при 22% насыщении пульпы.

Производительность землесоса на грунте в основном зависит от величины расхода, потому что с увеличением расхода возрастает скорость движения пульпы и можно увеличивать содержание в ней грунта. Поэтому, в общем случае, следует подбирать такой режим работы установки, который обеспечивал бы получение возможно большего расхода.

При работе на воде с плавучим грунтопроводом (без подъема пульпы) расход изменяется пропорционально числу оборотов рабочего колеса насоса, т. е.


,                                          (21)

где числу оборотов n1 соответствует расход Q1, а для числа оборотов n2 расход Q2.

При работе с грунтопроводом, имеющим подъем, влияние числа оборотов на расход превышает значения, полученные по формуле (21).

Чем больше подъем и чем меньше сопротивление грунтопровода, тем сильнее влияние числа оборотов на величину расхода. Это влияние можно определить по характеристикам Н—Q насоса и грунтопровода (см. рис. 76).

Например, если для грунтопровода длиной 470 м с подъемом 6 м расход при 325 об/мин составляет 2950 м3/час, то при снижении числа оборотов до 280 его величина будет 2400 м. По приведенной выше формуле расход должен снизиться только до

м3/час.

По характеристике насосной установки с грунтопроводами разной длины (см. рис. 76) можно построить график зависимости расхода от длины и высоты подъема грунтопровода. Такой график приведен на рис. 79. Например, при длине грунтопровода 400 м расход составляет 3500 м3/час [кривая ], при увеличении длины грунтопровода до 600 м расход снижается до 3125 м3/час. При длине грунтопровода 300 м [см. семейство кривых ], с увеличением высоты подъема грунтопровода с 4 до 6 м, величина расхода снижается с 3500 до 3300 м3/час.

Коэффициенты изменения технической производительности на дизельных электрифицированных землесосах постройки заводов Сормовского и «Чешские Лоденицы», в качестве примера приведены (по данным лаборатории дноуглубления ЦНИИЭВТа) в табл. 5.
При отсутствии характеристик для определения коэффициентов снижения технической производительности по длине и высоте рефулирования пользуются приближенными формулами, полученными на основании практических данных.

Рис. 79. График зависимости расхода воды от длины и высоты подъема грунтопровода типового дизельного электрифицированного землесоса

При увеличении длины рефулирования не более чем в 2 раза против проектной, коэффициент снижения производительности на длину грунтопровода КД определяется следующей формулой

,

где    L  - заданная длина рефулирования в м;

LП - проектная длина рефулирования в м;

а - коэффициент при резиновых соединениях грунтопровода а=0,5 и при шаровых а=0,25.

При увеличении высоты рефулирования до 10 м коэффициент снижения технической производительности на высоту рефулирования КВ определяется по формуле


,

где Нр – превышение заданной высоты рефулирования над проектной.

Если длина и высота отличны от расчетных, то вводится коэффициент на условия рефулирования

.

Коэффициент полезного действия насосной установки изменяется с износом рабочего колеса и облицовки насоса. Перед ремонтом грунтового насоса его к. п. д. снижается на 12—15%, а расход — на 4 5% по отношению к их величинам после ремонта. Поэтому к. п. д. определяют для разного состояния насоса.

 

 

Если к. п. д. изменится от до , то при сохранении мощности двигателя при работе на воде с грунтопроводом, без его подъема, расход изменится от Q1 до Q2.

Между рассматриваемыми величинами существует зависимость


(22)

Влияние к. п. д. на величину расхода тем сильнее, чем больше высота подъема и меньше сопротивление грунтопровода. Для определения этого влияния по характеристике грунтопровода Н-Q лаборатория дноуглубления ЦНИИЭВТа предложила описанный ниже способ. Если характеристика грунтопровода с подъемом Н0 (рис. 80) определяется кривой I и при работе насоса с к. п. д. рабочий режим соответствует точке 1, то полезная мощность, как известно, равная , где — удельный вес воды характеризуется площадью прямоугольника OН1Q1. Если к. п. д. насоса увеличился в n раз и стал , то при прежней мощности двигателя полезная мощность насоса возрастает также вn раз. Следовательно, рабочий режим будет определяться некоторой точкой 2, для которой площадь прямоугольника OH22Q2 будет в n раз больше площади прямоугольника OH11Q1. Точке 2 будет соответствовать расход Q2. При работе установки без подъема грунтопровода характеристика последнего определилась бы кривой II, проходящей через начало координат, и режим работы установки при таком же увеличении к. п. д. определялся бы точкой 3, а расход был бы Q3 меньший, чем Q2. Точку 3 можно найти путем подбора соответствующей ей на графике площади или воспользовавшись формулой (22).

Рис. 80. График для определения влияния к. п. д. насосной установки на величину расхода пульпы

Величина к. п. д. насоса при работе на пульпе может быть принята такой же, как для воды, т. е. ее можно брать с характеристики насоса для расчетного расхода пульпы и рабочего числа оборотов.

Для нормальной работы грунтового насоса необходимо тщательное уплотнение всех соединений всасывающего грунтопровода, чтобы отсутствовали прососы воздуха. Малейшие прососы воздуха приводят к снижению расхода. Чем выше вакуум, тем большее количество воздуха проникает через неплотности и тем сильнее снижается расход.