Наличие избыточной напорности – это одно из условий стабильной работы центробежных насосов. Избыточная напорность расходуется на перемещение воды по сети трубопровода и преодоление сопротивления. Необходимость поддержания запаса избыточной напорности продиктована возможным колебанием частоты питающей сети и частоты вращения приводного двигателя, разъеданием концов лопаток рабочих колес, их гидрообразивным износом и др.

Численно избыточная напорность определяется как разность фактического манометрического напора насоса и геодезической высоты нагнетания [1]:

, (1)

где – фактический манометрический напор насоса, м; – геодезическая высота нагнетания, м.

С увеличением избыточной напорности увеличивается значение удельной мощности q, т.е. количество энергии, затрачиваемой на откачивание воды. В общем случае

, (2)

где q – удельная мощность, кВт · ч/м3; – мощность насоса, кВт; – производительность насоса, м3/ч.

В соответствии с (2) удельная избыточная мощность (обусловленная избыточной напорностью):

, (3)

где – плотность шахтной воды; – текущее значение КПД насоса, соответствующее .

Избыточная напорность насоса может быть записана следующим образом

, (4)

где – постоянная трубопровода; – текущее значение подачи насоса.

Из уравнения (4) следует:

, (5)

Аналитическое выражение характеристик может быть представлено в виде квадратичной функции [2]:

, (6)

где – опытные коэффициенты для каждого типа насоса.

С учетом (5) запишем аналитическое выражение характеристик :

, (7)

Подставив выражение (7) в (3), получим зависимость удельной избыточной мощности насоса от его избыточной напорности:

, (8)

Заменив выражение (постоянной насосного агрегата), получим:

, (9)

Расчетные зависимости , построенные согласно выражению (9), приведены на рисунке 1 (для насосов типа ЦНС). Исходные данные для этих расчетов приведены в таблице.

Экспериментальное установление зависимостей удельной энергоемкости насосных агрегатов выполнялось на трех насосных установках рудника «Чебачий» ОАО «Верхнеуральская руда» с насосами ЦНСК 300-480.

Исходные данные для построения зависимостей

Рис. 1. Зависимости удельной избыточной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата

Центробежные секционные насосы типа ЦНСК 300-480 предназначены для перекачивания в стационарных условиях воды, содержащей механические примеси не более 0,2 % по весу, температурой до 40°С. Насосы могут использоваться для откачки воды на водоотливе в шахтах с показателем кислотности рН 3,5–8,5. Экспериментальные данные по определению производительности трех насосов главного водоотлива ЦНСК 300-480 были получены при помощи расходомера «ВЗЛЕТ ПР», предназначенного для оперативного измерения расхода и объема жидкости с помощью накладных датчиков без вскрытия трубопровода. Расходомер-счетчик ультразвуковой портативный «ВЗЛЕТ ПР» устанавливался при замерах на напорный трубопровод насосных агрегатов. Расходомер обеспечивал измерение среднего объемного расхода при скорости потока до 13 м/с, что соответствует расходу, определяемому по формуле:

, (10)

где – измеряемый средний расход, м3/ч; V – скорость потока, м/с; – диаметр условного прохода трубопровода, мм.

Напор каждого насоса измерялся манометром ДМ2010С.У2, установленным на нагнетательной линии насосной установки.

На рисунке 2 представлены зависимости удельной энергоемкости трех насосов (q) в функции избыточной напорности в реальных условиях эксплуатации. Зависимости получены путем математической обработки результатов эксперимента с использованием метода наименьших квадратов и представляют собой полиномиальные функции третьей степени с корреляционным отношением для насоса № 1 ; для насоса № 2 ; для насоса № 3 [3].

Полученные соотношения свидетельствуют о существенной зависимости удельной энергоемкости насосных агрегатов от избыточной напорности насосов.

Рис. 2. Зависимости удельной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата

Рецензенты:

Шеклеин С.Е., д.т.н., профессор, д.т.н., заведующий кафедрой «Атомные электростанции» Уральского Федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург;

Кожушко Г.Г., д.т.н., профессор кафедры подъемно-транспортных машин и роботов Уральского Федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург.