Характеристики насосов различных типов были рассмотрены выше. В большинстве случаев требования заказчика сводятся к тому, чтобы насос работал с максимальной экономичностью. Таким образом, выбираемый насос должен работать в режиме максимального КПД или близко к этому режиму. Если для заданной системы можно подобрать несколько насосов, которые будут работать близко к режиму максимального КПД, следует сделать выбор в пользу машины, требующей наименьших эксплуатационных расходов. Однако при определений общей суммы затрат помимо эксплуатационных расходов необходимо учитывать также стоимость насоса и затраты на его установку.
Максимальный располагаемый избыточный напор насоса не должен превышаться; в противном случае возникает кавитация, которая приводит к значительному возрастанию расходов на техническое обслуживание и снижению КПД.
Полный напор, на который следует выбирать насос, определяется как сумма гидростатического напора, потерь на трение жидкости о стенки трубопроводов и динамического напора. Величина гидростатического напора зависит от высоты подъема жидкости в напорной линии, удельного веса жидкости и высоты всасывания. Потери на трение зависят от скорости жидкости в трубопроводах, качества и конструкции трубопровода, количества и типа арматуры в системе, а также других, факторов. Динамический напор определяется конструкцией трубопровода, поскольку скорость жидкости зависит от размера труб (см. главу 9).
Важную роль играет фактор понижения уровня грунтовых вод в скважине (рис. 11.46). Пока насос не качает воду из скважины, уровень воды в ней соответствует верхнему/ уровню водоносного пласта или превышает его. Последнее означает, что уровень воды в источнике, питающем водоносный слой, находится выше уровня воды в самом водоносном слое вблизи скважины. Во время откачивания вода поступает из скважины со скоростью, соответствующей производительности насоса. По мере того как вода покидает скважину, последняя будет вновь наполняться водой, поступающей из водоносного слоя. Скорость поступающего потока воды зависит от величины напора, вызвавшего движение этого потока, и проницаемости водоносного пласта. При прочих равных условиях поток на единицу поперечного сечения водоносного пласта прямо пропорционален его проницаемости. Выкачивание воды из скважины повлечет за собой снижение уровня воды hd в ней из-за некоторой потери напора внутри пласта, под действием которого вода поступает в скважину. Чем выше интенсивность выкачивания, тем быстрее будет снижаться напор в водоносном слое. При постоянном режиме работы насоса уровень открытой поверхности воды в водоносном слое примет очертания поверхности перевернутого конуса (см. рис. 11.46). Причем по мере приближения к скважине угол наклона этой поверхности к горизонту будет увеличиваться. Этот конус называют «конусом депрессии» вокруг скважины. Высота конуса депрессии hd зависит от скорости выкачивания воды из скважины, проницаемости водоносного пласта, диаметра скважины и некоторых других факторов.
Высота конуса депрессии влияет на выбор насоса следующим образом. Во-первых, необходимо проверить, сохранится ли производительность насоса при изменении напора в водоносном слое после того, как в нем сформируется конус депрессии. По мере увеличения скорости откачивания воды hd будет возрастать до тех пор, пока не станет равным расстоянию от верхнего уровня водоносного пласта до дна скважины или до нижнего уровня водоносного пласта (в зависимости от того, что произойдет раньше). Последнее условие определяет максимальную производительность скважины.
Диаметр основания конуса депрессии может изменяться от нуля до нескольких сотен метров. Если поблизости от первой скважины пробурить еще одну и конусы депрессии обеих скважин пересекутся, общая производительность двух скважин будет меньше удвоенной производительности одной скважины. Об этом не следует забывать при проектировании крупных хозяйств по разведению водных организмов, водоснабжение которых производится из скважин.
Выбор центробежного насоса для откачивания воды из скважины с помощью кривых показан на рис. 11.47. Для скважины строится кривая напор — расход и для требуемого расхода определяется напор. Наиболее благоприятный режим работы насоса будет соответствовать точке А на характеристике скважины. Другие характеристики насоса также приведены на графике. Напорная характеристика выбираемого насоса должна пересечь характеристику скважины в точке А или, если сделать поправку на износ, несколько выше этой точки. Кроме того, требуемая подача, определяемая точкой А, должна обеспечиваться насосом в режиме максимального КПД. Вертикальная проекция точки А на кривую КПД — точка В должна совпасть с точкой максимального КПД для выбранного насоса. Вертикальная проекция точки А на кривую потребляемой мощности — точка С соответствует величине потребляемой мощности насоса в этом рабочем режиме.
При выборе насоса для работы в скважине важно помнить, что уровень воды в скважине может понизиться в засушливые годы, особенно это относится к неглубоким скважинам. В этом случае приходится увеличивать напор насоса. Новые условия работы отразятся и на эффективности насоса, которая может заметно понизиться без существенного изменения подачи. Если предполагается некоторое изменение уровня воды в скважине, наиболее подходящим окажется насос, кривая КПД которого будет иметь максимально плоский участок в области параметров, соответствующих рабочему режиму насоса.
Все изложенное относилось к выбору насоса для откачивания воды из скважины, выбор центробежного насоса для систем с другими источниками водоснабжения ничем существенным не отличается. Прежде всего необходимо определить напорную характеристику системы. Наложением этой характеристики на характеристические кривые ряда насосов выбирают насос, обеспечивающий требуемые параметры (напор и подачу) в режиме максимального КПД. Если по условиям работы системы подача и напор насоса будут все время изменяться таким образом, что при одинаковом напоре насос должен обеспечивать различную подачу, либо несколько значений подачи будут обеспечиваться насосом при разных значениях напора, насос следует выбирать на сочетание максимальных параметров. Подачу в этом случае можно регулировать дросселированием. Область допустимых значений КПД — наиболее плоский участок на кривой — должна соответствовать диапазону рабочих режимов насоса, причем максимально длительную нагрузку машина должна обеспечивать в режиме максимального кпд.
Помимо напора, подачи и других переменных при выборе насоса необходимо также учитывать и высоту всасывания. Располагаемый избыточный напор (РИН), учитывающий этот параметр,— это как раз то давление, под действием которого жидкость втягивается во входной патрубок насоса. Для каждой системы можно подсчитать величину располагаемого избыточного напора. Это будет расчетный РИН. Необходимый РИН определяется из условия отсутствия кавитации для данного насоса, обычно требуемый РИН указывается в паспорте насоса. Расчетный располагаемый избыточный напор системы должен превышать паспортный для выбираемого насоса. РИН зависит также от удельной частоты вращения. С ростом удельной частоты вращения при условии, что полный напор, развиваемый насосом, поддерживается постоянным, появляется тенденция к возрастанию высоты всасывания.
Выбор машин объемного типа предполагает такую же процедуру, однако он упрощается тем, что зависимость расхода от частоты вращения у машин этого типа носит почти линейный характер.
Другой специфической особенностью этих машин является относительное постоянство КПД, несмотря на то что при переходе к насосам с большей подачей обнаруживается тенденция к возрастанию КПД. Все это позволяет регулировать подачу большинства машин объемного типа изменением частоты вращения вала двигателя. Тем не менее в паспорте насоса указывается расчетная рекомендуемая частота вращения или, по крайней мере, максимальная частота вращения для данного насоса. При определении максимальной частоты вращения обычно исходят из конструктивных соображений.
В качестве исходных данных для выбора насоса должны быть известны, по крайней мере, следующие параметры: требуемый полный напор, требуемая подача, необходимая высота всасывания, свойства перекачиваемой жидкости, предполагаемая продолжительность включения, тип привода, предельные габариты и вес, особые требования.
Выбирая насос объемного типа, необходимо прежде всего установить целесообразность его применения в данной системе. Для этого изучают характеристики системы и свойства перекачиваемой жидкости. На этом этапе учитывают и экономические факторы. После того как установлен тип насоса, выбирают его типоразмер. Материал, из которого должны быть изготовлены узлы насоса, определяется условиями работы и характеристиками перекачиваемой жидкости. От материала существенно зависит стоимость насоса. Окончательный выбор насоса сводится к; решению таких проблем, как стоимость, наличие в продаже и надежность, а также совместимость с источником энергии.