Дизайн приямка полупогружных насосов

28.11.2024

Проектирование всасывающего устройства насоса представляет собой сложный и многогранный процесс, в котором одним из ключевых факторов, определяющих успешность всего проекта, является тщательное определение характеристик потока, приближающегося к впускному устройству. На начальном этапе проектирования приямков, а также при размещении нескольких всасывающих патрубков в отстойниках необходимо учитывать множество факторов, которые влияют на эффективность работы насосной системы.

Основные факторы, влияющие на проектирование

При анализе направления и распределения потока на входе во впускное устройство насоса следует учитывать следующие аспекты:

1. Ориентация конструкции насоса относительно источника подачи жидкости: Важно понимать, находится ли насос в углублении, на одном уровне с источником подаваемой жидкости или выше его. Это влияет на гидравлические условия и может существенно изменить характеристики потока.
2. Направление течения в объеме подаваемой жидкости: Направление и скорость потока влияют на эффективность всасывания и могут привести к образованию вихрей, которые негативно сказываются на работе насоса.
3. Необходимое количество насосов и предполагаемые режимы их работы: Это также критически важно, поскольку различные режимы работы насосов могут требовать различных условий для обеспечения оптимального всасывания.

Рекомендации по расположению приямков

В зависимости от формы приямков, можно выделить несколько рекомендаций, касающихся их проектирования.

Прямоугольные впускные сооружения

Основные конструктивные требования, предъявляемые к прямоугольным приямкам для достижения удовлетворительных гидравлических характеристик, включают:

• Достаточная глубина: Глубина приямка должна быть достаточной для ограничения скоростей потока в насосных приямках и уменьшения вероятности образования поверхностных вихрей. Это необходимо для обеспечения стабильной работы насосов и предотвращения их повреждения.
• Достаточная ширина: Ширина насосного приямка в сочетании с глубиной должна обеспечивать ограничение максимальной скорости подачи насоса до 0,5 м/с. При этом приямок должен быть достаточно узким и длинным, чтобы обеспечить равномерное направление потока к насосам, что является критически важным для предотвращения локальных турбулентностей.

Минимальная глубина погружения

Минимальная глубина погружения, обозначаемая как S, необходимая для предотвращения образования сильных вихрей в жидкости, частично основана на безразмерном параметре потока, известном как число Фруда (). Это число определяется следующей формулой:

Где:

F = число Фруда (безразмерное)

V = Скорость на входе всасывания = Расход/площадь, основанная на D

D = Наружный диаметр входного отверстия раструба или трубы

g = ускорение свободного падения

Для обеспечения корректности расчетов значения V, D и g должны быть выражены в одинаковых единицах измерения, чтобы итоговое значение  было безразмерным. Минимальное значение глубины погружения S определяется по формуле, предложенной Хекером Г.Э. в 1987 году

Рекомендации по размерам и конструктивным особенностям

Базовая рекомендованная схема расположения прямоугольных отстойников, выраженная в единицах диаметра раструба насоса "D", представлена на рисунке 1.

Следует отметить, что отрицательные значения угла расхождения стенок (β) требуют применения устройств для распределения потока, такие конструкции должны разрабатываться на основе исследований физической гидравлической модели, чтобы обеспечить оптимальное распределение потока и минимизировать риск образования вихрей.

В некоторых случаях может возникнуть необходимость увеличить ширину водозаборного отсека так, чтобы она превышала 2D, для того чтобы скорость на входе в насосные отсеки не превышала 0,5 м/с. Увеличение ширины отсека всасывания также может быть связано с размещением оборудования и других конструктивных элементов. В таких случаях ширина отсека в непосредственной близости от насосов должна быть уменьшена до 2D.

Для насосов с расчетной подачей 315 л/с (или 1134 м³/ч) и менее перегородки между насосами не требуются, а минимальное расстояние между насосами должно составлять 2D, что обеспечивает необходимое пространство для эффективного всасывания.

Водозаборные резервуары круглой формы (для чистых жидкостей)

Круглая конструкция водозаборных резервуаров представляет собой оптимальное решение для насосов различных типов и размеров, что делает ее универсальной для широкого спектра применений. Эта геометрия может эффективно использоваться с большинством типов насосов и для различных жидкостей, что обеспечивает ее высокую функциональность и адаптивность. Одним из значительных преимуществ круглой формы является возможность более компактной планировки, что часто приводит к снижению затрат на строительство и эксплуатацию.

Круглая геометрия резервуара способствует уменьшению периметра емкости, что в свою очередь минимизирует затраты на выемку грунта и строительные материалы при заданном объеме отстойника. Это особенно важно в условиях ограниченного пространства или при высоких затратах на строительные работы. Более того, круглая форма позволяет применять технологию строительства кессонов, что значительно упрощает процесс монтажа и повышает устойчивость конструкции. Наличие сборных круглых элементов в проектировании делает эту конструкцию особенно популярной для небольших насосных станций, так как она обеспечивает высокую степень модульности и удобство в транспортировке и установке.

Рекомендации по расположению приямков

В рамках проектирования круглых насосных приямков необходимо учитывать несколько ключевых параметров, каждый из которых играет важную роль в обеспечении эффективной работы системы.

Рисунок 1. Рекомендуемая схема проектирования приямка

Номенклатура

Зазор между дном и патрубком всасывания насоса Cf

Зазор между дном резервуара и всасывающим патрубком или раструбом насоса не должен превышать необходимого значения, поскольку чрезмерный зазор может привести к увеличению количества застойных зон и увеличению глубины поддона при заданной глубине погружения насоса. Минимальный зазор CfCf​ определяется риском увеличения потерь напора на входе и разделения потока в раструбе. Также подводные вихри оказывают влияние на расстояние между дном резервуара и всасывающим патрубком или раструбом. Рекомендуемое значение зазора составляет от 0,3D до 0,5D, что позволяет обеспечить оптимальные условия для всасывания.

Зазор между дном и патрубком всасывания насоса Cf

Минимальный зазор между впускным раструбом или спиралью насоса и стенкой отстойника должен составлять не менее 0,25D или 100 мм (4 дюйма). Это требование обусловлено необходимостью обеспечения свободного потока жидкости и минимизации риска возникновения турбулентных потоков, которые могут негативно сказаться на эффективности работы насосной системы.

Рисунок 2. Конструкция круглого резервуара с вариантами расположения всасывающих патрубков насосов

Зазор между патрубками всасывания соседних насосов Cb

Минимальный зазор между соседними входными раструбами или спиралями насосов, в зависимости от конкретных условий, также должен составлять не менее 0,25D или 100 мм (4 дюйма). Это требование направлено на предотвращение взаимного влияния насосов друг на друга, что может привести к снижению производительности и возникновению гидравлических конфликтов.

Диаметр отстойника DS

Минимальный диаметр отстойника должен соответствовать установленным требованиям для каждого типа установки насосов, как это показано на рисунках выше. Правильный выбор диаметра приямка критически важен для обеспечения эффективного всасывания и предотвращения образования вихрей, которые могут негативно сказаться на работе насосной системы.

Диаметр входного раструба или улитки насоса Db

При проектировании насосных систем для погружных и других насосов мокрой установки следует учитывать диаметр улитки насоса. В случае насосов, не имеющих спирали, необходимо учитывать диаметр входного раструба. Это важно для обеспечения оптимального потока жидкости и минимизации потерь напора.

Водозаборы траншейного типа для чистых жидкостей

В данном разделе подробно рассматриваются проектные критерии для дренажных скважин траншейного типа, которые используют как формованные всасывающие патрубки, так и раструбные насосные патрубки для эффективной подачи чистой жидкости. Дренажные колодцы, выполненные в форме траншей, отличаются от традиционных прямоугольных водозаборных сооружений не только своей геометрией, но и принципами формирования перехода между подводящими трубопроводами или каналами и самими дренажными колодцами. Как иллюстрируется на представленных рисунках, резкие переходы используются для создания замкнутой траншеи, в которой размещаются входные отверстия насосов, что способствует оптимизации процесса водозабора.

Скорость жидкости в подводящем канале

Одним из ключевых аспектов проектирования является контроль скорости жидкости в подводящем канале или трубопроводе, который предшествует скважине с обводнением. Рекомендуется, чтобы скорость не превышала 1,2 м/с (4,0 фута/с). Важно, чтобы ось канала или трубопровода была соосна оси обводненной скважины, так как это способствует равномерному распределению потока и минимизирует образование вихрей. В случаях, когда ось канала или трубопровода перпендикулярна оси траншеи, рекомендуется ограничить максимальную скорость до 0,6 м/с (2,0 фута/с) для обеспечения стабильного потока.

Ширина траншеи

Рекомендуемая ширина дна траншеи для мокрых колодцев траншейного типа должна составлять не менее двух диаметров впускного раструба насоса. Данная ширина обеспечивает необходимое пространство для свободного потока жидкости и минимизирует возможность образования застойных зон. Кроме того, ширина поддона, расположенного над траншеей, должна быть увеличена для достижения средней предельной скорости в трапециевидной зоне над траншеей, равной 0,3 м/с (1,0 фута/с). Это условие критически важно для поддержания эффективной работы насосной системы и предотвращения негативных последствий, связанных с турбулентностью.

Глубина погружения впускного патрубка

Для получения детальной информации о глубине погружения впускного патрубка следует обратиться к разделу, посвященному погружению в жидкость (раздел 9.8.7). Правильный выбор глубины погружения является важным фактором, который влияет на эффективность всасывания и общую производительность насосной системы.

Зазор между торцевыми стенками

Зазор между осевой линией впускного раструба и торцевыми стенками желоба должен составлять 0,75D. Этот параметр необходим для обеспечения свободного потока жидкости и предотвращения возникновения турбулентных потоков, которые могут негативно сказываться на работе насосов.

Зазор между впускным патрубком и дном резервуара

Зазор между дном желоба и краем впускного раструба должен находиться в пределах 0,3-0,5D. Рекомендуется устанавливать конусы на дне под каждым из впускных раструбов насосов, что способствует улучшению условий всасывания. Важно отметить, что для жидкостей, содержащих твердые частицы, следует учитывать дополнительные рекомендации, указанные в пункте 9.8.32.3.2.

Расстояние между осями

Расстояние между соседними впускными раструбами по осевой линии должно составлять не менее 2,5D. Это требование направлено на предотвращение взаимного влияния насосов друг на друга, что может привести к снижению общей производительности и возникновению гидравлических конфликтов.

Высота установки входного трубопровода

Высота подводящего трубопровода должна быть скорректирована таким образом, чтобы избежать образования каскада при минимальном уровне жидкости. Это условие особенно важно для обеспечения стабильной работы насосной системы и предотвращения негативных последствий, связанных с кавитацией и другими гидравлическими явлениями.

Рисунок 3. Дренажный колодец траншейного типа

В статье рассмотрены водозаборные устройства и приямки для чистых жидкостей без твердых включений. При проектировании водозаборов, особенно в контексте дренажных скважин и траншейных систем, необходимо учитывать не только геометрию конструкции, но и характеристики жидкости, которая будет подаваться. Это включает в себя параметры, такие как вязкость, наличие твердых частиц и температура жидкости. Эти факторы могут существенно повлиять на выбор конструкции и размеров водозаборов.

Учет гидравлических потерь

Гидравлические потери, возникающие в системе, также являются важным аспектом проектирования. Потери могут быть вызваны трением в трубопроводах, изменениями направления потока и другими факторами. Для минимизации потерь необходимо:

1. Оптимизировать конфигурацию трубопроводов: Избегать резких поворотов и сужений, которые могут создавать дополнительные потери давления.
2. Выбирать материалы с низким коэффициентом трения: Это поможет снизить потери на трение, особенно в длинных трубопроводах.
3. Проводить регулярные проверки и обслуживание системы: Это позволит выявить и устранить потенциальные проблемы, которые могут привести к увеличению гидравлических потерь.

Моделирование и симуляция

Для достижения наилучших результатов в проектировании всасывающего устройства целесообразно использовать современные программные средства для гидравлического моделирования (Например, StarCCM). Это позволяет:

• Симулировать различные сценарии режимов работы: оценить, как изменения в конструкции или условиях эксплуатации могут повлиять на эффективность системы.
• Оптимизировать параметры проектирования: на основе полученных данных можно скорректировать размеры, форму и расположение элементов системы или конструкцию приямка для достижения максимальной производительности.

Устойчивость и надежность

Проектирование всасывающего устройства также должно учитывать устойчивость и надежность системы. Это включает в себя:

• Выбор материалов, устойчивых к коррозии и механическим повреждениям: это особенно важно для систем, работающих с агрессивными жидкостями, для жидкостей с твердыми включениями, высокотемпературных жидкостей или насосов, работающих в сложных климатических условиях (например, на морской платформе, или в месте с высоким содержанием соли в воздухе).
• Обеспечение возможности обслуживания и ремонта: Конструкции должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить легкий доступ для планового ремонта к насосам и другим критически важным элементам системы.

Заключение

Проектирование всасывающего устройства насоса — это сложный процесс, требующий комплексного подхода и учета множества факторов. От правильного выбора конструкции и размеров приямков до анализа гидравлических потерь и использования современных технологий моделирования — каждый аспект имеет значение для достижения высокой эффективности и надежности насосной системы. Успешное проектирование требует внимательного анализа и тщательной проработки всех деталей, что в конечном итоге приведет к созданию эффективной и устойчивой системы, способной справляться с различными условиями эксплуатации.

Важно помнить, что проектирование всасывающего устройства насоса должно быть основано на глубоком понимании гидравлических принципов и особенностей работы систем. Только при тщательном анализе и учете всех факторов можно достичь высокой производительности и надежности насосных систем, что является ключевым фактором для успешной работы в различных условиях эксплуатации.

В целом, проектирование всасывающего устройства насоса является важной задачей, которая требует внимания к деталям и учета различных факторов. Если выполнить это правильно, можно достичь высокой эффективности и надежности насосных систем, что является ключевым фактором для успешной работы в различных условиях эксплуатации.