Компоновки осевых и диагональных насосов. С точки зрения проектирования строительных конструкций насосных станций осевые или диагональные погружные насосы представляют собой фрагмент трубопровода, расположенный под некоторым углом к горизонту с встроенным в него осевым или диагональным рабочим колесом и выправляющим аппаратом.
Все многообразие конструкций осевых и диагональных насосов можно условно классифицировать по следующим признакам: а) по направлению движения потока в пределах рабочего колеса — на осевые и диагональные; б) по расположению вала — на вертикальные, наклонные и горизонтальные; в) по схеме установки — для установки в затапливаемой приемной камере, для установки в сухом машинном зале; г) по высотному расположению двигателя и типу сочленения с двигателем — на моноблочные, с висячим коленом, с длинным свободным валом, с прямым соединением и соединением через понижающий редуктор.
По способу поворота лопастей рабочего колеса осевые и диагональные погружные насосы можно разделить на регулируемые, на ходу, регулируемые на остановленном агрегате, допускающие изменение угла установки лопастей на разобранном насосе и погружные насосы с жестко закрепленными лопастями.
К вертикальным насосам, располагаемым в сухом машинном зале, вода может подводиться изогнутой всасывающей трубой или с помощью камерного подвода. По форме отвода воды различают погружные насосы с осевым отводом, переходящим в колено, повернутое на 60—90° к оси насоса, или со спиральным отводом. По способу разборки погружные насосы делятся на допускающие подъем рабочего колеса с выправляющим аппаратом без разборки корпуса и не допускающие этого погружные насосы могут иметь металлический корпус на всем протяжении проточного тракта или прерывистый, замоноличенный в бетон.
Осевые погружные насосы могут иметь цилиндрическую и сферическую камеру рабочего колеса. Диагональные погружные насосы могут выполняться с закрытым и открытым рабочим колесом.
Следует отметить, что западноевропейские и японские фирмы обычно комплектуют осевые погружные насосы понижающим редуктором. Это позволяет заменить тяжелые низкооборотные электродвигатели компактными высокооборотными и выиграть в габаритах станции и стоимости агрегата.
Наибольший напор осевых насосов зарубежных фирм не превышает 17 м, причем, начиная с напора 10 м, с осевыми успешно конкурируют диагональные погружные насосы. Японские фирмы применяют вертикальные и наклонные осевые погружные насосы при напорах от 3 до 8 м, горизонтальные с напорами от 1 до 5 м.
Диагональные погружные насосы европейские фирмы рекомендуют применять при напорах свыше 10 м. Верхняя граница применения диагональных насосов находится на уровне 50 м. Японские фирмы существенно расширяют область применения диагональных насосов, опуская ее нижнюю границу до 3 м и соответственно увеличивая быстроходность.
Анализ параметров осевых и диагональных насосов показал, что быстроходность на лучших серийных осевых насосов колеблется от 500 до 900, а диагональных от 300 до 600 об/мин. Оптимальная область применения осевых насосов ограничивается быстроходностью 700 — 1050.
При меньших, лучшие показатели имеют диагональные погружные насосы, а при больших к. п. д. осевых насосов существенно снижается.
Характерной особенностью низконапорных насосов является то, что потери напора в их проточной части соизмеримы с геодезическим напором станции и определяют уровень к. п. д. насоса. Следует отметить, что, хотя потери в насосе со спиральным отводом и могут быть несколько снижены за счет оптимизации формы отвода, при высокой быстроходности они будут иметь больше потерь в насосах других компоновок, которые близки между собой. Поэтому обоснованное суждение о степени энергетической эффективности насосов разных компоновок можно составить только на основании их экспериментального сравнения после предварительной отработки проточной части. При уменьшении быстроходности разница в потерях уменьшается. По данным испытаний, лучшие диагональные погружные насосы со спиральным отводом не уступают насосам с коленным отводом.
Очевидно, что строительный объем и стоимость насосной станции будут снижаться при уменьшении заглубления подошвы фундамента станции, уменьшении ее вертикальных и плановых размеров, а напорный патрубок насоса будет соответствовать по высоте водовыпуска или началу напорного трубопровода.
Агрегаты с диагональными и осевыми насосами, как правило, имеют одинаковые габариты. Их ширина определяется шириной подвода или двигателя, а длина и высота зависят от их конструктивного исполнения. Заглубление насоса определяется его кавитационными свойствами и конструктивным исполнением.
Для оценки влияния этих факторов удобно условно разделить насос на две части: верхнюю и нижнюю — и выразить их размеры в долях диаметра. Границей между этими частями удобно считать горизонтальную плоскость отсчета кавитационного запаса, проходящую через ось поворота лопастей рабочего колеса в вертикальных установках и верхнюю точку камеры рабочего колеса в горизонтальных и наклонных компоновках.
Рабочая зона характеристики насосов согласовывается каждый раз организацией, проектирующей насосную станцию, с заводом изготовителем или с организацией, проектирующей погружные насосы. В левой части характеристики, как правило, рабочая зона ограничивается линией к. п. д. на 5—8% меньше оптимального, в правой — линией Q—Н при оптимальном или большем его на 2—3° угле установки лопастей. В остальной части зона ограничивается линией допустимого кавитационного запаса. При проектировании и эксплуатации насосных станций не следует воспринимать рабочую зону характеристики как жесткое ограничение. В паводок при увеличении подтопления она может быть расширена, в межень при уменьшении подтопления должна быть сужена. Следует иметь в виду, что линии кавитационного запаса, нанесенные на универсальную характеристику насоса, дают неполное представление об условиях работы насоса, так как принятая методика обнаружения кавитации не позволяет фиксировать развитие щелевой кавитации и ранние стадии профильной кавитации.
Чтобы при пуске насос не работал в неустойчивой области характеристики, на ней проведена горизонтальная линия допустимого статического напора при пуске. У низконапорных насосов эта линия проходит существенно выше оптимальной зоны работы насоса. У насосов, имеющих в левой части двойной перегиб характеристики, эта линия проходит ниже оптимума. Вследствие этого при значительном повышении напора в переходных режимах (например, при пуске) насос может работать в неустойчивой зоне характеристики. Это обстоятельство ограничивает диапазон расчетных напоров, а иногда вынуждает принимать расчетные напоры ниже оптимальных. Несколько облегчает положение применение в таких случаях насосов с регулируемыми на ходу лопастями.
