Характеристика трубопровода: как построить и найти рабочую точку насоса

Характеристика трубопровода — это зависимость напора, который нужен системе, от расхода через неё. Чем больше воды проходит по трубе, тем больше потери на трение, и тем больший напор требуется. На графике это кривая, которая начинается не с нуля, а со статического напора, и растёт примерно как квадрат расхода. Насос в такой системе работает там, где его собственная характеристика пересекается с характеристикой трубопровода.

Из чего складывается характеристика трубопровода

Первые две составляющие образуют статический напор, остальные — динамическую часть. Поэтому характеристику трубопровода записывают так: H = H_ст + k · Q², где H_ст — статический напор, Q — расход, а k — коэффициент сопротивления линии.

Характеристика трубопровода: как построить по трём точкам

1. Статический напор. Измерьте высоту от уровня воды, откуда откачивают, до точки сброса и прибавьте противодавление, если оно есть. Давление переводят в метры: 1 бар — около 10,2 м, подробнее — в статье о метре водяного столба.
2. Потери при одном расходе. Посчитайте потери по длине и на местных сопротивлениях для расхода, близкого к нужному. Как это делается, объясняет статья о потерях напора в трубопроводе.
3. Коэффициент. Разделите потери на квадрат этого расхода: k = h / Q².
4. Точки кривой. Посчитайте напор для нескольких расходов, например вдвое меньше и в полтора раза больше расчётного, и соедините точки.

Пример. Высота подъёма 8 м, противодавления нет. При 36 м³/ч потери в линии 4 м. Тогда при 18 м³/ч они составят около 1 м, а при 54 м³/ч — около 9 м. Характеристика трубопровода проходит через точки 9 м при 18 м³/ч, 12 м при 36 м³/ч и 17 м при 54 м³/ч.

Работа насоса на сеть: характеристика трубопровода и рабочая точка

Если наложить характеристику трубопровода на кривую насоса, точка их пересечения и будет рабочей точкой: при этом расходе напор насоса ровно равен напору, который требует линия. Если трубопровод крутой — узкий, длинный, с множеством поворотов, — рабочая точка уходит влево, и насос качает меньше. Пологая характеристика широкой короткой линии сдвигает точку вправо. Подробнее — в статьях о рабочей точке насоса и о том, как читать характеристику насоса.

Противодавление и подпор: что это

Противодавление — давление в месте сброса, против которого работает насос. Например, если вода уходит в напорный коллектор под давлением 1 бар, к статическому напору прибавляют около 10 м. Если это не учесть, насос с запасом по высоте подъёма не выдаст нужную подачу.

Подпор — давление на входе насоса выше атмосферного, например когда уровень воды в ёмкости выше насоса. Подпор уменьшает напор, который насосу нужно создать, и увеличивает запас до кавитации — см. статью о кавитационном запасе. У погружного насоса высоту подъёма считают от уровня воды в приямке, а не от самого насоса.

Как изменить характеристику трубопровода

• Увеличить диаметр. Потери падают резко, и кривая становится пологой — см. статью о диаметре трубы для насоса.
• Сократить линию и число поворотов. Каждый лишний метр и отвод добавляют потерь.
• Проложить вторую линию. Две параллельные трубы пропускают тот же расход с меньшими потерями.
• Прикрыть задвижку. Характеристика становится круче, и подача падает. Так регулируют расход, но энергия уходит впустую — другие способы описаны в статье о регулировании подачи насоса.

Частые вопросы

Почему характеристика трубопровода — это парабола? Потери на трение растут примерно пропорционально квадрату скорости воды, а значит, и квадрату расхода.

Что такое статический напор? Часть характеристики, которая не зависит от расхода: высота подъёма плюс противодавление. Её насос должен преодолеть, чтобы вода вообще пошла.

Как характеристика трубопровода влияет на выбор насоса? Насос подбирают так, чтобы рабочая точка на пересечении кривых попала в его рабочую зону. Если линия крутая, нужен насос с большим напором или более широкая труба.

Меняется ли характеристика трубопровода со временем? Да: рукав заиливается, трубы зарастают, клапаны засоряются. Потери растут, и насос начинает качать меньше.

Вывод: характеристика трубопровода — это статический напор плюс потери, которые растут пропорционально квадрату расхода. Её строят по трём-четырём точкам и накладывают на кривую насоса, чтобы найти рабочую точку. Противодавление поднимает кривую, подпор опускает, а широкая короткая линия делает её пологой и прибавляет насосу подачу. Кривые моделей — в обзоре дренажных насосов Grindex. Производитель оборудования — шведская компания Grindex.