НАСОС ВЫКЛЮЧЕН
Вспомним гидравлический контур открытой градирни и поведение давления в нем. При выключенном насосе вентилятор градирни также обязательно выключается.

Поскольку речь идет об открытом контуре, насос всегда находится "под давлением", то есть он установлен обязательно ниже уровня воды в баке (как показано на рис. 76.1).
Ратм
jiWWWWWWW^
Ратмм© Нх)=Л      t  Ратм
Рис. 76.1.
Над свободной поверхностью воды в баке (линия А-А) действует атмосферное давление
По закону сообщающихся сосудов уровень воды в подающей магистрали D строго соответствует уровню в баке градирни.
Следовательно, после выключения насоса труба D частично опорожняется и вода из нее переливается в бак, проходя через выключенный насос. Если поплавковый регулятор уровня воды в баке настроен правильно (то есть полностью закрывается, когда уровень воды примерно на 5 см ниже сливного отверстия), то вода доходит до уровня сливного отверстия и потери воды в результате переполнения бака отсутствуют.
Высота водяного столба над всасывающим фланцем насоса равна 5 м, это и будет давление на входе в насос.
Поэтому манометр, установленный в точке В перед всасывающим фланцем, будет показывать 5 м вод. ст., то есть 0,5 бар. Отметим, что посмотрев на шкалу манометра, мы сразу определяем, что уровень воды на 5 м выше уровня входа в насос.
Манометр, установленный на выходе из насоса в точке С, тоже будет показывать давление около 5 метров водяного столба (мы допускаем, что разность уровней между точками В и С пренебрежимо мала). То есть давление в точке С также равно 0,5 бар.
Манометр, установленный на том же уровне, что и выключенный  насос, показывает высоту столба воды над насосом, то есть давление на входе в насос. При выключенном насосе никакой разности давлений не существует.
Теперь попробуем запустить насос. Прежде, чем читать дальше, подумайте, что должно произойти...

НАСОС РАБОТАЕТ


Давайте посмотрим, как изменятся давления на входе в насос и на выходе из него, если насос работает. Мы видим (см. рис. 76.2), что давление на входе в насос в точке В упало, а давление на выходе в точке С заметно выросло.
Кроме того, поскольку в контуре началось течение жидкости, обязательно появятся потери давления.
Давление, измеренное манометром в точке В, упало с 0,5 бар (давление при остановленном насосе) до 0,3 бар, то есть падение давления составило 0,2 бар.
Следовательно, потери давления между точками А и В (обусловленные потерями во всасывающей трубе и на фильтре) равны 0,2 бар.
Полные потери на всасывании равны ДРвсас = 0,2 бар.

Давление, измеренное манометром в точке С, выросло с 0,5 бар (стояночное давление) до 1,4 бар, то есть повысилось на 0,9 бар.
Итак, давление на выходе из насоса должно быть достаточным для того, чтобы:
►  с одной стороны, поднять воду с уровня А на уровень F (см. рис. 76.3), то есть обеспечить требуемую высоту подъема;
►  с другой стороны, преодолеть сопротивление конденсатора, магистралей и форсунок оросителя.
Следовательно, сумма потерь давления в подающей части контура (от точки С до точки G) + высота подъема с уровня А на уровень F должны быть равны 0,9 бар.
Полные потери давления на нагнетании равны АРнагн = 0,9 бар.
Давайте посмотрим, как изменятся давления на входе в насос и на выходе из него, если насос работает. Мы видим (см. рис. 76.2), что давление на входе в насос в точке В упало, а давление на выходе в точке С заметно выросло.
Кроме того, поскольку в контуре началось течение жидкости, обязательно появятся потери давления.
Давление, измеренное манометром в точке В, упало с 0,5 бар (давление при остановленном насосе) до 0,3 бар, то есть падение давления составило 0,2 бар.
Следовательно, потери давления между точками А и В (обусловленные потерями во всасывающей трубе и на фильтре) равны 0,2 бар. Полные потери на всасывании равны ДРвсас = 0,2 бар.
Прирост давления между точками В и С, то есть повышение давления, обеспечиваемое насосом, составляет: 1,4 бар - 0,3 бар =1,1 бар.
Эту разность давлений, измеряемых на выходе из насоса и на входе в него, называют напором насоса*. Заметим, что напор насоса равен АРнагн (0,9 бар) + АРвсас (0,2 бар).
В гидравлическом контуре открытой градирни напор насоса равен сумме потерь давления в контуре + высота подъема.

* Используемые в данном разделе и далее термины не вполне соответствуют российской терминологии, поэтому при подготовке русского перевода книги мы старались, по возможности, корректировать отдельные понятия в соответствии с ГОСТ 17398. "Насосы. Термины и определения" (прим. ред.).

УЧИТЕСЬ ПРАВИЛЬНО ЧИТАТЬ ПОКАЗАНИЯ МАНОМЕТРОВ

Если манометры установлены так, как показано на рис. 74.4 слева, то мы видим, что на входе в насос давление равно 0,3 бар, а на выходе — 1,4 бар, то есть разность давлений равна 1,4 — 0,3 = 1,1 бар. Казалось бы, можно заключить, что напор насоса равен 1,1 бар, однако посмотрите внимательней...
Манометры стоят на разных уровнях. Разность уровней между точками В1 и С составляет 1 м.
Если манометр, измеряющий давление на входе в насос, поднять на тот же уровень, что и манометр С, то есть измерять давление в точке В2, то мы увидим, что его показание будет на 0,1 бар меньше, чем в точке В1. Это соответствует высоте водяного столба в 1 м, то есть разности высот между точками С и В1.
Следовательно, действительный напор насоса будет 1,4 бар — 0,2 бар = 1,2 бар (а не 1,1 бар).

Каждый раз, когда нужно измерить разность давлений между точками, находящимися на разных высотах, обязательно следует делать поправку на разность уровней.
Примечание: результаты измерений будут достоверны только тогда, когда вы пользуетесь проверенными манометрами (например, показывающими 0 при атмосферном давлении), а диапазон измерений соответствует измеряемым величинам (измерить давление в 1,4 бар манометром с диапазоном 0...2 бара можно гораздо точнее, чем манометром с диапазоном 0...10 бар!)*.

Для того, чтобы измерить напор насоса, наиболее предпочтительно использовать схему с ОДНИМ МАНОМЕТРОМ (см. рис. 76.5): при такой схеме исключаются ошибки, обусловленные разностью уровней, а также разными значениями погрешностей измерения двух разных манометров.
При закрытом вентиле В и открытом вентиле С измеряют давление в точке С (на выходе из насоса). При закрытом вентиле С и открытом вентиле В измеряют давление в точке В (на входе в насос).
Напор (давление) насоса Рн = Рс - Рв.

Такая схема является наилучшей, если манометр имеет достаточно высокий класс точности и его диапазон измерений соответствует измеряемым величинам давлений.
В отечественной практике рекомендуется диапазон измерения выбирать таким образом, чтобы максимальное значение измеряемой величины составляло примерно 2/3 диапазона измерительного прибора (прим. ред.).

На рис. 76.6 указаны уровни различных точек гидравлического контура открытой градирни. Там же показаны места установки манометров, часть из которых показывает различные давления при работающем насосе (напомним, что 1 бар = 10 метров водяного столба).

Перед тем, как читать дальше, попробуйте ответить на несколько вопросов:
а)   Какова разность уровней между манометрами С1 и С2?
б)   Какое давление должны показывать манометры, установленные в точках G и А?
в)   Каковы потери давления на конденсаторе?
г)   Каковы потери давления в подающей магистрали от точки D до точки F?
д)   Каковы потери давления на форсунках распылительного устройства градирни?
е)   Каковы полные потери давления в контуре? ж)  Чему равен напор насоса?
Решение на следующей странице...

а) Какова разность уровней между манометрами С1иС2?
Манометры измеряют одно и то же давление, поскольку они врезаны в одно и то же место. Однако манометр С1 показывает давление на 0,05 бар (то есть на 0,5 м вод. ст.) больше, чем манометр С2 (см. рис. 76.7). Разность в показаниях обусловлена разностью высот между двумя манометрами.
Напомним: 1 бар= 10 м вод. ст., следовательно, 0,5 бар = 5 м вод. ст., а 0,05 бар = 0,5 м вод. ст.

б) Какое давление должны показывать манометры, установленные в точках G и А!
В точке G, расположенной в нескольких сантиметрах ниже выхода из форсунок распылителя, вода находится под действием атмосферного давления. Точно такое же давление действует и в точке А над поверхностью воды в баке градирни (для любителей точности отметим, что на самом деле в точке А давление будет на несколько сантиметров водяного столба выше атмосферного вследствие работы вентилятора, однако никакой манометр, проградуированный в метрах водяного столба, не покажет этого увеличения).
Напомним, что обычные манометры поверяются таким образом, чтобы при атмосферном давлении их показание должно быть равно 0: следовательно, манометр, помещенный и в точку А, и в точку G, будет показывать 0 независимо от того, проградуирован он в барах или в метрах водяного столба

в) Каковы потери давления на конденсаторе?
Два манометра С2 и D находятся на одном уровне, следовательно, поправка на разность уровней не требуется
Вода заходит в конденсатор при давлении 1,35 бар и выходит из него при давлении 0,95 бар, следовательно, на преодоление гидравлического сопротивления трубок конденсатора расходуется 1,35 бар - 0,9 бар = 0,4 бар (то есть 4 м вод. ст.). Иначе говоря, потери давления в конденсаторе составляют 0,4 бар.

г) Каковы потери давления в подающей магистрали от точки D до точки FI
Внимание: при измерении разности давлений корпуса манометров обязательно должны находиться на одном уровне. Следовательно, манометры в точках D и F должны быть размещены строго на одной горизонтали
Манометр D при его расположении на одном уровне с входом в конденсатор показывает давление 0,95 бар (9,5 м вод. ст.). Если корпус манометра установить в точке D2, то есть на 5,5 м выше, он будет показывать только: 9,5-5,5=4 м вод. ст. (или 0,4 бар).
Следовательно, в нашем примере потери давления в магистрали между точками D и F составят Pd2 - Pf = 0,4 бар - 0,3 бар = 0,1 бар (или 1 м вод. ст.).

д) Каковы потери давления на форсунках распылительного устройства градирни?
Отвечая на вопрос б), мы пришли к выводу, что в точке G, то есть на выходе из форсунок, давление равно атмосферному, или 0 бар. Однако вода поступает на вход в форсунки распылителя при давлении 0,3 бар.
Следовательно, потери давления на форсунках составляют 0,3 бар (или 3 м вод. ст.).

е) Каковы полные потери давления в контуре?
В начале настоящего раздела мы установили, что полные потери давления в гидравлическом контуре открытой градирни равны сумме всех потерь давления + высота подъема жидкости. Для упрощения все давления будем указывать в метрах водяного столба.
Начнем с определения потерь давления во всасывающей магистрали между точками А и В. Внимание! Чтобы померить разность давлений между двумя точками гидравлического контура, необходимо обязательно разместить корпуса манометров на одном и том же уровне. Манометр А показывает 0 м вод. ст. Если манометр переместить в точку А' на 4 метра ниже, то он будет показывать 4 м вод. ст.
Манометр В показывает 3 м вод. ст. (0,3 бар). Если манометр В поднять на 1 м вверх в точку В', то он будет показывать 2 м вод. ст. Тогда потери давления во всасывающей магистрали на участке от точки А до точки В можно найти как разность РА' - РВ' = 4 - 2 = 2 м вод. ст.
Примечание. При выключенном насосе манометр на входе в насос в точке В показывает 5 м вод. ст. При работающем насосе этот же манометр показывает 3 м вод. ст. Откуда берется падение давления на 2 м вод. ст. при работе насоса, если не из-за потерь давления на участке А-В?
Теперь оценим потери давления в подающей магистрали на участке от выхода из насоса (точка С) до выхода из форсунок распылителя (точка G). Манометр в точке С показывает 14 м вод. ст., этот же манометр, поднятый на 6 м вверх в точку С, на уровень манометра G, будет показывать 8 м вод. ст. Следовательно, потери давления между точками С и G составляют PC'-PG = 8-0 = 8 м вод. ст.
Полные потери деления в контуре = АРвсас + АРнагн = 2 + 8 = 10 м вод. ст. Напомним, что потери давления обусловлены трением воды о стенки труб и гидравлическим сопротивлением фильтра, конденсатора и форсунок.

ж) Чему равен напор насоса?
Напор насоса = PC - РВ' (манометры должны стоять на одном уровне) =14-2=12 м вод. ст.
В начале раздела мы уже говорили о том, что в гидравлическом контуре открытой градирни напор насоса равен сумме потерь давления в контуре + высота подъема.  видно, что это соотношение полностью справедливо:-напор насоса = полные потери давления (10 м вод. ст) + высота А-Е (2 м), то есть 12 м вод. ст.

Попробуйте усовершенствовать свои знания, рассматривая схему на рис. 76.14.
Открытая градирня установлена на крыше здания на высоте 60 м над входом в конденсатор (длины горизонтальных участков гидравлического контура пренебрежимо малы).
Будем считать, что полные потери давления в трубопроводах и арматуре составляют 15 мм водяного столба на погонный метр трубы.
Потери давления в конденсаторе равны 2,5 м вод. ст., на форсунках распылителя - 1 м вод. ст.
1) Что будут показывать-манометры, установленные в точках В и С контура при выключенном насосе?
2)Чему равен напор насоса?

Решение упражнения 2

1) Что показывают манометры в точках В и С при выключенном насосе?
При выключенном насосе уровень воды в подающей магистрали в точности равен уровню воды в баке градирни (согласно закону сообщающихся сосудов).
Манометр В будет показывать давление столба воды, находящегося над ним, то есть 60 м вод. ст. или 6 бар.
Манометр С, находящийся на том же уровне, будет показывать такое же давление.

2) Чему равен напор насоса?
►      АРконтура = АРтруб + АРконденсатора +
Расчет потерь давления в трубах АРтруб: Потери давления в трубах появляются только при работе насоса (наличии расхода). Длина подающей магистрали 62 м, длина всасывающей магистрали 60 м, то есть полная длина труб контура 122 м. При потерях 15 мм вод. ст. на погонный метр трубы получим 122 х 15 = 1830 мм вод. ст. или 1,8 м вод. ст.
Тогда полные потери давления АРконтура = 1,8 м вод. ст (трубы) + 2,5 м вод. ст. (конденсатор) + 1 м вод. ст. (форсунки) = 5,3 м вод. ст.
►      Напор насоса = АРконтура + Нг (высота подъема открытой градирни). Следовательно, напор насоса Рнас = 5,3 + 2 = 7,3 м вод. ст.

Дополнительный вопрос № 1: Каким дожен быть напор насоса, если градирня установлена согласно схеме на рис. 76.151
При том же конденсаторе, той же длине труб и с теми же форсунками потери давления останутся точно те же, что и в предыдущем примере. Поскольку высота подъема Нг также осталась неизменной (2 метра), то и потребный напор насоса останется тем же.
Высота здания не влияет на результаты расчета. Независимо от того, вертикальные трубопроводы или горизонтальные, потери давления на трение и местные сопротивления остаются неизменными.
Дополнительный вопрос № 2: Каким должен быть напор насоса, если вместо открытой градирни использовать сухую градирню?
При почти той же длине труб и с теми же потерями давления на трение в трубах 15 мм вод. ст./м имеем: 120 х 15 = 1800 мм вод. ст. = 1,8 м вод. ст. Полные потери давления в контуре сухой градирни АРконт = 1,8 м вод. ст. (трубы) + 2,5 м вод. ст. (конденсатор) + 3 м вод. ст. (сухая градирня) = 7,3 м вод. ст.
Однако на этот раз напор насоса равен полным потерям давления в контуре: у сухой градирни отсутствует составляющая высоты подъема, поскольку контур закрытый.
Следовательно, напор насоса должен быть равен 7,3 м вод. ст.

ПРИМЕЧАНИЯ:
Столб воды высотой 60 м создает давление 6 бар (10 м вод. ст. = 1 бар, это приближенное значение всегда используется на практике).
Гликолевые растворы имеют плотность несколько выше, чем плотность воды (при концентрации гликоля 30% по массе плотность раствора равна 1040 кг/м3 вместо 1000 кг/м3 для чистой воды).
Поэтому давление, создаваемое столбом водного раствора гликоля высотой 60 м, будет несколько выше 6 бар (в данном случае это было бы 6,2 бар).

При остановке насоса сухой градирни давление в верхней части ее контура должно быть, как минимум, 0,5 бар (см. раздел 74).
Следовательно, после выключения насоса сухой градирни манометры В и С будут показывать давление столба гликолевого раствора + давление остановки Рост, или 6,2 бар + 0,5 бар = 6,7 бар.
Предохранительный клапан и расширительный бачок должны быть подобраны таким образом, чтобы выдерживать давление выше этого. Если расширительный бачок, предохранительный клапан и насос установлены на крыше здания, рабочее давление этих элементов может быть заметно снижено.
Контур гликолевого раствора не собирается без предварительных расчетов: он должен быть спроектирован заранее (см. раздел 99). В зависимости от типа гликоля, его концентрации и рабочих температур потери давления в таком контуре могут возрастать на 60%! В любом случае, при росте концентрации гликоля расход по контуру начнет падать: если это не было просчитано заранее, падение расхода может привести к серьезным неприятностям!

ЧТО ПРОИЗОЙДЕТ, ЕСЛИ НА ВХОДЕ В НАСОС НЕ БУДЕТ ДАВЛЕНИЯ
Рассмотрим случай, когда насос установлен на том же уровне, что и градирня.
При выключенном насосе давление в точке В равно высоте уровня воды в баке, которая примерно равна 0,5 м, то есть 0,05 бар.
При запуске насоса, поскольку длина участка А-В очень небольшая, потери давления на этом участке будут пренебрежимо малы и давление в точке В практически не изменится: оно будет чуть выше атмосферного давления.

На практике насос редко располагают в непосредственной близости от градирни: как правило, его устанавливают в каком-либо техническом помещении, находящемся от градирни на значительном удалении.
На трубе, соединяющей градирню и насос, имеются вентили, повороты и т.д. Более того, очень часто на входе в насос устанавливают фильтр для защиты и насоса и контура от загрязнений. В результате потери давления на подводящей магистрали при работе насоса уже нельзя считать пренебрежимо малыми.
На рис. 76.18 насос выключен. Как no-вашему что произойдет, когда он запустится?

Решение упражнения 3
Чтобы лучше понять, что при этом произойдет, представим себе, что потери давления на участке А-В очень небольшие, например, не более 0,2 бар.

При выключенном насосе расхода жидкости, а следовательно, и потерь давления нет. Тогда давление на входе в насос будет равно высоте воды в баке градирни, которую можно принять равной 0,5 м (то есть 0,05 бар).
Как только насос включится, давление в точке В упадет до 0,05 бар - 0,2 бар = -0,15 бар! То есть давление станет ниже атмосферного.
Таким образом, при работе насоса давление на входе в него упадет ниже атмосферного давления. С другой стороны, по мере засорения фильтра потери давления на участке А-В еще больше вырастут и давление в точке В еще больше понизится.

При таком режиме работы может возникнуть очень опасное явление, называемое кавитацией. Кавитация - это явление, которое приводит к падению расхода и может вызвать серьезные разрушения крыльчатки насоса.
Поговорим об этом подробнее в следующем разделе...