Обратный клапан 

Непосредственно за насосом на напорном трубопроводе ставится задвижка. Обычно тут же ставят и обратный клапан (рис 131) для того, чтобы в случае остановки одного насоса при работе других не было обратного тока воды через него. Однако, как указано выше, обратный ток воды через насос неопасен для насоса и двигателя. При рекомендуемом автором способе подбора насосов в работе находится один насос; обратный клапан располагается на напорных водоводах вне насосной станции для защиты ее от затопления в случае аварии труб на станции, а также для предупреждения опорожнения напорных водоводов. 

При диаметрах трубопровода до 600 мм обратный клапан имеет одну глухую крышку (рис. 131). При больших диаметрах применяется многостворчатый обратный клапан, имеющий ряд круглых отверстий с крышками. Уравновешивающийся обратный клапан показан на рис. 132. Клапан вращается на оси, расположенной выше середины трубы, благодаря этому клапан стремится закрыться. 

Током воды справа налево он удерживается в открытом положении, оказывая значительно меньшее сопротивление, чем обычный тарельчатый клапан. При обратной волне в напорной трубе после остановки насоса клапан закрывается без большого удара благодаря противодействию верхней части клапана. Клапан умещается в почти нерасширенной трубе. 

Если станция заглублена ниже поверхности земли, необходима постановка обратных клапанов на запорных водоводах также и вне станции. В случае разрыва труб на станции эти клапаны не допустят затопления здания водой из напорных водоводов. На рис. 117 обратные клапана вынесены в камеру задвижек вместо установки у насосов, они защищают не только насос, но и станцию от затопления. 

С той же целью устраивается спуск воды в канализацию или в ближайший овраг на случай аварии станционных водоводов. Если спуск невозможен, приходится устанавливать особый насос для откачки воды и приямок при нем в полу. Для этой цели могут быть приспособлены вакуумные водокольцевые насосы, однако производительность их невелика. 

Дроссельный клапан 

Самым простым запорным прибором является дроссельный клапан (рис 133). Круглый диск вращается на оси, проходящей через его центр. Один конец оси лежит в глухом подшипнике в стенке трубы, а другой — через сальник выходит наружу. На наружный конец оси надевается маховик или зубчатое колесо, которыми круглый диск приводится во вращение при открытии и закрытии клапана. Так как диск уравновешен одинаковым давлением воды по одну и другую стороны его оси, то для управления клапаном нужно небольшое усилие. 

Это является наряду с простотой устройства крупным преимуществом дроссельного клапана но сравнению с задвижками. Недостатком дроссельного клапана является недостаточная плотность закрытия. Во многих случаях этот недостаток допускается. Полная водонепроницаемость клапана может быть достигнута некоторым усложнением в его устройстве. Если в желобах, проделанных по окружности трубы, в том месте, где клапан находится в закрытом положении, вложить резиновую трубку и нагнетать в нее сжатый воздух, она плотно прижимается к закрытому клапану и обеспечит его водонепроницаемость. 

Для этой цели может быть использован ручной автомобильный насос. Дроссельный клапан почти не применяется в водопроводном деле, между тем он с успехом может во многих случаях на трубопроводах большого диаметра заменять обыкновенные задвижки без пневматического уплотнения, а с уплотнением он может заменить любую задвижку. На рис. 133 ось поставлена горизонтально, часто ее удобнее ставить вертикально. 

При автоматическом управлении дроссельный клапан заменяет обратный клапан, задвижку и гаситель ударов. В последнее время в США широко применяются усовершенствованные дроссельные клапаны (Batterfly valve) в водопроводном деле. Благодаря применению резинового уплотняющего кольца, вделанного в цилиндр клапана, получается герметическое закрытие. При разрыве большой трубы на задвижку действует одностороннее давление. Поперечное сечение трубы диаметром в 1,0 м равно 7 800 см3, при внутреннем давлении в 5 ати на диск задвижки действует сила 39000 кг. При таком давлении задвижку нельзя закрывать вручную. 

На рис. 134 а и б изображены дроссельные клапаны с гидравлическими цилиндрами для автоматического управления. 

На рис. 135 показано применение дроссельных клапанов для больших труб. Место, занимаемое ими в этом узле, очень мало по сравнению с местом, занимаемым обыкновенными задвижками. Дроссельный клапан мал по размерам, прост в устройстве и поэтому дешев, всегда легко открывается. 

Пуск насосов с открытой задвижкой 

До последнего времени пуск насосов производился при закрытой задвижке на напорном водоводе. После достижения мотором номинального числа оборотов задвижка постепенно открывалась. В настоящее время многими опытными и теоретическими исследованиями установлено, что центробежный насос можно пускать при открытой задвижке, если на напорном трубопроводе у насоса имеется обратный клапан. 

Если водовод или водопроводная сеть находятся под давлением от напорного резервуара или других работающих насосов, то давлением воды обратный клапан удерживается в закрытом положении. Он начнет открываться только тогда, когда число оборотов пущенного в ход насоса создаст напор больший, чем в водоводе. До этого момента пусковые условия насосного агрегата совершенно одинаковы как при закрытой, так и при открытой задвижке на напорном водоводе. 

После открытия обратного клапана инерция массы воды в данном водоводе будет замедлять подачу воды насосом в водовод подобно медленному открытию задвижки. При коротком водоводе открытие клапана произойдет при напоре, близком к рабочему. Следовательно, пусковые условия при обратном клапане приближаются к условиям пуска насоса с закрытой задвижкой. Этот вывод был подтвержден и нашими исследованиями при пуске насосов на нескольких водопроводах. 

К тому же выводу приводит и теоретическое исследование вопроса, произведенное инженером Сукачем С. П. под руководством автора. 

Уравнение пускового периода по закону Даламбера , где  - вращающий момент на валу электродвигателя в кг/м;  - момент сопротивления;  - момент динамического сопротивления массы агрегата;  - угловая скорость в 1/сек, а - угол поворота; at - угловое ускорение в 1/сек2  - момент инерции тела относительно оси вращения в кгм сек². 

При вращении тела вокруг оси симметрии , где r – радиус инерции, равный D/2. G – вес вращающихся частей - ускорение силы тяжести; GD2 – маховый момент (обычно дается в каталогах). 

Из уравнения (1) можно определить время выбега по инерции при прекращении подачи тока в мотор; ;

при Мс=const отсюда время торможения ; из уравнения (1) имеем: ; Мm – Mc = Mизб – избыточный момент, считая его постоянным для всего времени пуска. Постоянным также считаем и момент сопротивлений агрегата. Ускорение принимаем равным установившейся скорости, деленной на время разгона tp; .  

После подстановки этих выражений в предыдущее уравнение получим , отсюда , где Т – постоянная времени пуска и времени выбега; GD2 – суммарный маховой момент мотора и насоса. Обычно даются отдельно маховые моменты мотора и насоса, тогда . 

Мощность мотора , отсюда вращающий момент . 

Время разгона воды в трубопроводе от скорости V=0 до V=Vраб можно определить из уравнения работы насоса . 

Левый член представляет работу подъема элементарного веса воды на высоту Н. Первые два члена справа представляют приращение скорости воды в трубопроводе длинною L, третий член – потери на трение и четвертый – работу на подъем воды до статической высоты H0. Произведение  равно весу секундного расхода воды. 

После открытия скобок в первом члене правой части уравнения, сокращения и отбрасывания члена с dV2, с последующим делением всего уравнения на  FV, получим , (2). 

Здесь Vy — установившаяся или рабочая скорость воды в трубах в м/сек Нp — рабочий напор в м. 

Интегрируя уравнение (2), получим ; заменяя Hp-H0=h'тр и H-H0 через h, получим . 

Из формулы видно, что время разгона воды в трубопроводе зависит от его длины, рабочей скорости воды и напоров: статического, рабочего и напора в неустановившийся период работы. Из четырех испытанных насосных станций с мощностью моторов от 22 до 1100 кет, время разгона мотора колебалось от 0,5 до 2 сек, а время разгона в водоводах — от 10 до 24 сек. Длина водоводов была от 1,5 до 25 км. 

При пуске с открытой задвижкой остановка насоса не сопровождается медленным закрытием задвижки. Обратный клапан закрывается быстро и потому вызовет гидравлический удар. Если ударный напор равен или менее рабочего напора, тогда гидравлический удар не представляет опасности для трубопровода, так как трубопровод рассчитан на такой напор. Если же гидравлический удар превышает рабочий напор, тогда необходима установка гасителей удара. 

Но на таких водоводах гасители ударов должны быть поставлены на случай внезапного выключения тока. Инерция воды в напорном водоводе проявляется лишь после разгона двигателя и преодолевается асинхронными и синхронными двигателями относительно легко вследствие их высокой перегрузочной способности. 

Таким образом, учитывая постепенное нарастание статического момента насоса и запаздывание действия инерционного момента воды напорной линии на скорость двигателя, нужно сказать, что пусковые условия двигателей центробежных насосов при пуске как на закрытую, так и на открытую задвижку являются легкими и никаких осложнений в работе двигателя не вызывают.