Параллельное и последовательное соединение насосов: Руководство по подбору

Когда мы обсуждаем параллельное и последовательное соединение насосов с клиентом в Насос ChangYu, мы начинаем с трубопроводной обвязки и нового режима работы. Два насоса могут увеличить производительность, но покупка второго агрегата не гарантирует удвоения расхода. Мы видели, как заказчики сначала покупают насосы, а затем возвращаются к трубопроводам. К тому моменту исправление схемы обходится дороже, чем стоила бы проверка характеристики системы.

Знакомое правило полезно: параллельные насосы увеличивают расход при одинаковом напоре; последовательные насосы увеличивают напор при одинаковом расходе. Фактическая рабочая точка всё равно зависит от системы. Поэтому наша работа по подбору включает три проверки: что оба насоса обеспечивают вместе, какое давление испытывает каждый насос и что происходит при остановке одного из них.

Что фактически меняется?

При параллельной схеме каждый насос забирает жидкость из общего источника и подаёт её в общий коллектор.
При последовательной схеме первый насос подаёт жидкость на вход второго насоса.

Вот как сравниваются эти две схемы:

Вопрос при подборе	Два насоса параллельно	Два насоса последовательно
Как объединяются характеристики?	Сложение расходов при равном напоре	Сложение напоров при равном расходе
Основная причина рассмотреть это	Больший расход системы или ступенчатая производительность	Больший напор, чем может обеспечить один насос
Что обрабатывает каждый насос?	Свою долю общего расхода	Полный расход системы
Что ограничивает выгоду?	Растущие потери в трубопроводе, несоответствие насосов, пропускная способность по всасыванию	Номинальные давления, рабочий диапазон, потери в соединительных линиях
Что происходит после остановки одного из них?	Общий расход обычно падает; работающий насос может нести большую долю, чем ранее	Расход падает или прекращается в зависимости от напора одного насоса и доступного пути потока
Является ли второй насос автоматически резервным?	Только если любой из насосов может обеспечить требуемый резервный режим	Нет; если оба необходимы для напора, оба являются рабочими насосами

Мы рассматриваем решение о последовательном или параллельном соединении насосов как сравнение возможных рабочих точек. Высотное здание, длинный трубопровод или циркуляционный контур подсказывают нам, где искать; это само по себе не выбирает схему.

Постройте объединённую характеристику перед сравнением производительности

Нам нужны фактические характеристики H–Q при предлагаемой скорости и диаметре рабочего колеса, чтобы сравнить параллельное и последовательное соединение насосов. Только номинальная рабочая точка не может показать результат. Мы также проверяем КПД, потребляемую мощность, требуемый NPSH и эксплуатационные ограничения производителя.

Для идентичных насосов при пренебрежимо малых потерях в ответвлениях:

Параллельно: $Q_{\mathrm{total}}(H)=Q_1(H)+Q_2(H)$ . Эквивалентно, $H_{\mathrm{parallel}}(Q_{\mathrm{total}})=H_{\mathrm{single}}\left(\frac{Q_{\mathrm{total}}}{2}\right)$ .
Последовательно: $H_{\mathrm{series}}(Q)=H_1(Q)+H_2(Q)$ .

На теоретической объединённой характеристике насоса, два насоса, каждый из которых обеспечивает 50 м³/ч при 32 м, дают параллельную точку 100 м³/ч при 32 м. При последовательном соединении два насоса, каждый из которых создаёт 32 м при 50 м³/ч, дают точку 50 м³/ч при 64 м. Это точки кривой, а не фактические рабочие параметры системы. Фактические расход и напор определяются пересечением с кривой системы. [1]

Ниже приведена небольшая таблица построения для насосов при последовательном и параллельном соединении:

Расход одного насоса, м³/ч	Напор одного насоса, м	Суммарный расход при параллельном соединении при данном напоре, м³/ч	Суммарный напор при последовательном соединении при данном расходе, м
0	44	0	88
25	41	50	82
50	32	100	64
60	26.72	120	53.44

Эти значения приведены для иллюстрации и основаны на принятой кривой одного насоса $H_{\mathrm{single}}(Q)=44-0.0048Q^2,$

а не на фактической характеристике CYA. При последовательной работе напор складывается при каждом значении расхода, поэтому суммарная кривая растягивается по вертикали, а не смещается вверх на постоянную величину.

Для ознакомления с основами см. наш Центробежный насос: кривая характеристики — руководство по чтению и подбору.

Иллюстративные кривые одиночного, параллельного и последовательного насосов, показывающие рабочие точки в трубопроводе с высоким сопротивлением и при подъёме 80 метров. — Иллюстративные кривые; они не представляют конкретную модель насоса.

Пусть кривая системы определяет решение

Для фиксированной трубопроводной обвязки, транспортирующей низковязкую жидкость в турбулентном режиме, полезной аппроксимацией является:

H_system = H_static + KQ_total²

Статический напор включает разность высот и разность давлений между источником и пунктом назначения. K представляет зависящее от расхода сопротивление в выбранных единицах расхода; это не безразмерный коэффициент потерь одного фитинга. Фактический рабочий режим находится там, где соответствующая кривая насоса пересекает эту кривую системы. [2]

Перед выбором схемы соединения мы разделяем два вопроса:

Может ли каждый насос преодолеть требуемый напор? Насос при параллельном соединении должен создавать достаточный напор, чтобы вносить вклад в рабочее давление коллектора.
Как быстро требуемый напор растёт с увеличением расхода? Крутая кривая системы ограничивает дополнительный расход, который может обеспечить второй параллельный насос.

Увеличение статического напора повышает точку пересечения кривой с осью. Увеличение K делает её круче. Статический напор сам по себе не изменяет наклон, который при данном расходе приблизительно равен 2KQ.

Это различие может изменить рекомендуемую схему соединения. Системы с низкими потерями на трение могут получить значительный прирост расхода от параллельных насосов, даже когда статический напор существенен, при условии, что каждый насос может его преодолеть. Ограничивающий трубопровод может поглотить большую часть ожидаемого прироста. Руководство Hydraulic Institute по параллельной работе насосов иллюстрирует это ограничение. [3]

В заполненном замкнутом циркуляционном контуре изменения высоты вверх и вниз обычно взаимно компенсируются. Мы не добавляем высоту здания как статический подъём только потому, что часть контура проходит на верхнем этаже. Мы рассчитываем потери на трение и потери в оборудовании, затем отдельно проверяем местные давления.

Как жидкость влияет на насосы при последовательном и параллельном соединении?

Оценивайте насосы при параллельном и последовательном соединении, используя кривые для фактической жидкости и температуры. Приведённые ниже простые квадратичные примеры описывают указанные в них допущения для низковязких сред. Для вязких сред скорректируйте применимые характеристики насоса и пересчитайте потери в трубопроводе перед объединением кривых; см. нашу оценку вязкости для центробежного насоса.

Сравнение насосов при последовательном и параллельном соединении также требует анализа материалов и уплотнений. При сравнении параллельного и последовательного соединения насосов равная суммарная подача не означает равные условия в камере уплотнения на каждом агрегате. Подтвердите местные давление и температуру каждого насоса, особенно на нижерасположенном бустерном насосе.

Пример расширения для чистой жидкости

Мы используем этот расчётный пример, чтобы объяснить сравнение параллельного и последовательного соединения насосов, когда в запросе требуется увеличение с 50 до 100 м³/ч. Расчёты приведены для иллюстрации, а не являются отчётом об установке заказчика. Примите фиксированную скорость, идентичные насосы и пренебрежимо малые потери в отдельных ответвлениях.

Один насос работает при 50 м³/ч и 32 м. Статический напор составляет 8 м, поэтому потери на трение при этом расходе равны 24 м:

K = (32 − 8)/50² = 0.0096

Существующая кривая системы имеет вид H_system = 8 + 0.0096Q_total². При 100 м³/ч она требует 104 м, а не 32 м.

Используя приведённую выше иллюстративную кривую одного насоса, параллельная пара имеет H_parallel = 44 − 0.0012Q_total². Её пересечение с существующей системой составляет приблизительно 57,7 м³/ч при 40 м. Каждый насос обеспечивает около 28,9 м³/ч.

Для этой системы второй параллельный насос добавляет около 15% общего расхода, при этом переводя каждый насос на более низкий индивидуальный расход. Нам всё ещё нужно проверить, находится ли эта точка в пределах рабочих ограничений каждого насоса. Те же насосы при последовательном соединении пересекают кривую системы при приблизительно 64,5 м³/ч и 48 м — также меньше 100 м³/ч.

Чтобы достичь 100 м³/ч при 32 м с параллельной парой, трубопровод должен иметь эффективный K равный 0.0024 при этих допущениях. Это означает снижение сопротивления посредством инженерного изменения трубопровода, а не просто добавление насоса.

Состояние трубопровода	Работающие насосы	Общий расход, м³/ч	Напор, м	Расход через каждый работающий насос, м³/ч
Существующий, K = 0.0096	Два параллельно	57.7	40	28.9
Существующий, K = 0.0096	Один	50	32	50
Изменённый, K = 0.0024	Два параллельно	100	32	50
Изменённый, K = 0.0024	Один	70.7	20	70.7

Для жидкости без частиц, совместимой с выбранными материалами и уплотнениями, мы включили бы наш Горизонтальный одноступенчатый насос из нержавеющей стали CYA в оценку. Страница продукта — это отправная точка; точная кривая модели, предельные давления и рабочая область должны поддерживать данную комбинацию.

Проверьте, будут ли оба параллельных насоса вносить вклад

Когда насосы имеют общий коллектор, их напорные характеристики должны быть совместимы. Идентичные модели упрощают оценку, но разные насосы могут работать совместно, если их кривые и система управления обеспечивают стабильный общий режим.

Мы проверяем каждый насос на фактический напор в коллекторе, включая потери в ответвлении и требование открытия обратного клапана. Превышение статического напора при закрытой задвижке необходимо во многих перекачивающих системах, но это не доказывает, что насос может подключиться к уже находящемуся под давлением коллектору.

Если давление в коллекторе превышает располагаемый напор одного насоса, правильно функционирующий обратный клапан на нагнетании предотвращает обратный поток. Этот насос может не давать расхода. Без эффективной защиты от обратного потока становится возможным обратный ток. Мы не предполагаем, что работающий двигатель означает, что насос подаёт жидкость.

Общий всасывающий трубопровод должен обеспечивать суммарный расход без недопустимых потерь давления. В расчёт мы включаем размер ответвления, фильтры-грязевики, минимальный уровень в резервуаре и обратные клапаны.

Пример высокого напора: подъём 80 м

Во втором примере вода должна преодолеть 80 м статического подъёма плюс 12 м общих потерь на трение при 30 м³/ч. Требуемый напор насоса составляет 92 м.

Предположим, каждый иллюстративный насос следует H_single = 55 − 0,01Q². При 30 м³/ч каждый создаёт 46 м; последовательная пара создаёт 92 м. При H_system = 80 + (12/900)Q² кривые пересекаются при 30 м³/ч и 92 м.

При 30 м³/ч оба насоса должны работать в пределах допустимых диапазонов расхода, с приемлемыми КПД, мощностью и запасом NPSH. Их номинальные расходы не обязательно должны быть идентичными.

Это сравнение также показывает, почему важен напор при закрытой задвижке. Напор при закрытой задвижке каждого насоса составляет 55 м, что ниже 80 м статического подъёма. Ни один из них не может поддерживать прямую подачу в одиночку, даже при идеальном байпасе вокруг остановленного агрегата. Параллельная работа этих насосов также не может преодолеть этот подъём.

Для применения с высоким напором мы сравниваем насосы в параллельном и последовательном соединении с подходящим многоступенчатым насосом. Два отдельных насоса добавляют трубопроводы, уплотнения, средства управления и задачи по техническому обслуживанию, что должно быть оправдано установкой.

Последовательное давление: проверьте вход и весь диапазон давлений

Проверки давления могут определить выбор между параллельным и последовательным соединением насосов раньше, чем КПД. Второй насос получает давление, созданное первым, затем добавляет свой собственный дифференциальный напор.

Если две точки измерения имеют одинаковую высоту и скорость:

p_вход,2 ≈ p_нагнетание,1 − Δp_соединительный трубопровод

Если высоты или диаметры труб различаются, включите члены высоты и скоростного напора. Используйте единую базу давления по всему расчёту; используйте абсолютное давление для расчётов NPSH.

В примере с водой предположим, что первый вход находится при нулевом избыточном давлении, поправки на высоту и скорость по насосам пренебрежимо малы, и 3 м из общих 12 м потерь происходят между насосами:

Первое нагнетание: 46 × 0,00981 ≈ 0,451 МПа изб..
Второй вход: (46 − 3) × 0,00981 ≈ 0,422 МПа изб..
Второе нагнетание: (46 − 3 + 46) × 0,00981 ≈ 0,873 МПа изб..

Со стороны последовательного соединения проверка только второго входа пропустила бы более высокое давление нагнетания. Мы требуем подтверждения допустимого давления на входе, давления в корпусе, условий в камере уплотнения, фланцев и зависящих от температуры ограничений для каждого выбранного агрегата. Одна только маркировка фланца не устанавливает номинальные характеристики собранного насоса.

При нулевом расходе иллюстративная пара могла бы развить около 1,08 МПа изб. при том же давлении источника и пренебрежимо малых потерях в соединительном трубопроводе. Это исключает гидроудар. Мы проверяем максимальное давление источника, напор при закрытой задвижке и переходные условия отдельно от нормального режима. Перемещение бустерного насоса вверх по потоку изменяет местное давление на входе, но требует пересчёта всей установки.

Насосы параллельно vs последовательно: что должна защищать система управления?

Предложение по управлению для насосов параллельно vs последовательно должно определять разрешённые рабочие комбинации, требования к минимальному расходу и реакцию на потерю насоса или инженерной сети. Для насосов в последовательном и параллельном соединении проверьте обратные клапаны, изоляцию и любой предлагаемый байпас на соответствие чертежу трубопроводов и ожидаемым условиям давления.

Для насосов параллельно vs последовательно уточните, как пуск, останов и переключение влияют на расход и давление. Одно только индицирование работы не может подтвердить полезную подачу. Требуемые измерения, сигнализация и логика отключения должны соответствовать оценённой рабочей области и требованиям производителя для выбранных насосов.

Что происходит, когда один насос останавливается?

При работе одного насоса мы пересчитываем режим, а не предполагаем “половину производительности”.”

В пересмотренной параллельной системе общий расход падает со 100 до 70,7 м³/ч. Однако собственный расход оставшегося насоса возрастает с 50 до 70,7 м³/ч. Мы проверяем потребляемую мощность, мощность двигателя и NPSH в этой новой точке. Перегрузка возможна; фактическая кривая мощности определяет это.

Для NPSH мы используем наименьший достоверный уровень источника, наивысшую соответствующую температуру, давление паров и потери на всасывании. Располагаемый NPSH должен превышать заявленное требование насоса на соответствующий эксплуатационный запас. Опубликованное значение NPSH3 уже представляет определённое условие падения напора; оно не является гарантией работы без кавитации. [4]

При последовательном соединении остановленный насос может препятствовать потоку. Байпас должен быть специально спроектирован, если предполагается работа через один насос. Даже с байпасом напор при закрытой задвижке 55 м в примере с высоким подъёмом не может преодолеть 80 м статического напора.

На этом этапе вопрос уже не только в производительности; это непрерывность обслуживания. Чередование двух насосов, которые оба необходимы для напора, не создаёт резервирования. Непрерывное обслуживание может потребовать резервного бустерного насоса с подходящей переключающей обвязкой, полной резервной линии или другой конфигурации, способной обеспечить заявленный режим отказа. Требуемое время переключения должно быть указано в запросе.

Последовательное и параллельное соединение насосов: что должно быть в коммерческом предложении?

Сравнение последовательного и параллельного соединения насосов должно включать оба возможных варианта компоновки на одной и той же рабочей нагрузке. Для параллельного и последовательного соединения насосов запросите суммарную характеристику, индивидуальную рабочую точку каждого насоса, потребляемую мощность и местное давление с указанием принятого уровня источника, сопротивления трубопровода, частоты вращения и свойств жидкости.

Перед утверждением параллельного или последовательного соединения насосов согласуйте, что система должна обеспечивать при нормальной работе и после остановки одного насоса. Попросите поставщика определить любые изменения трубопроводов, ограничения по номинальному давлению, средства управления или резервное оборудование, необходимые для выполнения этих двух режимов.

Данные для полезного коммерческого предложения на два насоса

Когда мы в ChangYu Pump оцениваем параллельное и последовательное соединение насосов, измеренная характеристика или чёткий эскиз трубопроводов помогает больше, чем просто предпочтительная компоновка. Пожалуйста, укажите:

Жидкость: наименование, полный состав или концентрацию, диапазон температур, плотность, вязкость, pH, а также концентрацию твёрдых частиц и их размер, где это применимо.
Рабочий режим: минимальный, нормальный и максимальный общий расход; требуемый общий напор или давление в точке назначения; и потребность после остановки одного насоса.
Система: уровни и давления источника и точки назначения, внутренние диаметры и длины трубопроводов, фитинги, арматура, фильтры-грязеуловители и потери в оборудовании.
Существующее оборудование: модель, скорость, диаметр рабочего колеса, кривые H–Q/мощности/NPSH, измеренный расход, давление на всасывании и нагнетании, а также ток двигателя при известных условиях.
Требования к площадке: напряжение, частота, регулирование скорости, требования к взрывоопасным зонам (при наличии), монтажное пространство и допустимое время прерывания работы.

Запросите в коммерческом предложении сводную кривую, рабочую точку каждого насоса, проверки давления и режим работы одного насоса. Справочник по насосным системам Министерства энергетики США также подчёркивает необходимость оценки системы в целом. [5]

Электронная почта: [email protected]

ТЕЛ/WA: +86-13651913727

Наш сайт ассортимент насосов из нержавеющей стали предоставляет краткий список моделей; совместимость с жидкостью и расчётный режим определяют, какие конфигурации остаются пригодными. Одна лишь нержавеющая сталь не обеспечивает пригодность для любой коррозионной или содержащей частицы жидкости.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Удвоит ли расход параллельная работа двух насосов?

Только при почти постоянном требуемом напоре и подходящих условиях работы насосов. В фиксированном трубопроводе увеличение суммарного расхода повышает потери. Для сравнения параллельного и последовательного включения насосов следует читать точку пересечения сводной кривой, а не удваивать исходный расход.

Удвоит ли последовательная работа рабочий напор?

Идентичные насосы удваивают напор по кривой при заданном расходе, до учёта потерь на соединительных участках. Результирующий режим системы может сместиться к другому расходу. Рассчитайте новую точку пересечения вместо удвоения старого показания манометра.

Можно ли комбинировать разные модели насосов?

Да, при оценке на основе кривых. Параллельно работающие насосы должны иметь совместимые напорные характеристики; последовательно работающие насосы должны иметь общий допустимый диапазон расхода. В любом случае проверьте мощность каждого агрегата, условия всасывания и предельные давления.

Является ли параллельная пара автоматически более безопасной после отказа насоса?

Нет. Она обеспечивает полезную гибкость только в том случае, если оставшийся насос справляется с требуемым режимом после отказа в пределах своих ограничений. При сравнении параллельного и последовательного включения насосов резервирование — это подтверждённое рабочее состояние, а не просто количество установленных насосов.

Можно ли сочетать последовательные и параллельные схемы?

Да. Параллельные последовательные линии — одна из возможных схем. Постройте кривую для каждой линии, объедините линии при общих условиях в коллекторе и проверьте соответствующие комбинации отказов и системы управления.

Если вы выбираете между параллельным и последовательным включением насосов, отправьте ChangYu Pump ваши данные о режиме работы с существующей моделью, имеющимися кривыми и схемой трубопроводов. Мы можем использовать эту информацию для оценки конфигурации и подготовки коммерческого предложения под требуемый режим — включая то, что система должна обеспечивать при остановке одного насоса.

Для анализа последовательного и параллельного включения насосов отправьте фактические кривые, схему трубопроводов и требуемый режим при остановке одного агрегата. Мы оцениваем параллельное и последовательное включение насосов на этой общей основе, прежде чем обсуждать конфигурацию и коммерческое предложение.