Наличие избыточной напорности 
– это одно из условий стабильной работы центробежных насосов. Избыточная напорность расходуется на перемещение воды по сети трубопровода и преодоление сопротивления. Необходимость поддержания запаса избыточной напорности продиктована возможным колебанием частоты питающей сети и частоты вращения приводного двигателя, разъеданием концов лопаток рабочих колес, их гидрообразивным износом и др.
Численно избыточная напорность определяется как разность фактического манометрического напора насоса и геодезической высоты нагнетания [1]:
, (1)
где 
– фактический манометрический напор насоса, м; 
– геодезическая высота нагнетания, м.
С увеличением избыточной напорности увеличивается значение удельной мощности q, т.е. количество энергии, затрачиваемой на откачивание воды. В общем случае
, (2)
где q – удельная мощность, кВт · ч/м3; 
– мощность насоса, кВт; 
– производительность насоса, м3/ч.
В соответствии с (2) удельная избыточная мощность (обусловленная избыточной напорностью):
, (3)
где 
– плотность шахтной воды; 
– текущее значение КПД насоса, соответствующее 
.
Избыточная напорность насоса может быть записана следующим образом
, (4)
где 
– постоянная трубопровода; 
– текущее значение подачи насоса.
Из уравнения (4) следует:
, (5)
Аналитическое выражение характеристик 
может быть представлено в виде квадратичной функции [2]:
, (6)
где 
– опытные коэффициенты для каждого типа насоса.
С учетом (5) запишем аналитическое выражение характеристик 
:
, (7)
Подставив выражение (7) в (3), получим зависимость удельной избыточной мощности насоса от его избыточной напорности:
, (8)
Заменив выражение 
(постоянной насосного агрегата), получим:
, (9)
Расчетные зависимости 
, построенные согласно выражению (9), приведены на рисунке 1 (для насосов типа ЦНС). Исходные данные для этих расчетов приведены в таблице.
Экспериментальное установление зависимостей удельной энергоемкости насосных агрегатов 
выполнялось на трех насосных установках рудника «Чебачий» ОАО «Верхнеуральская руда» с насосами ЦНСК 300-480.
Исходные данные для построения зависимостей 
|
Насос |
Формула КПД
|
Подача, м3/ч |
|
|
ЦНС 38-44 – ЦНС 38-220 |
|
|
0,01300 |
|
ЦНС 60-198 – ЦНС 60-330 |
|
|
0,00550 |
|
ЦНС 105-98 – ЦНС 105-490 |
|
|
0,00180 |
|
ЦНС 180-85 – ЦНС 180-425 |
|
|
0,00061 |
|
ЦНС 300-120 ЦНС 300-600 |
|
|
0,00022 |
Рис. 1. Зависимости удельной избыточной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата
Центробежные секционные насосы типа ЦНСК 300-480 предназначены для перекачивания в стационарных условиях воды, содержащей механические примеси не более 0,2 % по весу, температурой до 40°С. Насосы могут использоваться для откачки воды на водоотливе в шахтах с показателем кислотности рН 3,5–8,5. Экспериментальные данные по определению производительности трех насосов главного водоотлива ЦНСК 300-480 были получены при помощи расходомера «ВЗЛЕТ ПР», предназначенного для оперативного измерения расхода и объема жидкости с помощью накладных датчиков без вскрытия трубопровода. Расходомер-счетчик ультразвуковой портативный «ВЗЛЕТ ПР» устанавливался при замерах на напорный трубопровод насосных агрегатов. Расходомер обеспечивал измерение среднего объемного расхода при скорости потока до 13 м/с, что соответствует расходу, определяемому по формуле:
, (10)
где 
– измеряемый средний расход, м3/ч; V – скорость потока, м/с; 
– диаметр условного прохода трубопровода, мм.
Напор каждого насоса 
измерялся манометром ДМ2010С.У2, установленным на нагнетательной линии насосной установки.
На рисунке 2 представлены зависимости удельной энергоемкости трех насосов (q) в функции избыточной напорности в реальных условиях эксплуатации. Зависимости получены путем математической обработки результатов эксперимента с использованием метода наименьших квадратов и представляют собой полиномиальные функции третьей степени с корреляционным отношением для насоса № 1 
; для насоса № 2 
; для насоса № 3 
[3].
Полученные соотношения свидетельствуют о существенной зависимости удельной энергоемкости насосных агрегатов от избыточной напорности насосов.
Рис. 2. Зависимости удельной энергоемкости насосов в функции избыточной напорности насосного агрегата
Рецензенты:
Шеклеин С.Е., д.т.н., профессор, д.т.н., заведующий кафедрой «Атомные электростанции» Уральского Федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург;
Кожушко Г.Г., д.т.н., профессор кафедры подъемно-транспортных машин и роботов Уральского Федерального университета им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург.