4. Совместная работа нагнетателей

Под совместной работой цент­робежных нагнетателей понимается параллельное или последовательное их включение в работу на дан­ную магистраль.

Включение нагнетателей на параллельную работу повышает живучесть и надеж-

ность работы всей установки.

Совместная работа нескольких нагнетателей на общую магистраль является одним из возможных методов регулирования параметров работы.

Параллельная работа нагнетателей применяется для увеличения подачи. Лучше все

го включать на параллельную работу нагнетатели с одинаковым значением напора холо-

стого хода Н ( при подаче Q = 0 ).

На практике параллельно можно включать любые нагнетатели, даже нагнетатели различных типов (центробежные и поршневые).

Общая характеристика нагнетателей получается путем сложения абсцисс (подач) отдельных характеристик для постоянных ординат (напоров) Н = const ( рис. 135 )

Рис. 135. Совместная работа нагнетателей с одинаковыми характеристиками Н – Q

На рис. 135 показано построение суммарных характеристик при совместной работе нагнетателей с одинаковыми ха­рактеристиками, а на рис. 136 - с различными характери-

стиками HQ.

Рис. 136. Совместная работа нагнетателей с разными характеристиками Н – Q

При параллельной работе одинаковых нагнетателей (см. рис. 135 ) точка А пересе-

чения суммарной характеристики с характеристикой сопротивления магистрали k опре-

деляет рабочую точку параллель­но работающих нагнетателей.

Очевидно, что Q < 2Q , т. е. сум­марная подача параллельно работающих нагнета

телей меньше сум­мы подач каждого нагнетателя при индивидуальной работе (точка В) на ту же магистраль.

Чем круче характеристика сопротивления маги­страли k , тем менее значителен прирост подачи при параллельной работе нагнетателей (Q < 2Q ).

На рис. 136 показана параллельная работа нагнетателей с разны­ми характеристи-

ками.

Суммарная характеристика также получена путем сложения абсцисс (подач) при одинаковых напорах нагнетателей.

Пересечение характеристики совместно работающих нагнетателей I + II с характе-

ристикой магистрали k дает рабочую точку b, которой соответствует суммарная подача параллельно работающих нагнетателей Q + Q .

Точки h и g, лежащие на соответствующих характеристиках насосов I и II, пред-

ставляют собой рабочие параметры параллельной работы этих нагнетателей.

Если бы каждый из нагнетателей работал в отдельности па данную магистраль, то подача отдельно работающего нагнетателя была бы больше, чем при параллельной рабо

те, т. е.

Q > Q и Q > Q .

или Q > Q + Q < и Q +Q .

Следовательно, суммарная подача параллельно работающих нагне­тателей всегда меньше суммы подач отдельно работающих нагнетате­лей на ту же магистраль.

Это проявляется тем больше, чем больше значение сопротивления магистрали, чем больше параллельно рабо­тающих нагнетателей и чем жестче их характеристики.

При выборе неодинаковых нагнетателей для параллельной работы следует учиты-

вать ограниченность регулирования работы нагнета­телей и магистрали.

Если в процессе работы характеристика магистра­ли изменилась и приняла вид пока

занной кривой k' , то насос II ра­ботать на магистраль не сможет из-за недостаточного зна-

чения напора.

Следовательно, при переходе характеристики k' через точку с второй насос дол-

жен быть отключен от магистрали.

Совместная параллельная работа нагнетателей возможна только в области между точками а и с, а при напорах выше Н работает только насос I.

Поскольку изменения сопротивлений магистрали у центробежных нагнетателей вы

зывает ограниченное изменение напора, то регулировать подачу при парал­лельной работе путем изменения угловой скорости надо весьма осмо­трительно и при этом в магистрали должны быть невозвратные клапаны у всех нагнетателей.

Иначе при работе в точке D произойдет движение рабочей среды от нагнетателя I к нагнетателю II, что недопустимо.

Последовательная работа нагнетателей применяется для увеличе­ния напора в маги

страли и в некоторых случаях для обеспечения бла­гоприятных условий всасывания. Суммарная характеристика последо­вательно включенных нагнетателей получается посред

ством суммиро­вания напоров каждого из насосов при одной и той же подаче ( кривая

Н + Н , см. рис. 135 ).

Последовательное соединение насосов экономиче­ски оправдано при крутых харак-

теристиках сопротивления магистра­ли с малым значением Н .

Регулирование производится изменением угловой скорости одного из нагнетате-

лей, поскольку регулирование дросселированием при по­следовательном соединении нагне

тателей экономически неоправданно.

Влияние скорости центробежного нагнетателя на мощность электродвига-

теля

При работе нагнетателя скорость исполнительного двигателя может изменяться под действием ряда причин.

К таким причинам относятся:

1. колебания напряжения судовой сети постоянного или переменного тока;

2. изменение электрических параметров самого двигателя, например, искусствен-

ное ослабление магнитного потока двигателей постоянного тока, приводящее к увеличе-

нию скорости электродвигателя, и др.

Отклонение от номинальной скорости электродвигателя, а значит, и центробежного нагнетателя, приводит к следующим последствиям:

1. при увеличении скорости у нагнетателя увеличиваются такие параметры:

.1. напор - прямо пропорционально первой степени скорости ( см. формулу 3 );

.2. подача – прямо пропорционально квадрату скорости ( см. формулу 4 );

.3. мощность - прямо пропорционально третьей степени ( кубу ) скорости ( см. фор

мулу 5 ).

При увеличении напора увеличивается давление жидкости в системе, что может

привести к повреждению арматуры ( например, разрыву прокладок клапанов ) или разры-

ву самого трубопровода.

При увеличении мощности нагнетателя, по закону сохранения энергии, увеличива-

ется мощность, потребляемая электродвигателем из сети

Р₁ = U I cosφ.

Поскольку в правой части формулы , U и cosφ – величины постоянные, увеличе

ние мощности объясняется увеличением тока обмотки статора, что приводит к быстрому её перегреву и сгоранию ( если на сработают тепловые реле, отключающие при перегруз-

ках двигатель от сети ).

Искусственное увеличение скорости электродвигателей постоянного тока путем ослабления магнитного потока параллельной обмотки возбуждения применялось с целью повышения напора в нагнетательной магистрали систем забортной и пресной воды.

В таких системах, в результате длительной эксплуатации, напор постепенно пони-

жается из-за отложения на стенках трубопроводов ржавчины, грязи, остатков нефтепро-

дуктов и масел, попадающих в системы.

2. при уменьшении скорости у нагнетателя уменьшаются приведенные выше пара-

метры.

При этом уменьшение напора жидкости может привести к нарушению работы меха

низма, снабжаемого этой жидкостью.

Особенно опасно уменьшение напора при параллельной работе нескольких насосов

В этом случае направление движения жидкости через такой насос изменится на об-

ратное, т.е. жидкость из общей магистрали через насос станет сливаться в цистерну.

Поэтому насос, у которого понизился напор, может перейти из режима работы гид-

ронасосом в режим гидромотора. При этом обратный поток жидкости будет разгонять на-

гнетатель, т.к. момент на крыльчатке, созданный этим потоком, будет совпадать с электро

ромагнитным моментом электродвигателя.

В то же время мощность, потребляемая электродвигателем из сети, уменьшится,

поэтому уменьшится ток обмотки статора ( единственный «плюс» при уменьшении скоро-

сти нагнетателя ).

Поскольку на современных судах электростанции вырабатывают переменный ток, в качестве приводных двигателей нагнетателей используются 3-фазные асинхронные дви

гатели с короткозамкнутым ротором. Эти электродвигатели имеют жесткие механические

хактеристики, поэтому даже при значительных изменениях нагрузки нагнетателей ( напри

мер, при дросселировании ) их скорость практически не изменяется.

На практике скорости электродвигателя и нагнетателя не должны отличаться более чем на ± 5-10% номинальной скорости двигателя.

Это ограничение следует учитывать при замене электродвигателя или нагнетателя

новым вместо установленного при постройке судна.

Пример

В силу производственной необходимости скорость электродвигателя насоса увели -чили на 10%. Рассчитайте новые значение мощности и тока

Решение

1. в соответствии с условием, новое значение скорости электродвигателя

ω ₂ = 1,1 ω ₁

2. из соотношения ( 11.11 ) новое значение мощности

Р₂ = Р₁ (ω ₂ ³ / ω ₁³ ) = Р₁ ( 1,1 ω ₁) ³ / ( ω ₁³ ) = Р₁ (1,1) ³ = 1,331 Р₁,

Т.е. при увеличении скорости электродвигателя на 10% его мощность увеличилась на 33,1.

3. мощность электродвигателя постоянного тока ( Вт )

Р = UI ≡ I, ( 2.14 )

где U – напряжение питающей сети, В; ( величина постоянная );

I – ток, потребляемый двигателем из сети, А..

Отсюда следует, что при постоянстве напряжения питающей сети ( U = const ) мощ

ность двигателя прямо пропорциональна току, потребляемому двигателем из сети.

Поскольку мощность двигателя возросла в 1,33 раза, это произошло за счет увели-

чения тока двигателя также в 1,33 раза.

Если до изменения скорости двигатель работал в номинальном режиме, т.е. с номи

нальным током, то после увеличения скорости в 1,1 раза ток увеличится до значения 1,331 I .

Аналогичное увеличение тока происходит при увеличении скорости трехфазного асинхронного двигателя, мощность которого ( Вт )

Р = UIcosφ ≡ I, ( 2.15 )

где U – линейное напряжение сети, В ( величина постоянная );

I – ток обмотки статора, А ( переменная величина );

сosφ – коэффициент мощности элекродвигателя ( практически постоянная величи-

на ).

Если не принять соответствующие меры, например, не ограничить время работы двигателя с такой перегрузкой, двигатель сгорит.