2.2. Изменение характеристики насосной установки

Регулирование подачи жидкости в гидравлическую систему можно

осуществить и путем изменения характеристики насосной установки. В свою очередь нужную характеристику насосной установки можно получить, или изменяя частоту вращения вала насоса, или используя несколько насосов, соединенных вместе определенным образом.

2.2.1. Регулирование подачи путем изменения частоты вращения вала насоса

Изменение частоты вращения вала насоса вызывает изменение его характеристики (параграф 1.1.1.) и, следовательно, изменение рабочего режима. Для осуществления регулирования изменением частоты вращения для привода насоса необходимо использовать двигатели с переменным числом оборотов. Такими двигателями являются двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины и электродвигатели постоянного тока. Наиболее распространенные в технике электродвигатели с коротко замкнутым ротором практически не допускают изменения частоты вращения.

Регулирование работы насоса изменением частоты вращения более

экономично, чем регулирование с помощью задвижки (крана). Даже применение сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя, связанное с дополнительной потерей мощности, экономичнее, чем регулирование с помощью крана.

Постановка задачи

Насос Д-320 при числе оборотов вала n = 2950 об/мин подает жидкость в гидравлическую сеть, изображенную на Рис.13. При этом рабочая точка К насоса (Рис.14) характеризуется следующими параметрами :

Q = 90×10^-3 м³/с, H=45м, h=0,58.

Определить:

Обороты вала насоса, при которых его подача уменьшится на 10 %.

Последовательность решения задачи

1. Исходную характеристику насоса при n= 2950 об/мин и характеристику гидравлической сети (Рис.14) переносим на Рис.22.

2. Определяем величину требуемой подачи насоса:

Q_K1 = 90×10^-3 × 0,9 = 81×10^-3 м³/с.

Поскольку характеристика сети не меняется, отмечаем на характеристике сети новую рабочую точку насоса К₁. Через точку К₁ должна пройти характеристика насоса. Координаты точки К₁ :

Q_K1 = 81×10^-3 м³/с, H₁ =36м.

3, Строим кривую подобных режимов по уравнению:

H = 36 / (81×10^-3)² × Q²,

и наносим ее на Рис.22 (парабола 3).

Иллюстрация к определению частоты вращения вала насоса

1- характеристика насоса при n=2950 об/мин; 2- характеристика сети; К₁- рабочая точка насоса при новой частоте вращения; 3- кривая подобных режимов.

Рис.22.

4. Определяем по графику абсциссу точки пересечения кривой 3 и характеристики насоса1: Q_K = 88×10^-3 м³/с.

5. Определяем расчётное число оборотов вала насоса:

n = 2950×81/88=2714.

При необходимости можно по формулам (10) и (11) пересчитать характеристику насоса и провести ее через точку К₁.

2.2.2. Регулирование подачи при совместной работе насосов

В разделе 1.1 рассмотрены принципы построения суммарной характеристики двух насосов при их параллельном и последовательном соединении. На Рис.23 показана трансформация рабочей точки при совместной работе насосов.

Анализ Рис.23 показывает, что параллельное соединение насосов более выгодно при пологой характеристике сети, а последовательное - при крутой характеристике сети (в первом случае при этом получается максимально возможный расход, а во втором случае максимально возможный напор насосной установки).

Иллюстрация определения рабочей точки при

совместной работе двух насосов

1 - характеристика одного насоса; 2 - суммарная характеристика двух насосов, соединенных последовательно ; 3 - суммарная характеристика двух насосов, соединенных параллельно ; 4 - характеристика гидравлической сети ; К, К₁, К₂ - соответствующие рабочие точки насосной установки.

Рис.23.

Глава 3
	Расчет всасывающей линии насосной установки

В большинстве практических случаев жидкость поступает в насос из резервуара, расположенного ниже оси установки насоса.

К расчету всасывающей линии

Рис.24

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 относительно плоскости сравнения 0-0, преобразуем его в соответствии с данной задачей и определим давление на входе в насос:

(49)

z₁ =0; p₁ =p_ат ; J₁ »0; J₂ =Q/w_тр ; z₂ =h_вс; w_тр=pd²/4;

(50)

Анализ уравнения (50) показывает, что абсолютное давление на входе в насос меньше атмосферного, и при некоторых значениях параметров Q, h_вс и d его величина может стать равной нулю и даже принимает отрицательное значение. Возможны ли такие ситуации в реальной жизни? Нет!

Минимально возможное давление в жидкости равно давлению насыщенного пара, то есть тому давлению, при котором жидкость начинает кипеть. Давление насыщенного пара зависит от рода жидкости и температуры (Рис.25, Приложение 3).

Зависимость давления насыщенного пара воды от температуры

Рис.25.

Явление кипения жидкости при давлениях меньших атмосферного и нормальных температурах (10°, 20°,30°,.....), сопровождающееся схлопыванием пузырьков пара в областях повышенного давления, называется кавитацией.

Пузырьки пара, выделяющиеся при кавитации, разрывают межмолекулярные связи, поток жидкости при этом теряет сплошность, столб жидкости во всасывающем трубопроводе отрывается от насоса и процесс всасывания прекращается. Кроме того, пузырьки пара, попадая вместе с жидкостью внутрь насоса, где давление больше давления насыщенного пара, лопаются. При схлопывании пузырька на твердой поверхности жидкость, устремившаяся в освободившееся пространство, останавливается. При этом ее кинетическая энергия превращается в потенциальную и происходят местные гидравлические удары. Это явление сопровождается существенным ростом давления и температуры и приводит к разрушению материала поверхности.

В инженерной практике существует правило: Не допускать кавитации!

Для этого необходимо, чтобы в сечениях потока, где давление меньше атмосферного, было выдержано условие:

Давление в жидкости больше давления насыщенного пара (р > p_н.п). Это условие отсутствия кавитации.

Кавитационные расчеты всасывающей линии насосной установки заключаются в следующем:

1. Проверка условия р₂ > p_н.п. - давление на входе в насос р₂ определяется из уравнения (50) при известных параметрах Q, d, h_вс.

2. Определение предельных значений параметров Q, d, h_вс из уравнения (50) при р₂ = p_н.п..