11.Регулирование подачи насосов.

Сеть, на которую работает насос, может представлять простой или сложный (разветвленный) трубопровод, а также включать в себя местные сопротивления и различные аппараты. Обычно циркуляторы подбирают по максимальному значению требуемой подачи. Однако нормальная эксплуатация системы насосная установка – сеть практически всегда сопровождается изменениями подачи. Примером может служить работа питательного насоса, вентилятора дымососных установок и т.п.

На рис. 11.1 изображена типичная схема включения центробежного насоса в систему и графическая иллюстрация различных способов регулирования подачи. Насос перекачивает жидкость из приемного резервуара в напорный бак по трубопроводу, состоящему из всасывающего и нагнетательного участков. Для регулирования подачи нагнетательный трубопровод 1 снабжен задвижкой или вентилем, выполняющим функцию регулирующего дросселя с переменным коэффициентом гидравлического сопротивления ξ. Всасывающий трубопровод 2 соединен с 1 обводной трубой, также оснащенной регулирующим дросселем.

Количественно регулирование характеризуется величиной глубины регулирования (ГР) , т.е. отношением изменения подачи к Q при исходном режиме. Поскольку Q определяется рабочей точкой на пересечении характеристики насоса и ГХС, то это возможно двумя способами:

1-изменением характеристики насоса,

2-изменением ГХС.

Теоретические основы первого способа вытекают из уравнений подобия и анализа уравнения Эйлера:

Р_РК,т.∞.= ρ (U₂ С₂u - U₁ С₁u) = ρ ω (R₂ С₂u - R₁ С₁u), (11.1)

откуда следует, что техническая реализация способа возможна путем:

-регулирования угловой скорости вращения - ω,

-закруткой потока на входе в рабочее колесо, т.е изменением величины С₁u.

Изменение размеров РК (подрезка наружного диаметра) требует длительного останова и по сути является переделкой циркулятора.

Р_нас, ΔPс

Регулирующий

дроссель.

ΔPс(Q, ξ )

а₁₃

Q

1

ω

q

2

Р₁

Приемный резервуар

а₁₁

Q₁₁ Q₁₂ Q₁₃

а₁₂

ξ

Q

ξ₁ > ξ₂ > ξ₃

Р_нас (Q, ω )

ξ

Обводная труба

Р₂

Н_ст

Насосная установка

Напорный бак

ω₁ < ω₂ < ω₃

ΔP_ст= ρ g Н_ст+ ( Р₂ – Р₁)

Рис. 11.1.

На рис. 11.1 показано семейство характеристик насоса при различных ω и рабочие точки системы. ГХС складывается из статической компоненты:

ΔP_ст= ρ g Н_ст+ ( Р₂ – Р₁)

и из слагаемых, зависящих от гидравлических потерь при переменных значениях ξ =var. Из графиков следует, что изменением частоты вращения могут быть достигнуты различные подачи при фиксированной ГХС. Для этого насосы оснащаются электродвигателями с плавной или ступенчатой регулировкой частоты вращения, что достигается питанием от источника тока переменной частоты или использованием двигателей постоянного тока. Возможно также применение вариаторов или гидромуфт. Мощные центробежные насосы и компрессоры часто выполняют с регулируемым паротурбинным приводом. Передвижные агрегаты обычно комплектуются двигателями внутреннего сгорания. Ступенчатое регулировка подачи возможна, например, при наличии клиноременной передачи со сменными шкивами или изменением количества полюсов статорной обмотки асинхронного электродвигателя.

Закрутка потока на входе в РК обычно осуществляется размещением в подводе циркулятора осевого направляющего аппарата (ОНА) в виде радиальных поворотных заслонок и широко применяется для мощных центробежных вентиляторов. На рис. 11.2 изображена схема устройства ОНА и характеристики центробежного вентилятора, снабженного этим устройством. Регулирование с помощью направляющих аппаратов одновременно изменяет как характеристику нагнетателя, так и ГХС, поскольку ОНА вносит дополнительное сопротивление движению среды, особенно при глубоком (ГР > 0,75) регулировании.

Р_вент (Q, α )

Р_вент, ΔPс

Q

α_1< α₂=90⁰_< α₃

а₁

а₂

а₃

Q

ΔPс(Q,)

Q

РК

ОНА

Рис. 11.2.

Технически легко осуществимым и поэтому весьма распространенным способом регулирования является изменение ГХС путем установки на нагнетательном трубопроводе регулирующего дросселя. Увеличение крутизны ГХС вплоть до полного закрытия дросселя позволяет иметь ГР=1. При дросселировании параметры рабочей точки (подача, давление, потребляемая мощность и КПД) определяются при неизменной характеристике насоса.

Подача насоса Q_Н в системе циркуляции с обводной трубой распределяется на расход q в обводной трубе и расход Q в основной сети. ГХС, образованной этими двумя параллельными трассами циркуляции, одна из которых замкнутая, получается суммированием характеристики обводной (перепускной) трубы и характеристики трассы циркуляции от резервуара до бака при постоянных давлениях (см. рис. 11.3, а).

Решение задачи для насосов объемного типа может быть выполнено более удобным способом, если обводную трубу с регулирующим дросселем рассматривать как дополнительный элемент насосной установки, изменяющий ее рабочую характеристику (см. рис. 11.3, б). Для этого на общий график в координатах Q - Р_НАС, ΔP наносят характеристику насоса и характеристику обводной трубы, после чего из первой вычитают вторую по расходам. Поскольку располагаемый перепад давления в сети и перепускной трубе один и тот же, то вычитая при различных значениях давлениях из подачи насоса Q_Н расходы в перепускной трубе q получают характеристику насосной установки - Р_НУ (Q). Пересечение этой кривой с ГХС определяет рабочую точку системы а_С, т.е. расходы

Q в напорный бак и q в обводной трубе. По рабочей точке насоса а_Н определяют подачу насоса Q_Н и его давление Р_НАС. При манипуляциях с дросселем изменяется его характеристика, а, следовательно, характеристика насосной установки, что приводит к смещению рабочей точки системы - а_С.

Насосы объемного типа (например ППН первого контура) обычно снабжают предохранительными клапанами, пружины которых отрегулированы на заданное давление ΔP_ЗАД, определяющее момент его открытия. Характеристика клапана изображена на рис. 11.3 б пунктирной кривой.

Для определения режимов работы насоса в этом случае так же следует построить суммарную характеристику вместе с клапаном. При давлении насоса Р_НАС < ΔP_ЗАД подача насоса идет в напорный бак, при Р_НАС > ΔP_ЗАД часть подачи возвращается через клапан на вход насоса.

ΔPс(Q)

Р_НАС,

ΔP

а_С

а_Н

ΔP_ЗАД

q

ΔP_СТ

ΔP_СТ

Q

Q_Н

q

Q

Р_НАС (Q_Н),

ΔPс(Q_Н,)

ΔP_ТР(q,)

ΔPс(Q)

Р_НАС,

ΔP,

Р_НУ

Q

Q

Р_НАС (Q_Н),

Р_НУ (Q)

ΔP_ТР(q,)

Q_Н

а

б

Рис. 11.3.

Любой способ регулирования насосов сопровождается потерями энергии, которые обусловлены:

-уменьшением КПД насоса вследствие отклонения рабочей точки от оптимального расположения,

-дополнительными гидравлическими потерями в трассе циркуляции.

Нетрудно видеть, что наиболее затратными способами являются дроссельное и обводное регулирование. Несмотря на некоторое уменьшение КПД насоса регулирование по способу ω =var представляется наиболее экономичным.