4.4.4. Работа центробежных насосов на сеть

Под сетью следует понимать совокупность трубопроводов и аппаратов, через которые перекачивается жидкость. При работе на сеть насос должен преодолеть ее гидравлическое сопротивление, а также должен обладать требуемой подачей жидкости. Для проверки выполнения этого условия наиболее приемлем графический метод, заключающийся в совмещении характеристик Q – H насоса и сети. Характеристику Q – H насоса копируют из каталога насосов (см. рис. 4.5); характеристика сети выражает зависимость между расходом жидкости Q и напором H, необходимым для перемещения жидкости по данной сети. Напор H может быть определен по зависимости (4.5)

,

где – суммарные потери напора в сети.

Учитывая, что и считая , получим

где – коэффициент сопротивления сети.

Приняв во внимание закон сплошности потока, имеем

, или

где – коэффициент пропорциональности.

Видно, что полученная характеристика сети выражается уравнением параболы. Совмещение характеристик насоса и сети показано на рис. 4.7.

Рис. 4.7

Точка 1 пересечения этих характеристик называется рабочей точкой; она отвечает наибольшей производительности насоса при его работе на данную сеть.

Знание характеристик Q – H насоса и сети необходимо также при выборе насоса. Выбранный насос работоспособен в том случае, если производительность и напор насоса в рабочей точке не меньше требуемых значений.

4.4.5. Регулирование работы центробежных насосов

Регулирование работы заключается в изменении производительности и напора насосов. Широко применяют два способа регулирования: при помощи регулирующей задвижки на нагнетательном трубопроводе и изменением частоты вращения рабочего колеса.

Регулирование при помощи задвижки (дросселированием). Допустим, что при работе насоса на сеть его производительность равна Q₁ (рис. 4.8). Если требуется уменьшить подачу до значения Q₂, то необходимо увеличить гидравлическое сопротивление сети за счет прикрытия задвижки на нагнетательном трубопроводе. В результате характеристика сети пойдет круче и пересечет характеристику насоса в точке 2, в которой подача насоса равна требуемй, а напор насоса H₂ расходуется на преодоление гидравлического сопротивления сети H_с и задвижки h_з. Таким образом, сущность данного метода регулирования заключается в изменении характеристики сети; при этом рабочая точка перемещается в новое положение по характеристике насоса.

Н

Q

Q₁

Q₂

1

2

Рис. 4.8

Регулирование изменением частоты вращения рабочего колеса. Сущность данного метода регулирования заключается в изменении характеристики насоса. Так, уменьшение производительности насоса от величины Q₁ до величины Q₂ достигается уменьшением частоты вращения колеса от значения n₁ до значения n₂, при котором характеристика насоса пересечет характеристику сети в точке 2 (рис. 4.9). В каталогах насосов дается зависимость Q – H при одной частоте вращения рабочего колеса (например, при n₁ = const). Построение характеристики насоса для любой другой частоты вращения n₂ осуществляется пересчетом его характеристик при частоте n₁. Это осуществляется на основе законов пропорциональности (4.15) и (4.16).

Сопоставление двух способов регулирования приводит к выводу, что регулирование задвижкой, вызывающее дополнительные потери энергии, неэкономично и приводит к снижению КПД насоса. В свою очередь, регулирование изменением частоты вращения колеса лишено этого недостатка, но для практической реализации данного способа необходимы двигатели с переменным числом оборотов (электродвигатели постоянного тока, паровые и газовые турбины и т. д.) или специльные устройства, позволяющие регулировать частоту вращения колеса насоса (гидромуфты, электромагнитные муфты). По этой причине регулирование изменением частоты вращения колеса требует дополнительных капитальных затрат при создании насосной установки по сравнению с регулированием задвижкой, при котором насосы комплектуются простыми по устройству и относительно недорогими асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором.

Q

Q₂

1

2

n₁

n₂

Р

Q₁

ис. 4.9

H

Однако, несмотря на данное обстоятельство, регулировать насос в большинстве случаев предпочтительнеее изменением частоты вращения колеса, так как дополнительные затраты окупаются экономией, получаемой при регулировании. Способ регулирования задвижкой, ввиду его исключительной простоты, применяют для регулирования насосов небольшой мощности (к ним можно отнести все насосы пищевых производств).