9430

120

ность LIII′ . В итоге давление и производительность, развиваемые одним на- гнетателем, будут больше, чем при их совместной работе, т. е. p′III > p′III′ и

L′ > L′′ .

III III

Таким образом, последовательное включение машин целесообразно при относительно крутой характеристике сети. При более пологой характеристике сети (сеть II) включение последовательно второй машины не дает увеличения ни развиваемого давления, ни расхода. При достаточно пологой характеристи- ке последовательное включение в сеть машины может оказаться нерациональ- ным, т.к. приведет к уменьшению давления и производительности.

Область выбора той или иной схемы работы двух нагнетателей на об-

щую сеть можно определить путем графического построения на одной харак-

теристике двух вариантов включения машин − параллельного и последова-

тельного. На рисунке 4.18 приведено такое построение. На рисунке: 1 − харак-

теристика р−L для отдельного нагнетателя; 2 − характеристика двух нагнетате-

лей при параллельном включении; 3 − характеристика двух аналогичных нагне-

тателей при последовательном включении. Пунктирной лини-

ей нанесена характеристика одного из вариантов сети I, проходящая через точку A, со-

ответствующую пересечению линий совместных харак- теристик машин при их парал-

лельном и последовательном включении. Очевидно, что при

такой характеристике сети производительность L(1+1) и

давление p(1+1) развиваемые двумя совместно работающи-

121

ми нагнетателями, не зависят от того, будут ли они включены параллельно или последовательно.

Вправо от характеристики сети I лежит область, в пределах которой целе- сообразно использовать две машины при параллельном включении, влево от нее − область целесообразного использования двух машин, включенных по- следовательно.

Для характеристик сети II и II ′ (рис. 4.18) следует использовать два парал- лельно включенных нагнетателя для увеличения перемещаемого расхода. Если же характеристики сети аналогичны кривым III или III′ (рис. 4.18), необходимо обе машины включать последовательно для достижения расчетного давления.

Изложенные выше закономерности остаются в силе и для случаев, когда число параллельно или последовательно включенных машин больше двух.

4.6. Регулирование работы вентиляторов и насосов

Обычно нагнетатели подбирают по максимальным значениям производи- тельности и развиваемого давления, полученных в результате расчетов. В усло- виях эксплуатации часто бывают случаи, когда подачу нагнетателя необходимо изменить. Как известно, фактическая подача определяется точкой пересечения характеристики полного давления нагнетателя с характеристикой сети. Следо- вательно, изменить производительность нагнетателей можно в результате из- менения характеристик как нагнетателя, так и сети.

Цели регулирования − приспособление параметров нагнетателей к изме- няющимся условиям их работы.

Под регулированием понимают такое изменение расхода или других пара- метров нагнетателей, которые осуществляются с помощью специальных регу- лирующих устройств (направляющих аппаратов, гидро- и электромуфт, дрос- сель-клапанов и т. п.), позволяющих получать непрерывное изменение характе- ристик без остановки машин.

Изменения параметров нагнетателей можно достичь и другими способами.

122

Например, в дымососных установках, работающих то на твердом топливе, то на газе, весьма значительное изменение расхода и развиваемого давления без рез- кого снижения кпд можно получить в результате смены рабочих колес. В вен- тиляционных установках при наличии клиноременных передач изменение про- изводительности и развиваемого давления достигается сменой шкивов. Однако

в обоих рассмотренных случаях необходима остановка нагнетателей и те или иные переделки в них. В этих случаях можно говорить о приспособлении к из- менившимся условиям работы, но не о регулировании, т. к. происходит не плавное, а ступенчатое изменение параметров.

Необходимость в регулировании работы вентиляторов и насосов возникает тогда, когда производительность или давление машины не соответствует задан- ной. При этом могут встретиться два основных случая: действительная произ- водительность больше или меньше требуемой.

Регулирование можно проводить путем изменения характеристики сети (назовем его условно количественным) или путем изменения характеристики нагнетателя (назовем его качественным).

Радиальные вентиляторы, центробежные насосы и осевые машины до-

пускают оба способа регулирования.

Если нагнетатель имеет избыточную производительность, т. е. действи- тельная производительность Lд больше требуемой Lтр , то наиболее простым является количественное регулирование дросселированием (увеличением со- противления) сети. Вводя сопротивление (прикрывая задвижку), мы добавляем к сопротивлению сети дополнительное сопротивление. Характеристика сети 1 при этом изменится и пойдет круче (кривая 2, рис. 4.19, а), расход уменьшится ( Lд > Lтр ), развиваемое давление увеличивается ( рд > ртр ). Потребляемая мощность радиальной машины уменьшится ( Nд > Nтр ). У осевых нагнетате-

лей потребляемая мощность окажется практически неизменной.

Учитывая, что мощность радиальной машины возрастает примерно про- порционально производительности, уменьшение потребляемой Nтр мощности

123

при количественном регулировании выражается зависимостью:

Однако при значительном уменьшении расхода потери давления в задвиж- ке могут существенно превышать потери давления в сети. Например, при необ- ходимости уменьшить расход на 40% сопротивление сети должно увеличиться в 2,8 раза. Поэтому регулирование задвижкой в широких пределах экономиче- ски невыгодно.

Рис. 4.19. Способы регулирования радиальных нагнетателей: а − количествен- ное регулирование (дросселирование); б − качественное регулирование (изменение

характеристики нагнетателя изменением частоты вращения)

Одним из основных методов качественного регулирования является регу- лирование изменением частоты вращения. Однако при непосредственной уста- новке вентилятора или насоса на валу электродвигателя регулирование измене- нием частоты вращения затрудняется. Ограниченная частота вращения двига- теля может не совпасть с требуемой.

Из приведенных двух вариантов регулирования вентилятора, работающего в сети, с полной очевидностью вытекает целесообразность качественного регу-

лирования по сравнению с количественным вследствие больших экономических

124

преимуществ.

Изменения частоты вращения нагнетателей можно достичь путем соеди-

нения валов нагнетателей и электродвигателей с помощью гидромуфт или электромагнитных муфт, позволяющих при постоянной частоте вращения дви- гателей менять частоту вращения нагнетателей. Следует учесть, однако, что конструкции этих муфт довольно сложны, и поэтому их целесообразно исполь- зовать только в установках относительно большой мощности (более 40 кВт).

Качественное регулирование может быть осуществлено путем изменения угла установки лопаток, уменьшением числа лопаток в колесах, проточкой ко- лес (в насосах). Наконец, характеристики машин можно изменять, перепуская часть жидкости со стороны нагнетания мимо сети во всасывающую линию, для чего увеличивают зазор между входным патрубком и кромкой лопаток или пе- реднего кольца колес. Однако при этом наряду с уменьшением производитель- ности снижается и кпд машины, что в большинстве случаев невыгодно эконо- мически.

Более совершенным способом качественного регулирования является из- менение характеристики нагнетателя с помощью направляющего аппарата. На-

правляющий аппарат представляет собой решетку из металлических секторов (обычно от 8 до 12), каждый из которых укреплен на радиальном стержне и может поворачиваться. При повороте на 90° секторы полностью перекрывают сечение трубопровода, а при 0° плоскости секторов параллельны потоку. Уста- новленные перед всасывающими отверстиями вентиляторов под некоторым уг- лом к оси вала секторы аппарата изменяют направление движения потока, вы- зывая его закручивание. Благодаря изменению величины истинной скорости потока при входе на лопатку развиваемое нагнетателем давление также меняет- ся. При закрутке потока в направлении, совпадающем с направлением враще- ния, давление, развиваемое колесом нагнетателя, падает.

О том, в какой степени направляющий аппарат меняет производитель- ность радиального вентилятора, наглядно свидетельствуют графики, приведен- ные на рисунках 4.20. На рисунке 4.20, а дается зависимость между углом по-

125

ворота секторов направляющего аппарата и производительностью. На графике

(рис. 4.20, б − изменение мощности и кпд по отношению к случаю, когда сек- торы направляющего аппарата полностью открыты.

В тех случаях, когда нагнетатель имеет недостаточную производитель- ность, иначе говоря, когда сеть имеет чрезмерное сопротивление, количествен-

ное регулирование должно обеспечить снижение потерь давления в сети для получения более пологой ее характеристики. Для этого требуется переделка се- ти, что далеко не всегда возможно.

Рис. 4.20. Графики регулирования работы радиального вентилятора секторным на- правляющим аппаратом: а − изменение расхода в зависимости от угла установки сек- тора; б − изменение кпд η и мощности N в зависимости от изменения расхода L.

Качественное регулирование в этом случае весьма просто осуществляется за счет увеличения частоты вращения нагнетателя. При этом, как отмечалось выше, производительность возрастет пропорционально первой степени, давле-

ние − пропорционально квадрату, а мощность − кубу увеличения частоты вра- щения, т. е. увеличение производительности на 20% потребует 73% дополни-

тельной мощности, а на 44% − ее утроения.

Поэтому при необходимости увеличить производительность нагнетателя более чем на 25...30% следует способ регулирования выбирать на основании предварительного технико-экономического расчета.

126

Регулирование работы нагнетателей объемного действия. Поскольку пе-

ремещаемый ими объем не зависит от характеристики сети для регулирования производительности объемных нагнетателей лучше всего применять качествен-

ный метод − изменять частоту вращения. При этом производительность будет изменяться пропорционально частоте вращения.

Из способов количественного регулирования применяется только перепуск части жидкости из нагнетательной линии во всасывающую для уменьшения ее подачи во внешнюю сеть. Однако этот способ регулирования неэкономичен.

4.7.Устойчивость работы нагнетателей в сети (помпаж)

Внекоторых случаях при работе центробежных (радиальных) или осевых нагнетателей в сети могут создаться неустойчивые (непостоянные) режимы. Причиной этого могут быть колебания частоты вращения двигателей, связан- ные с колебаниями напряжения в сети, изменения характеристик сетей и т. п. На устойчивости работы вентиляторов и насосов может сказаться и параллель- ное включение двух или нескольких машин в общую сеть.

При неустойчивой работе нагнетателей наблюдаются резкие колебания производительности и большие нагрузки на двигатели. Колебания произво-

дительности сопровождаются нередко изменением направления движения жидкости, которая из нагнетательного трубопровода через нагнетатель посту- пает во всасывающий трубопровод. Подача при этом носит толчкообразный характер, присущий поршневым машинам, отчего явление, связанное с такой работой, принято называть помпажем.

Неустойчивая работа вентилятора или насоса чаще всего возникает при седлообразных характеристиках нагнетателей с перегибом и явно выраженным максимумом.

Пусть насос при постоянной частоты вращения подает жидкость в камеру, истечение из которой происходит через сеть имеющую значительное сопротив- ление. Характеристика насоса и сети приведена на рисунке 4.21.

128

подачи жидкости ( Lo =0) нагнетатель может развить только давление pD , ко-

торое меньше, чем давление pB . Жидкость при этом начнет протекать в обрат-

ном направлении через нагнетатель с отрицательным расходом Lc . Одновре-

менно жидкость будет вытекать из камеры с расходом LA′′ . Давление при этом понизится, чему соответствует линия CD (расходы − LC ...− LD ) для нагнетателя и А"−А' (расходы LA′ − LA′′ ) для сети.

Когда давление достигнет минимума в точке D, при котором жидкость продолжает течь через нагнетатель в обратном направлении, режим работы на- гнетателя перейдет в точку Е, соответствующую его производительности при противодавлении pE . Истечение из камеры или бака будет происходить с рас-

ходом LA′ . Учитывая, что LA′ < LE , давление в камере или баке вновь начнет повышаться, пока не достигнет максимума в точке В. Производительность на- гнетателя при этом уменьшится от LE до LB .

После достижения максимума цикл работы повторится. Производитель-

ность нагнетателя будет колебаться в пределах от ( LE ... LB ) до (− LC ...− LD ),

тогда как объем жидкости, проходящей по сети, будет колебаться в интервале от LA′ до LA′′ .

Устойчивой работы, т. е. равновесия системы, в этом случае достичь не- возможно, так как область пересечения характеристик нагнетателя и сети лежит вне рабочих участков характеристики нагнетателя.

При малой емкости камеры (или бака) работа нагнетателя станет более ус- тойчивой, так как время изменения давлений становится сравнимым со време- нем изменения режимов работы нагнетателя. Если первое меньше последнего, то работа будет протекать устойчиво.

Неустойчивая работа нагнетателей может наблюдаться и при их очень по- логой характеристике, когда постоянное гидростатическое давление сети мало зависит от производительности нагнетателя.

При крутой характеристике нагнетателя, не имеющей перегибов, работа

129

машины значительно более устойчива и практически не зависит от колебаний сопротивлений сети и от колебаний частоты вращения нагнетателя.

Следует отметить, что при параллельной работе двух нагнетателей на об- щую есть наличие второго нагнетателя равноценно наличию в сети постоянно- го гидростатического сопротивления, не зависящего от производительности первого нагнетателя. В связи с этим устойчивый режим работы нагнетателей может нарушиться даже при незначительных колебаниях давления, вызванных изменением частоты вращения.

4.8. Подбор электродвигателей (определение установочной мощности)

Полезная мощность, передаваемая машиной жидкости, выражается фор-

где h - учитывает потери мощности в самом нагнетателе (именно эти значения и приводятся в каталогах).

Однако эта формула может применяться лишь тогда, когда колесо нагнета- теля установлено непосредственно на валу электродвигателя. При соединении нагнетателя с электродвигателем с помощью какой-либо передачи необходимо учитывать дополнительные потери энергии, зависящие от способа соединения агрегатов. При этом мощность будет составлять:

где ηп - кпд передачи.

Значение ηп принимается в зависимости от конструкции передачи: