Инструкции по оборудованию / Upravlenie_nasosnoy_perekachivayuschey_stantsiey_Metodichka_1

Лабораторная работа 15. Исследование характеристик насосов при их последовательном соединении.

Цель работы: Исследование характеристик насосов при их последовательном соединении.

Краткая теория: Насос - это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости.

Подача или производительность – это количество жидкости, которое подается насосом в единицу времени обозначается буквой Q и измеряется в м3/час, л/мин и др.

Напор – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, обозначается буквой Н и измеряется в метрах водного столба (м).

Полезная мощность Nп - это мощность, затрачиваемая на сообщение жидкости энергии.

Nп = QρgH=QP; (1)

где Р – создаваемое насосом давление;

Р = (Рнагн − Рвс) + 82 2 ( 14 − 14) ; (2)

2 1

где Рвс , Рнагн – давление во всасывающем и нагнетающем патрубке насоса соответственно;

d1, d2 – внутренние диаметры всасывающего и напорного патрубков;

ρ– плотность жидкости.

Вслучае, если диаметры всасывающего и нагнетательного патрубков одинаковы и патрубки находятся на одном уровне, формула (2) упрощается и принимает вид:

Р=Рнагн-Рвс (3)

Перерасчет давления в высоту столба производится по формуле

H = ; (4)

где: ρ – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

В насосных установках иногда приходится с целью повышения давления устанавливать насосы последовательно, т. е. нагнетательный трубопровод одного насоса присоединяют к всасывающему патрубку следующего насоса. Таким образом, происходит сложение напоров, развиваемых насосами при выбранной производительности.

141

Рис. 1. Последовательное включение двух насосов.

Общая характеристика 3 насосов получается суммированием ординат (напоров) Н1 одиночных насосов при произвольно задаваемых подачах Q1. При работе одиночного насоса рабочей является точка С (пересечение линий 1 и 2), ей соответствует напор НС. При установке последовательно второго насоса рабочая точка В находится как пересечение линий 1 и 3; ей соответствует напор НВ, который в общем случае не равен 2НС. Это связано с тем, что характеристика сети 1 сильно отклоняется от вертикали (удвоение напора могло бы происходить в случае строго вертикальной характеристики сети, что практически имеет место при очень большом приведенном коэффициенте сопротивления сети). В результате при увеличении напора происходит и возрастание расхода (QВ > QC).

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда. Подготовить стенд к работе. Открыть краны 1, 4, 10-13, вентиль 5, задвижку Y1 (используется правая часть стенда). Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

2.Установить максимальную частоту вращения насоса М1, включить насосы М1 и М2.

3.Занести в таблицу 1 значения:

•Рнагн по показаниям датчика давления В4; Рвс по показаниям датчика давления В1

•Р=Рнагн – Рвс

•расхода Q по показаниям расходомера

•напора Н= Р ; где ρ = 1000 кг/м3 – плотность воды

4.Частично закрыть задвижку Y1 (открытие 90%).

5.Повторить пункты 3-4 для разных процентов открытия задвижки Y1 (c шагом 10%).

6.Выключить насосы.

142

7. Построить напорно-расходную характеристику последовательно соединенных насосов H(Q).

Таблица 1.

№опыта 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Рнагн

Рвс

Q

Р

Н

8.Сравнить полученные характеристики с характеристиками одного насоса, полученными в лабораторной работе 13.

9.Проанализировать результаты, сделать выводы.

143

Лабораторная работа 16. Исследование характеристик насосов при их параллельном соединении.

Цель работы: Исследование характеристик насосов при их параллельном соединении.

Краткая теория: Насос – это гидравлическая машина, преобразующая механическую, вращательную энергию привода в энергию движения жидкости.

Подача или производительность – это количество жидкости, которое подается насосом в единицу времени обозначается буквой Q и измеряется в м3/час, л/мин и др.

Напор – это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, обозначается буквой Н и измеряется в метрах водного столба (м).

Полезная мощность Nп - это мощность, затрачиваемая на сообщение жидкости энергии.

Nп = QρgH=QP; (1)

где Р – создаваемое насосом давление;

Р = (Рнагн − Рвс) + 82 2 ( 14 − 14) ; (2)

2 1

где Рвс , Рнагн – давление во всасывающем и нагнетающем патрубке насоса соответственно;

d1, d2 – внутренние диаметры всасывающего и напорного патрубков;

ρ– плотность жидкости.

Вслучае, если диаметры всасывающего и нагнетательного патрубков одинаковы и патрубки находятся на одном уровне, формула (2) упрощается и принимает вид:

Р=Рнагн-Рвс (3)

Перерасчет давления в высоту столба производится по формуле

H = ; (4)

где: ρ – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

На графике (рис. 1) показан случай параллельного соединения двух одинаковых насосов, когда сопротивлением участка трубопровода, смонтированного для подключения второго насоса, можно пренебречь.

Суммарная характеристика строится следующим образом. На оси ординат выбирается некоторое значение напора Н1 одиночного насоса, по характеристике 2 насоса определяется производительность одиночного насоса Q1. При параллельном соединении напоры насосов одинаковы, а расходы суммируются, поэтому при значении напора Н1 производительность двух насосов составит 2Q1. Аналогичные построения выполняются для ряда точек, по которым затем строится плавная линия 3, которую и можно считать

144

суммарной характеристикой двух одинаковых насосов, включенных параллельно.

При работе одиночного насоса рабочей является точка С (пересечение линий 1 и 2), ей соответствует расход QС. При установке второго насоса рабочая точка В находится как пересечение линий 1 и 3, ей соответствует расход QВ, который в общем случае не равен 2QС. Это связано с тем, что при увеличении расхода через сеть потери напора в ней возрастают.

Рис.1 Параллельное соединение двух насосов.

1 – характеристика сети; 2 – характеристика одного насоса; 3 – суммарная характеристика двух одинаковых насосов, включенных параллельно; 4 – КПД одиночного насоса; А – условная рабочая точка каждого насоса; В – рабочая точка двух параллельно включенных насосов; С – рабочая точка одиночного насоса.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда. Подготовить стенд к работе. Открыть краны 1, 2, 3, 10-13, вентиль 5, задвижку Y1 (используется правая половина). Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

2.Установить максимальную частоту вращения насоса М1, включить насосы М1 и М2.

3.Занести в таблицу 1 значения:

•Рнагн по показаниям датчика давления В4; Рвс по показаниям датчика давления В1

•Р=Рнагн – Рвс

•расхода Q по показаниям расходомера

•напора Н= Р ; где ρ = 1000 кг/м3 – плотность воды

4.Частично закрыть задвижку Y1 (открытие 90%).

5.Повторить пункты 3-4 для разных процентов открытия задвижки Y1 (c шагом 10%).

6.Выключить насосы.

145

7. Построить напорно-расходную характеристику параллельно соединенных насосов H(Q).

Таблица 1.

8.Сравнить полученные характеристики с характеристиками одного насоса, полученными в лабораторной работе 13 и с характеристикой последовательно подключенных насосов, полученных в лабораторной работе 15.

9.Проанализировать результаты, сделать выводы.

146

Лабораторная работа 17. Вывод трубопровода на режим при последовательном запуске насосов с контролем значений расхода жидкости и давления в контрольных точках при заданных законах изменения частоты вращения двигателей, подачи и давления.

Цель работы: Вывод трубопровода на режим при последовательном запуске насосов с контролем значений расхода жидкости и давления в контрольных точках.

Краткая теория: Рассмотрим работу двух насосов, один из которых является частотно-регулируемым, для подачи жидкости в трубопровод. В таком случае подача одного насоса может изменяться от нуля до максимального значения, а подача второго насоса либо равна нулю, либо равна максимальному значению.

Для плавного регулирования подачи необходимо, чтоб максимальная подача частотно-регулируемого насоса (далее – насос 1) была равна или больше подачи нерегулируемого насоса (насос 2). В таком случае до достижения максимальной подачи насоса 1 второй насос остается выключенным. Величина подачи регулируется насосом 1 с частотнорегулируемым приводом.

Если насос 1 на максимальной частоте вращения не может обеспечить заданное значение подачи, включется насос 2. Насос 2 обеспечивает ступенчатое увеличение подачи, точная корректировка подачи осуществляется насосом 1.

При этом возможна ситуация, при которой давление в контрольных точках трубопровода превысит допустимое значение. В этом случае обеспечить одновременно подачу и не превышение допустимого давления невозможно, и подача должна быть уменьшена для снижения давления.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда. Подготовить стенд к работе. Открыть краны 1, 2, 4, 6, 8, задвижку Y1 (используется левая половина стенда). Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

2.Записать по указанию преподавателя уставку расхода Qуст и максимально допустимое давление Рmax в точке установки датчика В4.

3.Установить максимальную частоту вращения насоса М1 10 Гц, включить насос М1.

4.Увеличивая частоту вращения насоса М1 добиться заданной подачи. При

этом контролировать давление по датчику В4, в случае превышения Рmax уменьшить частоту вращения М1 для снижения давления ниже Рmax.

5.В случае, если насос М1 на максимальной частоте вращения не может

обеспечить подачу Qуст, установить частоту М1 0 Гц и включить насос М2. Если заданная подача обеспечена – перейти к выполнению пункта 7.

147

6.Увеличивая частоту вращения насоса М1 добиться заданной подачи. При

этом контролировать давление по датчику В4, в случае превышения Рmax уменьшить частоту вращения М1 для снижения давления ниже Рmax.

7.Выключить насосы. По результатам опыта разработать в CODESYS программу для автоматической работы системы по исследованному в работе алгоритму.

Примечание. Пример программы для совместной работы приведен в приложении 12.

8. Проанализировать результаты, сделать выводы.

148

Лабораторная работа 18. Вывод трубопровода на режим при одновременном запуске ЭД с автоматическим управлением каждым из них с помощью частотного регулятора для поддержания (не превышения) давления и подачи.

Цель работы: Вывод трубопровода на режим при одновременном запуске ЭД с автоматическим управлением каждым из них с помощью частотного регулятора для поддержания (не превышения) давления и подачи.

Краткая теория: Рассмотрим режим параллельной работы насосов М1 и М2. Данный режим реализован на правой половине стенда. Для его выполнения необходимо выбрать в графе автоматический режим работы «Параллель М1 и М2. ПИД», установить значение расхода и подтвердить «ОК». Если выбран автоматический режим и нажата кнопка «старт» - выполняется следующий цикл:

- Закрывается клапан Y3 и проверяется его положение.

При закрытых клапанах У1-У3 и открытии с подтверждением на мнемосхеме необходимых кранов и вентилей (если неправильно выбраны появится сообщение) включается насос М2 на 30 сек. Измеряется создаваемое им давление (оно регулируется за счет крана байпаса).

Затем открывается клапан У3 на 70% и проверяется условие возможности совместной работы 2-х насосов (установленный расход должен быть выше на 30% текущего и вентиль 5 не создает достаточного сопротивления, т.е. давление падает). Если условие не выполняется – появляется сообщение «Откройте вентиль 5 или увеличьте значение расхода» и Вам дается 90 сек на устранение причины. По истечении времени при отрицательном результате автоматически завершится процесс, который можно начать заново нажатием кнопки старт (не забудьте изменить настройки, чтобы не повторить неудавшийся цикл выполнения процесса).

Если условия выполняются – отключается насос М2 и появляется сообщение «Закройте кран 2». Нужно закрыть кран 2 и отметить его закрытие на мнемосхеме.

Затем закрывается клапан У3 и включается насос М1 для определения частоты работы. В случае, если не удается подобрать необходимую частоту, в строке состояний появится сообщение «НЕ УДАЕТСЯ УСТАНОВИТЬ ЧАСТОТУ ДЛЯ М1» и через 90 сек. автоматически завершится процесс. Если частота найдена – появится сообщение «Откройте необходимые краны». необходимо открыть кран 2 и отметить на мнемосхеме.

Затем включаются оба насоса и за счет ПИД регулирования клапана У3 достигается заданный расход, если нет выдается сообщение «НЕ УДАЕТСЯ ДОСТИЧЬ ЗАДАННЫЙ РАСХОД». Завершить процесс выполнения можно в любой момент нажатием на кнопку «стоп» автоматического режима.

149

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда. Подготовить стенд к работе. Открыть краны 1, 2, 3, 10-13, вентиль 5 (используется правая часть стенда). Продублируйте открытые краны и вентили нажатием на них на мнемосхеме.

2.Записать по указанию преподавателя уставку расхода Qуст и максимально допустимое давление Рmax в точке установки датчика В4.

3.Выбрать в окне автоматический режим работы «Параллель М1 и М2. ПИД» установить уставку расхода и подтвердить «ОК». Нажать кнопку «старт» автоматического управления.

4.После включения насоса М2 в течение 30 секунд с помощью клапана байпасса отрегулировать давление по датчику В7 (установить такое открытие клапана, чтоб давление по датчику В7 не превышало Рmax).

5.Затем дождаться выполнения следующих проверок цикла, выполняя необходимые действия (см. краткую теорию). При необходимости изменить настройки, чтобы не повторить неудавшийся цикл выполнения процесса.

6.Ознакомиться с работой системы, частично увеличивая/уменьшая проходное сечение вентиля 5.

7.Нажать кнопку «стоп» автоматического режима.

8.Проанализировать результаты, сделать выводы.

150