8. Регулирование центробежных нагнетателей

Регулированием называется такое изменение подачи и др. параметров нагнетателя, которое осуществляется непрерывно без останова устройства.

Целью регулирования является приспособление параметров нагнетателя к изменяющимся условиям работы.

Глубиной регулирования является отношение изменения подачи при регулировании к подаче в исходном режиме.

При работе нагнетателя в сети его рабочая точка определяется пересечением характеристики полного давления и характеристики сети. Поэтому изменять подачу нагнетателя можно перемещением рабочей точки либо вдоль характеристики сети либо вдоль напорной характеристики. В соответствии с этим существуют два наиболее распространенных способа регулирования нагнетателей:

а) изменением характеристик сети; б) изменением характеристик нагнетателя.

Регулирование осуществляется с помощью специальных регулирующих устройств.

Все регулирующие устройства в зависимости от их влияния характеристику сети или нагнетателя подразделяются на три группы.

1.Устройства, дросселирующие сеть, т.е. изменяющие характеристику сети, но не изменяющие характеристику нагнетателя. Это клапаны, задвижки, диафрагмы и т.п. Как правило, дросселирование производится при неизменной частоте вращения рабочего колеса нагнетателя.

2.Устройства, изменяющие частоту вращения рабочего колеса нагнетателя, т.е. характеристику нагнетателя. Характеристика при этом остается неизменной. Изменение частоты осуществляется электродвигателями, фрикционными передачами, гидромуфтами, и т.п.

3.Устройства, изменяющие одновременно характеристику нагнетателя и сети. Например, входные направляющие аппараты на вентиляционном аппарате.

8.1.Дроссельное регулирование при постоянной частоте вращения

вала

Регулирование заключается в искусственном введении в сеть дополнительного гидравлического сопротивления. При этом изменяется характеристика сети, но не изменяется характеристика нагнетателя. Регулирующими устройствами, дросселирующими сеть, могут быть клапаны, задвижки, диафрагмы и т.п. устройства.

Пусть нагнетатель включен в трубопроводную систему с вентилем. Режим работы нагнетателя на такую сеть можно определить графически путем

48

наложения характеристики сети на полную характеристику нагнетателя, представляющую собой зависимости полного давления рп, мощности N и КПД η от производительности (рис. 8.1). Точка пересечения характеристик сети и полного давления является рабочей точкой и определяет величину дав-

стью открытом вентиле. Следовательно, дроссельный способ регулирования применяется только для уменьшения подачи.

Мощность на валу при регулировании уменьшается. При этом увеличивается доля энергии, расходуемой на дросселирование. Например, регулиро-

вание до точки В приводит к бесполезной потере давления на дросселе ∆рдр. Тогда мощность, затрачиваемая на дросселирование

∆Nдрос = ∆рдр QВ

ηВ

Чем более глубоко осуществляется процесс регулирования, тем более непроизводительны затраты мощности.

Поскольку есть затраты мощности на дросселирование, то с энергетической точки зрения способ не выгоден, однако ввиду чрезвычайной простоты этот способ имеет широкое применение.

Дросселирование насосов имеет свои особенности. При перекачивании жидкостей насосом регулирующие устройства устанавливаются только на нагнетательном трубопроводе, с целью предотвращения кавитации из-за понижения давления на входе в насос.

Дроссельное регулирование допустимо только при возрастающей характеристике мощности. Если характеристика падающая, то с уменьшением производительности затраченная мощность растет, что нецелесообразно.

49

ный способ может осуществляться как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения подачи.

Потери мощности на дросселирование отсутствуют, поэтому способ энергетически выгоден, но более сложен в реализации. Из-за сложности реализации в эксплуатации данный способ регулирования применяется более редко.

Экономичность способа регулирования зависит от способа изменения частоты вращения рабочего колеса.

Способы изменения частоты вращения колеса:

−использование двигателя постоянного тока и регулировка напряжением питания этого двигателя;

−использование паротурбинного привода и изменение частоты вращения турбины воздействием на паровпускное устройство;

−использование гидромуфта и индукторных муфт скольжения;

−использование ременных вариаторов частоты вращения рабочего коле-

са.

Иногда используется смешанный способ регулирования, сочетающий в себе простоту и дешевизну дроссельного метода и энергоэффективность частотного метода. Суть его состоит в ступенчатом изменении частоты вращения рабочего колеса и последующем регулировании до нужной подачи дроссельным методом.

8.3. Регулирование подачи поворотными направляющими на входе в рабочее колесо

Метод состоит на создании закрутки потока на входе в рабочее колесо.

c1= c1r w1

c′1r w′1

α′1

c′1u u1

Рисунок 8.4. Изменение треугольника скоростей на входе при закрутке потока в направлении вращения рабочего колеса

Пусть отсутствует закрутка потока на входе на лопатку (рис. 8.4). Тогда угол α1 = 90 0, треугольник скоростей на входе прямоугольный, проекция

51

c1u=0, и поток движется вдоль радиуса вращения колеса. Теоретический напор нагнетателя равен

HΤ = u2gc2u ,

подача Q c1r .

При создании закрутки потока угол α1 уменьшается до α′1, появляется составляющая абсолютной скорости c′1u и уменьшается радиальная составляющая c′1r (рис. 8.4).

Тогда создаваемый напор уменьшается и становится равным

H'Τ = u2c2u −u1,c'1u , g

и подача Q′ c′1r , т.е. тоже уменьшается.

Чем сильнее производится закрутка потока, тем сильнее происходит уменьшение напора и подачи.

Поскольку при закрутке потока одновременно уменьшаются напор и подача, то напорные характеристики отклоняются вниз относительно первоначальной характеристики (рис. 8.5). Отклонение тем больше, чем сильнее уменьшается угол α1.

При усилении закрутки потока (α > α′ > α′′) у работающего на некоторую сеть нагнетателя подача уменьшается (Q > Q′ > Q′′), падает также и напор (H > H′ > H′′).

Рисунок 8.5. Изменение параметров нагнетателя при регулировании закруткой потока

52

Уменьшение потребляемой мощности происходит вдоль линии ВВ′В′′. Если бы регулирование осуществлялось дросселированием, то мощность уменьшалась бы вдоль линии ВС. Видно, что регулирование закруткой потока экономичнее дросселирования, т.к. потребляемая мощность снижается значительно быстрее.

Иногда для увеличения подачи и напора производится форсирование работы нагнетателя поворотом потока в обратную сторону (α′ > 900) (рис. 8.6).

Рисунок 8.6. Изменение треугольника скоростей на входе при закрутке потока обратно вращению рабочего колеса

Проекция абсолютной скорости с′1u становится отрицательной и теоретический напор увеличивается

H'Τ = u2c2u +u1,c'1u g

В действительности эффект увеличения напора значительно ниже из-за увеличения потерь, связанных с возрастанием скорости потока.

Устройства, осуществляющие закручивание потока перед рабочим колесом, называются направляющими устройствами. Конструктивно они бывают двух типов – осевые и радиальные.

53