11. Устойчивость работы нагнетателей

Для нормальной эксплуатации нагнетателей на установках требуется, чтобы их работа была устойчивой.

Работа нагнетателя является устойчивой, если после воздействия случайных возмущений его режим возвращается в исходное состояние.

Наиболее частые причины возникновения случайных возмущений:

-колебания напряжения в электрической сети, из-за которых возникают изменения частоты вращения рабочего колеса;

-изменения гидростатической составляющей в сети;

-колебания расхода в сети.

При возникновении неустойчивого режима работы наблюдаются резкие изменения подачи, давления и потребляемой мощности.

Автоколебаниями или помпажом называются самопроизвольные колебания подачи, давления и мощности нагнетателя. Такие режимы часто могут возникать, если нагнетатель имеет седлообразную напорную характеристику.

Рассмотрим различные ситуации работы насоса в сети, включающей в себя водозабор, всасывающий и нагнетательный трубопроводы и приемную емкость.

1. Приемная емкость имеет значительные размеры, насос имеет падающую напорную характеристику (рис. 11.1). Поскольку приемная емкость имеет значительные размеры, то можно считать, что при колебаниях подачи насоса уровень жидкости в ней постоянен.

Q

dQ dQ

QA Q

Рис. 11.1. Работа насоса с падающей напорной характеристикой

Пусть при работе на установке требуется поддержание режима работы насоса с подачей QA и напором HA и режим работы определяется т.А.

65

При случайном увеличении подачи на малую величину dQ противодавление сети (т. 1) оказывается больше создаваемого насосом напора (т. 2). Сеть как бы тормозит работу насоса, и режим работы насоса стремится вернуться в исходное состояние.

Если подача случайно уменьшится на dQ, то напор насоса (т. 3) становится больше противодавления сети (т. 4). В результате подача увеличивается, пока режим работы не вернется в исходную т.А.

Таким образом, при любом случайном изменении подачи режим работы насоса стремится поддерживаться в исходном состоянии. Такая работа насоса является устойчивой.

Условие устойчивости насоса имеет вид

dHdQ < dHdQс .

2. Приемная емкость имеет значительные размеры, насос имеет седлообразную напорную характеристику (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Работа насоса с седлообразной напорной характеристикой

Пусть требуется поддержание работы насоса в т. А, т.е. он должен иметь подачу QA и напор HA.

При случайном увеличении подачи на dQ создаваемый напор оказывается больше противодавления сети. Подача продолжает расти до тех пор, пока режим работы не сместится в т. В. Насос при этом имеет более высокую подачу, чем необходимо QB > QА .

При случайном уменьшении подачи на dQ сопротивление сети становится больше, чем создаваемый напор. В результате подача продолжает сни-

66

жаться, пока режим работы не перейдет в т. С, и насос характеризуется меньшей подачей QС < QА .

Видно, что при случайных колебаниях подачи происходит самопроизвольное изменение режима работы насоса, который задается точками В либо С, и подача будет QС либо QВ.

Таким образом, при работе насоса с седлообразной характеристикой обеспечить требуемую подачу QА не удается, и работа насоса является неустойчивой.

Если насос имеет седлообразную характеристику, то для обеспечения устойчивой его работы рекомендуется использовать правый падающий участок напорной характеристики.

3. Приемная емкость имеет небольшой объем, сопоставимый с подачей насоса, насос имеет седлообразную напорную характеристику (рис. 11.3).

QС QD QА QВ QE Q

Рис. 11.3. Работа насоса в режиме помпажа

Пусть требуется поддержание работы насоса в т. А, т.е. он должен иметь подачу QA, равную расходу потребителя: QA = Qп. При случайном изменении подачи на малую величину dQ режим работы не вернется в т. А, и подача продолжит рост, причем, она больше расхода потребителя Q > Qп. Уровень жидкости в приемном баке начнет повышаться, в результате характеристика сети начнет смещаться вверх. Рабочая точка смещается вверх вдоль характеристики насоса, пока не достигнет положения т. В. Режим работы насоса в точке В является критическим, поскольку малейшее дальнейшее перемещение характеристики сети вверх из-за инерции жидкости приводит к скачкообразному переходу режима работы в т. С. Подача уменьшается QС < QА, и, соответственно, меньше расхода потребителя QС < Qп. Уровень жидкости в баке понижается, что приводит к смещению характеристики сети вниз. Рабочая

67

точка перемещается вдоль характеристики насоса до положения т. D, в режим работы становится критическим: незначительное понижение уровня жидкости из-за ее инерции приведет к скачкообразному переходу режима работы в т. Е. Подача резко увеличивается QЕ > QС и становится больше расхода потребителя QЕ > Qп. Уровень жидкости в баке растет, характеристика сети смещается вверх, рабочая точка перемещается в т. В, и т.д.

Возникает циклическое изменение подачи насоса, которое называется помпажом.

Таким образом, видно, что в данной ситуации невозможно обеспечить режим работы насоса с подачей, равной расходу потребителя.

Выполненный анализ работы насоса показал, что устойчивость насоса всегда можно обеспечить, если он имеет падающую напорную характеристику.

В случае седлообразной характеристики насоса для обеспечения устойчивой его работы рекомендуется использовать правый падающий участок напорной характеристики правее точки К, положение которой задается условием НК < 0,9НВ.

68