Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011
.pdf
3.6.1. Регулирование изменением характеристики сети
Для того чтобы насос работал в точке с меньшим расходом Q(2), необходимо увеличить сопротивление сети.
Это осуществляется прикрытием регулирующего вентиля, установленного на напорном трубопроводе.
Как результат, характеристика сети пойдет круче (пунктирная линия) и пересечет характеристику насоса в точке 2. Потребная мощность насоса Р1 уменьшится со значения Р1(1) = 880 Вт до значения
Р1(2) = 800 Вт.
Рис. 3.15. Регулирование изменением характеристики сети
3.6.2. Регулирование изменением характеристики насоса за счет изменения чисел оборотов мотора
При изменении чисел оборотов меняется характеристика насоса. Так, при увеличении или уменьшении числа оборотов напор насоса увеличивается или уменьшается пропорционально квадрату чисел оборотов n2, а его расход − пропорционально числу оборотов в первой степени. Если насос работал в точке 1 (рис. 3.16) при максимальных n = 2700 об/мин и имел напор 6,5 м, а расход 23 м3/ч, то при уменьшении чисел оборотов до минимальных значений n = 2000 об/мин (т.е. в 1,35 раза), напор уменьшится в 1,82 раза и станет равным 3,6 м, а расход будет равен 17 м3/ч. При этом напорная характеристика насоса смещается вниз.
71
Рис. 3.16. Регулирование изменением характеристики насоса
Потребляемая мощность со значения Р1(1) = 880 Вт уменьшится до значения
Р1(2) = 500 Вт.
Регулирование этим методом экономически более оправдано, чем ранее рассмотренный метод регулирования.
При регулировании характеристикой сети мощность насоса тратится на преодоление сопротивления в прикрытом вентиле и, тем самым, вызывает дополнительные потери энергии, снижающие полный КПД установки. Однако метод регулирования вентилем очень прост и поэтому находит широкое применение.
3.6.3. Бесступенчатое регулирование
При таком регулировании могут быть использованы электронные насосы, у которых режимы работы (напор, расход, мощность) приводятся в соответствие с потребным рабочим состоянием сети. Благодаря этому мощность насоса, а значит, и потребляемая энергия постоянно минимизируется, что позволяет сэкономить до 80 % энергии по сравнению с ранее рассмотренными методами регулирования.
Насос может иметь несколько способов регулирования.
1 Способ – Н = const
Н = const – электроника поддерживает напор создаваемый насосом постоянным в заданном диапазоне регулирования расхода (рис. 3.17). Пусть первоначально насос работает в точке 1. При изменении характеристики сети (например, потребитель закрыл один из кранов), по инерции насос в течение некоторого времени
72
не изменяет своей характеристики и его рабочая точка переходит в точку а, но, так как задано постоянное значение напора 6 м, электроника уменьшает числа оборотов насоса по характеристике сети до точки b. А поскольку конечной целью потребителя является расход со значением Q(2), то электроника будет вести управление насосом по цепочке с–d–e–2. Отклонение от линии заданного значения H = = const зависит от инерционности электроники, которая управляет насосом.
1 Способ – Н = variable
Н = variable – электроника линейно изменяет перепад давления (напор), который должен поддерживаться насосом между Hs и ½ Hs, т.е. отслеживать движение из точки 1 в точку 2. На рис. 3.18 показано, что изменение характеристик насоса будет происходит по цепочке 1–a–b–c– d–2. Сравнивая мощносные характеристики насосов, работающих по закону H = const и H = variable, можно заметить, что насос, работающий по второму закону, затрачивает меньшую мощность, т.е. регулирование насоса по закону H = variable более экономично, чем по закону
H = const.
Рис. 3.17. Регулирование насоса по закону H = const
Рис. 3.18. Регулирование по закону H = variable
73
3.7. Последовательная и параллельная работа насосов на сеть
3.7.1. Параллельное подключение насосов
Насосы, работающие параллельно, широко применяются в практике, когда требуется обеспечить широкий диапазон регулирования подачи, например, в течении отопительного сезона. Часто для этих целей используют конструкцию в виде сдвоенных насосов (рис. 3.19). Так как насосы забирают воду с одного уровня и имеют одинаковое давление в точке соединения их напорных патрубков, то напор создаваемый обоими насосами одинаков.
Основной или резервный насос |
Основной + резервный насос |
Рис. 3.19. Режимы работы сдвоенных насосов
Правило определения общей характеристики параллельно рабо-
тающих насосов: для получения общей характеристики двух насосов следует сложить расходы каждого из двух насосов, взятых при одном и том же напоре.
Пусть насосы I и II имеют характеристики HI и НII (сплошные линии на рис. 3.20). Тогда при произвольном значении напора следует сложить их расходы и тем самым получить суммарную характеристику HI + II. Пересечение суммарной характеристики насосов HI + II с характеристикой сети Hпотр дает рабочую точку А работы двух параллельных насосов. Проведя через точку А горизонтальную линию, получаем на пересечении с кривыми насосов I и II значения расходов QI и QII, с которыми работает каждый из двух насосов.
74
Рис. 3.20. Сложение характеристик параллельно работающих насосов
Внимание! При работе двух разных параллельно включенных насосов существует значение производительности Qкр, при которой малый насос не будет нагнетать жидкость, т.е. QI = 0, а QII = Qкр. При дальнейшем закрытии вентиля, (т.е. Hпотр будет идти левее точки «КР») большой насос будет нагнетать часть жидкости (если нет обратного клапана) через малый насос (– QI), чего категорически допустить нельзя. Чем больше разница между двумя насосами, тем больше значение Qкр и меньше область их совместной работы. Чтобы избежать этого, целесообразно использовать одинаковые насосы. На рис. 3.21 показано сложение характеристик двух одинаковых параллельных насосов.
При работе в сети расход двух параллельно работающих насосов не равен сумме расходов каждого из насосов.
В качестве подтверждения этого рассмотрим работу насоса TOP-SD 50/7 (рис. 3.22). Пусть в какой-то момент времени работает один из насосов на максимальных числах оборотов, обеспечивая производительность Q1 насос = 20 м3/ч в точке А. Если включить
75
второй насос, то суммарная производительность Q1 + 1 насос увеличится до 23 м3/ч, т.е. на 3 м3/ч.
Рис. 3.22. Характеристика сдвоенного насоса
Рассмотрим несколько примеров практического применения параллельного включения насосов.
Пример 1. Сдвоенные насосы. Для того чтобы повысить надежность отопительной системы, что особенно важно для зимнего периода, Wilo предлагает сдвоенные насосы (см. рис. 3.19), когда в одном корпусе размещены два насоса каждый со своим приводом, работающих на один трубопровод. В этом случае не требуется дополнительной арматуры и приборов регулирования. На рис. 3.22 показана индивидуальная характеристика каждого насоса, а также совместная характеристика двух насосов в разных режимах. В программе управления предусмотрено, что при выходе из строя одного насоса, автоматически включается второй. Рассмотрим возможные режимы эксплуатации такого насоса (см. рис. 3.19):
•основной или резервный насос;
•основной + резервный насос для компенсации пиковой нагрузки.
76
В режиме «Основной или резервный насос» работает один насос, а второй − стоит. Это обязательное условие эксплуатации насосов для особенно ответственных объектов, чтобы не допустить перебоев в снабжении потребителей даже на короткое время. Обратный поток жидкости через неработающий насос исключается переключающимся клапаном, который размещен в корпусе этого насоса. Режим «Основной + резервный насос» обеспечивает покрытие пиковой нагрузки. В этом случае работают оба насоса. Так, на протяжении большей части отопительного сезона (или в ночное время) достаточно одного работающего насоса. В наиболее холодные дни, когда мощность отопления достигает своего пикового значения с помощью управляющих приборов, включаются оба насоса. Так как каждый из сдвоенных насосов имеет широкий диапазон регулировки, то в виде сдвоенной конструкции они представляют собой устройство с широким диапазоном регулировки для приспособления к отопительной системе.
Пример 2. Многонасосные установки. Если в больших зданиях требуется большой объем перекачиваемой жидкости, например в системе отопления, то идут по пути установки нескольких одинарных насосов, которые объединены в насосные станции, имеют систему регулирования их работой и работают параллельно друг другу, в зависимости от давления, в пределах некоторого диапазона. В соответствии с потреблением насосы установки включаются и выключаются один за другим. В зависимости от нагрузки они могут включать от 2 до 6 насосов.
Работа насосной установки выполняется следующим образом. Насос основной нагрузки или главный насос может бесступенчато регулироваться между максимальной частотой вращения n = 100 % и минимальной частотой n = 60 %. Если его производительности при n = l00 % недостаточно, то главному насосу дополнительно включается первый насос пиковой нагрузки на полной частоте вращения. При этом производится изменение режима работы основного насоса, чтобы обеспечить его равномерную разгрузку. Когда не хватает производительности двух насосов, включается следующий пиковый насос со сменой режима работы двух ранее включенных насосов. Максимальная потребная производительность обеспечивается, если все насосы установки работают на са-
77
мой большой частоте вращения. По такому же принципу выключаются насосы пиковой нагрузки при уменьшении потребности в тепловой нагрузки.
Благодаря использованию нескольких насосов постоянно поддерживается баланс между потреблением и производительностью установки в заданных пределах напора.
3.7.2. Последовательное подключение насосов
Последовательное соединение насосов применяется для увеличения напора в случаях, когда один насос не может создать требуемого напора. На рис. 3.23 показано правило определения суммарной характеристики двух последовательно работающих насосов.
Рис. 3.23. Последовательная работа насосов
Суммарная характеристика насосов получается сложением напоров НI и НII при произвольно выбранном расходе.
Пересечение суммарной характеристики насосов с характеристикой сети даст рабочую точку А, которая определяет режим последовательно работающих насосов. Опустив из точки А вертикаль, получаем на пересечении ее с кривыми I и II напоры насосов НI и НII, кото-
рые они создают.
Пересечение суммарной характеристики насосов с характеристикой сети даст рабочую точку А, которая определяет режим последовательно работающих насосов. Опустив из точки А вертикаль, получаем на пересечении ее с кривыми I и II напоры насосов НI и НII, которые они создают.
Внимание! При работе двух разных последовательных насосов имеется режим Qкр, при котором напор малого насоса будет равен 0 (см. рис. 3.23). При дальнейшем открытии вентиля характеристика сети пойдет положе и правее точки «КР», и малый насос будет соз-
78
давать отрицательный напор, т.е. будет сопротивлением для большого насоса.
Если требуется добиться больших напоров при ограниченности размеров, применяют многоступенчатые насосы, которые являются, по сути, насосами работающими последовательно. На рис. 3.24 показаны характеристики многоступенчатого насоса в зависимости от числа ступеней. Если в сети работает насос MVI 802 (две ступени), то на режиме Q802 он создает напор 20 м. Если в ту же сеть поставить насос с 12 ступенями, то напор и расход увеличатся до 100 м и 10 м3/ч соответственно.
Рис. 3.24. Характеристика многоступенчатого насоса
Внимание! Работая в сети, сумма напоров двух последовательно работающих насосов не равна сумме напоров двух насосов
(рис. 3.25).
79
3.8. Влияние формы характеристик насоса на эксплуатацию системы
Ранее было показано, что рабочая точка является определяющей при выборе насоса. Однако форма характеристики, т.е. ее наклон к оси расхода, также должна учитываться при выборе насоса. Особенное значение это имеет для систем, в которых применяются терморегулирующие вентили. Действительно, отключая тот или иной потребитель (теплообменник), мы уменьшаем расход через насос, и, значит, устанавливается новая рабочая точка, характеризующая большим напором. Если характеристика пологая, то даже значительные изменения подачи не приводят к сколько-нибудь существенному изменению напора (давления в системе), который может быть причиной шумов в трубопроводах. Кроме того, не требуется изменять параметры управления. Если терморегулирующие датчики не применяются в системах, то форма характеристики значения не имеет.
80