Каким способом выполняется регулирование параметров центробежных насосов

Способы регулирования подачи центробежных насосов.

Существует два основных способа регулирования подачи центробежных насосов — изменение характеристики системы (дросселирование задвижками на напорной или на всасывающей линиях, перепуск части жидкости из напорного трубопровода во всасывающий, впуск воздуха во всасывающий патрубок насоса) и изменение частоты вращения рабочего колеса насоса. Первым способом можно только уменьшать подачу насоса. Как правило, этот способ неэкономичен, однако на практике им приходится часто пользоваться. Кроме того, следует иметь в виду, что системы с центробежными насосами могут непроизвольно регулироваться при изменении характеристики системы.
Характеристики регулирования при постоянной частоте вращения. Способ регулирования подачи задвижкой на напорном патрубке насоса основан на увеличении сопротивления напорной линии. Выяснить достоинства и недостатки этого способа, а также определить область его применения можно путем построения характеристик регулирования (рис. 3.8). На этом рисунке кривая ER₁A —характеристика Q—H насоса, а кривая PD — характеристика системы (трубопровода). Рабочей точке А соответствует подача Q_A— ПО условиям работы системы в нее следует подавать жидкость с расходом Q_R, меньшим расхода Q_A.

Рис. 3.7. Схема работы насоса с неустойчивой характеристикой

Рис. 3.8. Характеристика дроссельного регулирования насоса

Для уменьшения подачи насоса прикрывают задвижку на его напорном патрубке. Чтобы наглядно представить режим работы насоса с прикрытой задвижкой, построим так называемую дроссельную кривую или дроссельную характеристику насоса (кривая Q—H_д на рис. 3.8). Для этого из точки Q_R проведем прямую, параллельную оси ординат. Она пересечет характеристику системы в точке R и характеристику Q — H насоса в точке R₁. Разница ординат этих точек h_д есть излишний напор, который необходимо «погасить» сопротивлением задвижки. Далее вычислим излишние напоры h_д , h_д , . h_дn, соответствующие расходам Q₁ Q₂, . Q_n no известным выражениям h_д1 = h_дQ₁ 2 /Q_r 2 ; h_д2=h_дQ₂ 2 /Q_r 2 и т.д.
Величины h_д1 , h_д2 , h_д3 , . h_дn отложим вниз от точек 1, 2, 3 и т. д. характеристики Q — H насоса и полученные точки соединим кривой, т.е. получим так называемую дроссельную характеристику насоса (кривая ER). Отметим, что дроссельная кривая является характеристикой насоса, отнесенной к какой-то точке напорного трубопровода после задвижки. Так как степень закрытия задвижки может быть различной, то можно построить и несколько дроссельных кривых. При полностью открытой задвижке дроссельная кривая совпадает с паспортной характеристикой насоса.
Дроссельную характеристику насоса можно построить относительно любой точки напорного трубопровода. В этом случае от любой точки характеристики насоса должны быть отложены вниз потери напора на участке напорного трубопровода от насоса до данной точки. Такими характеристиками удобно пользоваться, например, для определения подачи насоса в баки большой высоты (см. рис. 3.6,а), а также при вычислении подачи скважинных центробежных насосов.
Для оценки экономичности регулирования с помощью задвижки на напорном патрубке необходимо рассмотреть изменение мощности и КПД регулируемой установки.
Теряемая при регулировании мощность

где h_д — напор, теряемый в дросселирующей задвижке (см. рис. 3.8); η_к — КПД насоса, соответствующий подаче Q_R.

Коэффициент полезного действия зарегулированной установки определяется выражением

где H_R — напор, необходимый для подачи расхода Q_r; Н_r1—напор, развиваемый насосом при подаче расхода Q_R (H_R1≈H_r+h_д); η_дв — КПД двигателя.

Как видно из выражений (3.6) и (3.7), регулирование задвижкой на напорном патрубке невыгодно, особенно в насосных установках при больших подачах и относительно малом напоре. В некоторых случаях применяют регулирование подачи перепуском части подаваемой жидкости. Если в насосной установке с перепускной (байпасной) линией (рис. 3.9) требуется уменьшить подачу в систему от величины Q₁ до Q_б, то по перепускной линии жидкость с расходом qп направляют из напорного трубопровода во всасывающий. При этом общая подача насоса (расход в точке а) увеличивается до значения Q_a, а подача в сеть (от точки б) уменьшается до величины Q_б. За счет уменьшения расхода в сети ее характеристика изменится — станет положе (кривая Р₂ по сравнению с кривой Р₁на рис. 3.9). При этом напор, развиваемый насосом, уменьшится до величины H₂, а мощность уменьшится с величины N₁ до N₂.

Указанный способ регулирования экономичен для насосов с коэффициентом быстроходности n_s>300 и для вихревых насосов, у которых при увеличении подачи мощность уменьшается. В центробежных насосах с меньшими коэффициентами быстроходности регулирование подачи перепуском поведет к увеличению мощности насоса и может вызвать перегрузку электродвигателя. Кроме того, при этом способе регулирования усложняется система, увеличиваются количество арматуры и габаритные размеры установки.

Иногда применяют способ регулирования подачи путем впуска воздуха во всасывающий патрубок насоса. Такой способ целесообразен, когда фактическая высота всасывания для данного насоса значительно меньше допустимой, а впуск воздуха не ухудшает работы системы. Сущность этого способа иллюстрируется рис. 3.10, а.
При впуске воздуха характеристика Q — Н насоса как бы смещается вниз, и поэтому можно подобрать режим работы насоса, соответствующий условиям подачи заданного расхода Q_R (кривая, проходящая через точку R на рис. 3.10,а). При впуске воздуха КПД установки снижается тем больше, чем больше воздуха впускается в насос, т. е. чем больше число К_в — отношение объема воздуха к объему воды. Этот способ регулирования, как правило, более экономичен, чем регулирование напорной задвижкой. Существенным недостатком регулирования путем впуска воздуха является снижение срока службы рабочих колес под действием кавитационного износа.

Регулирование путем изменения частоты вращения рабочего колеса насоса. Наиболее экономичным способом регулирования работы насосного агрегата является изменение частоты вращения рабочего колеса. Такое регулирование осуществляется с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт, электродвигателей с изменяемым числом оборотов и другими способами.

Частоту вращения рабочего колеса выбирают такой, чтобы характеристика Q-H насоса прошла через рабочую точку при заданном расходе Q_r (см. рис. 3.10,6). Точки характеристики Q — H находят путем пересчета их ординат по заданному соотношению Q_R/Q_A, при этом пользуются формулами приведения.

Источник

Регулирование подачи насоса.

Основной задачей регулирования подачи насоса является подача в сеть расхода Q(м 3 /ч), заданного определенным графиком. При этом характеристики насоса, такие как Н(напор), p(давление), N(мощность) и η(коэффициент полезного действия) имеют тенденцию изменяться.

Однако сеть трубопроводов и потребители накладывают на некоторые из параметров определенные условия. Например насосы должны создавать определенные потребителем расход и давление, отвечающее гидравлическим свойствам системы трубопроводов.

Содержание статьи

Компрессоры в некоторых случаях работают на сеть с переменным Q, но должны обеспечить постоянное давление р (например, пневматический инструмент) в других случаях они работают с постоянным Q при переменном р.

Таким образом возможны различные варианты регулирования подачи. Самые актуальные способы регулирования подачи насоса рассмотрены в этой статье.

Дроссельное регулирование при постоянной частоте оборотов.

Предположим, что насос подключен так, как показано на схеме.

Отложим на графике характеристики напора, мощности и КПД центробежного насоса при постоянном числе оборотов.

На этом же графике изобразим характеристику трубопроводной сети, на которую работает насос. При этом считается, что регулирующий дроссель открыт полностью.

Установившийся режим работы центробежного агрегата возможен только если напор насоса равен напору, расходуемому в системе. Это равенство наблюдается в точке а.

В случае прикрытия дросселя на напорной трубе точка а передвинется по характеристике влево и займет положение а / , задав новые значения параметров Q / , H / , N / . Дальнейшее перекрывание дросселя вызывает смещение характеристики трубопроводной системы ещё больше вверх, и точка а передвигается в точку а // , дающую значения параметров Q // , H // , N // и т.д.

Следовательно, дроссельное регулирование при постоянной частоте вращения достигается введением дополнительного гидравлического сопротивления в сеть трубопроводов машины.

Поскольку наибольшая подача достигается при полностью открытом дросселе (точка а), дроссельное регулирование применяют только с целью уменьшения подачи. Энергетическая эффективность такого регулирования низка, но благодаря своей простоте этот способ широко применяется.

При дроссельном регулировании центробежных машин, подающих жидкость, дроссель располагают на напорной трубе. Если расположить его на всасывающей трубе, то при глубоком регулировании может возникать кавитация.

Изменение частоты вращения вала

В тех случаях, когда имеется возможность изменять частоту вращения вала двигателя, приводящего в движение центробежную машину, целесообразно воспользоваться этим вариантом.

Насос подключен к трубопроводу так же, как и в предыдущей схеме и работает при частотах вращения n1, n2, n3, причем n1

Источник

Способы регулировки центробежного насоса.

Перемещение жидкостей и газов.

Транспортировка жидкостей и газов является одной из важнейших операций в химической технологии. Перемещение жидкости осуществляется по трубам.

Как рассчитать диаметр трубопровода.

Расчет геометрических размеров трубопровода основывается на уравнении расхода.

— если движение осуществляется самотеком: 0,5 – 1,5 м/с.

— если движение осуществляется под действием насоса: 0,5 – 3 м/с.

2. для газов: 8-15 м/с.

3. для паров: 20-50 м/с.

Насосы.

Насос служит для перемещения жидкости по трубопроводам, аппаратам, а также для подъема жидкости на нужную высоту.

Сверху вниз жидкости могут перемещаться самотеком, наоборот только насосом.

Насос – гидравлическая машина, служащая для преобразования механической энергии движения в энергию перемещения жидкости.

1. Производительность – единица объема жидкости в единицу времени передаваемое насосом.

2. Напор – удельная энергия сообщаемая насосом единице массы перекачиваемой жидкости.

Величина его определяется из уравнения Бернулли и складывается из напор затраченного на создание скоростного напора, преодоление разности давлений в приемном и заборном резервуаре и на преодоление сил трения и потерянного напора, т.е. высоты подъема жидкости.

3. Полезная мощность – мощность, затраченная насосом на сообщение жидкости энергии давления. Она рассчитывается:

На практике: — действительная мощность насоса ( — кпд насоса).

Действительная мощность насоса больше теоретической вследствие механических потерь ( трение в сальниках, трение рабочего колеса насоса и т.п.).

Объемные потери — это утечка жидкости через сальники.

Гидравлические потери – потери энергии на преодоление гидравлического сопротивления подводящего и отводящего трубопроводов.

Схема насосной установки.

— давление в приемном резервуаре;

— давление в баке откуда качают жидкость;

— высота всасывания насоса;

— геометрический напор;

— высота нагнетания насоса;

— давление всасывания.

Рассмотрим высоту всасывания насоса:

Если резервуар находится под атмосферным давлением, то в формуле заменяем на .

= , всасывание осуществляется только тогда , когда > ( — давление насыщенных паров).

— теоретически возможная глубина с которой насос может поднять воду, в реальности она составляет 5-6 м.

Высота всасывания насоса уменьшается со снижением барометрического давления и с увеличением давления насыщенных паров.

Высота всасывания насоса уменьшается при увеличении скорости жидкости во всасывающей трубе при соответствующем возрастании величины потерь на всасывающем отрезке.

Уравнение (1) является общим для всех насосов.

По способу преобразования механической энергии в энергию движения жидкости насосы делятся на 2 группы.

1. Динамические. Среды перемещаются под воздействием сил на незамкнутый объем жидкости, т.е. этот объем постоянно сообщается с входом и выходом насоса.

2. Объемные. Жидкости перемещаются в результате периодического изменения занемаемого его объема камеры, которая попеременно сообщается с входом и выходом из насоса.

2-рабочее колесо с загнутыми назад лопатками;

3-вал, на котором вращается рабочее колесо;

Рабочее колесо с укрепленными на нем лопатками вращается с огромной скоростью, при этом жидкость из всасывающего патрубка поступает по оси насоса и попадает на лопатки, приобретая вращательное движение. Под действием центробежной силы давление жидкости увеличивается, и она выбрасывается из колеса в неподвижный корпус и далее на нагнетающий патрубок. При этом на всасывающем патрубке создается пониженное давление.

Представленный рисунок это рисунок одноступенчатого центробежного насоса. Если на оси расположить несколько рабочих колес то такой насос называется многоступенчатым центробежным насосом.

Основное уравнение центробежного насоса (центробежных машин).

Частицы жидкости в каналах рабочего колеса совершают сложное движение. Они перемещаются вдоль лопаток и одновременно вращаются вместе с колесом.

Соответственно различают окружную скорость вращения частицы, которая зависит от диаметра рабочего колеса и числа оборотов.

-диаметр рабочего колеса;

— частота вращения.

И относительную скорость перемещения частиц по отношению к лопаткам.

А – начальный момент времени;

В – конечный момент времени.

Из уравнения Бернулли:

Вход:

Выход:

Теоретический напор создаваемый насосами:

С учетом разложения сил:

Причем что жидкость движется через колесо с большим числом лопаток, т.е. все частицы движутся по подобным траекториям.

— основное уравнение центробежного насоса Эйлера.

Стараются подавать жидкость на лопатки перпендикулярно :

С изменением числа оборотов колеса изменяется его производительность и напор. Эти изменения описываются законами пропорциональности.

— первый закон

— второй закон

Следствием закона является:

Характеристики сети и центробежного насоса.

При испытании центробежных насосов, изменение степени закрытия задвижки на нагнетающей линии измеряют производительность, напор, мощность и выносят все эти графики на один.

График характеристики центробежного насоса.

В зависимости от объемного расхода напор, создаваемый насосом имеет вид кривой. По графику видно что при увеличении расхода напор падает, мощность при увеличении объемного расхода при перекачке жидкости возрастает. КПД насоса имеет точку максимума.

При выборе насоса и числа оборотов двигателя необходимо кроме собственно характеристики насоса учитывать его характеристику сети, т.е. трубопровода и присоединенных к нему аппаратов.

Выразим сопротивление сети через объемный расход:

— для круглого трубопровода.

График характеристики сети.

Выбор насоса.

Точка (1) соответствует — наибольшей производительности, которую может дать данный насос, работающий на данную сеть.

При выборе насоса эта точка должна обеспечивать необходимый объемный расход.

Способы регулировки центробежного насоса.

1. Дросселирование (открыть или закрыть задвижку на напорном трубопроводе).

2. Изменение числа оборотов двигателя.

3. Создание перепускной линии (байпас).

Последовательное включение насосов.

При последовательном включении насосов суммируются напоры, создаваемые ими.

Параллельное включение насосов.

При параллельном включении насосов складываются расходы.

Объемные насосы.

По принципу действия различают:

Насос простого действия.

При движении поршня вправо в корпусе создается разряжение в результате чего нагнетающий клапан закрывается, а всасывающий открывается, жидкость засасывается в этот объем, при последовательном движении поршня влево всасывающий клапан закрывается и открывается нагнетающий клапан, происходит выход жидкости, т.е. только один ход поршня обеспечивает производительность насоса.

Насос работает через пол оборота.

— выброс жидкости за одну минуту.

-длина хода поршня.

— площадь поршня.

Поршневой насос двойного действия.

Оба хода поршня как вправо так и влево выдают каждый свою порцию жидкости.

; — площадь поперечного сечения штока.

Характеристика поршневого насоса.

В реальных условиях объемный расход несколько снижается вследствие:

— Утечки жидкости через не плотности (сальники и клапана).

— За счет попадания воздуха во внутрь насоса через сальники.

Реальная производительность поршневого насоса ниже теоретической, КПД составляет 0,9..0,95.

Мощность поршневого насоса:

Высота всасывания рассчитывается аналогично центробежному насосу.

Перемещение газов.

В отличии от жидкостей газы имеют свойство сжиматься. Машины для перемещения газов называются компрессорами.

По величине степени сжатия (отношение конечного давления к начальному) делят на:

1. Вентиляторы служат для перемещения газов в больших количествах, но с низкими скоростями.

2. Газодувки используются для перемещения газов с относительно высокими скоростями газовой сети. Напор у них высокий.

3. Компрессора используются для создания высоких скоростей газов, а следовательно и давлений.

4. Вакуум-насос. При его использовании идет речь об отсасывании газов. По принципу действия все эти машины делятся на:

— Ротационные и т.д.

Диаграмма компрессора поршневого насоса.

При движении поршня влево в правой камере создается разряжение, при этом клапан 1 открывается другие закрываются вследствие чего открывается всасывающий клапан и где при постоянном давлении входа заполняется правый объем поршня. При обратном движении поршня газ в левой камере сжимается до давления , как только давление будет достаточное открывается нагнетающий клапан, и газ при этом давлении выбрасывается из полости.

Чисто конструктивно в полости остается «вредное пространство» отсюда следует что какая-то часть остается следовательно при обратном движении поршня сбрасывается давление.

В ходе сжатия газа имеет место тепловой эффект, следовательно компрессоры могут работать либо в адиабатическом, либо в изотермическом режиме, отсюда следует что компрессор необходимо охлаждать, но это оправдано снижением потребления мощности.

Источник