Количественный способ регулирования производительности насоса осуществляется

Регулирование подачи Центробежного Насоса

Существует три способа регулирования производительности насоса:

Дросселирование — самый простой и самый неэффективный способ регулирования подачи центробежного насоса. Чтобы дросселировать поток, увеличивают гидравлическое сопротивление на общем для всей системы напорном участке трубопровода, например, сразу за насосом.

Для дросселирования потока можно применить автоматическую или ручную регулирующую арматуру, либо установить дроссельную шайбу.

Во время дросселирования подачи насоса, рабочая точка перемещается по напорно-расходной характеристике вверх, при этом увеличивается напор, а подача и КПД уменьшаются.

Перепуск — для регулирования производительности насоса на перемычке между его входным и выходным патрубком устанавливают регулятор поддерживающий постоянный перепад давлений на насосе (постоянный напор насоса). При уменьшении подачи насоса возрастает создаваемый им напор — регулятор реагирует на отклонение перепада от заданной отметки и открывается перепуская воду из напорного патрубка во всасывающий. Таким образом, подача насоса остаётся неизменной, а расход воды в сети может колебаться в широких пределах.

Преимуществом данного метода регулирования является то, что насос всегда работает с постоянной подачей и напором в зоне оптимального КПД, а недостатком, является то, что со снижением нагрузки в сети потребление электроэнергии остаётся прежним.

Регулирование подачи насоса перепуском применяют в системах отопления с автоматическими регулирующими клапанами, изменяющими расход в зависимости от потребности здания в тепле, а также для включения насосов, которые не допускают сильных колебаний подачи, в системы с динамическим гидравлическим режимом.

Частотное управление — установка регулятора частоты вращения рабочего колеса, является наиболее эффективным и наиболее дорогим методом управления подачей насоса, так как стоимость регулятора частоты соизмерима со стоимостью насоса.

Физика данного метода проста: снизив в двое частоту вращения рабочего колеса насоса, в два раза уменьшается его подача, в четыре раза уменьшается напор и в восемь раз уменьшается потребление электроэнергии.

Современные регуляторы частоты вращения могут поддерживать постоянную подачу, или напор насоса, а могу изменять их в зависимости от потребности системы в разное время суток или дни недели.

Программное изменение частоты вращения рабочего колеса, не только обеспечит работу насоса с максимальным КПД, но и позволит снизить шумы возникающие во время работы, осуществлять мягкий пуск, снижать пусковые токи и исключить гидравлические удары.

Регулирование подачи центробежного насоса изменением частоты вращения двигателя целесообразно в системах с частыми и сильными колебаниями расхода воды, а также в случае высокой стоимости электроэнергии. В таких системах затраты на регулятор частоты вращения могут окупиться за несколько месяцев.

Источник

Промышленные насосы

Регулирование работы насосов

Введение

В практике эксплуатации насосов нередко приходится прибегать к регулированию их параметров, главным образом подачи, реже — напора. Так, например, режим работы мелиоративных насосных станций диктуется графиком водоподачи, имеющим значительные колебания во времени и течение поливного сезона, а иногда и в течение суток. Этим вызывается необходимость регулирования подачи насосной станции. Регулирование подачи может также иметь место на насосных станциях городского водоснабжения, на гидроаккумуляторных установках, на установках для перекачки нефти, на циркуляционных и питательных насосах теплоэлектростанций и т. п.

Под регулированием насоса понимают процесс произвольного изменения его подачи для обеспечения требуемой ее величины.

Насос и внешняя сеть образуют единую систему, равновесное состояние которой определяется материальным и энергетическим балансом. Материальный баланс выражается условием равенства подачи насоса расходу во внешней сети, энергетический — равенством напора насоса напору, потребляемому сетью. Графически условие материального и энергетического баланса системы выражается точкой пересечения характеристик насоса и сети. При данных характеристиках насоса и сети существует только одна точка, отвечающая условиям устойчивого равновесия. Величина водопотребления, как правило, изменяется во времени, в соответствии с чем должна перемещаться рабочая точка системы. С этой целью необходимо регулировать подачу насоса.

В связи с тем, что рабочая точка системы определяется характеристиками как насоса, так и сети, то регулировать подачу можно за счет изменения характеристики сети (количественный метод) или за счет изменения характеристики насоса (качественный метод). Изменение подачи и напора насосной установки за счет изменения характеристики сети можно добиться изменением статической составляющей сопротивления системы (геометрической высоты нагнетания или всасывания, давления над поверхностью жидкости в приемном резервуаре), изменением гидравлического сопротивления движению жидкости во всасывающем или напорном трубопроводе, изменением схемы сети (например, за счет введения байпасной линии).

Качественно работа системы «насос-сеть» регулируется изменением частоты вращения рабочего колеса насоса, геометрии проточных каналов насоса и кинематики потока на входе в рабочее колесо.

Существуют также комбинированные способы регулирования, при которых изменение характеристики сети и изменение характеристики насоса происходят одновременно и взаимосвязано.

К количественным способам регулирования лопастных насосов относятся:

• дросселирование напорной стороны насоса;
• дросселирование всасывающей стороны насоса;
• перепуск (байпасирование);
• сброс части поднятого количества воды в нижний бьеф;
• впуск воздуха во всасывающую трубу насоса;
• авторегулирование (изменение статической составляющей напора);
• комбинацией включения параллельно/последовательно работающих ступеней в многосекционных насосах;
• применение баков-гидроаккумуляторов;

На крупных насосных станциях применяют следующие способы регулирования, которые также можно отнести к количественным способам:

• применение ячеистого успокоителя в аванкамере насосной станции;
• применение перепускного трубопровода, соединяющего нитки напорных коммуникаций крупных насосных станций;
• изменение числа параллельно работающих насосов (применение разменных агрегатов).

К качественным способам регулирования относятся:

• изменение частоты вращения рабочего колеса;
• изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на входе в рабочее колесо насоса;
• изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на выходе из рабочего колеса насоса;
• изменение ширины рабочего колеса;
• изменение степени открытия поперечного сечения каналов рабочего колеса;
• изменение угла установки лопастей рабочего колеса;
• саморегулирование;
• обточка рабочего колеса.

К комбинированным способам регулирования относятся:

• саморегулирование с перепуском;
• перепуск по малому контуру с закруткой потока перед рабочим колесом;
• дросселирование с перепуском;
• перепуск с подкруткой;
• дросселирование и изменение частоты вращения рабочего колеса;
• комбинация лопастного и водоструйного насосов и другие.

Классификация способов регулирования подачи

1. Регулирование производится только изменением характеристики насоса.
2. Изменение характеристики сети, а характеристика насоса остается неизменной.
3. Изменение характеристики насоса и сети.

Автоматическое регулирование может быть зависимым и независимым. Зависимое, или программное, регулирование считается наиболее совершенным. Заданный параметр при автоматическом регулировании должен меняться по определенному заранее установленному графику.

Различают также непрерывное или прерывное (позиционное) регулирование процесса.

При позиционном прерывном регулировании подача воды то прекращается, то вновь восстанавливается.

При непрерывном регулировании регулятор все время поддерживает заданную величину параметра (давления, расхода) – показателя регулирования. Всякое изменение этой величины воспринимается чувствительным элементом измерительной системы и полученная информация о рассогласовании передается на исполнительный элемент регулятора.

Изменение характеристик насоса можно сделать постоянным (долговременным) или текущим.

При постоянном (долговременном) регулировании насос переводится в новый режим работы на достаточно длительный срок. Такое регулирование выполнить проще, чем регулировать подачу и напор в процессе работы системы.

Под текущим регулированием подразумевается непрерывное изменение характеристики Q–H в процессе работы установки в зависимости от поступления жидкости к насосу или потребления жидкости в системе.

Количественные способы регулирования подачи

К ним относятся:

• Дросселирование напорной стороны насоса
• Дросселирование всасывающей стороны насоса
• Перепуск (байпасирование)
• Сброс части поднятого количества воды в нижний бьеф
• Впуск воздуха во всасывающую трубу насоса
• Авторегулирование (изменение статической составляющей напора)
• Комбинацией включения параллельно/последовательно работающих ступеней в многосекционных насосах
• Применение баков-гидроаккумуляторов
• Применение ячеистого успокоителя в аванкамере насосной станции
• Применение перепускного трубопровода, соединяющего нитки напорных коммуникаций крупных насосных станций
• Изменение числа параллельно работающих насосов (применение разменных агрегатов)

Прочие способы:

• Введение в жидкость добавок высокомолекулярных соединений
• Магнитогидродинамическая закрутка потока перед рабочим колесом
• Перепуск по малому контуру с закруткой потока перед рабочим колесом
• Дросселирование с перепуском
• Комбинация лопастного и водоструйного насосов

Качественные способы регулирования подачи

К ним относятся:

• Изменение частоты вращения рабочего колеса
• Изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на входе в рабочее колесо насоса
• Изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на выходе из рабочего колеса насоса
• Изменение ширины рабочего колеса
• Изменение степени открытия поперечного сечения каналов рабочего колеса
• Изменение угла установки лопастей рабочего колеса
• Саморегулирование
• Обточка рабочего колеса

Прочие способы:

• Введение в жидкость добавок высокомолекулярных соединений
• Магнитогидродинамическая закрутка потока перед рабочим колесом
• Перепуск по малому контуру с закруткой потока перед рабочим колесом
• Дросселирование с перепуском
• Комбинация лопастного и водоструйного насосов

Источник

Способы регулирования подачи насосов

Во многих случаях в соответствии с эксплуатационными режимами элементов СЭУ, а также с изменением потребления воды в бытовых системах необходимо изменять характеристики насосов или трубопроводов. Изменение характеристик, выполняемое для обеспечения требуемой подачи, называют регулированием режимов работы насоса.

Широко применяют следующие способы регулирования подачи:дросселированием — изменением открытия клинкета или клапана у насоса; перепуском части расхода из напорного трубопровода во всасывающий по обводному трубопроводу; изменением частоты вращения вала насоса.
Дросселирование — наиболее доступный во всех системах способ регулирования. Подачу насоса можно изменять тем или иным перекрытием клинкета (клапана) у насоса на нагнетательном трубопроводе, т. е. введением дополнительного гидравлического сопротивления в трубопроводе. Иногда регулирование осуществляют частичным перекрытием клинкета на всасывающем трубопроводе. Однако такой способ регулирования может быть применен лишь при незначительных изменениях подачи, так как увеличение гидравлического сопротивления на всасывании и связанное с этим углубление вакуума на входе жидкости в рабочее колесо насоса приводят к выделению газов и паров, подсосу воздуха, усилению явлений кавитации и срыву подачи.

При уменьшении открытия клинкета характеристика трубопровода пойдет более круто и будет последовательно занимать положения H_тр1, H_тр2, H_тр3 (см. рис. 2.13). Подача насоса будет уменьшаться, принимая значения Q₁, Q₂, Q₃. В каждом режиме, отличающемся от рабочего, например в режиме, соответствующем точке 2, насос будет развивать напор H₂ > H_тр2, необходимый для подачи в трубопровод расхода Q₂. При этом режиме напор H₂ складывается из напора H_тр2, который расходуется в трубопроводе при расходе Q₂ с полностью открытым клинкетом, и потерь напора в клинкете H_кл2 = H₂ — H_тр2. Клинкет становится регулятором насоса. В связи с дополнительной потерей напора в клинкете новое значение КПД насоса
η = H_тр2η₂/H₂ = (H₂ — H_кл2)η₂/H₂= k_ин2η₂
Отношение H_тр2/H₂ = (H₂ — H_кл2)/H₂= k_ин2 называют коэффициентом использования напора.
Регулирование режима работы насоса дросселированием вызывает дополнительные потери энергии. Снижение КПД при таком способе регулирования тем существеннее, чем круче криваяH. Несмотря на низкую экономичность, благодаря простоте дросселирование применяют широко, особенно в установках малой мощности.
При регулировании режима работы перепуском часть жидкости, подаваемой насосом, из нагнетательного трубопровода перепускается во всасывающий по обводному трубопроводу, на котором установлен клинкет, или сливается в приемный резервуар. При изменении степени открытия клинкета на обводном трубопроводе изменяются расход перепускаемой жидкости и, следовательно, расход сети. Регулирование перепуском неэкономично, так как теряется энергия жидкости, проходящей по обводному трубопроводу. Однако такое регулирование более экономично, чем дросселированием, для быстроходных насосов, у которых с увеличением подачи мощность падает.
В тех случаях, когда есть такая возможность, целесообразно регулировать подачу насоса изменением частоты вращения двигателя.
Экономичность регулирования работы насоса различными способами обычно сравнивают по потребляемой насосом мощности. Исследования для насосов, у которых с увеличением подачи мощность увеличивается (тихоходные и нормальные центробежные насосы), показали, что наименьшая потребляемая мощность получается при регулировании изменением частоты вращения, несколько большая мощность — при регулировании дросселированием, самая большая — при регулировании перепуском.

7. Характеристика ц/б насоса, трубопровода. Рабочая точка

При решении эксплуатационных задач необходимо знать, как изменяются напор, мощность, потребляемая насосом, и КПД в зависимости от подачи, т. е. знать характеристики насоса.

Для насосов важной является зависимость между напором и подачей, т. е. напорная характеристика. Из параллелограмма скоростей в точке 2(см. рис. 2.2) можно составить уравнение для углов, дополняющих один другого до 180°:
tg γ₂ = — tg β₂ = c_2r/(u₂ — c_2u)
Решая уравнение относительно c_2u, получим
c_2u = (c_2r/tg β₂) + u₂
После подстановки значения c_2u в уравнение напора
H_t∞ = u₂ 2 /g + u₂c_2r/(g tg β₂)
В последнее выражение вместо радиальной составляющей абсолютной скорости c_2r может быть поставлено ее значение из уравнения сплошности потока
c_2rf₂ = Q_k
где f₂ — πR₂b₂ — поверхность выходного сечения рабочего колеса без учета толщины лопастей, м2.
Таким образом.
H_t∞ = u₂ 2 /g + u₂Q_k/(f₂g tg β₂)

Последнее уравнение, связывающее значения H_t∞ иQ_k между собой, а также с u₂и β₂ рабочего колеса насоса, является уравнением теоретической характеристики центробежного насоса.
У действительного насоса из-за искажения характера потока происходит существенное снижение напора, которое учитывается коэффициентом k_л. Значение k_л лежит в пределах 0,6—0,8, где верхний предел соответствует рабочим колесам с большим числом лопастей и с наиболее плавными лопастями, загнутыми назад. Обычно представляютk_л = 1/(1 + ρ_л).
Таким образом, теоретический напор насоса при конечном числе лопастей H_t = k_лH_t∞.
Иногда k_л называют коэффициентом циркуляции. Следует обратить внимание на то, что коэффициент k_л не характеризует потерянную мощность, а лишь подчеркивает то, что вследствие искажения характера потока у колеса насоса с конечным числом лопастей нельзя в действительном насосе достичь теоретического напора.

Действительный напор, который остается после преодоления внутренних гидравлических потерь в насосе,
H = H_tη_г = k_лH_t∞η_г,
гдеη_г= H/H_t — гидравлический КПД насоса.
На рис, 2.8 представлены кривые гидравлических потерь h_t и потерь на удар при входе в рабочее колесо и выходе из него h_уд. При расчетном расходе Q_кр потери у входа в рабочее колесо и у входа в отвод равны нулю. При отклонении подачи от расчетной эти потери быстро увеличиваются.
Действительная подача насоса отличается от расхода через рабочее колесо на размер утечек Q = Q_к — q_к. Снижение эффективности насоса из-за утечек определяется объемным КПД η₀ = Q/Q_к. Учет утечек приводит к сдвигу кривой напоров влево на значение q_к. График H(Q) на рис. 2.8 — действительная расчетная напорная характеристика насоса. Она является лишь первым приближением к натурной характеристике насоса, получаемой опытным путем.
На натурной характеристике центробежного насоса(рис. 2.9) изображены зависимости напора H, мощности N, КПД η и допустимой высоты всасывания h_{в доп} от подачи Q.
В центробежном насосе, кроме потерь, которые определяются гидравлическим и объемным коэффициентами η_г и η₀, имеются потери, связанные с механическим трением в сальнике и подшипниках, а также с потерями на трение наружных поверхностей дисков рабочего колеса о жидкость в корпусе насоса. Эти потери учитываются механическим КПД η_м.

Источник