Способы подачи регулирования центробежных насосов

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

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 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

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