Способы регулирования давления 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

Методы регулирования насосов

Иногда производственные процессы требуют искусственного изменения характеристик насоса, например, подачи или напора. Наиболее часто такие требования возникают в системах коммунального водоснабжения или водоотведения, где потребление воды изменяется в зависимости от времени суток, а избыточное давление в трубопроводах может повлечь их выход из строя.

Один из самых старых и испытанных способов, до сих пор применяемый благодаря своей простоте — дроссельное регулирование. Суть этого способа сводится к тому, что регулирование производится путем изменения геометрии напорного трубопровода, например, частичным перекрыванием задвижки или другой арматуры. Данный способ не выдерживает критики, поскольку расход энергии на работу насоса остается прежним и увеличивается давление внутри корпуса. Соответственно, уменьшается полезная мощность насоса.

Еще один из методов предлагает возврат жидкости из напорного трубопровода во всасывающий, что опять же, влечет снижение коэффициента полезного действия насосной установки. Данный способ предусматривает возможность автоматической регулировки, например, установкой на стороне высокого давления заранее отрегулированных клапанов, выполняющих при необходимости сброс жидкости.

Иногда применяют способ, при котором в нагнетательный трубопровод подается воздух, что влечет уменьшение подачи и напора насоса. Однако данный способ также экономически неэффективен, поскольку насосы работают почти «в холостую» из-за измененных кавитационных свойств, а из-за специфичности устройства некоторых насосов данный способ не всегда приемлем.

Наиболее приемлемым в экономическом отношении является метод изменения характеристик насоса путем изменения частоты вращения вала. Данный способ нашел применение во многих насосных станциях и агрегатах, выпускаемых ОАО «Эна», ЗАО «Талнахский механический завод» и корпорацией «Эспа». Входящие в комплектацию электродвигатели подразумевают изменение частоты вращения ротора, что достигается благодаря применению реостатов, сопротивлений или возможностью выбора задействованных обмоток мотора.

Регулировка может также осуществляться с помощью гидромуфт, представляющих собой емкость, соединенную арматурой с отдельно устанавливаемым агрегатом-турбиной, соосным с центробежным насосом. Данный способ не нашел широкого применения, поскольку гидромуфты довольно габаритны, подвержены износу и сложны в эксплуатации и ремонте.

Самым экономически эффективным и успешно применяемым в насосных станциях и оборудовании для нужд водоснабжения, выпускаемом ОАО «Ливгидромаш», является способ, при котором частота вращения двигателя-привода напрямую зависит от давления в напорном трубопроводе. Регулировка происходит полностью автоматически и не требует участия операторов. Специальные электронные датчики беспрерывно отслеживают давление в напорном трубопроводе, и при падении его ниже заданного уровня передают импульс в блок автоматического пуска, который подает необходимое напряжение на электродвигатели. После этого моторы плавно запускаются и работают до тех пор, пока давление не достигнет заданной величины, после чего происходит остановка двигателей до следующего падения параметров. Цикл повторяется.

Благодаря последнему описанному внедрению насосные станции ОАО «Ливгидромаш» значительно долговечнее станций, в которых регулирование происходит дроссельным и другими способами. Из-за щадящего режима пуска двигатели реже выходят из строя, межремонтный интервал насосов увеличивается в три раза, значительно уменьшается расход электроэнергии. Кроме того, благодаря отсутствию в системе перепадов давления, исключаются такие негативные влияния как протечки и выход трубопровода из строя. К недостаткам данных станций следует отнести их высокую стоимость, однако они быстро окупаемы благодаря факторам экономии.

Источник

РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ НАСОСА

Принудительное изменение параметров насоса в соответствии с потребностями сети называется регулированием работы, насоса.

Регулирование работы центробежных насосов. Поскольку ре­жимные параметры работы насоса на заданную систему (сеть) оп­ределяются положением точки пересечения кривых характерис­тик насоса и сети, для изменения режимных параметров насоса необходимо изменить место положения этой точки. Следовательно, чтобы изменить режим работы насоса (изменить режимные параметры), необходимо изменить характеристику насоса или ха­рактеристику системы (сети).

Регулирование может осуществляться за счет воздействия на элементы сети (с изменением характеристики сети) или за счет воздействия на насос (с изменением формы характеристики и ее положения). Практически существует два способа воздействия на элементы сети:

· введение в состав сети дополнительного гидравлического сопро­тивления;

· введение в состав сети перепускного патрубка.

Способ регулирования, при котором в сеть вводится дополни­тельное гидравлическое сопротивление, называется дросселирова­нием. В качестве дополнительного гидравлического сопротивле­ния используется изменение степени открытия задвижки на выхо­де из насоса. Если характеристика сети до регулирования (введе­ния дополнительного сопротивления) имеет вид

то после введения дополнительного сопротивления она будет иметь следующий вид:

где k₃ — коэффициент местных потерь задвижки; ∑h₁— потери напора при регулируемой подаче; h₃ — потери напора на задвижке.

Так как при дроссельном регулировании не весь напор, создава­емый насосом, полезно используется в сети, то КПД насосной уста­новки уменьшается от η до η _iр.

Дроссельное регулирование экономически невыгодно, но поскольку такое регулирование очень просто осуществимо с технической точки зрения, то оно получило широкое распространение для регулирования малых и средних на­сосов.

При введении в состав системы (сети) перепускного патрубка перепускную линию необходимо рассматривать как дополнитель­ную часть сети с сопротивлением R₂, присоединенную параллельно основной сети с сопротивлением R₁ (рис. 4.2).

Рис. 4.2.Регулирование перепуском

При открытии задвижки на перепускной линии часть жидкости насоса перетекает из напорной во всасывающую линию.

Первоначальная характеристика сети изменится и будет иметь вид

или, введя обозначение

где k_р — сопротивление сети при расходе (Q_T – Q_п); k_п — сопро­тивление перепускной линии; Q_п — расход жидкости через пере­пускную линию.

Положение кривой характеристики сети с открытой перепуск­ной линией изменится и вместо рабочей точки А₁ появится новая точка А₂. Напор при этом снизится с Н₁ до Н₂, а подача насоса через основную сеть будет

Такой способ регулирования приемлем для лопастных насосов с n_s > 250 и для вихревых насосов, у которых потребляемая мощность падает с увеличением подачи насоса. Для центробежных насосов с n_s

Изменение числа совместно работающих насосов возможно в тех случаях, когда насосная установка состоит из двух и более насосов, работающих совместно на систему (сеть). Регулирование подачи насоса при параллельной работе двух и более совместно работающих насосов осуществляют путем выключения из работы включения в работу) одного или более насосов. Такой способ удобен, но он дает скачкообразное измене­ние подачи. Однако его объединение с дросселированием расширит диапазон регулирования.

Регулирование объемных насосов. Регулирование подачи ро­торных насосов (при неизменной частоте вращения вала насоса) осуществляется двумя способами:

1) с помощью переливного (перепускного) клапана;

2) изменением рабочего объема насоса.

При первом способе клапан устанавливают параллельно насосу, так что часть его подачи через этот клапан может возвращаться во всасывающий трубопровод (рис. 4.3, а). Пока давление насоса р_н меньше давления открытия клапана р_кл, при этом клапан закрыт (р_н

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.

Читайте также:  Синонимический способ толкования это

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