Способы регулирования производительности насосных установок

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

5.10. Методы регулирования производительности насосной установки

Во время эксплуатации насосных установок приходится по тем или иным причинам менять подачу жидкости в сеть. Можно выделить четыре способа регулирования производительности насоса, основанных на изменении характеристики сети или насоса.

Дроссельный метод основан на изменении гидравлического сопротивления трубопровода с помощью вентиля или задвижки на нагнетательной стороне насоса. В принципе регулировать можно и запорным устройством, установленным на всасывающей стороне, но делать этого не рекомендуется из-за возможности возникновения явления кавитации (см. подразд. 5.2).

При дроссельном регулировании характеристика насоса остается неизменной, с изменением сопротивления трубопровода рабочая точка перемещается по кривой (рис. 5.17). Если рабочая точка в начальный момент находилась в положении , то, закрывая задвижку, мы перемещаем ее в точку , а открывая − в точку .

Рис. 5.17. Изменение положения рабочей точки насоса

при дроссельном регулировании

При регулировании производительности насоса рекомендуется соблюдать следующее правило: отклонение КПД от его максимального значения не должно превышать 7 %. Проведя через график линию постоянного КПД , получим точки и , соответствующие крайним значениям КПД, за пределы которых выходить не следует.

Участок характеристики насоса от точки до точки является его рабочим участком, в пределах которого .

Дроссельный метод с точки зрения энергетических затрат невыгоден, так как приходится тратить энергию на преодоление гидравлических сопротивлений в дросселе. Однако он применяется чаще всего в силу своей простоты.

Регулировка изменением числа оборотов. Согласно уравненям пропорциональности, изменение числа оборотов рабочего колеса приведет к изменению характеристик насоса, характеристика сети при этом останется постоянной, как видно из рис. 5.18. Числу оборотов соответствуют производительность и напор , меньшему значению − меньшие величины и . Снижение и приводит к снижению мощности насоса.

Рис. 5.18. Изменение положения рабочей точки насоса

при изменении числа оборотов рабочего колеса

Метод изменения числа оборотов в промышленных условиях применяется крайне редко из-за необходимости установки между двигателем и насосом устройства, позволяющего менять число оборотов (вариатора, коробки скоростей, электромагнитной муфты). Все это достаточно сложное и дорогостоящее оборудование, снижающее к тому же общий КПД насосной установки. По этой причине в целях облегчения подбора насоса в насосостроении пошли по пути увеличения типоразмеров насосов.

Регулирование изменением угла установки лопаток. Этот метод, так же как и предыдущий, связан с изменением рабочей характеристики насоса и применяется только для регулировки производительности осевых (пропеллерных) насосов с поворотно-лопастными рабочими колесами. Схема такого насоса показана на рис. 5.19. Рабочее колесо насоса, помещенного в корпус (трубу) 1, не имеет ни переднего, ни заднего диска. Задним диском служит ступица 3 на которой вертикально устанавливаются поворачивающиеся лопасти 2 под углом к направлению потока (к оси вала). Передним диском служит корпус. После выхода из насоса жидкость проходит через неподвижные направляющие лопатки, в которых кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию давления. Поворот лопастей производится специальным механизмом.

Рис. 5.19. Схема осевого насоса:

1 – корпус; 2 – рабочая лопатка; 3 – ступица

Осевые насосы относятся к типу быстроходных. Коэффициент быстроходности достигает в них 1000 и более, т. е. эти насосы имеют наиболее высокие подачи и самые низкие напоры.

Регулирование изменением наружного диаметра рабочего колеса. При изменении внешнего диаметра рабочего колеса и неизменных других геометрических размерах подобие колес нарушается и уравнения пропорциональности становятся непригодными.

В данном случае имеет место такая зависимость:

.

Часто насосы одного и того же типа комплектуются несколькими колесами разных размеров. Для примера на рис. 5.20 показаны рабочие характеристики центробежного насоса ALC-3 фирмы Alfa Laval с шестью типоразмерами колес, предназначенного для перекачивания пищевых жидкостей.

Источник

Характеристики и регулировка производительности насосов

Характеристики трубопровода и насосов

При эксплуатации судовых насосов приходится часто регулировать их производительность. Физическая сущность происходящих при этом явлений хорошо понятна и объяснима из выявления и объяснения закономерностей поведения характеристик трубопровода и различных насосов.

Характеристикой трубопровода называется зависимость между объемным расходом жидкости в единицу времени и теряемым при этом напоре в трубопроводе. Напор называется теряемым или потерянным потому, что его должен преодолеть насос для подачи жидкости к потребителю. Потери напора Н_тр в трубопроводе складываются из статического Н_ст (геометрического) и динамического Н_д (скоростного) напоров.

Статический напор для каждой системы постоянный и не зависит от изменений расхода жидкости через данный трубопровод. В координатных осях Н—Q статический напор выражается горизонтальной линией (рис. 37, а).

С изменением расхода жидкости изменяется и скорость течения ее в трубопроводе. Поэтому динамический напор изменяется и выражается графически в виде кривой Н_д (рис. 37,а).

Графическое сложение статического и динамического напоров дает кривую Н_тр, являющуюся характеристикой трубопровода. Чем более пологой будет кривая характеристики, тем меньшие потери напора будут в трубопроводе и тем меньше будет требуемый напор насоса.

Характеристикой насоса называется графическое выражение взаимосвязи двух каких-либо переменных параметров насоса при неизменном третьем. Характеристики насоса подразделяются на главные, рабочие и универсальные.

Наибольший интерес с эксплуатационной стороны представляют рабочие характеристики, которые строятся при постоянном числе оборотов насоса. На рис. 37, б приведена, в частности, рабочая характеристика центробежно-вихревого насоса ЭСН-1/1.

Регулировка производительности насосов

Для регулировки производительности насосов применяется несколько способов.

Дроссельное регулирование применяется у насосов, работающих с постоянным числом оборотов, и осуществляется прикрыванием или открыванием нагнетательного и всасывающего клапана.

Совмещение характеристики трубопровода с рабочей характеристикой насоса в одних координатных осях дает точку пересечения, называемую рабочей точкой системы. Эта

точка определяет максимальное количество жидкости, которое может быть пропущено через данный трубопровод от данного насоса. Соответственно этому определяется и необходимый напор насоса.

Допустим, что рабочая точка 1 (рис. 38, а) соответствует полностью открытому нагнетательному клапану. Этой точке соответствуют производительность Q₁ и напор Н₁. Для уменьшения производительности насоса прикрывается нагнетательный клапан, чтобы увеличить потери напора в трубопроводе за счет увеличения потери напора в клапане. Следовательно, противодавление насосу увеличивается. По характеристике насоса видно, что с увеличением напора производительность его уменьшается.

По мере прикрытия клапана потери напора увеличиваются и характеристика трубопровода становится круче. Двум разным положениям нагнетательного клапана соответствуют при этом вспомогательные характеристики H’_тр и H»_тр. Точки 1′ и 1″ являются рабочими точками насоса и соответствующие им про¬изводительности Q₂ И Q₃ показывают измененный расход жидкости через трубопровод.

Напор жидкости в трубопроводе за нагнетательным клапаном будет меньше развиваемого насосом напора на величину потерь его в прикрытом нагнетательном клапане. Эти потери определяются участками 1—2 и 1—3.

Регулирование производительности насоса прикрытием всасывающего клапана также возможно, но не желательно из-за опасности возникновения кавитации в насосе и трубопроводе. Кавитация сопровождается гидравлическими ударами, в результате чего могут разрушаться поверхности трубопровода и деталей насоса.

Дроссельное регулирование простое и доступное, но в то же время и самое неэкономичное среди прочих способов, так как связано с большими затратами энергии на преодоление потерь напора в нагнетательном клапане. Кроме этого, при дросселировании наблюдается повышенный износ клапанов или клинкетов и ухудшается держащая способность их в закрытом состоянии. Это также является существенным недостатком дроссельного регулирования.

Дроссельное регулирование применяется обычно для центробежных насосов. Применять его для поршневых и ротационных насосов нельзя, так как характеристики этих насосов очень крутые и даже небольшие уменьшения производительности приводят к значительным резким возрастаниям напора, который может привести к повреждениям насоса и трубопровода. Вот почему в правилах обслуживания поршневых и ротационных насосов указывается, что эти насосы должны запускаться при открытом нагнетательном и всасывающем клапане.

Перепускное регулирование применяется, если имеется перепускной трубопровод, соединяющий всасывающий и нагнетательный патрубки насоса. Изменение производительности насоса в этом случае производится перепусканием части жидкости через приоткрытый перепускной клапан.

На рис. 38, б рабочая точка 1 соответствует параметрам системы при закрытом нагнетательном перепускном клапане. С открытием перепускного клапана увеличивается общее сечение для прохода жидкости, скорость ее также увеличивается, а потери напора в трубопроводе становятся меньшими. При определенном положении перепускного клапана вспомогательная характеристика трубопровода будет иметь вид Н’_тр. Точка 2 определяет параметры работы насоса. Напоры насоса и трубопровода теперь равны и величина их определяется точкой 3.

Таким образом, и в этом случае регулирования наблюдаются потери энергии за счет увеличения производительности насоса сверх требуемого расхода жидкости через трубопровод.

Применяется перепускное регулирование обычно у ротационных насосов, работающих с постоянными числами оборотов, при небольших производительностях.

Регулирование производительности изменением числа оборотов применяется, когда привод насоса имеет возможность изменять число оборотов.

Рабочая точка 1 системы (рис. 39) соответствует характе¬ристике насоса при работе с полным числом оборотов. С установлением каждого нового уменьшенного числа оборотов будут новые характеристики Н»_н и Н»‘_н, эквидистантные друг другу, и будут новые рабочие точки 2 и 3.

Таким образом, производительность и напор насоса изменяются совместно в одну сторону и потерь энергии, связанных с изменением производительности насоса, не наблюдается. Данный способ регулирования производительности насоса самый экономичный, и, чтобы сохранить его у насосов с электроприводами переменного тока, применяются дополнительные устройства для скоростной регулировки электродвигателей.

Источник