Способы регулирования работы насосной установки

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

Вопрос 16. Способы регулирования параметров работы насосов.

При заказе насосного оборудования, эксплуатация которого ведется при изменяющихся рабочих параметрах (подача-напор), всегда встает вопрос о регулировании работы насоса с целью получения потребных в данных условиях подачи и напора.

Обычно типоразмер насоса выбирается по данным изготовителем максимальным значениям подачи и напора и по диапазонам изменения этих параметров, образующих рабочее поле или поле «Q-H» (расход-напор).

Рассмотрим основные способы регулирования подачи (и напора) насоса.

Бойпасирование осуществляется перепуском перекачиваемой жидкости из напорного трубопровода насоса во всасывающий (так называемый обратный переток) по спиральному трубопроводу с задвижкой, манипулирование которой позволяет менять подачу насоса. При этом режим работы и параметры самого насоса не изменяются. Недостатком этого способа является потеря энергии на перепуск по байпасу «оборотной» жидкости и небольшое усложнение при обслуживании насосной установки.

Регулирование основной (запорной) задвижки на выходе из насоса (в начале напорной линии). Известно, что каждая насосная установка на выходе всегда должна иметь запорную задвижку. При полностью закрытой запорной задвижке может осуществляться пуск в работу насосной установки. Однако эта задвижка может использоваться как регулирующая для изменения подачи и напора в процессе эксплуатации насоса. В случае открытия задвижки подача (Q) растет, но растет и потребляемая мощность, величина которой ограничена мощностью привода. При закрытии задвижки ухудшается гидравлический рабочий процесс самого насоса, в нем появляются (при малых расходах) обратные токи жидкости, вибрация и шум, а также нагрев всего насосного агрегата и проточного тракта. Естественно, все эти отклонения, вызванные дросселированием выходной задвижки, влекут за собой потери энергии.

Третьим способом регулирования параметрами насосного агрегата является изменение числа оборотов вала агрегата, что достигается путем применения в насосе специальных устройств (типа тиристорных преобразователей частоты), позволяющих менять число оборотов вала электродвигателя. Этот способ значительно удорожает и усложняет обслуживание насосной установки, но позволяет при новых числах оборотов сохранить подобие насосных характеристик, в которых изменение подачи, напора и мощности пропорциональны первой, второй и третьей степени изменения оборотов. При этом надо учитывать предельно допустимые значения Hmax, Nmax и Qmax.

Особым видом регулирования параметров насосов (в сторону их снижения) является их обточка или подрезка рабочего колеса.

При заказе насосного оборудования или в процессе его эксплуатации иногда отпадает необходимость работы насоса в верхней области поля Q-H. Это ведет к снижению расходов на электроэнергию и нагреву проточного тракта, которые могут составлять существенные величины.

В этом случае целесообразно произвести обточку (или подрезку) рабочего колеса по наружному диаметру, как правило, в одноколесных насосах. Величина обточки обычно колеблется в пределах 10-15 % от наружного диаметра рабочего колеса насоса, редко достигает и 20 %. При этом появляется новое рабочее колесо с новым рабочим полем Q-H, которое располагается ниже и левее старого поля. Подача (Q) такого насосного агрегата снижается пропорционально отношению нового и старого диаметров рабочего колеса, а напор изменяется по квадратичной зависимости. В принципе, обточка рабочего колеса насоса позволяет заменить электродвигатель на менее мощный, но с тем же числом оборотов. Во всяком случае, по энергозатратам при эксплуатации насосных установок этот способ выгоден.

Источник

Регулирование подачи насосных установок.

Регулировать подачу насосных установок можно включением и отключением одного двигателя или части двигателей, дросселированием задвижкой, изменением частоты вращения, а также за счет изменения параметров сети или насоса. Существу­ют также комбинированные способы регулирования, при которых изменения характеристик сети и насоса происходят взаимосвя­занно и одновременно.

Рассмотрим основные способы регулирования подачи (и на­пора) насосного агрегата.

Байпасирование осуществляется перепуском перекачиваемой жидкости из напорного трубопровода во всасывающий по спиральному трубопроводу с задвижкой, манипулирование которой и позволяет менять подачу насоса. При этом режим работы и параметры насоса не изменяются. Недостатки данного способа — потеря энергии на перепуск по байпасу «оборотной» жидкости и сложности при обслуживании насосной установки.

Регулирование основной (запорной) задвижки осуществляется на выходе из насоса. При полностью закрытой задвижке может осуществляться пуск насосной установки в работу, причем задвижка может использоваться как регулирующая для изменения подачи и напора в процессе эксплуатации. При закрытии задвижки ухудшается гидравлический рабочий процесс самого насоса, в нем появляются (при малых расходах) обратные токи жидкости, вибрация и шум, происходит нагрев всего агрегата. Естественно, все эти отклонения, вызванные дросселированием выходной задвижки, влекут за собой потери энергии.

Способ регулирования подачи с помощью задвижки относительно прост, но неэкономичен, так как часть энергии, потребляемой насосом, гасится в задвижке сразу же на выходе жидкой среды из насоса. Поэтому его рекомендуется использовать для регулирования подачи насосов малой и средней мощности.

Третьим способом регулирования параметрами насосного аг­регата является изменение частоты вращения насоса, что дос­тигается путем применения регулируемого электропривода. Этот способ удорожает и усложняет обслуживание установки, но позволяет при изменении частоты вращения рабочего колеса насоса сохранять подобие насосных характеристик и снижать потребление электрической энергии.

При регулировании частоты вращения рабочего колеса центробежного насоса выполняются следующие соотношения:

; ;,

где — новая частота вращения рабочего колеса; , — мощности насоса.

Станция управления эп насосных установок.

Принципиальная электрическая схема управления безбашен­ной насосной установкой приведена на рис.1. Для пуска уста­новки включают автоматический выключатель QF1, который защищает электродвигатель от перегрузок при неполнофазных режимах работы. Электромагнитный расцепитель выключате­ля QF1 обеспечивает защиту силовых цепей электронасоса от коротких замыканий. Защита цепей управления от коротких замыканий обеспечивается плавким предохранителем FU.

При отсутствии воды в котле контакт реле давления SР в це­пи катушки магнитного пускателя КМ замкнут и силовые кон­такты КМ включают электродвигатель. Насос подает воду в сеть, а ее избыток создает в напорном котле давление.

При достижении заданного давления контакт реле SР размыкается, пускатель КМ отключается, насос останавливается. Вода из котла под дейст­вием давления сжатого воздуха подается в водопроводную сеть. Давление снижается, при его минимальном заданном значении контакт SР замыкается, и цикл работы насоса повторяется.

Как правило, водоснабжающие установки комплектуются ти­повыми станциями управления. С помощью таких станции можно автоматически поддержи­вать давление воды в напорных баках различных конструкций, уровень воды в водонапорной башне, осушаемой емкости или в бассейне.

Возможно ручное управление с сохранением функций защи­ты электрооборудования. В процессе работы контролируются рабочие токи во всех фазах, при их недопустимых отклонениях происходит автоматическое отключение водонасосного агрега­та. В паузах между включениями автоматически проверяется сопротивление изоляции кабеля и электродвигателя. В случае недопустимого снижения сопротивления изоляции запрещает­ся давать команду на пуск насоса.

Защита от «сухого хода» осуществляется электродным датчи­ком, контролирующим уровень воды в скважине. Предусмотрен автоматический перезапуск насоса после восстановления уров­ня воды в скважине.

При автоматическом управлении по давлению включение и отключение насоса осуществляется логической схемой по сиг­налам, поступающим от электроконтактного манометра или от реле давления; отключение производится таймером по заданной уставке времени. Предусмотрены дистанционное управление, телеуправление, местное управление и наладочный режим.

В станциях управления в зависимости от типа водоснабжающей установки могут использоваться датчики уровня, электро­контактные манометры, реле давления.

В системах водоснабжения, автоматизация которых осуще­ствляется по уровню воды в напорном резервуаре, могут ис­пользоваться датчики уровня, электроконтактные манометры, реле давления.

Источник