Способы регулировки центробежных насосов

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

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 параметров работы центробежного насоса

Регулирование параметров работы центробежного насоса можно

осуществить при постоянном или измененном числе оборотов рото­

ра. При изменении числа оборотов подача, напор и мощность изме­

няются по закону подобия согласно формулам (2.18), (2.19) и (2.20).

При перекачке жидкости с изменением ее вязкости результаты ука­

занных соотношений несколько отличаются

Регулирование при постоянном числе оборотов. Существует не­

сколько способов регулирования:

1.Регулирование дросселированием на напорном трубопроводе

при помощи задвижки — простая операция, поэтому широко приме­

няется. Однако при этом происходит потеря энергии, снижается КПД,

так как в задвижке теряется часть напора, создаваемого насосом. Точ­

ка пересечения А характеристик насоса и трубопровода перемещает­

ся влево по кривой Q-H (рис. 2.13). Абсцисса новой точки соответ­

ствует уменьшенной подаче.

2. Регулирование дросселированием на приемном трубопроводе.

Однако этот способ не может быть рекомендован, так как к указанным

недостаткам такого регулирования добавляется еще большее сниже­

ние КПД вследствие ухудшения всасывающей способности, выделе­

ние паров жидкости и затем возможность появления кавитации.

3. Регулирование впуском небольшого количества воздуха в прием­

ную трубу. Однако этот способ, несмотря на его сравнительную эконо­

мичность, не применяется при перекачке нефти и нефтепродуктов.

При впуске воздуха в приемную трубу при перекачке легко испаря­

ющихся жидкостей, помимо явления кавитации, может произойти взрыв.

4. Регулирование перепуском части нагнетаемой жидкости из на­

порного патрубка в приемный. Осуществляется перепуск жидкости

через обводную линию (байпас).

При перепуске части жидкости по обводной линии общая подача

насоса увеличивается, а напор в соответствии с характеристикой сни­

жается. Однако этот способ регулирования неэкономичен, так как

с перепускаемой жидкостью теряется затраченная энергия.

В многоступенчатых насосах часть жидкости перепускают не из

напорной линии, а с первой или второй ступени. При этом теряется

меньшая часть энергии и экономичность регулирования повышается.

5. Регулирование изменением схемы соединения насосов. Как было

указано, совместная работа насосов может быть осуществлена при па­

раллельном и последовательном их соединении. При последователь­

ном соединении однотипных насосов развиваемые ими напоры скла­

дываются, а при параллельном соединении складываются подачи. Пре­

небрегая потерями, можно считать, что при последовательном соеди­

нении одинаковых насосов напор удваивается, а при параллельном их

соединении подача возрастает и распределяется поровну между насо­

сами, но получается меньше суммы подач тех же насосов, работающих

в отдельности на заданный трубопровод. Таким образом, переключе­

нием насосов с последовательного соединения на параллельное и на­

оборот можно изменять подачу жидкости в трубопровод и ее напор.

Указанный способ регулирования можно применять при перекач­

ке нефти, когда в зависимости от температуры окружающей среды

(летом, зимой) изменяется противодавление в трубопроводе.

6. Регулирование уменьшением диаметра рабочих колес.

При этом способе не затрачивается лишняя энергия. Способ ши­

роко применяется для центробежных насосов спирального типа

и заключается в уменьшении наружного диаметра рабочих колес об­

тачиванием в соответствии с универсальной характеристикой.

7. Регулирование уменьшением количества рабочих колес. При­

меняется, когда насос может развить напор больший, чем противо­

давление в трубопроводе.

8. Регулирование закрытием некоторого количества каналов ра­

бочего колеса. При этом уменьшаются подача и напор насоса.

Последние три способа экономичны, но связаны с остановкой

и разборкой насоса и применяются, когда режим работы меняют на

На нефтепромыслах в основном применяют первый и четвертый

Источник