Файл: Назначение и принцип действтия насосов.docx

Q - H^насоса, приведенную к точке входа жидкости в насос и исправленную на потери во всасывающем трубопроводе.

Подобные расчеты можно произвести и для напорных коммуникаций насосной станции. Введя поправку в приведенную характеристику Q - H^на потери в напорных коммуникациях, получим характеристику Q - H^, приведенную к точке выхода напорных водоводов из насосной станции.

Аналогично можно построить графическую характеристику системы «водоводы – сеть»:

,

где

Складывая значения потерь напора, полученные для ряда принятых подач, с геодезической высотой подъема воды, получим графическую характеристику системы «водоводы – сеть» Q – H_ТР, имеющую форму параболы с вершиной на оси ординат.

Вершина параболы имеет координаты и .

Точка 1 пересечения характеристики насоса Q - H^с характеристикой системы Q – H_ТРявляется режимной точкой работы насоса.

Координаты этой точки соответствуют фактической подаче и фактическому требуемому напору при работе насоса на систему «водоводы – сеть».

1.23. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ НАСОСОВ

(регулирование подачи центробежных насосов)

Регулированием работы насоса называется процесс искусственного изменения характеристики трубопровода или насоса для обеспечения работы насоса в требуемой режимной точке, т. е. для сохранения материального и энергетического баланса системы.

Работа системы «насос – сеть» может регулироваться:

• 
  изменением характеристики сети;
  
• 
  изменением частоты вращения рабочего колеса насоса;
  
• 
  изменением геометрии проточных каналов насоса;
  
• 
  изменением кинематики потока на входе в рабочее колесо.
  

---

1 – й способ

Одним из наиболее распространенных методов изменения характеристики сети является способ дросселирования задвижкой, установленной на напорной линии насоса.

Установка дополнительного оборудования в этом случае не требуется, что является основным достоинством данного способа.
Дроссельное регулирование заключается во введении добавочного сопротивления в напорный трубопровод системы, благодаря чему характеристика сети поднимается более круто и пересекает характеристику насоса в режимной точке 2, соответствующей требуемой подаче (см. рисунок).
При этом требуемый напор в системе равен , а насос развивает напор .

Следовательно, энергия, теряемая вследствие увеличения местного сопротивления в задвижке равна:

,

где

Полезная мощность насоса для обеспечения работы в точке 3 равна:

.

Затрачиваемая мощность насосной установки в этом случае:

.

Тогда КПД насосной установки:

,

откуда видно, что КПД насосной установки уменьшается с увеличением разности между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым в сети.

Из-за существенных недостатков (неэкономичность и возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи) способ дроссельного регулирования можно применять только на имеющих плавную характеристику небольших насосных агрегатах, где регулирование требуется в течение короткого времени.

2 –й способ

Для устранения неустойчивой работы насосов применяют регулирование подачи насоса перепуском жидкости из напорной линии во всасывающую линию.

Достоинства способа регулирования:

---

• 
  перепуск жидкости улучшает кавитационные качества насоса.
  

Недостатки способа регулирования:

• 
  наличие циркуляции снижает КПД системы;
  
• 
  требуется устройство циркуляционного трубопровода;
  
• 
  требуется установка дополнительной арматуры;
  
• 
  усложняется компоновка машинного зала насосной станции.
  

В силу большого числа недостатков данный способ не получил распространения в практике городского водоснабжения.

3 –й способ

Способ регулирования подачи впуском воздуха во всасывающий трубопровод.

Достоинства способа регулирования:

- является более экономичным, чем дросселирование.

Недостатки способа регулирования:

• 
  позволяет только ограниченно изменять подачу из-за резкого ухудшения кавитационных качеств насоса;
  
• 
  в системах водоснабжения этот способ вообще не применим, так как нельзя подавать в сеть воду, смешанную с большим объемом воздуха.
  

4 –й способ

Регулирование режима работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса.

Частоту вращения рабочего колеса насоса можно изменять применением двигателей с переменной частотой вращения:

• 
  электродвигатели постоянного тока;
  
• 
  электродвигатели переменного тока с переключением обмотки на различное число пар полюсов;
  
• 
  коллекторные электродвигатели;
  
• 
  паровые и газовые турбины;
  
• 
  двигатели внутреннего сгорания.
  

Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели, широко применяемые на насосных станциях, не допускают изменения частоты вращения.

В этом случае для изменения частоты вращения рабочего колеса насоса можно:

• 
  соединить насос и электродвигатель с помощью регулируемой гидромуфты;
  
• 
  соединить насос и электродвигатель с помощью регулируемой электромагнитной муфты скольжения (ЭМС);
  
• 
  применить асинхронный двигатель с вентильнокаскадным преобразователем;
  
• 
  ввести сопротивление (реостат) в цепь фазного ротора асинхронного электродвигателя переменного тока;
  
• 
  применить асинхронные электродвигатели, имеющих обмотку на статоре, которая переключается во время работы двигателя на различное число пар полюсов. Двигатели этого типа выпускают двух-, трех- и четырехскоростными;
  
• 
  изменять частоту тока для изменения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя.
  

---

Регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса при постоянной частоте вращения ротора электродвигателя с помощью гидродинамической передачи (регулируемой гидромуфты)

Рабочими элементами гидромуфты являются:

• 
  колесо центробежного насоса;
  
• 
  колесо турбины.
  

Оба колеса размещены в общем корпусе и предельно сближены (зазор 3 – 10 мм).

Рабочее колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал (электродвигателя).

Колесо турбины закреплено на ведомом валу (валу насоса), соосном с ведущим валом.

При вращении ведущего вала рабочая жидкость, находящаяся в каналах колеса насоса, получает приращение механической энергии и передает ее лопаткам колеса турбины.

При выходе из колеса турбины рабочая жидкость вновь попадает во всасывающие отверстия колеса насоса, и цикл повторяется.

Основным способом регулирования частоты вращения ведомого вала является изменение наполнения рабочего пространства колес гидромуфты жидкостью.

Потери энергии в гидромуфте составляют 2 – 3 %, поэтому полного равенства между частотой вращения ведущего и ведомого вала быть не может.

Разность частоты вращения ведущего и ведомого валов, отнесенная к частоте вращения ведущего вала, называется скольжением гидромуфты S.

,

где n₁ – частота вращения ведущего вала (двигателя);

n₂– частота вращения ведомого вала (насоса).

Частота вращения ведомого вала равна:



или .

Из последнего выражения следует, что потери энергии в гидромуфте увеличиваются с уменьшением передаточного числа, т. е. они увеличиваются с увеличением глубины регулирования.

Достоинства гидравлических муфт:

• 
  бесступенчатое, автоматическое и быстрое изменение частоты вращения ведомого вала.
  

Недостатки гидравлических муфт:

• 
  уменьшение КПД при увеличении глубины регулирования;
  
• 
  они конструктивно более сложны, чем насосы;
  
• 
  они имеют большие размеры, соизмеримые с размерами насосов.
  

Регулирование включением сопротивления в цепь ротора асинхронного электродвигателя и регулирование с помощью гидромуфты экономически равноценны.

---

Регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса электромагнитными муфтами скольжения (ЭМС)

Электромагнитная муфта состоит из двух вращающихся частей – индуктора и якоря. Якорь жестко закреплен с валом электродвигателя, имеющим постоянную частоту вращения, а индуктор с валом насоса.

При отсутствии электротока в обмотке индуктора крутящий момент электродвигателя не передается на вал насоса. При включении индуктора возникает электромагнитное поле, под воздействием которого индуктор с некоторым скольжением вращается вслед за якорем и передает крутящий момент от электродвигателя рабочему колесу насоса. Частота вращения индуктора зависит от силы тока возбуждения.

В нашей стране выпускаются ЭМС:

• 
  асинхронные;
  
• 
  панцирные;
  
• 
  индукторные;
  
• 
  порошковые.
  

В системах ВиВ наиболее приемлемы ЭМС индукторного типа, для которых КПД может достигать 0,98.

Выводы:

1. 
   Применение регулируемого привода значительно повышает экономические показатели насосных станций – экономия электроэнергии достигает 10 – 15 %.
   
2. 
   Применение регулируемого центробежного насоса позволяет уменьшить число насосов на насосных станциях.
   
3. 
   На группу из трех – четырех рабочих насосов достаточно иметь один регулируемый насос.
   
4. 
   Из существующих способов регулирования электропривода имеют приоритет:
   

• 
  привод с ЭМС индукторного типа (для средних и малых агрегатов);
  
• 
  каскадные приводы различных типов (для мощных агрегатов);
  
• 
  многоскоростные электродвигатели;
  
• 
  частотное регулирование (для средних и малых агрегатов).
  

Применение входных направляющих аппаратов экономически целесообразно и конструктивно осуществимо на крупных насосных агрегатах в системах, где статический напор составляет незначительную часть напора насоса.

24. 
    ВЛИЯНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОИСТОЧНИКА НА РЕЖИМ РАБОТЫ НАСОСОВ
    

Геометрическая высота подъема воды насосов, устанавливаемых на насосных станциях 1 – го подъема, зависит от разности уровней воды в источнике и в смесителе водопроводных очистных сооружений.

Уровень воды в поверхностных источниках не остается постоянным в течение года.

Рассмотрим режим работы насоса при изменении уровня воды в источнике от минимального уровня до максимального уровня.

---