Тема 6. методи регулювання роботи насосів
Сумісна робота насосів і трубопровідної мережі
Під час проектування, а також під час аналізу роботи діючих насосних станцій виникає потреба у визначенні робочих режимів насосів. Робочою точкою насоса, яка характеризує його режим під час роботи на напірний трубопровід, називається точка перехрещення характеристики Q – H насоса із характеристикою трубопровода. 50 Задачу знаходження робочої точки насоса легше розв’язати графічно, шляхом нанесення на єдине поле координат характеристик насоса і трубопровода. Характеристика насоса при цьому береться із технічного паспорта або із каталога насосів. Для побудови графічної характеристики трубопровода користуються формулою: SпривQтруб , (5.23)+ Нстат =2 Нтруб де: Sприв – приведений коефіцієнт опору трубопроводу, який враховує втрати напору у водоводах, комунікаціях насосної станції і у водопровідній мережі; Нстат = (Нгеом + Нвільн) – статична висота підйому, яка складається із геометричної висоти підйому та вільного напору в кінці трубопроводу. Приймаючи різні значення Qтруб, вираховують відповідні значення Нтруб і отримані результати наносять у вигляді точок на графік, на який уже нанесено характеристику Q – H насоса. Через отримані точки проводять плавну криву, яка і буде характеристикою трубопровода. Вона має вигляд параболи з вершиною у точці Q = 0; Н = Нстат (див. рис. 5.7). Рис. 5.7
– Схема знаходження робочої точки системи «насос – трубопровід» Точка перехрещення характеристик насоса і трубопровода є робочою точкою системи. Вона визначає усі параметри роботи насоса (Qроб, Нроб, Nроб, роб, Нвак.роб) на цей трубопровід. Більшої витрати за цим трубопроводом насосh подати не зможе.
ТЕМА 6. МЕТОДИ РЕГУЛЮВАННЯ РОБОТИ НАСОСІВ
Регулюванням роботи насосів називають процес штучного змінення характеристики насоса або трубопровода для забезпечення роботи насоса у потрібному режимі при збереженні матеріального і енергетичного балансу системи. Роботу системи «насос-трубопровід» можна регулювати шляхом змінення характеристики трубопровода або характеристики насоса. Одним із найбільш поширених засобів регулювання роботи насосів є регулювання напірною засувкою. При частковому закритті засувки втрати напору у ній збільшуються. Внаслідок цього збільшуються і загальні втрати напору в трубопроводі (збільшується Sприв). До того ж характеристика трубопроводу стане більш крутою і перехрещення її з характеристикою насоса відбудеться за меншої витрати (див. рис. 6.1). Регулювання роботи насосів напірною засувкою неекономне, тому що додатковий опір, роль якого виконує прикрита засувка, викликає додаткову втрату енергії, що знижує коефіцієнт корисної дії насосної установки. Із графіка (рис. 6.1) зрозуміло, що під час роботи з прикритою засувкою насос розвиває подачу Qб при напорі Нб. Напір на початку водоводу за засувкою при витраті Qб складає Нбв. Втрата напору на засувці при подачі Qб складає hзасувки = Нб – Нбв, а відповідна їй втрачена на засувці потужність буде насоса б засувки засувки gQ h N h r 102 , кВт. (6.1)= Через неекономність і можливість регулювання тільки в сторону зменшення подачі регулювання напірною засувкою (інколи його називають дросельним регулюванням) можна застосовувати тільки до невеликих насосів і на короткий час. Під час дросельного регулювання слід застосовувати насоси із пологою характеристикою. Окрім дроселювання регулювати подачу насоса можна перепусканням частини рідини із напірного трубопроводу в усмоктувальний або впуском невеликої кількості повітря в усмоктувальний трубопровід. Перепусканням рідини із напірного трубопровода в усмоктувальний часто регулюють роботу осьових насосів, у яких характеристика потужності знижується зі збільшенням подачі. Таке регулювання також знижує к. к. д. насосної установки. 52 Рис. 6.1 – Схема методу дросельного регулювання роботи насоса Регулювання впуском повітря в системах водопостачання майже не використовується. Найбільш економним є регулювання режиму роботи насоса за рахунок змінення частоти обертання робочого колеса. Цього можна досягнути зміненням частоти обертання двигуна, який крутить робоче колесо, або установкою спеціальних муфт чи редукторів, які при постійній швидкості обертання двигуна дозволяють змінювати швидкість обертання робочого колеса насоса. Частоту обертання електродвигуна найпростіше змінювати у електродвигунах постійного струму. Але в системах водопостачання та каналізації такі двигуни майже не використовуються. Частоту обертання асинхронного електродвигуна змінного струму з фазовим ротором можна змінювати введенням додаткового опору в електричний ланцюг ротора. Недоліком такого регулювання є неекономність і ускладнення конструкції електродвигуна через необхідність влаштування додаткових кілець і щіток. Останнім часом наша промисловість стала виробляти електродвигуни змінного струму з переключенням обмотки статора на різну кількість пар полюсів. Двигуни цього типу виробляються двох- і трьохшвидкісними. Найпростіше змінювати швидкість обертання електродвигуна перемінного струму зміною частоти струму. Поширення цього засобу регулювання довго стримувалося низьким коефіцієнтом корисної дії перетворювачів частоти струму. Але з появою досить потужних тиристорних перетворювачів частоти струму з високим к. к. д., таке регулювання все більше поширюється. Регулювати швидкість обертання ротора асинхронного електродвигуна можна також за допомогою його каскадного підключення. 53 Регулювати швидкість обертання робочого колеса насоса при постійній частоті обертання електродвигуна можна за допомогою гідромуфти, або електромагнітної муфти ковзання (ЕМК). Робочими елементами гідромуфти є колесо відцентрового насоса і колесо турбіни, які розміщені в одному корпусі (див. рис. 6.2). Колесо відцентрового насоса насаджено на ведучий вал (вал електродвигуна), а колесо турбіни закріплено на відному валу (вал насоса). Корпус гідромуфти заповнюється робочою рідиною (найчастіше це машинне масло). Під час обертання валу електродвигуна з ним обертається і насосне колесо гідромуфти. Воно викидає робочу рідину на турбінне колесо гідромуфти. Під дією цієї рідини турбінне колесо також починає обертатися і, таким чином , обертає робоче колесо насоса. Рис. 6.2 – Схема будови гідромуфти. 1 – ведучий вал; 2 – насосне колесо гідромуфти; 3 – відний вал; 4 – турбінне колесо гідромуфти; 5 -– рухомий кожух; 6 – корпус гідромуфти В системах водопо-стачання і каналізації знаходять застосування гідродинамічні муфти змінного заповнення типу ГМР. Регулювання швидкості обертання відного валу в цих муфтах проводять за допогою зміни величини наповнення маслом робочого простору колес гідромуфти. Перевагою гідромуфт є плавне, автоматичне і швидке регулювання частоти обертання відного валу, а також захист електродвигуна від надмірного перенавантаження. До недоліків гідромуфт належить зниження їх к. к. д. при збільшенні глибини регулювання, а також їхню конструктивну складність і великі габарити (гідромуфти складніші за насоси і мають майже такі розміри, як і основні насоси). Електромагнітна муфта ковзання (рис. 6.3) складається із двох частин, які обертаються, – індуктора і якоря. Якір з’єднується із ведучим валом (валом електродвигуна), а індуктор – із відним валом (валом насоса). Якір і індуктор максимально наближені один до одного, але обов’язково мають повітряний 54 зазор. Якір обертається разом з електродвигуном і створює при цьому магнітне поле, яке також обертається. За відсутності електроструму в обмотці індуктора крутильний момент від електродвигуна не передається на вал насоса. Рис. 6.3 – Схема будови ЕМК 1 – якір; 2 – індуктор; 3 – обмотка збудження; 4 – відний вал; 5 – контактні кільця; 6 – ведучий вал Якщо через обмотку індуктора пропускати електричний струм, то під дією магнітного поля, яке створене якорем, індуктор також почне обертатися (під впливом сили, яка діє на провідник із струмом у магнітному полі). Частота обертання індуктора (передаткове число муфти) залежить від сили струму збудження (сили струму в обмотці індуктора).