Регулирование режима работы насоса

Данной характеристике насоса и насосной установки соответствует только одна рабочая точка. Между тем, требуемая подача может изменяться. Для того чтобы изменить режим работы насоса, необходимо изменить характеристику насоса либо насосной установки. Это изменение характеристик для обеспечения требуемой подачи называется регулированием. Регулирование центробежных и малых осевых насосов может осуществляться либо при помощи регулирующей задвижки (изменяется характеристика насосной установки) или заменяем частоты вращения (изменяется характеристика насоса). Иногда малые осевые насосы регулируют перепуском части расхода из напорного трубопровода во всасывающий. Работа установки со средними и крупными осевыми насосами, имеющими поворотные лопасти, регулируется изменением угла установки лопастей рабочего колеса, при котором меняется характеристика насоса.

Регулирование задвижкой (дросселированием).Предположим, что насос должен иметь подачу не Q_A, соответствующую точке A пересечения характеристики насоса с характеристикой насосной установки, а Q_B < Q_A (рис. 5.32). Этой подаче соответствует рабочая точка B характеристики насоса. Чтобы характеристика насосной установки пересекалась с кривой напоровH=f(Q) в точке B, необходимо увеличить потери напора в установке. Это осуществляется прикрытием регулирующей задвижки, установленной на напорном трубопроводе. В результате увеличения потерь напора в установке характеристика насосной установки пойдет круче и пересечет кривую напоров H=f(Q) насоса в точке B. При этом режиме потребный напор установки складывается из напора H_By, расходуемого в установке при эксплуатации с полностью открытой задвижкой, и потери напора h_З в задвижке. Таким образом, регулирование работы насоса дросселированием вызывает дополнительные потери энергии, снижающие КПД установки, поэтому этот способ неэкономичен. Однако благодаря исключительной простоте регулирование дросселированием получило наибольшее распространение.

Рис. 5.32. Регулирование работы насоса дросселированием

Регулирование изменением частоты вращения насоса.Изменение частоты вращения насоса ведет к изменению его характеристики и, следовательно, рабочего режима (рис. 5.33). Для регулирования изменением частоты вращения необходимы двигатели с переменной частотой вращения (электродвигатели постоянного тока, паровые и газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания). Наиболее распространенные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором практически не допускают изменения частоты вращения.

Применяется также изменение частоты вращения включением сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя с фазовым ротором, а так же гидромуфтой, установленной между двигателем и насосом.

Регулирование работы насоса изменением его частоты вращения более экономично, чем регулирование дросселированием. Даже применение гидромуфт и сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя, связанное с дополнительными потерями мощности, экономичнее, чем регулирование дросселированием.

Регулирование перепуском.Оно осуществляется перепуском части жидкости, подаваемой насосом, из напорного трубопровода во всасывающий по обводному трубопроводу, на котором установлена задвижка (см. схему установки на рис. 5.35, задвижка 2). При изменении степени открытия этой задвижки изменяются расход перепускаемой жидкости и, следовательно, расход во внешней сети. Энергия жидкости, проходящей по обводному трубопроводу, теряется, поэтому регулирование перепуском неэкономично.

Регулирование поворотом лопастей. Оно применяется в средних и крупных поворотнолопастных осевых насосах. При повороте лопастей изменяется характеристика насоса и, следовательно, режим его работы (рис.5.34). КПД насоса при повороте лопастей изменяется незначительно, поэтому этот способ регулирования значительно экономичнее регулирования дросселированием.

Сравнить экономичность регулирования работы насоса различными способами проще всего по потребляемой насосом мощности. Пусть кривая OA (рис.5.35) является характеристикой насосной установки при полностью открытой регулирующей задвижке 1, а кривые H₁ и N₁ - кривыми напора и мощности характеристики насоса при частоте вращения n₁. Режим работы насоса определяется точкой A. Подача насоса равна Q_A. Меньшую подачу Q_B можно получить следующими способами.

Рис. 5.35. Сравнение экономичности разных способов

регулирования работы насоса

1. Дросселированием. Прикрывая регулирующую задвижку 1, смещаемрежимную точку насоса вдоль его характеристики из A в В_др. Мощность, потребляемая насосом при работе на этом режиме, найдем по кривой мощности N₁. Она равна N_Вдр.

2. Изменением частоты вращения. При уменьшении частоты вращения режимная точка смещается вдоль характеристики насосной установки из A в В_ч.в. Этому режиму соответствует частота вращения n₂ Мощность насоса определяется по кривой мощности N₂, построенной для частоты вращения n₂. Она равна .

3. Перепуском. Перепуск осуществляется открытием задвижки 2. Так как при регулировании перепуском характеристика насосной установки не изменяется (задвижка 1 остается открытой полностью), то при расходе насосной установки Q_B, напор насоса, равный потребному напору установки, определяется ординатой характеристики OA насосной установки. При этом напоре режим насоса соответствует точке N_ч.в. Жидкость, подаваемая насосом, частично уходит во внешнюю сеть (Q_B), частично возвращается в подводящий трубопровод (q_пер). Мощность насоса при работе на режиме В_пер равна N_Bпер.

Из рис. 5.35 следует, что наименьшая мощность получается при регулировании изменением частоты вращения, несколько больше мощности при регулировании дросселированием, самая большая – при регулировании перепуском: N_ч.в < N_Вдр < N_Bпер. Этот результат справедлив лишь для насосов, у которых с увеличением подачи мощность увеличивается (тихоходные и нормальные центробежные насосы). Если с увеличением подачи мощность уменьшается (например, в осевых насосах), то регулирование перепуском экономичнее регулирования дросселированием.