Характеристика насосной установки. Рабочая точка
Лекция 4
РАБОТА НАСОСА НА СЕТЬ
Характеристика насосной установки. Рабочая точка.
Регулирование режима работы центробежного насоса. Регулирование изменением частоты вращения рабочего колеса, обточкой рабочего колеса.
3. Регулирование режима работы сети: дросселирование.
Последовательная и параллельная работа насоса на сеть.
Устойчивость работы насоса в сети.
Характеристика насосной установки. Рабочая точка
Всякая насосная установка состоит из собственно насоса и сети, а поэтому работа насосной установки определяется как самим насосом, так и сетью (система трубопроводов и присоединенных к нему аппаратов).
Характеристика трубопровода. Гидравлическое сопротивление трубопровода пропорционально квадрату расхода жидкой среды, с которым она протекает в трубопроводе 
Следовательно, чтобы по трубопроводу (рис. 4.1) подать жидкую среду с расходом Q и обеспечить при этом в конечной точке D заданный напор Н, насос должен создать напор:
(4.1)
|
Рис. 4.1. Схема трубопровода и его характеристика.
Выражение 4.1., устанавливает зависимость требуемого напора от величины расхода жидкой среды в трубопроводе (системе трубопроводов) и называется характеристикой трубопровода. Зависимость (4.1) представляет собой уравнение параболы, не проходящей через начало координат, причем крутизна ветви параболы будет зависеть от величины сопротивления S. Таким образом, характеристика трубопровода может быть представлена семейством парабол в зависимости от его сопротивления.
Насос для конкретной системы трубопроводов может быть подобран путем графического построения характеристик насоса и характеристики трубопровода (графический метод), либо с помощью аналитических зависимостей: 
и 
(аналитический метод).
Графический метод. При этом методе на одном графике строятся характеристики насоса и в масштабе напорной характеристики Q — Н наносится характеристика трубопровода (S), построенная по уравнению (4.1) (рис. 4.2). Точка А пересечения напорной характеристики насоса и характеристики трубопровода называется рабочей (режимной) точкой. Координаты ее QA и HА соответствуют предельному значению подачи и напора данного насоса при перекачивании им жидкой среды в рассматриваемый трубопровод с характеристикой S. Большего расхода, чем QA, в этот трубопровод насос подать не может, так как создаваемые им напоры при любых значениях Q > QA будут меньше, чем сопротивление трубопровода.
Работа насоса в трубопроводе при подачах меньших, чем QA, не желательна, так как режимы его работы будут не экономичны. В этом случае необходимо регулировать подачу.
При подборе насоса для совместной его работы с трубопроводом необходимо, чтобы рабочая точка А находилась в области максимального значения КПД насоса (точка n на рис. 4.2)
Рис. 4.2. Рабочая точка насосной установки.
Аналитический метод. Как было показано выше, рабочая точка А характеризуется параметрами QA и НА, значения которых в этой точке одинаковы для насоса и трубопровода. Можно записать:
и 
(4.2)
где Q и Н - соответственно подача и напор насоса; Qс и Нс - расход и напор в трубопроводе.
Используя аналитические зависимости характеристик насоса и трубопровода с учетом равенств (4.2), запишем:
Решая относительно QA, получим:
Зная QA, по уравнению определим значение НА:
2. Регулирование режима работы центробежного насоса. Регулирование изменением частоты вращения рабочего колеса, обточкой рабочего колеса.
2.1 Регулирование режима работы центробежного насоса, изменением частоты вращения рабочего колеса.
Используя закон пропорциональности (3.1, 3.2, 3.3), можно заданные характеристики насоса, полученные при частоте вращения n , пересчитать и построить ряд других характеристик для различных частот вращения.
(3.1)
(3.2)
(3.3)
На рис. 4.3 показано построение новых характеристик при n2 по заданным характеристикам при n1 . Если на напорной характеристике (Q-H)n1 взять произвольную точку (например 1) с параметрами Q1 и Н1 то на основании уравнений (3.1) и (3.2) подача и напор при частоте вращения п2 будут равны:
и 
Откладывая значения Q2 и Н2, находим точку, принадлежавшую характеристике при частоте вращения n2. Повторяя подобные вычисления и построения для других точек и соединяя их плавной кривой, получим новую напорную характеристику (Q - Н)n2 при частоте вращения n2. На основании формул (3.1), (3.2) можно записать:
или 
Рис. 4.3 Построение характеристики насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса.
Из последнего уравнения следует, что переходная кривая при пересчете параметров Q и Н на другую частоту вращения является квадратичной параболой с вершиной в начале координат. Эта парабола называется кривой пропорциональности при различных частотах вращения, она же одновременно является кривой одинаковых значений КПД. Таким образом, при непрерывном изменении частоты вращения от n1 до n2 значения Q и Н будут изменяться по закону параболы, т.е. напорная характеристика будет перемещаться (приблизительно) параллельно самой себе (при увеличении частоты вращения — вверх, а при уменьшении — вниз). Характеристика Q - η будет перемещаться при уменьшении частоты вращения — влево, а при увеличении - вправо.
2.2 Регулирование режима работы центробежного насоса, изменением диаметра рабочего колеса насоса.
Насосы, выпускаемые заводами, имеют номинальный размер диаметра рабочего колеса. В эксплуатационных условиях, для того чтобы согласовать работу насоса с характеристиками сети, в которой работает насос, возникает необходимость уменьшения (обточки) рабочего колеса. Возможность обточки также предусматривается заводами-изготовителями. Изменение диаметра рабочего колеса влияет на положение характеристик.
Пересчет параметров Qоб, Ноб, Nq6 и ηоб для обточенного колеса до значения диаметра Dоб можно с достаточной степенью точности произвести по формулам подобия.
(4.3)
Для рабочих колес центробежных насосов при коэффициенте быстроходности ns < 150 более точный результат получается при пересчете напорной характеристики по формулам:
(4.4)
Диаметр обточенного рабочего колеса насоса более просто можно определить, используя аналитическую зависимость напорной характеристики:
Подставляя в это уравнение значения Н и Q из (4.4), получим зависимость для определения искомого диаметра обточенного колеса:
(4.5)
3. Регулирование режима работы сети: дросселирование
Регулирование подачи задвижкой (дросселирование). На напорной стороне центробежного насоса всегда при монтаже устанавливается задвижка, которая выполняет запорно-регулирующие функции. С помощью этой задвижки можно изменять подачу насоса от 0 до QA. Рассмотрим сущность и экономичность, этого метода регулирования, пользуясь характеристиками насоса и трубопровода (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Характеристики насоса и трубопровода при регулировании подачи дросселированием.
При полностью открытой задвижке режимная точка А1 будет находиться на пересечении характеристик трубопровода S1и насоса Q - Н, подача насоса при этом определяется значением QA .Отрезок hт1 представляет потерю напора на трение при движении жидкой среды со скоростью v1 , соответствующей подаче QА1 . При уменьшении подачи, предположим, до значения QA2 необходимо частично прикрыть задвижку. Так как сопротивление задвижки входит в общее сопротивление трубопровода, значение последнего с прикрытием задвижки возрастает и характеристика трубопровода пойдет круче и займет новое положение S2. Напорная характеристика насоса Q - Н будет занимать прежнее положение, так как частота вращения рабочего колеса (n) осталась неизменной. Следовательно, при закрытии задвижки режимная точка перемещается по характеристике Q — Н подача жидкой среды насосом уменьшается и при значении ее QА2 режимная точка займет положение А2 . При подаче QA2 < QA1, скорость потока в трубопроводе уменьшится, и потеря напора на трение будет определяться отрезком hт2, насос же при подаче QA2 создает напор Н2. Следовательно, отрезок h3Д будет представлять потерю напора в задвижке.
Так как при прикрытии задвижки напор Н2, создаваемый насосом, не полностью используется в сети, а часть его расходуется на преодоление сопротивления задвижки, то КПД насосной установки уменьшается. Мощность, теряемая при дросселировании, будет равна:
где QA2 – подача насоса при прикрытой задвижке, м3/с, h3Д – потеря напора в задвижке, м; η2 – КПД насоса при подаче QA2.
Таким образом, можно сделать вывод, что метод регулирования подачи с помощью задвижки относительно прост, но не экономичен, так как часть энергии, потребляемой насосом, гасится в задвижке сразу же на выходе жидкой среды из насоса. Поэтому рассмотренный метод рекомендуется использовать для регулирования подачи насосов малой и средней мощности. Регулировать подачу насоса можно задвижкой, установленной и на его всасывающей стороне. Однако дросселирование потока на всасывании может вызвать чрезмерное понижение давления, что приведет к возникновению кавитации и срыву работы насоса. Этот метод в практике, как правило, не используется.
Дата добавления: 2016-04-06; просмотров: 4275;