Регулирование работы насосов

Насос и внешняя сеть образуют единую систему, определяемую равенством подачи насоса и количества жидкости, проходящей во внешней сети, а также равенством напора насоса напору, расходуемому сетью. Графически равновесие системы насос - сеть выражается точкой пересечения характеристики насоса с характеристикой сети, называемой рабочей точкой. Для известных характеристик насоса и сети может быть только одна рабочая точка.

По условиям эксплуатации потребляемое сетью количество жидкости может меняться , соответственно должна менять свое положение и рабочая точка, что выполнимо путем изменения характеристики насоса или характеристики сети. Процесс изменения характеристик сети или насоса является, таким образом, регулированием системы насос - сеть. Существуют две возможности регулирования: изменение характеристики сети и изменение характеристики насоса. Рассмотрим эти пути регулирования более подробно.

Регулирование характеристики сети

а) Общие свойства сети

Рассмотрим характеристику простой и сложной сети. В общем случае характеристика сети состоит из статического и динамического сопротивления сети. Если насос преодолевает только статическое сопротивление , то характеристика сети будет выражена прямой линией , паралельной оси абсцисс и отстоящей от нее на величину статического сопротивления (в метрах столба перекачиваемой жидкости). Чем меньше величина статического сопротивления сети, тем больше диапазон подач насоса, и наоборот.

Сеть может быть с замкнутой схемой циркуляции, когда насос является элементом системы и обеспечивает циркуляцию жидкости в ней. В этом случае независимо от величины давления в системе циркуляции насос преодолевает только динамическое сопротивление сети. В эксплуатации приходиться иметь дело со сложной сетью, состоящей из нескольких разветвлений трубопроводов различного диаметра и длины, включенных между собой параллельно и последовательно и расположенных на различных отметках.

При последовательном соединении участков характеристика сети получается суммированием сопротивлений по характеристикам участков сети при данной подаче. На рис. 1 показан случай работы насоса на сеть, напор которой складывается из статической части Нст и динамического сопротивления двух последовательно включенных участков трубопроводов.

Рис. 1. Характеристика насоса и сети с двумя последовательными участками

Очевидно, если характеристики участков сети 1 и 2 обозначить через R1 и R2, то полная характеристика сети будет выражена как Нс=Нст+R1+R2.

При параллельном соединении участков трубопроводов характеристика сети получается суммированием количества жидкости, проходящей через отдельные участки при постоянном напоре. На рис.2,а изображен случай работы насоса на сеть, состоящую из двух параллельно включенных участков 1 и 2, находящихся на одинаковой отметке (без статического сопротивления) с характеристиками R1 и R2. Характеристика сети R может быть найдена суммированием подач q=q1 + q2. Подача общая и через каждый из участков сети соответсвенно равна Q, Q1 и Q2.

Рис.2. Характеристика насоса и сети с двумя параллельными участками (а) и байпасированием на всасвывание (б)

На рис.3 рассмотрен случай работы насоса на сеть, где каждый из параллельно включенных участков 1 и 2 с характеристиками R1 и R2 имеет еще статический напор Нст1 и Нст2, неодинаковый для каждого из участков. Характеристика сети представляет собой ломанную кривую, которая состоит из характеристики R2 участка 2 до пересечения ее с линией статического напора Нст1, а затем из кривой, получаемой суммированием подач Q1 и Q2.

Рис.3. Характеристика насоса и сети с двумя параллельными участками и с разными статическими напорами Нст1 и Нст2

б) Дроссельное регулирование

Наиболее распростаненным, простым и надежным способом регулирования в эксплуатации является дросселирование. Дроссельное регулирование производиться задвижкой, расположенной на напорной линии насоса, обычно вблизи от него. По мере закрытия задвижки происходит искусственное увеличение сопротивления и соответствующее уменьшение подачи. Каждому положению дроссельной задвижки соответствует новая характеристика сети. Равновесие системы наступит, когда

H=Hc + hwx

где hwx - переменное сопротивление дроссельной задвижки.

Изменяя положение дроссельного органа, а следовательно, и hwx, можно получить любую подачу от Qa, соответствующую полному открытию, до нуля, кодгад задвижка полностью закрыта. Это неэкономичный способ регулирования, так как сопровождается потерей в дроссельном органе части напора, создаваемого насосом. Поскольку при таком способе регулирования полезно используется в сети только напор Нс, то к.п.д. установки будет меньше к.п.д. насоса.

Чтобы повысить к.п.д. насосной установки, напорная характеристика насоса должна быть при таком способе регулирования наиболее пологой. Чем больше величина статического напора в общем значении напора сети, тем меньше потери напора в дроссельной задвижке для данной подачи и тем выше к.п.д. насосной установки.

Следует отметить, что при дроссельном регулировании из-за больших значений местной скорости изнашивется регулирующий орган (дроссельный клапана) и возникает опасность неплотного закрытия задвижки при останове насоса. Дросселирование может быть осуществлено и на всасывающей линии, однако такой способ регулирования не нашел практического применения из-за опасности возникновения кавитации и небольшой возможной величины дросселируемого напора.

в) Регулирование перепуском (байпасирование)

В этом способе регулирования требуемая подача сети достигается перепуском из напорной линии на всасывание части подачи насоса. При включении в сеть (рис.2, б) параллельно основной линии 1 добавочной линии 2 характеристика сети будет уже не R1, а R1+R2, и вместо рабочей точки А1 появляется навая рабочая точка А2. Напор при этом снизиться с Н1 до Н2, а подача наососа возрастет с Q1 до Q2, однако уменьшение напора насоса, естественно, вызывает уменьшение расхода жидкости через основную линию 1 от Q1 до требуемой Q3=Q2-qn.

С точки зрения экономичности такой способ регулирования приемлем для насосов с ns>300 и для вихревых насосов, у которых мощность падает с увеличением подачи. Для центробежных насосов с ns>300 регулирование перепуском вызывает увеличение мощности и, кроме того, может вызвать перегрузку двигателя, если при выборе последнего не учетна форма характеристики N-Q.

Увеличение мощности и опасность перегрузки двигателя можно предотвратить, если одновременно с открытием клапана на перепускной линии прикрыть клапан на основной линии с таким расчетом, чтобы характеристика сети проходила по кривой R1 + R2 или левее.

Частичное закрытие основной линии может быть целесообразным и даже необходимым, поскольку работа насоса с подачей, большей, чем расчетная, может оказаться невозможной или недопустимой по условиям кавитации. Ругулированием перепуском усложняет систему, увеличивает вес и габариты установки, в особенности при больших количествах перекачиваемой воды; такой способ регулирования беспорно является более сложным, чем дроссельное регулирование.