10.1.8. Законы пропорциональности центробежного насоса

Очень часто при эксплуатации центробежных насосов возникает необходимость изменения его частоты вращения (например, путем агрегатирования с другим электродвигателем, имеющим иную частоту вращения).

Возникает вопрос, как изменяется подача насоса, напор и потребляемая мощность по сравнению с предыдущей частотой вращения?

Для ответа на поставленный вопрос будем считать, что к.п.д. насоса остался неизменным, а параллелограммы скоростей жидкости на выходе из рабочего колеса подобными (рис.10.14).

Рис.10.14

Тогда

. (10.12)

Вспомним, что подача насоса Q = , отсюда

,

т.к. в формуле подачи все величины кроме С_2r постоянны;

Q´=Q. (10.13)

Развиваемый центробежным насосом напор:

. (10.14)

В выражении (10.14) переменными величинами являются скорости U₂ и С_2u, тогда

,

откуда

. (10.15)

В формуле потребляемой насосом мощности

(10.16)

переменными величинами будут подача Q и напор Н; тогда на основании выражений (10.13), (10.15) и (10.16) получим

. (10.17)

Итак, формулы (10.13), (10.15) и (10.17) являются аналитическими выражениями законов пропорциональности.

10.1.9. Работа центробежного насоса на сеть

Подбор насосов должен производиться на основе тщательного анализа условий их работы. При этом необходимо, чтобы подобранный насос по своей характеристике соответствовал результатам гидравлического расчета трубопровода (сети).

Если гидравлическую характеристику трубопровода (сети) представить на одном графике с рабочей характеристикой насоса (рис.10.15), то точка пересечения этих характеристик (точка А) будет рабочей точкой насоса.

Рис.10.15

Рабочая точка насоса определяет единственно возможный режим совместной работы насоса с заданным трубопроводом (сетью): подачу Q, напор Н, мощность N и к.п.д. η.

При подборе насоса необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая точка А находилась в области максимального значения к.п.д.

10.1.10. Регулирование работы центробежного насоса

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

С развитием и укрупнением систем водоснабжения возрастает необходимость регулирования подачи насосных станций, поскольку они относятся к крупнейшим энергопотребителям. Кроме того, поддержание требуемого напора в сети приводит к уменьшению утечек и аварий на трубопроводах. В связи с этим в современном насосостроении разрабатываются способы плавного регулирования параметров насосов.

Работа системы «насос - сеть» регулируется:

- изменением характеристики сети (дроссельное регулирование);

- изменением частоты вращения рабочего колеса насоса (объемное регулирование);

- изменением геометрии проточных каналов насоса и кинематики потока на входе в рабочее колесо.

другие способы менее эффективны.

Дроссельное регулирование. Предположим, что центробежный насос должен иметь подачу не Q_А, соответствующую точке А пересечения характеристики насоса с характеристикой сети при полностью открытой задвижке на выходе из насоса, а Q_В < Q_А (рис.10.16).

Рис. 10.16

Этой подаче соответствует рабочая точка В характеристики насоса. Чтобы характеристика сети пересекалась с характеристикой насоса Н = f(Q) в точке В, необходимо увеличить потери напора в сети. Это осуществляется прикрытием регулирующей задвижки, установленной на напорном трубопроводе. В результате увеличения потерь напора в сети характеристика ее пойдет круче и пересечет кривую характеристики насоса Н=f(Q) в точке В. При этом режиме потребный напор складывается из напора Н_ВС, расходуемого в сети с полностью открытой задвижкой, и потери напора h в задвижке. Таким образом, регулирование работы насоса дросселированием вызывает дополнительные потери энергии, снижающие к.п.д. установки; этот способ неэкономичен. Однако благодаря исключительной простоте регулирование дросселированием получило наибольшее распространение.

Объемное регулирование. Изменение частоты вращения насоса ведет к изменению его характеристики, следовательно, и рабочего режима (рис.10.17). Для регулирования изменением частоты вращения необходимы двигатели с переменной частотой вращения (электродвигатели постоянного тока, паровые и газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания). В последнее время частоту вращения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором измеряют путем их питания током другой частоты.

Применяется также изменение частоты вращения гидромуфтой, установленной между двигателем и насосом.

Рис. 10.17

Объемное регулирование является наиболее экономичным. Изменение частоты вращения ведет к изменению характеристики насоса Н = f(Q) таким образом, что рабочая точка соответствует требуемой подаче.