Каким образом рекомендуется осуществлять регулирование производительности и напора вихревых насосов

Обновлено: 28.06.2024

Вихревые насосы относятся к машинам трения. Рабочее колесо вихревого насоса аналогично колесу центробежного насоса, засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает ее во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. При прохождении жидкости через рабочее колесо в вихревом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления.

Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами.

Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие.

Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.


Рис. 3. Схема вихревого насоса. 1 - рабочее колесо; 2 - лопатка; 3 - корпус; 4 - всасывающее отверстие; 5 — выходное отверстие.

Рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками (рис. 4), помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами. В боковых и периферийной стенках корпуса имеется концентричный канал 2, начинающийся у всасывающего отверстия и кончающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой 4, служащей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Жидкость поступает через всасывающий патрубок 5 в канал, прогоняется по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 3.


Рис. 4. Схема вихревого насоса закрытого типа.

Напор вихревого насоса в 3—7 раз больше, чем центробежного, при тех же размерах и числе оборотов. Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью, т. е. способностью при пуске засасывать жидкость без предварительного заполнения, всасывающего трубопровода. Многие вихревые насосы могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком вихревого насоса является низкий КПД, не превышающий 45%. Наиболее распространенные конструкции имеют КПД 35-38%. Низкий КПД препятствует применению вихревого насоса при больших мощностях. Вихревые насосы изготовляют на подачу до 12 л/с. Напор вихревых насосов достигает 240 м, мощность доходит до 25 кВт, коэффициент быстроходности ns=6÷40. Число оборотов вихревого насоса так же, как и лопастного, ограничено только кавитационными явлениями. Следовательно, насос может быть непосредственно соединен с электродвигателем. Вихревые насосы применяют:

1. в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов. Здесь требуются обычно насосы с малыми подачами и высокими напорами (максимальная скорость протекания химических реакций, большие гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Благодаря простой конструкции рабочих органов вихревых насосов возможно применение химически стойких пластмасс, а также металлов, плохо поддающихся механической обработке и отливке;

2. для перекачивания легколетучих жидкостей (бензина, спирта, эфира и т. д.). Испарение легких фракций этих жидкостей приводит к тому, что в насос засасывается смесь жидкости и пара. Вихревой насос в отличие от центробежного может работать на такой смеси. В частности, вихревые насосы применяют на аэродромных и автомобильных бензораздаточных станциях, а также в бензозаправщиках самолетов. В этих случаях требуется быстрая готовность насоса к пуску при частых остановках и надежность в работе при наличии в трубопроводе воздуха или пара. Вихревой насос, будучи самовсасывающим и способным работать на смеси жидкости и газа, удовлетворяет этим требованиям. Работа насоса в рассматриваемой области кратковременна, поэтому значение КПД несущественно;

3. для подачи жидкостей, насыщенных газами, например жидкостей, содержащих большое количество растворенного газа, который выделяется при прохождении в области пониженного давления; для откачивания жидкости с высокой упругостью пара (например, пропан, бутан) при положительной высоте всасывания из емкости, в которой давление равно упругости насыщенного пара. В последнем случае при подъеме по всасывающему трубопроводу жидкость частично испаряется, ее температура понижается и, следовательно, уменьшается упругость насыщенного пара. Это замедляет процесс испарения, но в насос поступает смесь жидкости и пара;

4. в небольших автоматических насосных станциях, например для сельского водоснабжения. Центробежные насосы здесь малопригодны, так как требуются обычно малая подача и большой напор; поршневые насосы дороги, громоздки и также не пригодны вследствие того, что условия эксплуатации препятствуют автоматизации;

5. в насосных установках коммунального хозяйства, например, в качестве бустерных насосов для водоснабжения и автомоечных насосов. Здесь требуются малые подачи и большие напоры;

6. вместо водокольцевых компрессоров в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления;

7. в качестве питательных насосов малых вспомогательных котельных установок.

По типу рабочего колеса вихревые насосы делятся на насосы закрытого и открытого типов. У насосов закрытого типа (см. рис. 4) лопатки рабочего колеса короткие. Их внутренний радиус равен внутреннему радиусу канала. Жидкость подводится из всасывающего патрубка непосредственно в канал. У насосов открытого типа (рис. 3) внутренний радиус лопаток меньше внутреннего радиуса канала. Жидкость подводится из всасывающего патрубка 1, поступает в подвод 2, из которого через всасывающее окно 3 подводится к лопаткам рабочего колеса 4 и затем поступает в канал 5. От типа колеса зависят его кавитационные свойства, а также самовсасывающая способность и способность работать на газожидкостной смеси. Далее жидкость прогоняется по каналу рабочим колесом и через напорное отверстие 8 уходит в отвод 6 и напорный патрубок 7.


Рис. 5. Схема вихревого насоса открытого типа.

Для определения гидравлической мощности вихревого рабочего процесса NB рассмотрим равновесие жидкости в канале. На (см. рис. 6) изображена развертка сечения канала цилиндром, соосным насосу. На жидкость, находящуюся в канале, действуют силы давления в сечении входа в канал FB и в сечении выхода из канала FH, окружная составляющая сил трения жидкости о стенку канала FU и сила FK, с которой рабочее колесо действует на жидкость в канале. Учитывая, что моменты скоростей жидкости во входном и выходном сечениях канала практически одинаковы, получим момент сил, с которыми рабочее колесо действует на жидкость в канале:

MK = (FH - FB + FИ) Rц.т, (урав.1)

где Rц.т - радиус центра тяжести сечения канала.

Умножив уравнение (1) на угловую скорость рабочего колеса Ω0, получим

NB = ρH - ρB + (FИ / S)) SИ( (урав.2)

где ρH - ρB + FU / S = γHT (HT - теоретический напор вихревого рабочего процесса; ρB и ρH—давление у входа в канал и выходе из него); u = Ω0Rц.т; S — площадь сечения канала.


Рис. 6. Развертка сечения канала вихревого насоса.

Напор, сообщаемый жидкости в результате вихревого рабочего процесса, равен: H =( ρH - ρB ) / γ. Если QK - расход жидкости, проходящей через канал вихревого насоса, то полезная мощность вихревого рабочего процесса равна:

Принимая во внимание наличие объемных потерь в уплотнениях канала ηO.K, потерь из-за утечек через уплотнение перемычки ηO, гидравлических потерь канала ηГ.К, а также потерь вихревого рабочего процесса ηР.П, получаем:

ηГ.К ηO ηO.K ηР.П = Q / uS.

Оптимальный режим вихревого рабочего процесса получается при Q ≈ 0,5 uS. При этом если ηO ηO.K ηР.П = 0,5, то максимальный полный КПД вихревого насоса η mах

Характеристика вихревого насоса, приведенная на (рис. 7), может быть пересчитана на другую частоту вращения и другие размеры по формулам пересчета теории гидродинамического подобия.


Рис. 7. Характеристика вихревого насоса.

Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью. Для самовсасывания насос должен быть заполнен перед пуском небольшим количеством жидкости. Достаточно даже количества жидкости, какое остается в насосе после предыдущего пуска.

Условия входа жидкости на лопатки колеса вихревого насоса открытого типа и лопастного насоса мало отличаются. Поэтому теория кавитации лопастных насосов применима и для вихревых насосов открытого типа.

У насосов закрытого типа жидкость подводится непосредственно в канал. Следовательно, на рабочее колесо она поступает на большем радиусе, при больших окружных и относительных скоростях. Поэтому кавитационные качества вихревых насосов закрытого типа очень низки. Движение на входном участке канала насоса закрытого типа сложное, так как на движение жидкости из всасывающего патрубка в канал накладывается продольный вихрь. Поэтому аналитический расчет кавитационных качеств насоса закрытого типа в настоящее время невозможен. Для улучшения кавитационных качеств насоса закрытого типа перед вихревым рабочим колесом подключают центробежную ступень. Такой насос называется центробежно-вихревым.

Режим работы вихревого насоса определяется точкой А (рис. 8) пересечения характеристики насоса (кривая 2) и характеристики сети (кривая 1). Наиболее распространенным способом изменения рабочего режима вихревого насоса является регулирование дросселированием, при котором изменение режима осуществляется изменением открытия регулировочной задвижки, установленной на напорном трубопроводе, в результате чего изменяется характеристика сети. Чтобы уменьшить подачу от QA до QB, надо прикрыть регулировочную задвижку настолько, чтобы характеристика сети прошла через точку В. При уменьшении подачи насоса дросселированием потребляемая мощность возрастает (см. характеристику насоса), поэтому регулирование вихревого насоса экономически невыгодно.


Рис. 8. Определение рабочей точки при дросселировании вихревого насоса.

Более выгодным способом регулирования подачи вихревого насоса является регулирование перепуском (рис. 9 б). Для этого напорный и всасывающий патрубки насоса соединяют свободным трубопроводом с установленным на нем регулировочным вентилем. Для уменьшения расхода в установке следует открыть вентиль, благодаря чему часть жидкости, подаваемой насосом, возвращается через отводной трубопровод обратно во всасывающий патрубок, и расход жидкости во внешней сети уменьшается.


Рис. 9. Схемы регулирования подачи вихревого насоса.

а - дросселированием; б — перепуском.

Одним из преимуществ регулирования перепуском перед регулированием дросселированием является возможность использования для привода насоса двигателя меньшей мощности. При регулировании перепуском мощность двигателя выбирают по мощности, потребляемой насосом при полностью закрытом перепуске, при дросселировании - по мощности, соответствующей нулевой подаче.

Раздел: Ботаника и сельское хозяйство
Количество знаков с пробелами: 28271
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 12

Вихревые насосы относятся к машинам трения. Рабочее колесо вихревого насоса аналогично колесу центробежного насоса, засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает ее во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. При прохождении жидкости через рабочее колесо в вихревом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления.

Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами.

Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие.

Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.


Рис. 3. Схема вихревого насоса. 1 - рабочее колесо; 2 - лопатка; 3 - корпус; 4 - всасывающее отверстие; 5 — выходное отверстие.

Рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками (рис. 4), помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами. В боковых и периферийной стенках корпуса имеется концентричный канал 2, начинающийся у всасывающего отверстия и кончающийся у напорного. Канал прерывается перемычкой 4, служащей уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Жидкость поступает через всасывающий патрубок 5 в канал, прогоняется по нему рабочим колесом и уходит в напорный патрубок 3.


Рис. 4. Схема вихревого насоса закрытого типа.

Напор вихревого насоса в 3—7 раз больше, чем центробежного, при тех же размерах и числе оборотов. Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью, т. е. способностью при пуске засасывать жидкость без предварительного заполнения, всасывающего трубопровода. Многие вихревые насосы могут работать на смеси жидкости и газа. Недостатком вихревого насоса является низкий КПД, не превышающий 45%. Наиболее распространенные конструкции имеют КПД 35-38%. Низкий КПД препятствует применению вихревого насоса при больших мощностях. Вихревые насосы изготовляют на подачу до 12 л/с. Напор вихревых насосов достигает 240 м, мощность доходит до 25 кВт, коэффициент быстроходности ns=6÷40. Число оборотов вихревого насоса так же, как и лопастного, ограничено только кавитационными явлениями. Следовательно, насос может быть непосредственно соединен с электродвигателем. Вихревые насосы применяют:

1. в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов. Здесь требуются обычно насосы с малыми подачами и высокими напорами (максимальная скорость протекания химических реакций, большие гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Благодаря простой конструкции рабочих органов вихревых насосов возможно применение химически стойких пластмасс, а также металлов, плохо поддающихся механической обработке и отливке;

2. для перекачивания легколетучих жидкостей (бензина, спирта, эфира и т. д.). Испарение легких фракций этих жидкостей приводит к тому, что в насос засасывается смесь жидкости и пара. Вихревой насос в отличие от центробежного может работать на такой смеси. В частности, вихревые насосы применяют на аэродромных и автомобильных бензораздаточных станциях, а также в бензозаправщиках самолетов. В этих случаях требуется быстрая готовность насоса к пуску при частых остановках и надежность в работе при наличии в трубопроводе воздуха или пара. Вихревой насос, будучи самовсасывающим и способным работать на смеси жидкости и газа, удовлетворяет этим требованиям. Работа насоса в рассматриваемой области кратковременна, поэтому значение КПД несущественно;

3. для подачи жидкостей, насыщенных газами, например жидкостей, содержащих большое количество растворенного газа, который выделяется при прохождении в области пониженного давления; для откачивания жидкости с высокой упругостью пара (например, пропан, бутан) при положительной высоте всасывания из емкости, в которой давление равно упругости насыщенного пара. В последнем случае при подъеме по всасывающему трубопроводу жидкость частично испаряется, ее температура понижается и, следовательно, уменьшается упругость насыщенного пара. Это замедляет процесс испарения, но в насос поступает смесь жидкости и пара;

4. в небольших автоматических насосных станциях, например для сельского водоснабжения. Центробежные насосы здесь малопригодны, так как требуются обычно малая подача и большой напор; поршневые насосы дороги, громоздки и также не пригодны вследствие того, что условия эксплуатации препятствуют автоматизации;

5. в насосных установках коммунального хозяйства, например, в качестве бустерных насосов для водоснабжения и автомоечных насосов. Здесь требуются малые подачи и большие напоры;

6. вместо водокольцевых компрессоров в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления;

7. в качестве питательных насосов малых вспомогательных котельных установок.

По типу рабочего колеса вихревые насосы делятся на насосы закрытого и открытого типов. У насосов закрытого типа (см. рис. 4) лопатки рабочего колеса короткие. Их внутренний радиус равен внутреннему радиусу канала. Жидкость подводится из всасывающего патрубка непосредственно в канал. У насосов открытого типа (рис. 3) внутренний радиус лопаток меньше внутреннего радиуса канала. Жидкость подводится из всасывающего патрубка 1, поступает в подвод 2, из которого через всасывающее окно 3 подводится к лопаткам рабочего колеса 4 и затем поступает в канал 5. От типа колеса зависят его кавитационные свойства, а также самовсасывающая способность и способность работать на газожидкостной смеси. Далее жидкость прогоняется по каналу рабочим колесом и через напорное отверстие 8 уходит в отвод 6 и напорный патрубок 7.


Рис. 5. Схема вихревого насоса открытого типа.

Для определения гидравлической мощности вихревого рабочего процесса NB рассмотрим равновесие жидкости в канале. На (см. рис. 6) изображена развертка сечения канала цилиндром, соосным насосу. На жидкость, находящуюся в канале, действуют силы давления в сечении входа в канал FB и в сечении выхода из канала FH, окружная составляющая сил трения жидкости о стенку канала FU и сила FK, с которой рабочее колесо действует на жидкость в канале. Учитывая, что моменты скоростей жидкости во входном и выходном сечениях канала практически одинаковы, получим момент сил, с которыми рабочее колесо действует на жидкость в канале:

MK = (FH - FB + FИ) Rц.т, (урав.1)

где Rц.т - радиус центра тяжести сечения канала.

Умножив уравнение (1) на угловую скорость рабочего колеса Ω0, получим

NB = ρH - ρB + (FИ / S)) SИ( (урав.2)

где ρH - ρB + FU / S = γHT (HT - теоретический напор вихревого рабочего процесса; ρB и ρH—давление у входа в канал и выходе из него); u = Ω0Rц.т; S — площадь сечения канала.


Рис. 6. Развертка сечения канала вихревого насоса.

Напор, сообщаемый жидкости в результате вихревого рабочего процесса, равен: H =( ρH - ρB ) / γ. Если QK - расход жидкости, проходящей через канал вихревого насоса, то полезная мощность вихревого рабочего процесса равна:

Принимая во внимание наличие объемных потерь в уплотнениях канала ηO.K, потерь из-за утечек через уплотнение перемычки ηO, гидравлических потерь канала ηГ.К, а также потерь вихревого рабочего процесса ηР.П, получаем:

ηГ.К ηO ηO.K ηР.П = Q / uS.

Оптимальный режим вихревого рабочего процесса получается при Q ≈ 0,5 uS. При этом если ηO ηO.K ηР.П = 0,5, то максимальный полный КПД вихревого насоса η mах

Характеристика вихревого насоса, приведенная на (рис. 7), может быть пересчитана на другую частоту вращения и другие размеры по формулам пересчета теории гидродинамического подобия.


Рис. 7. Характеристика вихревого насоса.

Большинство вихревых насосов обладает самовсасывающей способностью. Для самовсасывания насос должен быть заполнен перед пуском небольшим количеством жидкости. Достаточно даже количества жидкости, какое остается в насосе после предыдущего пуска.

Условия входа жидкости на лопатки колеса вихревого насоса открытого типа и лопастного насоса мало отличаются. Поэтому теория кавитации лопастных насосов применима и для вихревых насосов открытого типа.

У насосов закрытого типа жидкость подводится непосредственно в канал. Следовательно, на рабочее колесо она поступает на большем радиусе, при больших окружных и относительных скоростях. Поэтому кавитационные качества вихревых насосов закрытого типа очень низки. Движение на входном участке канала насоса закрытого типа сложное, так как на движение жидкости из всасывающего патрубка в канал накладывается продольный вихрь. Поэтому аналитический расчет кавитационных качеств насоса закрытого типа в настоящее время невозможен. Для улучшения кавитационных качеств насоса закрытого типа перед вихревым рабочим колесом подключают центробежную ступень. Такой насос называется центробежно-вихревым.

Режим работы вихревого насоса определяется точкой А (рис. 8) пересечения характеристики насоса (кривая 2) и характеристики сети (кривая 1). Наиболее распространенным способом изменения рабочего режима вихревого насоса является регулирование дросселированием, при котором изменение режима осуществляется изменением открытия регулировочной задвижки, установленной на напорном трубопроводе, в результате чего изменяется характеристика сети. Чтобы уменьшить подачу от QA до QB, надо прикрыть регулировочную задвижку настолько, чтобы характеристика сети прошла через точку В. При уменьшении подачи насоса дросселированием потребляемая мощность возрастает (см. характеристику насоса), поэтому регулирование вихревого насоса экономически невыгодно.


Рис. 8. Определение рабочей точки при дросселировании вихревого насоса.

Более выгодным способом регулирования подачи вихревого насоса является регулирование перепуском (рис. 9 б). Для этого напорный и всасывающий патрубки насоса соединяют свободным трубопроводом с установленным на нем регулировочным вентилем. Для уменьшения расхода в установке следует открыть вентиль, благодаря чему часть жидкости, подаваемой насосом, возвращается через отводной трубопровод обратно во всасывающий патрубок, и расход жидкости во внешней сети уменьшается.


Рис. 9. Схемы регулирования подачи вихревого насоса.

а - дросселированием; б — перепуском.

Одним из преимуществ регулирования перепуском перед регулированием дросселированием является возможность использования для привода насоса двигателя меньшей мощности. При регулировании перепуском мощность двигателя выбирают по мощности, потребляемой насосом при полностью закрытом перепуске, при дросселировании - по мощности, соответствующей нулевой подаче.

Раздел: Ботаника и сельское хозяйство
Количество знаков с пробелами: 28271
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 12

Тема: Регулирование режима работы насоса. Последовательная и параллельная работа насоса на сеть.

Студент: Вавилов Д.В.

№зачетной книжки 04-07

Руководитель: Лисица А.П.

1)Регулирование работы насосов 4

2)Классификация способов регулирования подачи 7

3)Последовательная и параллельная работа насосов 8

4)Достоинства и недостатки насосов различных типов 10

5)Список используемой литературы 14

1.Регулирование работы насосов.

В практике эксплуатации насосов нередко приходится прибегать к регулированию их параметров, главным образом подачи, реже — напора. Так, например, режим работы мелиоративных насосных станций диктуется графиком водоподачи, имеющим значительные колебания во времени и течение поливного сезона, а иногда и в течение суток. Этим вызывается необходимость регулирования подачи насосной станции. Регулирование подачи может также иметь место на насосных станциях городского водоснабжения, на гидроаккумуляторных установках, на установках для перекачки нефти, на циркуляционных и питательных насосах теплоэлектростанций и т. п.

Под регулированием насоса понимают процесс произвольного изменения его подачи для обеспечения требуемой ее величины.

Насос и внешняя сеть образуют единую систему, равновесное состояние которой определяется материальным и энергетическим балансом. Материальный баланс выражается условием равенства подачи насоса расходу во внешней сети, энергетический - равенством напора насоса напору, потребляемому сетью. Графически условие материального и энергетического баланса системы выражается точкой пересечения характеристик насоса и сети. При данных характеристиках насоса и сети существует только одна точка, отвечающая условиям устойчивого равновесия. Величина водопотребления, как правило, изменяется во времени, в соответствии с чем должна перемещаться рабочая точка системы. С этой целью необходимо регулировать подачу насоса.

В связи с тем, что рабочая точка системы определяется характеристиками, как насоса, так и сети, то регулировать подачу можно за счет изменения характеристики сети (количественный метод) или за счет изменения характеристики насоса (качественный метод). Изменение подачи и напора насосной установки за счет изменения характеристики сети можно добиться изменением статической составляющей сопротивления системы (геометрической высоты нагнетания или всасывания, давления над поверхностью жидкости в приемном резервуаре), изменением гидравлического сопротивления движению жидкости во всасывающем или напорном трубопроводе, изменением схемы сети (например, за счет введения запасной линии).

Существуют также комбинированные способы регулирования, при которых изменение характеристики сети и изменение характеристики насоса происходят одновременно и взаимосвязано.

а)К количественным способам регулирования лопастных насосов относятся:

  • дросселирование напорной стороны насоса;
  • дросселирование всасывающей стороны насоса;
  • перепуск (байпасирование);
  • сброс части поднятого количества воды в нижний бьеф;
  • впуск воздуха во всасывающую трубу насоса;
  • авторегулирование (изменение статической составляющей напора);
  • комбинацией включения параллельно/последовательно работающих ступеней в многосекционных насосах;
  • применение баков-гидроаккумуляторов;

На крупных насосных станциях применяют следующие способы регулирования, которые также можно отнести к количественным способам:

  • применение ячеистого успокоителя в аванкамере насосной станции;
  • применение перепускного трубопровода, соединяющего нитки напорных коммуникаций крупных насосных станций;
  • изменение числа параллельно работающих насосов (применение разменных агрегатов).

б)К качественным способам регулирования относятся:

  • изменение частоты вращения рабочего колеса;
  • изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на входе в рабочее колесо насоса;
  • изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на выходе из рабочего колеса насоса;
  • изменение ширины рабочего колеса;
  • изменение степени открытия поперечного сечения каналов рабочего колеса;
  • изменение угла установки лопастей рабочего колеса;
  • саморегулирование;
  • обточка рабочего колеса.

в)К комбинированным способам регулирования относятся:

  • саморегулирование с перепуском;
  • перепуск по малому контуру с закруткой потока перед рабочим колесом;
  • дросселирование с перепуском;
  • перепуск с подкруткой;
  • дросселирование и изменение частоты вращения рабочего колеса;
  • комбинация лопастного и водоструйного насосов и другие.

г)Количественные способы регулирования подачи

  • Дросселирование напорной стороны насоса
  • Дросселирование всасывающей стороны насоса
  • Перепуск (байпасирование)
  • Сброс части поднятого количества воды в нижний бьеф
  • Впуск воздуха во всасывающую трубу насоса
  • Авторегулирование (изменение статической составляющей напора)
  • Комбинацией включения параллельно/последовательно работающих ступеней в многосекционных насосах
  • Применение баков-гидроаккумуляторов
  • Применение ячеистого успокоителя в аванкамере насосной станции
  • Применение перепускного трубопровода, соединяющего нитки напорных коммуникаций крупных насосных станций
  • Изменение числа параллельно работающих насосов (применение разменных агрегатов)
  • Введение в жидкость добавок высокомолекулярных соединений
  • Магнитогидродинамическая закрутка потока перед рабочим колесом
  • Перепуск по малому контуру с закруткой потока перед рабочим колесом
  • Дросселирование с перепуском
  • Комбинация лопастного и водоструйного насосов

2.Классификация способов регулирования подачи.

  1. Регулирование производится только изменением характеристики насоса.
  2. Изменение характеристики сети, а характеристика насоса остается неизменной.
  3. Изменение характеристики насоса и сети.
  4. Автоматическое регулирование может быть зависимым и независимым. Зависимое, или программное, регулирование считается наиболее совершенным. Заданный параметр при автоматическом регулировании должен меняться по определенному заранее установленному графику.
  5. Различают также непрерывное или прерывное (позиционное) регулирование процесса.
  6. При позиционном прерывном регулировании подача воды то прекращается, то вновь восстанавливается.
  7. При непрерывном регулировании регулятор все время поддерживает заданную величину параметра (давления, расхода) – показателя регулирования. Всякое изменение этой величины воспринимается чувствительным элементом измерительной системы и полученная информация о рассогласовании передается на исполнительный элемент регулятора.
  8. Изменение характеристик насоса можно сделать постоянным (долговременным) или текущим.
  9. При постоянном (долговременном) регулировании насос переводится в новый режим работы на достаточно длительный срок. Такое регулирование выполнить проще, чем регулировать подачу и напор в процессе работы системы.
  10. Под текущим регулированием подразумевается непрерывное изменение характеристики Q–H в процессе работы установки в зависимости от поступления жидкости к насосу или потребления жидкости в системе.

3.Последовательная и параллельная работа насосов.

Часто, при строительстве новых промышленных и бытовых объектов вновь созданные водопроводные системы подключаются к уже используемым, что сказывается на общей производительности сети, подаче и напоре.

Изменение параметров внешней водопроводной сети требует соответствующего изменения параметров насоса. Одним из возможных способов регулирования гидравлических параметров группы насосов служит варьирование числа совместно работающих насосов, а также способов их соединения.

Последовательная работа насосов применяется для увеличения напора. При определении рабочего режима необходимо провести суммирование ординат характеристик отдельных насосов при фиксированных подачах. Последовательное соединение группы насосов целесообразно при крутой характеристике внешней сети и приводит к незначительным увеличениям подачи. Насосы при последовательном соединении могут быть расположены как близко друг от друга, так и на значительном расстоянии.

В первом случае корпус каждого последующего насоса должен выдерживать полное давление, создаваемое предыдущим насосом. Обычно в каталогах насосов приводится предельное допустимое давление во всасывающем патрубке. Оно наряду с надежностью работы концевых уплотнений и будет ограничивать число последовательно включенных насосов.

Параллельная работа насосов применяется для увеличения подачи. При определении рабочего режима необходимо провести суммирование абсцисс характеристик отдельных насосов при фиксированных значениях напора. Параллельно можно соединить насосы различных типов, с одинаковыми и различными характеристиками. Наиболее благоприятной формой характеристики параллельно работающих насосов является непрерывно падающая линия.

Для уменьшения крутизны характеристики водопроводной сети могут быть использованы трубопроводы, параллельные основному трубопроводу. Необходимо выполнение условия: предельный допустимый напор при совместной работе насосов с западающими характеристиками не должен быть больше напора при нулевом расходе того насоса, у которого он имеет наименьшее значение.

Максимальное число параллельно включенных насосов ограничивается устойчивостью и экономичностью, суммарная подача - допустимыми гидравлическими потерями во внешней сети, включая потери в длинных соединительных трубопроводах. Пуск одинаковых насосов, имеющих одну и ту же частоту вращения, обычно производится одновременно. Насосы со стабильными (устойчивыми) характеристиками могут запускаться в работу последовательно.

В процессе работы возможно регулирование (дроссельное или изменением частоты вращения) любого из насосов. При пуске в параллельную работу одинаковых насосов, имеющих разную частоту вращения, необходимо выдерживать дополнительное условие: статический напор сети не должен превышать напор насоса, работающего с меньшей частотой вращения. Иначе отсутствие обратного клапана у насоса с повышенной частотой вращения приведет к изменению направления вращения другого насоса.

4.Достоинства и недостатки насосов различных типов.

Если говорить о возможной подаче, то по мере ее увеличения насосы располагаются в следующем порядке: объемные, центробежные и осевые. Если же в качестве определяющего параметра рассматривать максимально возможное значение напора, то порядок будет обратным. Что касается водоподъемников специальных типов, то все они. Включая струйные насосы, в поле H-Q занимают области, прилегающие к осям координат и характеризуемые малыми значениями либо напора, либо подачи. Таким образом, практически весь диапазон напоров от 1 до 10 000 м и подач от нескольких литров до 150 000 м3 в 1 ч перекрывается большим числом типоразмеров хорошо освоенных промышленностью насосов.

В то же время при решении вопроса об использовании, какого либо насоса в той или иной технологической установке решающее значение помимо рабочих параметров приобретают его эксплуатационные качества.

Проанализируем в этой связи достоинства и недостатки рассмотренных нами насосов, определяющие области их возможного применения в сооружениях систем водоснабжения и канализации.

а.Лопастные насосы. Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство обеспечивает высокую их надежность и достаточную долговечность. Конструкция проточной части лопастных насосов и отсутствие поверхностей трения допускает возможность перекачивания загрязненных жидкостей. Простота непосредственного соединения с высокооборотными приводными двигателями способствует компактности насосного агрегата и повышению его КПД.

Все эти положительные качества центробежных, диагональных и осевых насосов привели к тому, что они являются, по существу, основными насосами всех сооружений водоснабжения и канализации. Центробежные и осевые насосы широко используют также в системах оборотного движения жидкостей, в судоподъемных сооружениях, на оросительных и осушительных насосных станциях.

К недостатком центробежных насосов следует отнести ограниченность их применения в области малых подач и высоких напоров, что объясняется снижением КПД при увеличении числа ступеней. Известные сложности в эксплуатации насосных установок с центробежными насосами возникают также из-за необходимости их заполнения перекачиваемой жидкостью перед включением в работу.

Новые насосы работают по-другому…

В этой статье рассмотрим современные насосы с автоматическим регулированием напора. И что нам это дает?

Чтобы увидеть разницу работы современных насосов от не современных, нужно понять, как работает обычный циркуляционный насос с тремя скоростями.

Обычный циркуляционный насос с тремя скоростями:


Мы уже порядком привыкли к такому напорно-расходному графику насоса


Характеристика насоса - это напорно-расходная характеристика насоса. Показывает, как изменяется расход при воздействии определенного сопротивления потерь напора. Чем больше расход в трубе, тем меньше давление создает насос (маленькое гидравлическое сопротивление системы). Чем меньше расход, тем больше давление насоса (большое гидравлическое сопротивление)

Точка пересечения показывает реальный расход и потерю напора (в метрах).

Характеристика системы - это напорно-расходная характеристика системы в целом. Системой может быть как замкнутое кольцо трубопровода(отопление) так и не замкнутое(водоснабжение) .

Найти рабочую точку насоса можно в этой программе:


Существует другой способ работы насосов. Например,


Рассмотрим GRUNDFOS ALPHA2 L

Такой насос идеально подходит для системы отопления

Достоинство:

1. Снижает потребление электроэнергии, только на случай отключения определенных веток(контуров).
2. Позволяет не использовать перепускные клапана.

У этого насоса 7 режимов работы:

1. Фиксированная частота вращения 1 (то есть мощность в режиме 1)
2. Фиксированная частота вращения 2 (то есть мощность в режиме 2)
3. Фиксированная частота вращения 3 (то есть мощность в режиме 3)
4. PP1 (Пропорциональное регулирование. Режим 1)
5. PP2 (Пропорциональное регулирование. Режим 2)
6. CP1 (Стабилизации напора. Режим 1)
7. CP2 (Стабилизации напора. Режим 2)


В таком насосе можно выбрать только 7 режимов работы. То есть Вы не можете выбрать CP2 на 1 фиксированной частоте.


Что такое фиксированная частота вращения?

Ответ очень простой! Это тоже самое, что три скорости у обычных циркуляционных насосов. Они задают энергопотребление насоса. В первом режиме минимальное потребление энергии. Во втором среднее потребление. В третьем режиме максимальное электропотребление и соответственно выдаваемый напор насоса. В режимах фиксированной частоты отсутствует автоматическая подстройка по давлению. В этих 3х режимах идет имитация обычной работы насоса с кривым графиком без стабилизации и какой-либо корректировки напора.

Есть особый плюс в фиксированной частоте лопастей. Это позволяет иметь стабильную напорнорасходную характеристику. То есть снижение напряжения не будет влиять на уменьшение напора насоса, как это происходит в обычных насосах.

Зачем регулировать 1,2,3 скорости насоса (фиксированной частоты)?

При проектировании системы отопления необходимо также рассчитать циркуляционный насос. В самое холодное время система отопления нуждается в максимальном расходе теплоносителя. В теплое время система отопления нуждается уже в меньшем расходе теплоносителя. Для более эффективной работы системы отопления необходимо учитывать эти особенности работы насоса. То есть работать в малой мощности или в большей мощности. А эти режимы (1,2,3) позволяют нам задавать необходимую производительность системы отопления. Конечно, такие мелочные расчеты окупаются при больших проектах. И для частного дома могут быть не особо эффективным мероприятием. Например, если система отопления была спроектирована с ошибками выбора диаметров, и это привело к увеличению мощности насоса, то добавить насос с экономическим преимуществом может насмешить проектировщиков. То есть заведомо правильным выбором диаметров Вы бы могли разгрузить потребление энергии в два-три раза, а не на 20-40% внедрением экономичного насоса или самому менять скорости насоса.

И представьте себе: Самый ходовой циркуляционный насос потребляет 60-100-130 Вт. электроэнергии. 1 режим 60 Вт. 2 режим 100 Вт. 3 Режим 130 Вт. И попробуйте спрогнозировать время, когда Вы собираетесь менять режимы скоростей насоса. В среднем насос будет потреблять 100 Вт. И попробуйте посчитать, сколько Вы потратите денег на электроэнергию. То есть максимальное потребление 130 Вт минусуем среднее 100 Вт = получаем 30 Вт экономии электроэнергии. И скажите, кто из хозяев частных домов занимается переключением скоростей насоса? Это потребление сравнимо с потреблением одно или двух лампочек освещения.

21600 (Вт х час)/мес. К примеру, 2,5 руб/кВт. Тогда экономия составит 54 рубля/мес.

То есть, поставив насос в 1-й режим работы, Вы можете сэкономить на электроэнергии. Только вопрос в том, как качественно при этом будет работать ваша система. А чтобы понять это существует такое понятие как гидравлический расчет системы отопления.

Зачем нужен стабильный напор насоса для системы отопления?

Когда у Вас в системе отопления существуют ветки, которые отключаются автоматически, тогда это будет некоторым спасением от того, чтобы насос работал на столько, на сколько, необходимо выдать расход остальным веткам отопления. То есть стабилизируя давление насоса, мы стабилизируем расход в каждой ветки системы отопления. То есть при отключении разных контуров(веток), расход в других ветках(контурах) не меняется. Только вот от схемы будет зависеть, как сильно будет меняться расход. При лучевой системе отопления расход будет более стабильным. Достоинство схем описано тут:

Данный эффект позволяет насосу работать на столько, насколько нужен расход системе отопления. То есть чем больше отключенных веток, тем меньше насос потребляет электроэнергию.

Что такое пропорциональное регулирование насоса?

Это когда при повышении расхода растет напор насоса.

Есть два случая, которые нужно пояснить:

1 случай. Позволяет экономить электроэнергию за счет уменьшения расхода. Когда в доме тепло, то большее время ветки(контура) могут быть отключены, и это сигнализирует о том, что тепловую мощность можно снижать и в этот момент насос начинает работать с малым расходом.

То есть когда уменьшается расход всей системы отопления, это сигнализирует о том, что требуется меньше тепловой энергии. А если требуется меньше тепловой энергии, то можно уменьшить расход у каждого отопительного прибора. Тем самым достигается эффект снижения потребления электроэнергии насосом.

2 случай. Этот режим нужен, если стабилизация напора работает не достаточно хорошо. Это некоторое усиление эффекта работы системы отопления.

Эта функция полезна тогда, когда система отопления со стабилизацией напора не эффективна в силу особенности работы узлов в системе отопления. Ну, например, у Вас в системе отопления есть плохо подобранные диаметры и никакие балансировочные клапана не помогают установить необходимые расходы. В случаях увеличения расходов мы просто добавляем давления к этим проблемным узлам системы отопления. То есть этот режим спасает работу системы отопления в случаях ее не эффективной работы.

За счет чего происходит экономия электроэнергии этого насоса?

Экономия электроэнергии появляется только, если сравнивать работу с обычным насосом без корректировки напора.

То есть когда обычный насос постоянно без изменения потребляет одно и тоже значение мощности Вт. Причем при понижении расхода потребление мощности может расти. Современный насос с автоматикой может контролировать потребление электроэнергии в сторону снижения.

Насос GRUNDFOS ALPHA2 L потребляет столько, сколько нужно для поддержания давления и расходов в отдельных ветках (контурах). При условии, что ветки(контура) отключаются. То есть экономия возникает в тот момент, когда отключаются ветки(контура) и в этот момент насос начинает потреблять меньше электроэнергии.

Если у Вас в системе отопления автоматически не отключаются ветки(контура), насос с корректировкой давления бесполезен для экономии электроэнергии.

Читайте также: