РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ НАСОСА

Принудительное изменение параметров насоса в соответствии с потребностями сети называется регулированием работы, насоса.

Регулирование работы центробежных насосов. Поскольку ре­жимные параметры работы насоса на заданную систему (сеть) оп­ределяются положением точки пересечения кривых характерис­тик насоса и сети, для изменения режимных параметров насоса необходимо изменить место положения этой точки. Следовательно, чтобы изменить режим работы насоса (изменить режимные параметры), необходимо изменить характеристику насоса или ха­рактеристику системы (сети).

Регулирование может осуществляться за счет воздействия на элементы сети (с изменением характеристики сети) или за счет воздействия на насос (с изменением формы характеристики и ее положения). Практически существует два способа воздействия на элементы сети:

· введение в состав сети дополнительного гидравлического сопро­тивления;

· введение в состав сети перепускного патрубка.

Способ регулирования, при котором в сеть вводится дополни­тельное гидравлическое сопротивление, называется дросселирова­нием. В качестве дополнительного гидравлического сопротивле­ния используется изменение степени открытия задвижки на выхо­де из насоса. Если характеристика сети до регулирования (введе­ния дополнительного сопротивления) имеет вид

то после введения дополнительного сопротивления она будет иметь следующий вид:

или

где k₃ — коэффициент местных потерь задвижки; ∑h₁— потери напора при регулируемой подаче; h₃ — потери напора на задвижке.

Так как при дроссельном регулировании не весь напор, создава­емый насосом, полезно используется в сети, то КПД насосной уста­новки уменьшается от η до η _iр.

Дроссельное регулирование экономически невыгодно, но поскольку такое регулирование очень просто осуществимо с технической точки зрения, то оно получило широкое распространение для регулирования малых и средних на­сосов.

При введении в состав системы (сети) перепускного патрубка перепускную линию необходимо рассматривать как дополнитель­ную часть сети с сопротивлением R₂, присоединенную параллельно основной сети с сопротивлением R₁ (рис. 4.2).

Рис. 4.2.Регулирование перепуском

При открытии задвижки на перепускной линии часть жидкости насоса перетекает из напорной во всасывающую линию.

Первоначальная характеристика сети изменится и будет иметь вид

или, введя обозначение

можно получить

где k_р — сопротивление сети при расходе (Q_T – Q_п); k_п — сопро­тивление перепускной линии; Q_п — расход жидкости через пере­пускную линию.

Положение кривой характеристики сети с открытой перепуск­ной линией изменится и вместо рабочей точки А₁ появится новая точка А₂. Напор при этом снизится с Н₁ до Н₂, а подача насоса через основную сеть будет

Такой способ регулирования приемлем для лопастных насосов с n_s > 250 и для вихревых насосов, у которых потребляемая мощность падает с увеличением подачи насоса. Для центробежных насосов с n_s < 250 регулирование перепуском вызывает увеличе­ние потребляемой мощности.

Для изменения характеристики центробежного насоса теорети­чески существует несколько способов: изменение частоты враще­ния колеса; изменение числа совместно работающих насосов.

Для регулирования подачи насоса изменением частоты враще­ния рабочего колеса необходимы приводные двигатели с перемен­ной частотой вращения (электродвигатели постоянного тока, дви­гатели внутреннего сгорания, турбины).

Изменение частоты вращения рабочего колеса ведет к измене­нию скорости выхода жидкости из колеса и, следовательно, к изме­нению напорной характеристики насоса. Измененная характеристика при неизменной характеристике сети обеспечит новые режимные параметры.

При изменении частоты вращения рабочего колеса одновременно с изменением напорной характеристики насоса перемещается и мак­симум энергетической характеристики Q—η, а максимальное значе­ние КПД остается практически неизменным. Поэтому регулирова­ние работы насоса путем изменения частоты вращения его колеса более экономично, чем регулирование путем дросселирования даже при использовании дополнительных устройств для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей переменного тока.

Изменение числа совместно работающих насосов возможно в тех случаях, когда насосная установка состоит из двух и более насосов, работающих совместно на систему (сеть). Регулирование подачи насоса при параллельной работе двух и более совместно работающих насосов осуществляют путем выключения из работы включения в работу) одного или более насосов. Такой способ удобен, но он дает скачкообразное измене­ние подачи. Однако его объединение с дросселированием расширит диапазон регулирования.

Регулирование объемных насосов. Регулирование подачи ро­торных насосов (при неизменной частоте вращения вала насоса) осуществляется двумя способами:

1) с помощью переливного (перепускного) клапана;

2) изменением рабочего объема насоса.

При первом способе клапан устанавливают параллельно насосу, так что часть его подачи через этот клапан может возвращаться во всасывающий трубопровод (рис. 4.3, а). Пока давление насоса р_н меньше давления открытия клапана р_кл, при этом клапан закрыт (р_н < р_кл)- Давление открытия клапана ркл регулируется изменением усилия пружины F_пр.

Рис. 4.3. Регулирование подачи перепускным клапаном

Когда давление насоса становится равным давлению открытия клапана (р_н = р_кл), клапан начинает открываться и степень его открытия будет увеличиваться по мере увеличения давления насо­са р_н (это возможно при уменьшении расхода жидкости в систе­ме). При этом все большая часть подачи насоса возвращается через клапан во всасывающую линию, следовательно, подача в си­стему будет

где Q_H — идеальная подача насоса; q_kji — расход жидкости через клапан; q_у — расход утечек жидкости в насосе.

На рис. 4.3, б показаны характеристики роторного насоса с переливным клапаном. На участке АВ (А₁В₁, А₂В₂) клапан за­крыт (р_н <р_кл), точка В означает открытие или закрытие клапана (р_н = р_кл) на участке ВС (В₁С₁, В₂С₂), который можно считать прямым, часть подачи насоса переливается через клапан, а в точке С вся подача насоса возвращается обратно на вход.

Очевидно, что первый способ регулирования подачи неэкономи­чен, так как часть мощности, развиваемой насосом (а в точке С вся мощность), теряется в клапане. Способ применяется на шестерен­ных, винтовых и других насосах с неизменным рабочим объемом и небольшой мощности.

При втором способе изменяют величину рабочего объема насоса. Этот способ является более экономичным по рас­ходу энергии, но возможен у насосов, содержащих дополнительные технические устройства, и, следовательно, более дорогих.

Регулирование подачи изменением рабочего объема возможно в шиберных (пластинчатых), аксиально- и радиально-поршневых ро­торных насосах однократного действия.

Для пластинчатых и радиально-поршневых насосов подачу ре­гулируют путем изменения эксцентриситета ротора (рис. 4.4), для аксиально-поршневых — путем наклона ротора или диска (рис. 4.5, 4.6).

Рис. 4.4. Регулирование пода­чи изменением эксцентрисите­та ротора:

1 — корпус колеса; 2 — направляющие; 3 — силовой цилиндр

Рис. 4.5. Регулирование подачи изменением угла наклона ротора (блока цилиндров).

Из выражения для средней инди­каторной подачи радиально-поршне-вого роторного насоса

следует, что подача помимо других факторов зависит от величины экс­центриситета е оси ротора относитель­но оси корпуса. Следовательно, изме­нение величины этого параметра при­ведет к изменению величины подачи.

Величина средней подачи аксиаль­но-поршневого насоса находится в прямой зависимости от угла наклона ротора β (для насоса с наклонным ротором) или угла наклона диска β(для насоса с наклонным диском)

где 2R cosβ = h — ход поршня.

Из выражения следует, что изменение угла наклона приводит к изменению хода поршня и, как следствие, к изменению величины подачи насоса.

Рис. 4.6.Регулирование подачи изме­нением угла наклона диска