Вся электронная библиотека >>>

 Насосы. Насосные станции >>

 

 Водоснабжение и канализация

Насосы. Насосные станции


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Регулирование работы насосов

 

 

Регулированием работы насоса называется процесс искусственного изменения характеристики трубопровода 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 и канализации возрастает необходимость регулирования подачи насосных станций, поскольку они являются одним из крупнейших энергопотребителей. 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, частоты вращения рабочего колеса насоса, геометрии проточных каналов насоса и кинематики потока на входе в рабочее колесо. Одним из наиболее распространенных методов изменения характеристики сети является способ дросселирования задвижкой, установленной на напорной линии насоса. Установки дополнительного оборудования в этом случае не требуется, что является основным достоинством данного способа.

Дроссельное регулирование заключается во введении добавочного сопротивления в напорный трубопровод системы, благодаря чему Характеристика Q — Н сети поднимается более круто Q — H'rp и пересекает характеристику насоса в режимной точке 2, соответствующей требуемой подаче фз-При этом требуемый напор в системе равен #з, а насос развивает напор Яг. Следовательно, энергия N=Q3p, где p — Hi — #з, теряется вследствие увеличения местного сопротивления в задвижке.

Из-за существенных недостатков (неэкономичность и возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи) способ дроссельного регулирования можно применять только на имеющих плавную характеристику небольших насосных агрегатах, где регулирование требуется в течение короткого времени.

Для устранения неустойчивой работы насосов применяют регулирование подачи насоса перепуском жидкости из напорной линии во всасывающую. Наиболее часто такое регулирование применяется в осевых насосах, у которых кривая мощности снижается с увеличением подачи.

 

 

Перепуск жидкости во всасывающий трубопровод улучшает кавитационные качества насоса, но наличие циркуляции снижает КПД системы, требует устройства циркуляционного трубопровода и установки дополнительной арматуры, что усложняет коммуникации трубопроводов в помещении   насосной  станции.   Поэтому данный способ не получил распространения в практике городского водоснабжения.

Регулирование подачи впуском воздуха во всасывающий трубопровод является более экономичным, чем дросселирование, но позволяет только ограниченно изменять подачу из-за резкого ухудшения кавитационных качеств насоса. В системах водоснабжения этот способ вообще неприменим, так как нельзя подавать в сеть воду, смешанную с большим объемом воздуха.

Наиболее экономичным является регулирование режима работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса. Изменение частоты вращения ведет к изменению характеристики Q — H насоса таким образом, что точка пересечения кривой Qi-r-Hi насоса с характеристикой трубопровода соответствует требуемой подаче Qx при напоре Нх, т. е. сохраняется материальный и энергетический баланс системы.

Частоту вращения рабочего колеса насоса можно изменять применением двигателей с переменной частотой вращения (электродвигателей постоянного тока, электродвигателей переменного тока с переключением' обмотки на различное число пар полюсов, коллекторных электродвигателей, паровых и газовых 'турбин, двигателей внутреннего сгорания).

На насосных станциях городско

го и промышленного водоснабжения

наиболее широко применяют корот-

козамкнутые асинхронные электро

двигатели, которые не допускают

изменения частоты вращения.

В этом случае для изменения час

тоты вращения рабочего колеса

насоса можно соединить насос

и электродвигатель,с помощью регу

лируемой гидромуфты или электро

магнитной муфты     скольжения

(ЭМС), либо применить асинхрон

ный электродвигатель с вентильно-

каскадным преобразователем.

Введением сопротивления (реостата) в цепь фазного ротора асинхронного    электродвигателя    переменного тока также можно изменять частоту вращения, что дает существенный экономический эффект по сравнению с дроссельным регулированием. При малых мощностях регулирование включением сопротивления достаточно просто и надежно. При больших мощностях приходится включать крупные реостаты, и экономическая эффективность применяемого способа резко снижается. Кроме того, этот спосоо обладает следующими недостатками: уменьшаются пределы регулирования при малых нагрузках и усложняются конструкции двигателя вследствие добавления колец и щеток для подключения реостата.

При применении асинхронных электродвигателей, имеющих обмотку на статоре, которая переключается во время работы двигателями на различное число пар полюсов, экономическая эффективность регулирования параметров Q и Н насосов возрастает. Двигатели этого типа выпускаются двух-, трех- и четырехскоростными.

Наиболее простым способом изменения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя является изменение частоты тока. В настоящее время разработаны частотные приводы с полупроводниковыми преобразователями, применение которых значительно повышает экономическую эффективность регулирования параметров насоса.

Регулирование частоты вращения ротора фазного асинхронного электродвигателя возможно также с помощью каскадного соединения его с другими машинами. Различают два типа каскадного соединения:

электромеханический каскад — энергия скольжения с ротора регулируемого электродвигателя через выпрямитель подается на якорь двигателя постоянного тока и возвращается (за вычетом потерь) на вал регулируемого электродвигателя с помощью механической связи между ними;

электрический каскад — энергия скольжения с  ротора  регулируемого электродвигателя возвращается непосредственно в электросеть.

Экономическая эффективность этого способа регулирования за последнее время значительно возросла в связи с применением полупроводниковых выпрямителей.

Регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса при постоянной частоте вращения ротора электродвигателя можно осуществить с помощью гидродинамической передачи (регулируемой гидромуфты).

Рабочими элементами гидромуфты являются колесо центробежного насоса и колесо турбины, размещенные в общем корпусе и предельно сближенные (зазор 3—10 мм). Рабочее колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал (электродвигателя). Колесо турбины закреплено на ведомом валу (валу насоса), соосном с ведущим валом. При вращении ведущего вала рабочая жидкость, находящаяся в каналах колеса насоса, получает приращение механической энергии и передает ее лопаркам колеса турбины. При выходе из колеса турбины рабочая жидкость вновь попадает во всасывающие отверстия колеса насоса, и цикл повторяется. Основным способом регулирования частоты вращения ведомого вала является изменение наполнения рабочего пространства колес гидромуфты жидкостью. Потери в гидромуфте составляют около 2—3 %, поэтому полного равенства между частотой вращения ведущего и ведомого вала быть не может.

Разность частоты вращения ведущего и ведомого валов, отнесенная к частоте вращения ведущего вала, называется скольжением гидромуфты

Из выражения следует, что потери энергии в гидромуфте увеличиваются с уменьшением передаточного числа, т. е. они увеличиваются при возрастании глубины регулирования. Это обстоятельство является недостатком гидравлических муфт. Кроме того, гидравлические муфты конструктивно более сложны, чем насосы, и имеют слишком большие размеры, почти одинаковые с размерами насосов.

Регулирование включением сопротивления в цепь ротора асинхронного электродвигателя и регулирование с помощью гидромуфты экономически равноценны, так как в том и другом случае потери энергии привода прямо пропорциональны передаточному числу

Основным достоинством регулирования частоты вращения с помощью гидромуфт является бесступенчатое, автоматическое и быстрое изменение частоты вращения ведомого вала.

В последнее время созданы новые системы регулируемого электропривода, которые могут быть применены для изменения частоты вращения рабочего колеса центробежного насоса. К ним относятся приводы с электромагнитными муфтами скольжения (ЭМС). Электромагнитная муфта состоит из двух вращающихся частей — индуктора и якоря. Якорь жестко соединен с валом электродвигателя, имеющим постоянную частоту вращения, а индуктор — с валом насоса. Якорь и индуктор максимально сближены и имеют между собой небольшой воздушный зазор. При отсутствии электротока в обмотке индуктора крутящий момент электродвигателя не передается на вал насоса. При включении индуктора возникает электромагнитное поле, под воздействием которого индуктор с некоторым скольжением вращается вслед за якорем и передает крутящий момент от электродвигателя рабочему колесу насоса. Частота вращения индуктора зависит от силы тока возбуждения.

В нашей стране выпускаются асинхронные, панцирные, индукторные И порошковые ЭМС. Анализ механических     характеристик     и конструкций ЭМС показывает, что в системах водоснабжения и канализации наиболее приемлемы ЭМС индукторного типа, коэффициент полезного действия которых при полном возбуждении ЭМС составляет 0,98.

Регулирование параметров насоса изменением геометрии проточных каналов применяется в осевых насосах типа ОП (изменение угла установки лопастей рабочего колеса см. в § 2).

Регулирование режима работы насоса изменением кинематики потока на входе в рабочее колесо насоса осуществляется установкой поворотно-лопастного направляющего аппарата у входа в рабочее колесо.

Поворотно-лопастный направляющий аппарат изменяет момент скорости (закрутку) потока на входе в рабочее колесо. При этом закрутка по направлению вращения рабочего колеса (положительная) уменьшает напор насоса, а против вращения (отрицательная) увеличивает напор. Этот способ регулирования допускает изменение подачи на 25 % при понижении напора на 15 % и уменьшении потребляемой мощности на 30 % номинальной. КПД насоса при указанной глубине регулирования снижается на 2—3 %. Регулирование параметров насоса входным направляющим аппаратом наиболее эффективно в системах с малым статическим напором.

На основании анализа работ по регулированию частоты вращения рабочего колеса цетробежного насоса можно сделать следующие выводы:

1.         Применение регулируемого привода значительно повышает экономические показатели насосных станций — экономия электроэнергии достигает 10—15 %.

2.         Применение регулируемого центробежного насоса позволяет уменьшить число насосов на насосных станциях.

3.         На   группу   из   трех-четырех

рабочих  насосов  достаточно  иметь один регулируемый насос.

4.         Из существующих способов

регулирования электропривода

следует рекомендовать привод с

ЭМС индукторного типа, каскадные

приводы различных типов и много

скоростные электродвигатели. Кас

кадные приводы следует приме

нять для регулирования мощных

агрегатов на крупных насосных

станциях. На средних и малых на

сосных станциях более целесообраз

но применять простые и дешевые

приводы с ЭМС индукторного типа

и частотные.

5.         Применение входных направ

ляющих аппаратов экономически

целесообразно и конструктивно

осуществимо на крупных насос

ных агрегатах в системах, где ста

тический напор составляет незна

чительную    часть    напора    насоса.

 

К содержанию книги:  Водоснабжение и канализация – насосы, насосные станции

 

 

Смотрите также:

 

 Насосы. Насос устройство для перемещения жидкостей

 

 НАСОСЫ. Насос с электродвигателем. Центробежные насосы ...

 

 ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ. Обслуживание ремонт тепловых насосов. Отопление и ...

 

ТИПЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ, насосные станции шахтного типа

 

 Насосы центробежные производственного назначения и насосные станции

 

 НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ. Шнековые насосы, центробежные насосы

 

 Трубопроводы. напорные железобетонные асбестоцементные чугунные ...

 

 Трубопроводы. Медные трубы. Трубы из синтетических материалов ...

 

 НАПОРНЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ ВОДОВОДЫ. Диаметр напорных трубопроводов

 

 Стеклянные трубопроводы. Оборудование и технология монтажа ...

 

 Пластмассовые трубопроводы из ПВП, ПНП, ПП и ПВХ. Монтаж систем ...

 

 КОНСТРУИРОВАНИЕ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СЕТИ. Канализационные трубопроводы ...

 

 Трубопроводы для отопительных систем. Медные стальные полимерные ...

 

 Трубопроводы. Условные проходы. Условные, рабочие и пробные давления

 

Водосборы   Инженерное оборудование. Водоснабжение   Канализация  Справочник сантехника

 

Котлы. Топки. Котельные   Фильтры для очистки воды