Srs33.ru

Авто аксессуары
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулирование подачи насоса

Регулирование подачи насоса.

Регулирование подачи насоса

Основной задачей регулирования подачи насоса является подача в сеть расхода Q(м 3 /ч), заданного определенным графиком. При этом характеристики насоса, такие как Н(напор), p(давление), N(мощность) и η(коэффициент полезного действия) имеют тенденцию изменяться.

Однако сеть трубопроводов и потребители накладывают на некоторые из параметров определенные условия. Например насосы должны создавать определенные потребителем расход и давление, отвечающее гидравлическим свойствам системы трубопроводов.

Содержание статьи

  • Дроссельное регулирование
  • Изменение частоты вращения
  • Установка поворотных направляющих лопастей
  • Видео по теме

Компрессоры в некоторых случаях работают на сеть с переменным Q, но должны обеспечить постоянное давление р (например, пневматический инструмент) в других случаях они работают с постоянным Q при переменном р.

Таким образом возможны различные варианты регулирования подачи. Самые актуальные способы регулирования подачи насоса рассмотрены в этой статье.

Расчет КПД в насосе и двигателе

При техническом обслуживании специалист не сможет определить мощность, оставшийся срок службы подшипников насоса или двигателя с высокой степенью точности. Именно состояние этих деталей может стать причиной замены насоса или обслуживания. С другой стороны, в ходе использования насоса можно самостоятельно определить снижение мощности и сопутствующие неполадки. Объективно, если агрегат стал медленнее транспортировать жидкость из точки «А» в точку «Б», это говорит о необходимости замены двигателя или самого центробежного насоса.

Количественная оценка потери эффективности нужна в определенных ситуациях. Фактически можно количественно оценить существующий КПД насоса или двигателя и сравнить их с техническими особенностями оборудования.

В водяных насосах выделяют следующие виды КПД:

  1. Гидравлические. Они зависят от количества вращения лопастей насоса, выполняемых при перекачивании воды. Определяются потоком воды внутри насоса. Если гидравлический КПД превышает норму, насос будет хуже поднимать воду на высоту. Снижается напор насоса.
  2. Объемные. Это потенциальные утечки в насосе, которые снижают количество воды на моменте подачи жидкости в систему. Объемный КПД определяется делением фактического расхода, подаваемого насосом при заданном давлении, на его теоретический расход.
  3. Механические. Увеличивается из-за сильного трения внутри оборудования. Это может происходить из-за износа деталей, небольшого количества смазки, отсутствия жидкости. В результате существенно может снизиться мощность насоса. Определяется путем деления теоретического крутящего момента, необходимого для его привода, на фактический крутящий момент, необходимый для его приведения в действие. КПД 100% означает следующее: если насос будет подавать поток при нулевом давлении, для его привода не потребуется сила или крутящий момент.

В целом, КПД зависит от исправности насоса, качества и состояния уплотнителей, затрачиваемой энергии на механическое трение. Без ссылки на теоретический расход фактический расход, измеренный расходомером, не имеет смысла.

Определение переменных

На производительность центробежного насоса влияют следующие составляющие:

  • напор воды;
  • необходимая потребляемая мощность;
  • размер рабочего колеса;
  • максимальная высота всасывания жидкости.

Итак, рассмотрим более детально каждый из показателей, а также приведем формулы расчета для каждого из них.

Расчет производительности центробежного насосного агрегата проводится согласно следующей формуле:

W = l1*(п*d1 – b*n)*c1 = l2*(п*d2 – b*n)*c2

Читайте так же:
Как регулировать вакуумное опережение зажигания

Обозначение этой формулы следующее:
W – производительность насоса, измеряемая в м3/с;
l1,2 – ширина рабочего колеса соответственно по диаметрах d1,2;
d1 – диаметр всасывающего патрубка;
d2 – диаметр рабочего колеса;
b – толщина лопаток крыльчатки;
n – количество лопаток;
п – число «пи»;
с1,2 – меридианные сечения входящего и выходящего патрубков.

Возможно, Вас заинтересует статья о классификации центробежных насосов.

Статью о центробежных самовсасывающих насосах читайте здесь.

Создаваемый центробежным насосом напор воды рассчитывается по формуле:

N = (h2 – h1)/(p * g) + Ng + sp

Переменные в формуле обозначают:
N – высота напора, измеряемая в метрах;
h1 – давление в емкости забора жидкости, измеряемое в Па;
h2 – давление в емкости приема жидкости;
p – плотность жидкости, которая перекачивается насосом, измеряется в кг/м3;
g – постоянная величина, указывающая ускорение свободного падения;
Ng – показатель необходимой высоты подъема жидкости;
sp – сумма потерь напора жидкости.

Расчет необходимой потребляемой мощности производится по следующей формуле:

Переменные формулы означают:
M – необходимая потребляемая мощность;
p – плотность перекачиваемой жидкости;
g – величина ускорения свободного падения;
s – необходимый объем расхода жидкости;
N – высота напора.

Максимальная высота всасывания жидкости рассчитывается по формуле:

Nv = (h1 – h2)/(p * g) – sp – q2/(2*g) – k*N

Обозначение переменных следующее:
Nv – высота всасывания жидкости;
h1 – давление в емкости забора;
h2 – давление жидкости на лопатки крыльчатки;
p – плотность жидкости, которая перекачивается;
g – ускорение свободного падения;
sp – количество потерь во входящем трубопроводе при гидравлическом сопротивлении;
q2/(2*g) – напор жидкости во всасывающей магистрали;
k*N – потери, зависящие от прибавочного сопротивления;
k – коэффициент кавитации;
N – создаваемый насосом напор.

Возможно, Вас также заинтересует статья о способах ремонта центробежных насосов своими руками.

Интересную статью о многоступенчатых центробежных насосах для воды читайте здесь.

блочные насосные станции

Технические характеристики насосов для искусственных водоёмов и фонтанов. Математическое описание.

Технические характеристики обусловлены в первую очередь конструкцией рабочего колеса, размеры которого ограничены габаритами корпуса насоса. На рис. 2 и 3 четко прослеживается влияние частоты вращения рабочего колеса и его диаметра на технические характеристики насоса. Изменения технических характеристик в определенном диапазоне могут быть выражены математически. Для одного и того же насоса, работающего в различных условиях, справедливы следующие соотношения:

где Q — подача; N — частота вращения рабочего колеса; D — диаметр рабочего колеса; W — ширина рабочего колеса; Р — потребляемая мощность, h — напор, создаваемый насосом. Индексы 1 и 2 относятся к соответствующим режимам работы.

Уравнение (Ф.1) получено для насоса, подача которого менялась пропорционально скорости жидкости, а та в свою очередь пропорциональна частоте вращения рабочего колеса. Зависимость между геометрическими параметрами рабочего колеса и напором легла в основу уравнения (Ф.2). Мощность пропорциональна подаче Q и противодействующей силе или напору h. Уравнения (Ф.1) и (Ф.2) -позволяют заключить, что подача Q пропорциональна частоте вращения рабочего колеса N, а напор h — частоте вращения в квадрате N 2 . Таким образом получено уравнение (Ф.3).

Читайте так же:
Джили эмгранд ес7 регулировка ручного тормоза

Часто бывает полезно сравнить рабочие характеристики геометрически подобных насосов. Это можно сделать с помощью следующей системы уравнений:

Анализируя формулы Ф.1 — Ф.3 получаем, что производительность насосов пропорциональна центробежной скорости и площади периферийного сечения рабочего колеса. Окружная скорость прямо пропорциональна диаметру рабочего колеса. Площади периферийного сечения рабочих колес геометрически подобных насосов пропорциональны соотношению квадратов. диаметров этих колес. Отсюда можно заключить, что подача пропорциональна. диаметру рабочего колеса в кубе [уравнение (Ф.4)]. Сходным образом, поскольку напор пропорционален квадрату диаметра колеса, получается уравнение (Ф.5). Потребляемая мощность зависит от произведения расхода на напор. Таким образом, уравнение (Ф.6) вытекает из уравнений (Ф.4) и (Ф.5).

С помощью уравнений (Ф.4) — (Ф.6) для геометрически подобных насосов можно подсчитать Q, h и Р как функции диаметров рабочих колес. Часто бывает необходимо определить суммарное влияние изменения одновременно диаметра и скорости на напор и подачу геометрически подобных насосов. Приведенные выше соотношения можно объединить в следующую систему уравнений:

Чтобы получить выражение, связывающее N или D с Q и h, N или D с Q и Р, а также D или N с Q и Р, достаточно решить систему из двух любых уравнений (Ф.7) — (Ф.9). Так, уравнения (Ф.10) и (Ф.11) получены путем решения системы уравнений (Ф.7) и (Ф.8):

Частотный преобразователь как средство повышения эффективности насосов

Оптимизация процессов и сокращение издержек важны на любом уровне — от крупного предприятия до частного индивидуального хозяйства. Существенно повысить эффективность помогает модернизация насосного оборудования. Включение в систему частотного преобразователя для управления насосами улучшает качество работы и заметно экономит денежные средства на обслуживание и ремонт.

Что такое преобразователь частоты, зачем он нужен

Частотный преобразователь (ПЧ, преобразователь частоты, частотник, частотный регулятор) — современное высокотехнологичное устройство с микропроцессорным управлением, множеством функций и гибкими настройками.

Частотники созданы для качественного контроля скорости и/или момента электродвигателей переменного тока любого назначения, методом согласованного изменения выходной частоты и напряжения. Современные модели способны преобразовывать 50 Гц входящей электросети в необходимые значения. Встроенный инвертор формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках контролируемого электродвигателя. Благодаря этому можно плавно запускать и останавливать двигатель, поддерживать его обороты в нужном диапазоне и оперативно изменять их до нужных значений.

Принцип частотного регулирования

В насосных системах функцию привода выполняет электродвигатель. Поэтому для управления насосом частотник подходит наиболее оптимально. Практически любой электронасос можно дооснастить преобразователем.

Разновидностей ПЧ существует множество. Для управления однофазными и трехфазными электронасосами используют универсальные общепромышленные (например, «Веспер» из линейки EI-7011), которые управляют любыми электродвигателями в широком диапазоне мощностей.

Специализированный частотный преобразовательНо выгоднее купить для насосов специализированный частотный преобразователь (например, «Веспер» E5-Р7500. Такие модели ПЧ настроены на выполнение конкретного круга задач, заранее оснащены всем необходимым — переплачивать за лишний функционал не нужно.

Помимо опций и функционала, преобразователь частоты для насоса должен соответствовать мощностным характеристикам управляемого привода. Производители насосов в техническом паспорте указывают, какой преобразователь подойдет к данной модели оборудования. Если таких рекомендаций нет, за помощью по подбору можно обратиться к специалистам компании «Веспер».

Читайте так же:
Регулировка батарей отопления кранами автономного отопления

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом

Классическая водопроводная насосная система, без ПЧ в контуре, работает по принципу дросселирования. Электродвигатель в этой схеме постоянно работает на максимальных оборотах, а давление в системе регулируется запорной арматурой, управление в лучшем случае осуществляется с помощью реле или же вручную.

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом

Метод имеет ряд существенных недостатков:

  • быстрый износ оборудования;
  • высокий расход электроэнергии;
  • частые аварийные ситуации;
  • низкое качество работы.

Лишь в периоды пикового потребления воды насос работает в режиме максимальной нагрузки. Во всех остальных случаях повышенная мощность оборудования не оправдана. Это учитывается в продвинутой классической схеме, за остановку и старт электронасоса отвечает автоматика (реле). Но так как реле не способно регулировать обороты привода, по сигналу происходит резкий старт на максимальные обороты. Это приводит к гидроударам и перегрузкам в электросети, в результате система быстро изнашивается.

Частотные преобразователи «Веспер» для управления насосами оснащены микропроцессорами с обратной связью. С их помощью можно интеллектуально и бережно регулировать работу оборудования в соответствии с текущими потребностями системы.

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом

Алгоритм работы прост. Когда датчики фиксируют, что уровень давления в трубопроводе либо уровень в резервуаре упал ниже минимума, передается сигнал на преобразователь. Тот плавно запускает электромотор насоса, ударные нагрузки на трубопровод и электросеть исключаются. Подходящее время разгона электродвигателя можно выставить самостоятельно.

Датчики в режиме реального времени передают на преобразователь информацию в процессе разгона насоса. После того, как требуемые величины достигаются, ПЧ прекращает разгон и поддерживает частоту оборотов электромотора. Если уровень снова начнет падать или расти, микропроцессор автоматически отрегулирует давление, изменив производительность насоса. Параллельно частотник выполняет функции защиты (отключает оборудование при сильных колебаниях тока в электросети).

Где используются насосные пч, плюсы и минусы применения

Частотники можно использовать с насосными установками самого различного назначения. Особенно важны частотные преобразователи для насосов систем горячего и холодного водоснабжения, отопления. Результат модернизации конечный потребитель ощутит и оценит сразу же. Водонапорная система с ПЧ в составе функционирует полностью в автономном режиме. При этом качество подачи воды остается неизменным в любое время суток.

Масштаб системы не имеет значения. ПЧ способны заметно поднять эффективность промышленных насосных станций и бытовых колодезных и артезианских миниводокачек на один дом.

Преимущества управления насосами с преобразователем частоты:

  • экономия электроэнергии (до 30–40%);
  • исключена ситуация «сухого хода» (без воды в системе);
  • нет температурных скачков при подаче горячей воды;
  • стабильная сила напора;
  • отсутствует избыточное давление в трубах;
  • продлен ресурс электронасоса и трубопровода;
  • снижен уровень шума;
  • можно упростить систему, убрать из схемы гидроаккумулятор и др. ненужные узлы и агрегаты.

Минусы схемы с ПЧ:

  • начальные вложения на покупку прибора;
  • необходим специалист для подключения и настройки оборудования.

Эти недостатки быстро компенсируются за счет удешевления обслуживания. В результате сокращаются издержки на поддержание работоспособности и ремонт, стоимость владения в целом уменьшается, а комфорт заметно повышается.

Читайте так же:
Регулировка кулисы на aveo

Экономичные методы регулирования в насосных установках

Достижение требуемых параметров (расхода Q2 или напора H2 ) производится изменением характеристик трубопровода при неизменной характеристике насоса. Рабочая точка смещается из позиции 1 , с параметрами H и Q в позицию 2′ по характеристике насоса, обеспечивая требуемый расход Q2 или напор H2 .
Насос развивает напор H2′ . Между насосом и дросселем создается избыточное давление

H2′ — H2 .

на которое расходуется энергия

N=Q2 х (H2′ — H2) .

Регулирование изменением частоты вращения двигателя

Достижение требуемого расхода производится изменением характеристик насоса при неизменной характеристике трубопровода. Рабочая точка смещается из позиции 1 в позицию 2 по характеристике трубопровода, обеспечивая требуемый расход Q2 или напор H2 .

Оценка потребляемой мощности при регулировании частоты вращения

В соответствии с формулами приведения центробежных насосов и вентиляторов можно оценить потребляемую мощность, при использовании регулирования оборотов двигателя:

Q/Q 2 = n/n 2 ;
H/H 2 = (n/n 2 ) 2 ;
N/N 2 = (n/n 2 ) 3 ;

Q — расход
n — частота вращения
H — напор
N — мощность потребляемая электродвигателем

Определение экономии электроэнергии необходимо производить для каждого отдельного случая, т.к. необходимо учитывать следующие факторы:

• при регулировании расхода дросселированием также происходит незначительное снижение потребляемой мощности, причем в разной степени для чистой воды и сточных вод;

• работа насосов со статическим напором несколько снижает ожидаемую экономию, при регулировании частоты вращения.

График потребления электроэнергии
при регулировании расхода
дросселированием и изменением
частоты вращения двигателя.

Дополнительные преимущества регулирования частоты вращения

Как видно из графиков, при уменьшении расхода за счет снижения частоты вращения, также происходит снижение давления . При регулировании дросселированием давление между насосом и дросселем наоборот возрастает. Практическая выгода регулирования частоты вращения — снижение вероятности разрыва трубопровода, и как следствие снижение затрат на внеплановые ремонты.

Для случаев водоснабжения населенных пунктов дополнительная экономия электроэнергии может быть получена:

• использованием алгоритма поддержания давления в водопроводе с учетом суточного потребления.

• снижением давления в ночные часы для поддержания минимального водоразбора.

Совмещенная характеристика НПС и трубопровода при регулировании уменьшением его гидравлического сопротивления (подпор условно не показан)

1 - 0053

1 — характеристика трубопровода до регулирования; 2 — характеристика НПС при трех работающих насосах (n=nном); 3 — характеристика трубопровода после регулирования уменьшением его гидравлического сопротивления

Наилучшими являются те методы регулирования сис­темы «НПС — трубопровод», которые исключают дополни­тельные затраты энергии сверх той, которая необходима для преодоления сопротивления трубопровода при задан­ной производительности. К ним относятся:

  • изменение частоты вращения роторов насосов;
  • применение сменных роторов;
  • обточка рабочих колес;
  • изменение количества работающих насосов.

Изменение частоты вращения роторов насосов дос­тигается применением электродвигателей с регулируемым числом оборотов.

Теоретические основы данного метода исходят из фор­мул гидродинамического подобия центробежных насосов:

где Q1, Н1 — подача и напор насоса при числе оборотов ротора n1; Q2, Н2 — то же при числе оборотов ротора n2.

Объединив формулы, можем записать

В качестве привода с регулируемым числом оборотов могут использоваться:

  • тиристорные электроприводы переменного тока типа ПЧВН и ПЧВС на базе серийных синхронных элект­родвигателей;
  • то же типа ЭТВА на базе асинхронных электродвига­телей с короткозамкнутым ротором;
  • газовые турбины.
Читайте так же:
При замене шруса нужна ли регулировка развала

Их применение позволяет не только исключить пере­расход энергии на перекачку, но, кроме того:

  • снизить переменные нагрузки на трубопровод и за­порную арматуру (клапаны, заслонки, задвижки), а следовательно, увеличить срок их службы;
  • избежать в ряде случаев включения дополнительного насосного агрегата при необходимости увеличения производительности трубопровода (за счет увеличе­ния частоты вращения ротора работающих насосов).

В случае регулируемого электропривода к этим дос­тоинствам добавятся:

  • ограничение пусковых токов электродвигателей ве­личиной не более Iном (при нерегулируемом приводе они могут составлять до 7Iном);
  • исключение перегрузки питающих электросетей и трансформаторных подстанций в период пуска насос­ных агрегатов;
  • увеличение срока службы электродвигателей за счет снижения динамических нагрузок.

Производство электродвигателей с регулируемой час­тотой вращения освоено многими ведущими фирмами Европы, США и Японии. Основные области их примене­ния — насосы на тепловых электростанциях, в химиче­ской промышленности, в водоснабжении. В России, к со­жалению, производство надежных, экономичных и про­стых в обслуживании регулируемых электродвигателей пока не освоено.

Другим перспективным видом регулируемого приво­да являются газовые турбины. В обозримой перспективе прирост добычи нефти в нашей стране будет обеспечи­ваться за счет освоения новых месторождений Восточ­ной Сибири, Крайнего Севера, а также шельфа Северно­го Ледовитого и Тихого океанов. Электроснабжение в этих регионах развито недостаточно, но имеются значитель­ные ресурсы газа, который можно использовать в каче­стве энергоносителя.

За рубежом в качестве силового привода насосов ма­гистральных трубопроводов чаще всего используются газотурбинные двигатели (ГТД) со свободной турбиной, созданные на базе авиационных двигателей. Они отлича­ются малой массой, компактностью, простотой конструк­ции, обслуживания и ремонта, высокой надежностью, работоспособны в любых климатических условиях, име­ют высокий уровень автоматизации.

Насосные установки на базе ГТД малокапиталоемки, мобильны, легки в монтаже, могут поставляться в блоч­но-комплектном исполнении.

Использование газотурбинного привода позволило со­кратить сроки строительства и уменьшить эксплуатацион­ные затраты на Трансаляскинском и Трансканадском неф­тепроводах, где ГТД авиационного типа приспособлены для работы как на газообразном, так и на жидком топливе. Любопытно, что последнее получается из перекачиваемой нефти путем ее перегонки в автоматическом режиме.

В отечественном нефтепроводном транспорте газотур­бинные насосные установки ПГНУ-2 успешно использо­вались для увеличения производительности нефтепрово­да Салават — Орск. Газотурбинный привод имеют насосы ряда НПС на нефтепроводе Тенгиз — Новороссийск.

Применение сменных роторов. Согласно ГОСТ 12124 для работы на режимах, отличающихся от номинальных, магистральные нефтяные насосы снабжаются роторами, рассчитанными на подачи 0,5·Qном и 0,7·Qном. КПД насо­сов со сменными роторами несколько меньше, чем при номинальных режимах работы насоса с основным рото­ром, но выше, чем при применении основного ротора на малых подачах. Чтобы убедиться в этом, достаточно срав­нить величины КПД, приведенные в таблице ниже.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector