Опытные соотношения

Крутящий момент насоса Т_р, который переносится муфтой вала, непосредственно связан с мощностью Р и частотой вращения n.

Этот крутящий момент при пуске центробежного насоса имеет, в зависимости от частоты вращения, почти параболическую кривую, изображенную на рисунке 23 [10]. В сравнении с этим, предложенный крутящий момент асинхронного двигателя должен быть больше, чтобы можно было ускорить вращение ротора до рабочего числа оборотов. Этот крутящий момент двигателя совместно с напряжением непосредственно воздействует на принятую силу тока двигателя, а с другой стороны, на нагревание обмотки двигателя; поэтому стремятся избегать недопустимого нагрева двигателя, ограничивая продолжительность разбега и/или силу тока [2] (см. также таблицу 11).

Методы пуска

Таблица 11: Методы пуска для асинхронных двигателей

В случае непосредственного включения (сразу полное сетевое напряжение на еще стоящий двигатель) агрегат набирает рабочее число оборотов в кратчайшее время. Для двигателя такой пуск самый благоприятный, но пусковой ток по сравнению с номинальным током в 4–8 раз больше нагружает сеть, особенно при больших двигателях, и может служить причиной возмущений напряжения, которые создают помехи при смежных приборах. Поэтому при низковольтных сетях (380 В) следует соблюдать правила энергосберегающей организации (EVU) о непосредственном пуске с мощностью 5,5 кВт.

Если сеть не подходит для непосредственного пуска, то можно запустить двигатель с уменьшенным напряжением следующими методами:

Включение со звездочки на треугольник – наиболее распространенное, потому что это самый экономичный способ уменьшения пускового тока. К тому же двигатель необходимо приводить в действие в треугольнике, чтобы обмотки двигателя зависили от сетевого напряжения (например, 400 В). В течение пуска обмотки в звездочке включены, из-за чего напряжение в обмотках уменьшается на коэффициент 0,58 по отношению к сетевому напряжению. Это снижает пусковой ток и начальный пусковой момент на треть величины при непосредственном пуске, чтобы пусковой процесс длился дольше. Двигатель работает теперь в соединении по схеме звездочки выше опрокидывающего момента до наиболее высокой из возможных частот вращения в точке В’ на рисунке 23. Затем следует переключение на ступень треугольника, и двигатель достигает номинальной частоты вращения. Во время переключения, примерно 0,1 с, двигатель остается обесточенным, и частота вращения снижается. У агрегатов с маленьким моментом инерции ( погружные электродвигатели с защищенным статором и погружные двигатели) такое снижение частоты вращения может быть настолько большим, что после переключения к ступени треугольника протекает почти не уменьшенный пусковой ток, как при непосредственном включении.

С пусковым трансформатором напряжение в обмотках двигателя уменьшается, однако, степень опускания в отличие от включения со звездочки на треугольник можно избирать. Например, начальный пусковой момент и ток сети при 70 % отводе трансформатора снижаются на 49 % величины при непосредственном включении. Преимущество также в том, что при переключении не наступает обесточенная фаза.

При мягком пусковом механизме напряжение в обмотках двигателя изменяется плавно и электронно по принципу димера. Благодаря этому возможна произвольная пригонка времени разгона и пускового тока в рамках допустимых эксплуатационных границ двигателя (потери тепла из-за скольжения!). Кроме того, здесь следует обратить внимание на особые границы для чисел переключений (в отличие от таблицы 10) [1].

Двигатели для бессальниковых насосов. · Опытные соотношения

При применении статического преобразователя частоты (в правиле для стационарной или нормальной эксплуатации) возможен плавный пуск без дополнительных затрат. К тому же, исходные частота и напряжение статического преобразователя частоты (см. главу 3.4.3) разгоняются непрерывно от минимального значения на желаемую величину. При этом номинальный ток двигателя не превышает норму.

синхрон.

частота вращения двигателя

Рисунок 23: Пусковая характеристика для тока I и крутящего момента Т короткозамкнутого ротора при включении со звездочки на треугольник

(Y = включение звездочки; ∆ = включение треугольника; Р = насос)

1.3 Рабочая характеристика и регулирование [4], [6], [8]

1.3.1 Рабочая точка

При эксплуатации установки центробежного насоса рабочая точка расположена на точке пересечения характеристической линии насоса (см. ниже в 3.1.6) с характеристической линией установки (см. ниже в 3.2.2). Благодаря этому определяется подача Q и напор Н. Изменение этой рабочей точки требует изменения либо характеристической линии установки, либо характеристической линии насоса.

Характеристическая линия установки при подаче воды может быть изменена только

§ с изменением гидравлического сопротивления (например, из-за перемещения дроссельных органов, из-за установки диафрагмы с отверстием или байпасного трубопровода, из-за пересборки или инкрустирования трубопроводов) или

§ с изменением статической части напора (например, из-за другой высоты уровня воды или из-за давления резервуара).

Характеристическая линия насоса может быть изменена

§ при регулировке частоты вращения (см. ниже в 3.4.3),

§ при соединении или отсоединении параллельно или последовательно работающего насоса (см. ниже 3.4.4 или 3.4.5),

§

Рабочая характеристика · Рабочая точка · Дроссели

у насосов с радиальными рабочими колесами при изменении их наружного диаметра (см. ниже 3.4.6),

§ у насосов с полуосевыми рабочими колесами (зубчатые колеса) при предвключении или перестановки регулятора предварительной закрутки (см. ниже 3.4.8),

§ у пропеллерных насосах при перестановке угла в плане пропеллерных лопастей (см. ниже 3.4.9).

Ссылка: Воздействия таких изменений на характеристические линии могут быть предсказаны только в случае безкавитационной эксплуатации.

экономия мощности

теряемый напор установки

дросселирующий (теряемый) напор

характеристическая линия установки HA1

дросселирование

характеристическая линия установки HA2

характеристическая линия насоса

Рисунок 24: Изменение рабочей точки и экономия мощности при дросселях насосов с поднимающейся характеристической линией потребляемой мощности.

1.3.2 Регулирование подачи дросселированием

Изменение подачи Q с помощью регулировки дроссельной арматуры хоть и является простейшим методом как для разовой пригонки, так и для постоянного регулирования, так как такой метод требует самых незначительных затрат; но в то же время на него тратится много энергии, потому что таким путем гидравлическая энергия необратимо превращается в тепловую энергию.

Рисунок 24 наглядно показывает этот процесс: с помощью целенаправленного увеличения сопротивлений установки (например, с помощью дросселирования арматурой на напорной стороне насосов) измененная характеристическая линия установки Н_А1 круто падает и переходит в Н_А2. При постоянной частоте вращения насоса рабочая точка В₁ на характеристической линии насоса при меньшей подаче смещается к В₂. Насос производит больший напор, чем необходимо для установки; этот теряемый (излишний) напор уменьшается в дросселирующей арматуре, причем гидравлическая энергия необратимо превращается в тепловую энергию и выводится с подачей. Такая потеря является приемлемой, если диапазон регулирования будет малым или редко требуется регулировка. Достигнутая экономия мощности изображена в нижней части рисунка и – в сравнении с большим излишком напора – относительно небольшая.

Диафрагма с отверстиями

В принципе, это справедливо для установки жесткой диафрагмы с острой кромкой в напорном трубопроводе, которую следует заменить при маленьких мощностях или при небольшой продолжительности эксплуатации. При этом идет в расчет требуемый диаметр отверстия d_B1 дросселя от дросселирующей разности напора ∆Н согласно уравнению

(20)

где

d_B1 диаметр отверстия диафрагмы в мм,

f дроссельный коэффициент согласно рисунку 25,

Q подача в м³/ч,

g ускорение свободного падения 9,81 м/с²,

∆H дросселирующая разность напора Н в м.

Диафрагма с отверстиями

Прежде всего должно быть оценено относительное отверстие (d_B1/d)², так что для методики вычислений необходима итерация (возможен подбор относительного отверстия графически, путем выбора двух точек с последующими, см. пример вычислений 8.20).

относительное отверстие

Рисунок 25: Диафрагма с отверстием и ее дроссельные коэффициенты f.

1.3.3 Регулирование подачи с помощью изменения частоты вращения

При разных частотах вращения n у одного и того же центробежного насоса будут разные характеристические линии, которые связаны друг с другом по закону подобия (закону аффинного преобразования). Если при частоте вращения n₁ характеристические линии Н и Р в зависимости от Q известны, то вычислим все точки характеристических линий при n₂ по следующим уравнениям:

Q₂ = Q₁ ∙ n₂/n₁ [21]

H₂ = H₁ ∙ (n₂/n₁)² [22]

P₂ = P₁ ∙ (n₂/n₁)³ [23]

Уравнение [23] справедливо только тогда, когда к. п. д. η не уменьшается с уменьшающейся частотой вращения n. С изменением частоты вращения рабочая точка также сдвигается (см. ниже 3.4.1). На рисунке 26 для большей частоты вращения показана кривая QH, у которой есть точка пересечения с характеристической линией установки Н_А1. Рабочая точка В перемещается на эту характеристическую линию установки к меньшим подачам, если частота вращения соответственно уменьшается.

Изменеие частоты вращения · Параллельная работа

Поскольку характеристическая линия установки, как в примере Н_А1 является параболой, проходящей через начало координат, по уравнению [22] при делении частоты вращения пополам напор Н снижается в четыре раза, а мощность привода Р – в десять раз от исходных величин согласно уравнению [23]. В нижней части рисунка 26 показана экономия ∆Р в сравнении с дросселированием.

Если характеристическая линия установки в примере Н_А2 является параболой с большой статической частью Н_{А2 stat}, то следует принять во внимание, что она не имеет ни точки пересечения, ни рабочей точки с характеристической линией насоса при сниженной частоте вращения; следовательно, малые частоты вращения здесь бесполезны и могут быть сэкономлены. В этом случае при одинаковых подачах Q и характеристической линии установки Н_А1 возможная экономия мощности ∆Р незначительная, как показано в нижней части диаграммы [4]. Изменение мощности, в сравнении с дросселированием, незначительное, но больше статической части Н_Аstat (следовательно, меньше динамической части Н_dуп).

Изменение частоты вращения означает изменение частоты сети, на что следует обратить внимание при выборе приводных двигателей. Немалые затраты скоро амортизируются у насосов, которые часто находятся в эксплуатации и регулируются при малом Н_{A stat} на неполную нагрузку [8]. Это справедливо для насосов отопительной установки.

теряемый напор

Рисунок 26: Работа насоса с перестановкой частоты вращения при различных характеристических линиях Н_А1 и Н_А2

(Экономия мощности ∆Р₁ и ∆Р₂ при половинной нагрузке в сравнении с дросселированием)

1.3.4 Параллельная работа центробежных насосов

В случае, когда необходимая подача установки Q в рабочей точке не может быть достигнута одним насосом, то можно использовать параллельно два или больше насосов через обратный клапан в общем напорном трубопроводе (рисунок 27). Работа параллельно соединенных насосов упрощается, если их напоры Н₀ при нулевой подаче являются одинаково большими, что всегда происходит с идентичными насосами. Напротив, если напоры Н₀ при нулевых подачах не равны между собой, то находящийся ниже напор Н₀ при нулевой подаче на общей характеристической линии QН всегда указывает на минимальную подачу Q_min; поэтому

параллельная работа невозможна, пока в этой рабочей области обратный клапан насоса с меньшим Н₀ не закрыт от большего напора другого насоса.

Изменеие частоты вращения · Параллельная работа

При такой параллельной работе необходимо обратить внимание на то, что после отсоединения одного из двух одинаковых центробежных насосов (рисунок 27) подача Q_{отдельная} продолжающего работать насоса понижается не на половину от Q_{параллельной}, а остается больше половины. Это насос работает при известных условиях в области перегрузки в рабочей точке B_{отдельная}, что необходимо учитывать при контрольном испытании величин NPSH (см. ниже 3.5) и мощности привода (см. ниже 3.1.3). Причина такого поведения заключается в параболической форме характеристической линии установки Н₁. По такой же причине, при обратном процессе, присоединение одного из двух одинаковых центробежных насосов не удваивает подачу Q_{отдельная} уже работающего насоса, а увеличивает ее меньше, чем в два раза, следовательно:

Q_{параллельная} <2 ∙ Q_{отдельная} (24)

Такой эффект при отсоединении или присоединении тем сильнее, чем более круто падающей является характеристическая линия установки или чем более пологопадающей является характеристическая линия насоса. Пока оба насоса I и II работают, общая подача Q_{параллельная} всегда равна сумме Q₁и Q₂ (см. рисунок 27), следовательно:

Q_{параллельная} = Q_I + Q_II (25)

Что до расчета характеристических линий при параллельной работе, то см. 3.3.1.

	характеристическая линия насоса I + насоса II

Подача

паралл.

паралл.

Q паралл.

Q отдел.

В рабочая точка Н0 напор при нулевой подаче

В паралл.

В отдел.

характеристическая линия установки НA

характеристическая линия насоса I или насоса II

Рисунок 27: Параллельная работа двух одинаковых центробежных насосов со стабильной характеристической линией.

Присоединение и отсоединение отдельных насосов, работающих параллельно, хотя и способствует сохранению энергии, однако позволяет регулировать подачу только ступенчатым способом. Поэтому для бесступенчатой регулировки, по меньшей мере, один из причастных насосов должен быть обеспечен регулировкой частоты вращения, или общий напорный трубопровод должен быть оснащен дросcелирующей арматурой [4].

Если центробежные насосы с постоянной частотой вращения и нестабильной характеристической линией (см. рисунок 7 в главе 3.1.6) должны работать параллельно, то возможно, что при присоединении будут трудности с одним из таких насосов, если рабочий напор Н₁ функционирующего насоса больше, чем напор в нулевой точке Н₀ (т. е. напор при
Q = 0) присоединенного насоса; исключение, когда на напорной линии находится обратный клапан (рисунок 28, характеристическая линия установки Н_А1). Насосы с нестабильными характеристическими линиями не пригодны для работы с частичной перегрузкой. (При характеристической линии Н_А2, лежащей ниже, насосы были бы присоединены безупречно, потому что теперь рабочий напор Н₂ функционирующего насоса меньше, чем напор при нулевой подаче Н₀ присоединенного насоса).

2 насоса

1 насос

Рисунок 28: Параллельная работа двух одинаковых центробежных насосов с нестабильной характеристической линией.

1.3.5 Последовательная работа (Последовательное соединение)

Последовательная работа · Обточка рабочих колес

При последовательной работе насосы соединяются последовательно, так что при одинаковой подаче напоры работающих насосов суммируются. К тому же, необходимо учитывать, что конечное давление первого насоса равно давлению на входе следующего насоса, что должно быть принято во внимание при расчете размеров уплотнения вала и прочности корпуса. Поэтому, вообще, такой расход (не при гидравлическом переносе твердых частиц, см. главу 6) покрывается благодаря многоступенчатым насосам, при которых вышеназванная проблема уплотнения вала не возникает.

1.3.6 Обточка рабочих колес

Если гидравлическая мощность радиального или полуосевого центробежного насоса при постоянной частоте вращения будет снижаться в течение длительного времени, то наружный диаметр D его рабочего колеса должен быть уменьшен; при этом максимальное уменьшение диаметра должно быть так ограничено, чтобы лопасти при радиальном направлении взгляда взаимно перекрывались. На иллюстрациях характеристических линий (рисунок 18) изображены характеристические линии насоса, как правило, для более обточенного диаметра D (в мм).

Рабочие колеса из твердого материала, которые применяются для гидравлического перемещения твердой среды, или из высококачественной стали, а также однолопастные рабочие колеса (рисунок 43), колеса типа звездочка и периферические колеса (рисунок 4) не могут быть обточены (это также относится и к затыловке лопастей рабочего колеса согласно главе 3.4.7). В многоступенчатых насосах, как правило, обтачиваются не только лопасти, но и боковые стенки рабочего колеса; в этом случае говорят о расточке вместо обточки. При известных условиях у многоступенчатого насоса вместо расточки рабочие колеса и направляющий аппарат одной из ступеней могут сниматься и замещаться на так называемую приставку (существует две концентричные цилиндрические втулки для направления потока). Рабочие колеса с нецилиндрическим выходным отверстием обтачиваются или растачиваются по данным на иллюстрациях характеристических линий (например, как на рисунке 29).

Рисунок 29: Расточенный контур рабочего колеса с полуосевым выходом.

Если необходимо незначительно уменьшить диаметр, то его можно рассчитать по эмпирической формуле. Точный расчет невозможен, потому что невозможно гарантировать геометрическое подобие относительно угла лопасти и расширения выхода при обточке рабочих колес. Следующая эмпирическая формула связывает Q, H и (при известных условиях усредненный) наружный диаметр D (Индекс_t = параметры до уменьшения наружного диаметра рабочего колеса, индекс_r = параметры после уменьшения):

(D_t/D_r)² ≈ Q_t/Q_r ≈ H_t/H_r (26)

откуда для определения (усредненного) обточенного диаметра получается:

(27)

Данные для определения обточенного диаметра могут быть взяты из рисунка 30, на котором на схеме QH (с линейным делением!) проведена прямая от начала координат через желаемую новую рабочую точку B_r (обратите внимание на характеристическую линию при понижении давления в нулевой точке), прямая пересекает имеющуюся характеристическую линию для полного диаметра рабочего колеса D_t в B_t. При этом сохраняются показатели пара для Q и H с индексами _t и _r, которые показывают через уравнение (27) приблизительный желательный обточенный диаметр D_r.

Последовательная работа · Обточка рабочих колес

Согласно ISO 9906 существует более точный метод, но он более затруднителен из-за вовлечения (усредненного) диаметра D₁входной кромки рабочего колеса (индекс₁), и пригоден для n_q<79, и при уменьшении диаметра на 5 %, пока угол лопасти и расширение рабочего колеса останутся постоянными. Тогда имеет место (с обозначениями согласно рисункам 29 и 30):

( 28)

Здесь возможно решение, если известен D₁ и если через уменьшенную рабочую точку B_r (с H_r и Q_r) проведена не прямая, как показано на рисунке 30, а парабола H ~ Q², которая пересекает D_t действующей линии QH в другой точке B_t (с другими H_t и Q_t).

.

Подача Q

Рисунок 30: Определение обточенного диаметра D_r

1.3.7 Затыловка лопастей рабочего колеса

Незначительное продолжительное увеличение напора насоса в оптимальной точке (до 4-6 %) у радиальных рабочих колес может быть достигнуто с помощью затыловки пространственных лопаток, то есть заточкой лопастей на вогнутой стороне (рисунок 31); к тому же напор при
Q = 0 остается неизменным. Этот метод подходит для окончательного устранения неполадок.

Рисунок 31: Затылованные лопасти радиального рабочего колеса

1.3.8 Регулировка подачи при помощи предварительной закрутки

У насосов с прямым трубным корпусом с полуосевыми рабочими колесами (винтовыми рабочими колесами) на характеристическую линию может влиять изменение вихря в подводимом потоке рабочего колеса. Такой регулятор предварительной закрутки зачастую применяется как конструктивный элемент для регулировки подачи. Различные характеристические линии наносятся на иллюстрационные листы с указанием – установить регулятор (рисунок 32).

Относительная подача

Установка регулятора предварительной закрутки

Рабочая граница

Обточка рабочих колес · Затыловка · Предварителльная закрутка · Установка лопастей

Рисунок 32: Универсальная характеристика центробежного насоса с установкой предварительной закрутки, n_q ≈ 160.

1.3.9 Регулировка подачи/изменение с помощью поворота лопастей

Характеристические линии пропеллерных насосов могут быть изменены с помощью установки пропеллерных лопастей. Такая установка может быть крепко привинчена или может использоваться в производстве для регулировки подачи посредством переставляющего привода. На иллюстрации наносят углы установки лопастей при различных характеристических линиях (рисунок 33).

Относительная подача Q/Qopt

Установка рабочей лопасти

Рабочая граница

Рисунок 33: Универсальная характеристика осевого насоса с установкой рабочих лопастей,
n_q ≈ 200.

1.3.10 Регулирование подачи посредством обвода

Характеристическая линия установки может стать более крутопадающей из-за дросселирования арматуры, а может становиться более пологопадающей из-за открытия обвода в напорном трубопроводе, см. рисунок 34. Рабочая точка, в этом случае, перемещается от В₁ к большей подаче при В₂; регулируемая обводная подача может быть снова отведена во всасывающий резервуар, а значит не использоваться.

Обточка рабочих колес · Затыловка · Предварителльная закрутка · Установка лопастей

Такой способ регулирования подачи, исходя из энергетической точки зрения, является рациональным, если характеристическая линия потребляемой мощности с возрастающей подачей падает, что случается (Р₁ > Р₂) при большом коэффициенте быстроходности (при винтовых колесах или пропеллерных). С установкой предварительной закрутки или лопастей в этой области появляются возможности для регулировки, которые к тому же, экономично работают. Расход на обвод и регулируемую арматуру незначительный [4]. Этот метод также используется для защиты насосов от эксплуатации в недопустимых областях с неполной нагрузкой (см. рабочие границы на рисунках 5 и 6с, а также 32 и 33).

Установка лопастей ∙ Обвод ∙ Регулировка

Экономия мощности

Теряемый напор установки

Дросселирующий напор

Полезная подача Обводная подача

Характеристическая линия установки с обводом

Характеристическая линия установки без обвода

Характеристическая линия насоса

Рисунок 34: Характеристические линии и рабочие точки насоса с падающей характеристической линией потребляемой мощности при регулировке подачи с помощью отвода (у насоса с радиальным рабочим колесом характеристическая линия потребляемой мощности поднимется вправо, и этот способ регулировки вызывает избыточную мощность, см. рисунок 5).

1.4 Соотношение на входе [3]

(NPSH = чистый полный напор)

1.4.1 Значение NPSH_{распол.} установки

Значение NPSH_{распол.} – это располагаемая разность полного давления во входном сечении насоса и давления парообразования _PD, определенная как разность напоров в м. NPSH_{распол.}, до некоторой степени, является мерой, предупреждающей об опасности испарения в этом месте, и определяется только через данные установки и подаваемой жидкости. Давления парообразования воды и других жидкостей даны в таблице 12 и изображены в виде функций температуры на рисунке 35.

Соотношение на входе ∙ NPSH установки

Температура

Рисунок 35: Давление парообразования _PD различных жидкостей в виде функций температуры t (увеличенное изображение на стр. 88).

NPSH установки · Данные о воде

Таблица 12: Давление парообразования _PD, плотность ρ и кинематическая вязкость ν воды при насыщении как функции температуры t.

<567891011>

---

Дата добавления: 2021-02-19; просмотров: 407;

---



Поиск по сайту

Узнать еще

1. Активной массы от соотношения частот при различных величинах затухания в горизонтальном направлении системы
2. Анализ соотношения затрат, объема производства и прибыли (CVP-анализ)
3. Выбор полуреплик. Генерирующие соотношения и определяющие контрасты
4. И соотношения, получаемые из векторной диаграммы
5. Исходные соотношения строгой электродинамической теории
6. Количественные соотношения в химии
7. Многократные соотношения волн
8. Мощность, выделяемая в нагрузке приемной антенны, может быть вычислена с использованием соотношения (12) как

Публикации по технике и механике

Публикации по биологии

Публикации по информатике

Публикации по строительству

Публикации по физике

Публикации по химии

Публикации по электронике

Публикации по искусству

Публикации по истории

Публикации по медицине

Публикации по педагогике

Разделы публикаций

Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.052 сек.