Регулирование подачи насосных установок. Режимы работы электроприводов вод снабжающих установок.

 При правильном выборе насоса рабочая точка на совмещенном графике водопроводной системы будет расположена в зоне максимального КПД. На рис.3.3. приведены характеристики насоса и трубопроводной сети, причем рабочая точка системы A находится на их пересечении.

Рис. 3.3. Характеристики насоса и водопроводной сети. 1 – характеристика насоса; 2 – характеристика трубопроводной сети при полностью открытой, 3 – при частично закрытой задвижке; 5 - зависимость мощности насоса от подачи; 6 – кривая КПД насоса.

Кривая Н_тр= H _ст + kQ ² представляет характеристику трубопроводной сети.  Точка ее пересечения с осью ординат соответствует напору, необходимому для подъема воды на геодезический уровень (расстояние по вертикали от динамического уровня погружного насоса до соединения напорного трубопровода с распределительным.

Зависимость 5показывает изменение потребляемой мощности насосного агрегата при увеличении подачи.

В связи с тем, что рабочая точка системы определяется как характеристиками насоса, так и сети, то регулировать подачу можно за счет изменения параметров сети или насоса. Существуют также комбинированные способы регулирования, при которых изменение характеристик сети и насоса происходят взаимосвязано и одновременно.

       Рассмотрим основные способов регулирования подачи (и напора) насосного агрегата.

Байпасирование осуществляется перепуском перекачиваемой жидкости из напорного трубопровода во всасывающий (так называемый обратный переток) по спиральному турбопроводу с задвижкой, манипулирование которой позволяет менять подачу насоса. При этом режим работы и параметры насоса не изменяются. Недостатком этого способа является потеря энергии на перепуск по байпасу «оборотной» жидкости и небольшое усложнение при обслуживании насосной установки.

       Регулирование основной (запорной) задвижки на выходе из насоса (в начале напорной линии). При полностью закрытой задвижке может осуществляться пуск в работу насосной установки, причём эта задвижка может использоваться как регулирующая для изменения подачи и напора в процессе эксплуатации. При закрытии задвижки ухудшается гидравлический рабочий процесс самого насоса, в нём появляются (при малых расходах) обратные токи жидкости, вибрация и шум, а также нагрев всего агрегата. Естественно, все эти отклонения, вызванные дросселированием выходной задвижки, влекут за собой потери энергии. Как видно из рис. 3.3, установка требуемой подачи насоса Q производится изменением характеристик трубопровода при неизменной характеристике насоса. Рабочая точка из положения 1 с параметрами Q_А и H₁ смещается в положение с параметрами Q_А1 и H₂. В результате между насосом и задвижкой (дросселем) создаётся избыточное давление Н₂ – Н₁, на преодоление которого расходуется энергия

 

                                                                        (3.8)

Таким образом, метод регулирования подачи с помощью задвижки относительно прост, но неэкономичен, так как часть энергии, потребляемой насосом, гасится в задвижке сразу же на выходе жидкой среды из насоса. Поэтому его рекомендуется использовать для регулирования подачи насосов малой и средней мощности.

       Третьим способом регулирования параметрами насосного агрегата является изменение частоты вращения насоса, что достигается путём применения регулируемого электропривода. Этот способ удорожает и усложняет обслуживание установки, но позволяет при изменении частоты вращения рабочего колеса насоса сохранить подобие насосных характеристик и снизить потребление электрической энергии.

       Достижение потребляемого расхода регулированием частоты вращения двигателя приводит к изменению характеристик насоса при неизменной характеристике трубопровода. Рабочая точка смещается из точки 1 в точку 2 по характеристике сети, обеспечивая требуемый расход Q₂ при напоре Н₂. Частота вращения рабочего колеса в точке 1 больше, чем в точке 2 (рис. 3.4.).

Рис. 3.4. Регулирование подачи насоса изменением частоты вращения.

Сравнивая метод регулирования подачи насоса изменением частоты вращения рабочего колеса с методом дросселирования, можно сделать вывод, что последний более экономичен. При этом отсутствуют потери на дросселирование потока жидкости и экономится электрическая энергия. Однако изменение частоты вращения рабочего колеса насоса связано с определением техническими трудностями.

Так как для привода погружных насосов в основном применяются асинхронные электродвигатели, то плавно изменять скорость вращения рабочего колеса можно следующими способами:

− изменением величины подводимого напряжения, путём применения автотрансформаторов, дополнительных резисторов, тиристорных устройств (небольшой диапазон регулирования, низкая экономичность, низкая стабильность характеристик, регулирование скорости только ниже номинальной);

− изменением частоты питающего напряжения (большой диапазон регулирования, высокая экономичность), сохраняется стабильность характеристик, регулирование скорости возможно как вниз, так и вверх от номинальной.

При регулировании частоты вращения рабочего колеса центробежного насоса выполняются следующие соотношения:

 

            ,                                               (3.9)

 

         ,                                        (3.10) 

 

 

                                                                 (3.11)

В выражениях 3.9 – 3.11 n ₂  - новая частота вращения рабочего колеса. Из их анализа следует, что зависимость напора H от подачи Q имеет параболический характер ,                                                    (3.12)

где  

из (3.12) следует, что переходная кривая при пересчете параметров Q и H на другую частоту вращения является квадратичной параболой с вершиной в начале координат. Эта парабола одновременно является кривой одинаковых значений КПД. Таким образом, при непрерывном изменении частоты вращения напорная характеристика  , будет перемещаться практически параллельно самой себе (при увеличении частоты вращения – вверх, а при уменьшении – вниз). Зависимость  , будет перемещаться при уменьшении частоты вращения влево, а при увеличении – вправо.

Если насос преодолевает только динамический напор, мощность, потребляемая им при регулировании частоты вращения пропорциональна кубу расхода                                                                              (3.13)

Рассмотренные зависимости применяют в расчетах при регулировании подачи насоса изменением частоты вращения рабочего колеса.