Сумісна робота насосів і трубопровідної мережі.

При проектуванні, а також при аналізі роботи діючих насосних станцій, виникає потреба у визначенні робочих режимів насосів.

Робочою точкою насоса, яка характеризує його режим при роботі на напірний трубопровід, називається точка перехрещення характеристики Q - H  насоса із характеристикою трубопровода.

Задачу знаходження робочої точки насоса легко вирішувати графічно шляхом нанесення на єдине поле координат характеристик насоса і трубопровода. Характеристика насоса при цьому береться із технічного паспорта або із каталога насосів.

Рисунок18

Для побудови графічної характеристики трубопровода користуються формулою:   де: S_прив- приведений коефіцієнт опору трубопроводу, який враховує втрати напору в водоводах, комунікаціях насосної станції і в водопровідній мережі; Н_стат = (Н_геом + Н_вільн) - статична висота підйому, яка складається із геометричної висоти підйому та вільного напору в кінці трубопроводу.

Приймаючи різні значення Q_труб, вираховують відповідні значення Н_труб і отримані результати наносять у вигляді точок на графік, де уже нанесено характеристику Q - H  

насоса. Через отримані точки проводять плавну криву, яка і буде характеристикою трубопровода. Вона має вид параболи з вершиною у точці Q = 0; Н = Н_стат  (дивися рисунок 18).

Точка перехрещення характеристик насоса і трубопровода є робочою точкою системи. Вона визначає усі параметри роботи насоса (Q_роб; Н_роб; N_роб; h _роб; Н_{вак.роб}) на даний трубопровід. Більшої витрати по даному трубопроводу насос подати не зможе.

 

Регулювання роботи насосів.

Регулюванням роботи насосів називають процес штучного змінення характеристики насоса, або трубопровода, для забезпечення роботи насоса у потрібному режимі при збереженні матеріального і енергетичного балансу системи.

Роботу системи «насос-трубопровід» можна регулювати шляхом змінення характеристики трубопровода або характеристики насоса.

Одним із найбільш поширених засобів регулювання роботи насосів є регулювання напірною засувкою.При частковому закритті засувки втрати напору у ній збільшуються. Внаслідок цього збільшуються і загальні втрати напору в трубопроводі (збільшується S_прив). При цьому характеристика трубопроводу стане більш крутою і перехрещення її із характеристикою насоса відбудеться при меншій витраті (дивися рисунок 19).

Регулювання роботи насосів напірною засувкою неекономічне, тому що додатковий опір, яким є прикрита засувка, викликає додаткову втрату енергії, що знижує коефіцієнт корисної дії насосної установки. Із графіка видно, що при роботі на прикриту засувку насос розвиває подачу Q_б при напорі Н_б. Напір в початку водоводу за засувкою при витраті Q_б складає Н_бв. Втрата напору на засувці при подачі Q_б  складає h_{засувки} = Н_б  - Н_бв, а відповідна їй втрачена на засувці потужність буде:

квт.

Рисунок 19.

Через неекономічність і можливість регулювання тільки в сторону зменшення подачі, регулювання напірною засувкою (інколи його називають дросельним регулюванням) можна застосовувати тільки для невеликих насосів і на короткий час. При дросельному регулюванні слід застосовувати насоси із пологою характеристикою.

Окрім дроселювання регулювати подачу насоса можна перепуском частини рідини із напірного трубопроводу в всмоктувальний, або впуском невеликої кількості повітря в всмоктувальний трубопровід.

Перепуском рідини із напірного трубопровода в всмоктувальний часто регулюють роботу осьових насосів, у яких характеристика потужності знижується при збільшенні подачі. Таке регулювання також знижує к.к.д. насосної установки.

Регулювання впуском повітря в системах водопостачання майже не використовується.

Найбільш економічним є регулювання режиму роботи насоса зміненням частоти обертання робочого колеса. Цього можна досягнути зміненням частоти обертання двигуна, який крутить робоче колесо, або установкою спеціальних муфт чи редукторів, які при постійній швидкості обертання двигуна дозволяють змінювати швидкість обертання робочого колеса насоса.

Частоту обертання електродвигуна найпростіше змінювати у електродвигунів постійного струму. Але в системах водопостачання та каналізації такі двигуни майже не використовуються.

Частоту обертання асинхронного електродвигуна перемінного струму з фазовим ротором можна змінювати введенням додаткового опору в електричний ланцюг ротора. Недоліком такого регулювання є неекономічність і ускладнення конструкції електродвигуна через необхідність улаштування додаткових кілець і щіток.

Останнім часом наша промисловість стала виробляти електродвигуни змінного струму з переключенням обмотки статора на різну кількість пар полюсів. Двигуни цього типу виробляються двох і трьохшвидкісними.

Найпростіше змінювати швидкість обертання електродвигуна перемінного струму зміною частоти струму. Розповсюдження цього засобу регулювання довго стримувалося низьким коефіцієнтом корисної дії перетворювачів частоти струму. Але з появою, останніми роками, досить потужних тиристорних перетворювачів частоти струму з високим к.к.д., таке регулювання набуває все більшого поширення.

Регулювати швидкість обертання ротора асинхронного електродвигуна можна, також, за допомогою його каскадного підключення.

Більш докладно про регулювання частоти обертання електродвигунів можна прочитати у відповідній літературі з електротехніки та автоматики.

Регулювати швидкість обертання робочого колеса насоса при постійній частоті обертання електродвигуна можна за допомогою гідромуфти або електромагнітної муфти ковзання (ЕМК).

       Робочими елементами гідромуфти є колесо відцентрового насоса і колесо турбіни, які розміщені в спільному корпусі (дивися рисунок 20). Колесо відцентрового насоса насаджено на ведучий вал (вал електродвигуна), а колесо турбіни закріплено на ведомому валу (вал насоса). Корпус гідромуфти заповнюється робочою рідиною (найчастіше це машинне масло). При обертанні вала електродвигуна з ним обертається і насосне колесо гідромуфти. Воно викидає робочу рідину на турбінне колесо гідромуфти. Під дією цієї рідини турбінне колесо також починає обертатися і, тим самим, обертає робоче колесо насоса.

Рисунок 20. Схема будови гідромуфти.  1 - ведучий вал; 2 - насосне колесо гідромуфти; 3 - ведомий вал; 4 -турбінне колесо гідромуфти; 5-рухомий кожух;  6-корпус гідромуфти.

В системах водопостачання і каналізації знаходять застосування гідродинамічні муфти перемінного заповнення типу ГМР. Регулювання швидкості обертання ведомого валу в цих муфтах проводять зміною величини наповнення маслом робочого простору колес гідромуфти.

Перевагою гідромуфт є плавне, автоматичне і швидке регулювання частоти обертання ведомого валу, а також захист електродвигуна від надмірного перенавантаження.

До недоліків гідромуфт можна віднести зниження їх К.К.Д. при збільшенні глибини регулювання, а також їх конструктивну складність і великі габарити (гідромуфти складніші за насоси і мають майже такі ж розміри як і основні насоси).

Електромагнітна муфта ковзання складається із двох частин, які обертаються, - індуктора і якоря. Якір з’єднується із ведучим валом (валом електродвигуна), а індуктор - з ведомим валом (валом насоса). Якір і індуктор максимально наближені один до одного, але обов’язково із повітряним зазором. Якір обертається разом з електродвигуном і створює, при цьому, магнітне

Рисунок 21. Схема будови ЕМК. 1 - якір; 2 - індуктор; 3 - обмотка збуд-ження; 4 - ведомий вал; 5 - контактні кільця; 6 - ведучий вал.

поле, яке також обертається. При відсутності електроструму в обмотці індуктора крутильний момент від електродвигуна не передається на вал насоса. Якщо через обмотку індуктора пропускати електричний струм, то під дією магнітного поля, яке створене якорем, індуктор також почне обертатися (під впливом сили, яка діє на провідник із струмом у магнітному полі). Частота обертання індуктора (передаточне число муфти) залежить від сили струму збудження (сили струму в обмотці індуктора).