Рабочие характеристики насосов, вентиляторов, компрессоров

         и характеристика сопротивления системы

 

Рабочие характеристики-это зависимости Н(Q), h(Q). При w=const они имеют вид, показанный на рис.14

1-центробежный или пропеллерный насос(вентилятор);

2-поршневой насос.

Характеристика сопротивления системы:

 

      Н_с=Н_со+Н_д+ D Н,                                                                (2.23)

 

где Н_со-постоянная составляющая напора в системе, определяемой противодавлением в системе и разностью уровней всасывания и нагнета-ния;

Н_д-динамический напор, определяемый скоростью потока жидкости или газа, Н_д=К_д×Q²,

где К_д-коэффициент динамического сопротивления системы;

DН-потери напора на трение на прямолинейных участках системы и

потери на местные сопротивления на криволинейных участках:

 DН=К_п×Q²,

где К_п-коэффициент потерь.

Подставив, получаем:

       Н_с=Н_со+К_с ´ Q²,                                                                  (2.24)

где К_с»const - коэффициент сопротивления сети.

Характеристики сопротивления могут иметь вид, показанный на рис.15. Характеристика 2 идет круче, т.к. больше К_с. 

Расчет мощности электродвигателя

 

Мощность электродвигателя насоса (вентилятора):

 

,                    (2.25)

 

где F=PS - сила, под действием которой перемещается жидкость (газ);

V=SH - перекачиваемый объем жидкости или газа.

 

;

 т.к. J=w×r, то Qºw; P=g×H.

Мощность электродвигателя компрессора:

 

,                                                                              (2.26)

 

где L-удельная работа сжатия воздуха или газа, Hм/м³=H/м²;

Ку=1.1¸1.15 -коэффициент, учитывающий потери воздуха из-за утечек.

 

h _к = h _и h _м h _пер,                                                                                                             (2.27)

 

где h_и - индикаторный КПД, учитывающий отличие реальной диаграммы сжатия от теоретической;

h_м - механический (учитывает потери на трение в компрессоре);

h_пер - КПД передачи от электродвигателя к компрессору.

Значение L определяется по теоретической диаграмме сжатия воздуха компрессором. Диаграмма процесса сжатия имеет вид, показанный на рис.17

Р1-давление всасывания;

Р2-давление в воздухосборной системе.

Площадь диаграммы выражает работу сжатия воздуха в течение цикла:

H/м²×м³=H×м.

Удельная работа сжатия:

        .                                                                      (2.28)   

Производительность компрессора:

       Q=Z×S×l_х×(n/60i)×h_V, (м³/с); Qºn,

где Z-кратность действия или число параллельно работающих цилиндров;

S - площадь поршня;

l_х - ход поршня;

h_V=0.75¸0.9 - объемный КПД.

Выбор электродвигателя

 

Для электроприводов насосов, вентиляторов, компрессоров применяются двигатели как переменного, так и постоянного тока. Чаще всего применяются АД с к.з. ротором. Для ограничения пусковых токов и переходных моментов применяют ограничивающие устройства в статорных цепях.

При выборе АД для центробежного насоса необходимо учесть следующие обстоятельства:

Qºw, HºQ²_{при Hc0»0}ºw², Р_двºw³.

В соответствии с Правилами Регистра СССР в судовой сети допускается длительное повышение частоты на 5%, вызывающее пропорциональное увеличение частоты вращения АД. Мощность электродвигателя при этом увеличивается на 16%.

               Р_двº(1.05w)³=1.16w³.

Отметим, что при Р_двºw³ момент сопротивления на валу равен:

                .                                                   (2.29)

Это “вентиляторная” нагрузочная характеристика, показанная на рис.18.

При выборе типа электродвигателя для поршневого компрессора необходимо учитывать тяжелые условия пуска, обусловленные наличием противодавления при пуске.

 

 Регулирование производительности насосов и вентиляторов

 

На судах необходимо регулировать подачу топлива, масла, охлаждающей воды, вентиляцию помещений в зависимости от режима работы установки и внешних условий. Регулирование производительности осуществляется двумя способами:

- (дросселированием) с помощью регулирующей заслонки;

- изменением частоты вращения электродвигателя.

В основе первого способа лежит искусственное увеличение сопротивления системы с помощью вентиля или заслонки.

Поясним способы регулирования с помощью диаграмм, показанных на рис.19.

Допустим, имеется рабочая точка 1. Вместо Q1 необходимо обеспечить производительность Q2. При неизменной характеристике системы необходим был бы напор Н2. Но характеристика нагнетателя, обеспечивающая установившийся режим в точке Q2H2, отсутствует. Однако, с помощью заслонки можно увеличить сопротивление системы так, что рабочей точкой системы будет точка Q2Hдр, т.е. напор возрастает до Ндр. Такой способ регулирования Q крайне неэкономичен, т.к. имеет место большая потеря напора DН=Ндр-Н2 в регулирующей заслонке, которой соответствуют потери мощности:

 

    

     

,                                               (2.30)

 

где Р_дв.др - мощность на валу электродвигателя при дросселировании;

g - удельный вес жидкости.

Чтобы при Q2 напор был Н2, необходимо уменьшить скорость электродвигателя с w1 до w2. При этом потери на дросселирование отсутствуют, а мощность электродвигателя равна:

 

 .                                                                  (2.31)

 

Скорость электродвигателя может регулироваться:

- у двигателя постоянного тока - изменением U или сопротивления в якорной цепи;

- у двигателя переменного тока - изменением числа пар полюсов, изменением подводимого напряжения, частотным управлением.