Параллельное и последовательное соединение центробежных насосов

Насосные установки состоят обычно из нескольких машин, включенных параллельно в общую трубопроводную систему. Это обусловлено в основном необходимостью работы установки на покрытие графика переменного расхода.

Если гидравлическая система не имеет ёмкости, аккумулирующей расходы, и должна покрывать график с переменными расходами (рис.2.54), то в любой момент насосы должны давать в сеть подачу, равную расходу из сети. При прохождении пиковой части графика насосы должны давать подачу , в провалах графика .

Если установка состоит из одного рабочего насоса, то он должен быть выбран на подачу не менее чем и иметь возможность глубокого регулирования до . Поскольку регулирование связано с потерями энергии, то такой насос будет иметь низкий КПД. Кроме того, требование бесперебойной подачи воды в сеть обусловливает необходимость установки резервного насоса с подачей не менее ; при одном рабочем насосе требуется резерв 100 %. Следовательно, установка одного рабочего насоса при неравномерном графике расходов невыгодна по причине высокой стоимости резерва и потерь энергии при эксплуатации.

Рисунок 2.54 График подач установки центробежных насосов

Установка двух одинаковых насосов может уже существенно повысить энергетическую эффективность эксплуатации и снизить аварийный резерв до 50%. Увеличение количества рабочих насосов уменьшает аварийный резерв установки и при благоприятной форме характеристики обеспечивает энергетически эффективную эксплуатацию.

Поэтому большинство насосных установок выполняется в виде ряда насосов, включаемых в сеть параллельно. Центробежные машины, включенные в сеть параллельно, взаимно влияют одна на другую: подача, напор, мощность и КПД каждой из них существенно зависят от режимов нагрузки совместно работающих машин.

Рассмотрим графически параллельную работу двух одинаковых центробежных насосов, включенных в сеть симметрично (параллельно) (рис.2.55). Насосы А и Б по условию одинаковы, поэтому их характеристики А и Б на графике 2.56 при наложении совпадают.

Рисунок 2.55 Схема симметричного параллельного соединения двух одинаковых центробежных насосов

Запишем баланс энергии установки (рис.2.55), рассматривая поток от уровня 1 – 1 до точки соединения напорных трубопроводов а и б машин А и Б.

Рисунок 2.56 График параллельной работы двух симметрично соединённых центробежных насосов

Энергия давления в резервуаре 1, Складываясь с энергией, сообщаемой потоку жидкости машиной А и Б, обеспечивает подъём поток на высоту расположения точки , создание в этой точке некоторых количеств потенциальной и кинетической энергии и преодоление гидравлических сопротивлений всасывающего и напорного трубопроводов. Следовательно

(2.102)

где - энергия, передаваемая жидкости любым из насосов А и Б; - энергия давления в точке ; - потери энергии во всасывающем и напорном трубопроводах любого из насосов А или Б; - кинетическая энергия потока в напорном трубопроводе любого из насосов. Отсюда можно получить удельную энергию давления в точке

(2.103)

Здесь по известным соображениям сумма потерь энергии трубопроводов и кинетической энергии потока принята пропорциональной квадрату подачи каждого из насосов, т.е.

.

Задавая в графике на рис. 2.56 произвольные подачи по характеристикам насосов А и Б, можно получить соответствующие значения Н; зная постоянные и рассчитав для этих подач , можно вычислить по (2.103) энергию давления в точке соединения труб. Напоры в точке будут

.

Откладывая вычисленные значения на графике рис.2.56, получаем характеристики машин А и Б, приведённые в точке : .

Ординаты приведённых в точке характеристик представляют собой высоты или в определённом масштабе давления жидкости в точке соединения труб а и б. Абсциссы этих характеристик – подачи одного из насосов. Насосы А и Б, работая параллельно, создают в точке одинаковые давления. Поэтому для любой заданной в точке высоты давления суммарная подача обоих насосов получается сложением абсцисс.. Отсюда вытекает следующий способ построения общей характеристики обоих насосов, приведённой в точке .

Проводим на графике линии произвольных постоянных высот давления

; ; …

и суммируем соответствующие им абсциссы характеристиками . Получаем точки I,II,III общей характеристики , насосов, приведённой к точке .

Если брать за аргумент суммарную подачу обоих насосов при их параллельном включении. То ординаты характеристики будут давать высоты давлений в точке . Эти давления обусловливаются, с одной стороны работой насосов и подчиняются уравнению (2.103), с другой стороны, они обусловлены давлением на уровне 2 – 2 геометрической высотой и гидравлическим сопротивлением трубопровода b, т.е.

(2.104)

Последнее равенство – аналитическое выражение характеристики трубопровода b, изображённой на рис. 2.56 в виде восходящей параболы (кривая b).

Давление, развиваемое в узловой точке насосами А и Б, должно быть равно противодавлению в этой точке со стороны трубопровода b. Режим работы системы определяется точкой пересечения характеристик и b.

Получив точку , определим, как показано на графике стрелками, параметры насосов при параллельной работе

- общая подача насосов;

- подача каждого насоса;

- полный напор каждого насоса;

- мощность каждого насоса.

Пользуясь характеристиками насоса, можно построить общую характеристику мощности насосов, соединённых параллельно следующим образом. Подача каждого из насосов при режиме, определяемом точкой , найдётся проведением горизонтальной линии из точки до точки х на единичных характеристиках насосов. Абсцисса точки х – подача каждого насоса при параллельной работе.

Мощность каждого из насосов определяется как ордината характеристики мощности насосов при . Откладывая сумму на ординате, проведённой через точку , получаем точку общей характеристики мощности параллельно соединённых насосов. На рис. 2.56 сделано аналогичное определение точек для режимов I и II.

Построенные графики позволяют выяснить закономерности параллельной работы насосов центробежных насосов.

Если в установке (рис.2.55) один из насосов, например Б, включен, а другой А работает один, то подача последнего определяется абсциссой точки и развиваемый им напор равен .

Включение насоса Б в параллель с А, несмотря на то, что насосы одинаковы, не увеличивает подачу установки в 2 раза.

Из графика рис. 2.56 видно, что при одинаковых насосах подключение второго насоса в параллель к первому увеличивает подачу установки в 2 раза только в том случае, когда общий трубопровод системы от сечения до напорного резервуара не даёт гидравлического сопротивления (или оно незначительно). В этом случае характеристика трубопровода b – прямая линия, параллельная оси абсцисс.

Чем больше гидравлическое сопротивление трубопровода b, тем круче поднимается его характеристика и тем меньше увеличивается подача установки при параллельном подключении второго насоса. Например, если трубопровод b обладает характеристикой , т.е. его сопротивление очень значительно, то повышение подачи установки при включении насоса Б в параллель с А составляет только , что, как видно из графика составляет около 0,17 .

Включение центробежного насоса параллельно с работающим понижает мощность последнего. Наблюдается и обратное явление: если один из насосов, работающих параллельно, отключить, то и другие, остающиеся в работе, самопроизвольно повысят подачу и мощность. Это объясняется тем. Что при отключении одного из насосов подача установки уменьшается. Гидравлическое сопротивление общего трубопровода падает, давление в узловом сечении понижается и оставшиеся в работе насосы будут работать при пониженном давлении. Понижение давления при обычных формах характеристик сопутствуют повышение подачи и увеличение мощности.

Изложенные общие соображения о способе графического исследования параллельной работы двух одинаковых симметрично включенных центробежных насосов можно распространять и на большее число насосов с разными характеристиками, соединённых несимметрично.

Регулирование подачи центробежных машин при параллельном соединении может производиться всеми указанными выше способами.

Регулирование подачи насосных установок, состоящих из нескольких насосов, может производиться последовательно и параллельно.

Если изменение подачи установки достигается регулированием только одного насоса с доведением его подачи до нуля и дальнейшим переходом к регулированию следующего насоса и т.д., то такое регулирование называют последовательным.

Изменение подачи установки можно вести одновременно регулированием всех или нескольких машин; такое регулирование называют параллельным.

В насосных установках встречается последовательное соединение насосов с целью повышения давления. В этом случае напорный трубопровод присоединяют к всасывающему патрубку последующего насоса и происходит сложение напоров, развиваемых насосами. В некоторых случаях необходимость последовательного соединения диктуется технологическими соображениями. Например, в регенеративном цикле паротурбинной установки поток конденсата проходит последовательно через ряд подогревателей, в результате чего постепенно повышается его температура. Конечная температура подогрева подогрева конденсата в современных установках значительна, и это требует высокого давления водного тракта подогревателей.

Однако постановка всех подогревателей под высоким давлением невыгодна. Поэтому подогреватели разбивают на две последовательные группы (рис.2.57): через первую группу конденсат подаётся насосом I низкого давления, далее конденсат поступает во всасывающий трубопровод насоса II высокого давления и прокачивается последним через группу подогревателей высокого давления. Т.е рассмотренные насосы соединены последовательно.

Рассмотрим характеристики двух последовательно соединённых центробежных насосов А и Б (рис. 2.58); характеристик напора и мощности этих насосов при их раздельной работе заданы.

Каждый из последовательно соединённых насосов даёт одну и ту же подачу, следовательно, их общая характеристика получается суммированием ординат и , получаем точку е, принадлежащей общей характеристике насосов (обозначена на графике 2.58 условно А+Б). Аналогично получается точка f общей характеристики мощности. Общие характеристики напора и мощности показаны на графиках штриховыми линиями.

Рис. 2.57 Схема последовательного соединения центробежных машин в регенеративном цикле паротурбинной установки

Рисунок 2.58 График работы двух различных центробежных машин при их последовательном соединении

График показывает, что последовательное соединение насосов увеличивает напор и существенно влияет на подачу установки. Это объясняется тем, что при последовательном соединении увеличивается энергия, передаваемая потоку жидкости, и при постоянной статической высоте подачи избыток энергии в силу закона сохранения энергии должен быть израсходован на повышение кинетической энергии и преодоление гидравлических сопротивлений сети. Это обусловливает рост подачи установки.

Дата добавления: 2014-12-08