Системи автоматизації насосних установок

Перш ніж розглядати питання, пов'язані з роботою насосних установок, зупинимося на деяких загальних термінах.

Насос (Н) - гідравлічна машина, яка забезпечує необхідне пе­реміщення речовини (рідини).

Насос + ЕП - насосний агрегат (НА).

Насосна установка (НУ) - комплекс НА (одного або кількох) + трубопроводи + запірна та регулювальна (керуюча) апаратура.

Насосна станція (НС) - один або кілька НУ + допоміжна систе­ма + будівля.

Схему насосної установки наведено на рис. 3.2. На схемі позначено: Н - насос з електроприводом; ВС - всмоктувальний трубопровід; НГ - нагнітальний трубопровід.

Рис. 3.2

Крім того, на схемі зображено такі фізичні величини: Q - по­дача насоса (об'єм рідини, який перекачує насос в одиницю часу); Н - напір (тиск) (різниця питомих енергій рідини в напірному та всмоктувальному трубопроводі, необхідна для підйому рідини на задану висоту та подолання сил тертя в трубопроводі).

(11)

де Н_вс - висота всмоктування, м; Н_иг - висота нагнітання, м; АН - втрати напору в магістралі, що визначаються її опором транспорту­ванню рідини, м.

Також слід зазначити, що Н_вс+ Н_иг становлять геодезичну висоту.

Рис. 3.3

Режим роботи насосних установок залежить від їх функціональ­ного призначення і зазвичай змінюється протягом доби від Q_max до Q_min, то визначається відповідними графіками (характеристики Q-Н). На рис. 6 також позначено: H₀₁, H₀₃ — початкові (фіктивні) напори.

Залежність ККД насоса η = f(Q) в межах робочої зони насоса (а-б) відповідно до характеристики насоса 3 наведено на рис. 3.3.

При зростанні водоспоживання збільшуються подача насоса та втрати тиску в мережі. Для компенсації втрат тиску збільшують тиск насосної установки.

Вид характеристик Q-Н залежить від конструктивних особли­востей насоса (1 - пологі характеристики; 2 - крутоспадаючі; 3 - з наростаючими та спадаючими частинами) та його швидкості ω (1 - характеристики при ω = ω_ном; 1` - при ω < ω_н).

Значення величини Н при Q = 0 називають фіктивним та позна­чають Н_ф. У межах рекомендованих подач Q існує залежність

(12)

де S_ф — фіктивний гідравлічний опір насоса.

Цей опір можна знайти за заводською (або експериментальною) характеристикою Q-Н: за двома її точками (наприклад, А та В з відповідними значеннями напору Н_А та Н_B і продуктивності Q_А, Q_B характеристики 1):

При цьому фіктивний напір

(13)

Відношення фіктивного значення Н_ф до номінального Н_ф/Н_ном = Н`_ф визначає крутість напірної характеристики насоса.

Для більшості відцентрових насосів Н`<sub>ф</sub> 1,25 (для чистої води) і Н`_ф 1,45 (для стічної води).

Для осьових насосів (крутість характеристик найбільша) Н`_ф 2,0. Для них характеристики Q-H мають точки перегину (характерис­тика 3).

Залежність між подаванням рідини через трубопровід і напором (тиском), який потрібно мати для забезпечення необхідної подачі, називають характеристикою трубопроводу. Рівняння цієї характе­ристики таке:

(14)

де Н₀ - напір на початку трубопроводу; Н_ст - статичний напір, який зумовлюється геодезичними параметрами; S - гідравлічний опір трубопроводу.

Перетин характеристик Q-Н насоса та трубопроводу визначає робочу точку насоса (рис. 3.4).

При характеристиці трубопроводу T₁, робочою точкою насосно­го агрегата є Р₁.

Па рис. 3.4 позначено: H_ст1, Н_ст2, Н₀₂ - початкові (фіктивні) на­пори відповідних характеристик трубопроводів Т₁, Т₂ і насоса.

Рис. 3.4

Найекономічнішим є режим роботи насоса, коли подача і напір у робочій точці характеристики відповідають максимальному зна­ченню ККД (η_mах). Практично припустимим також є вибір робочої точки в межах деякої зони, що відповідає незначним відхиленням ККД від η_mах. На характеристиці Q-Н вона обмежена вертикальни­ми штриховими рисками.

Вихід за межі даної зони призводить не тільки до різкого змен­шення ККД, а й до можливості виникнення неприпустимих ре­жимів - кавітації та помпажу.

Кавітація полягає в порушенні суцільності потоку рідини, появі «пухирів», заповнених парами рідини, газів або їх сумішшю, що спричинює додаткові витрати електричної енергії і може при­звести до механічних пошкоджень лопаток робочого колеса і корпуса насоса.

Помпаж виникає за наявності в характеристиці насоса Q-Н зростаючої і спадної частин. Так, за характеристики трубопроводу T₂ маємо дві точки перетину А і В з характеристикою насоса.

У разі помпажу режим роботи насоса зі змінними параметрами, які відповідають переходу з точки А в точку В або у зворотному на­прямі, буде нестійким.

На практиці може виникати потреба в зменшенні або збіль­шенні продуктивності насоса залежно від витрат. Керування про­дуктивністю зумовлює відповідну зміну напору (рис. 3.5). На цьому рисунку позначено: 1 - характеристика Q-Н насоса; 2 - початко­ва характеристика трубопроводу; 3 - характеристика трубопроводу при зменшенні його перерізу засувкою; 4 - проміжна характерис­тика Q-Н насоса.

Керування насосом можна виконати двома основними шляхами:

• зміною ступеня відкриття засувки в напірній лінії, що веде до зміни її опору та характеристики і відповідної зміни режиму роботи насоса (перехід з робочої точки А₁ у точку А₂ при зрос­танні величини напору від H₁, до Н₂);

• зміною частоти обертання робочого колеса насоса. Наприк­лад, якщо зменшити відповідно частоту обертання насоса, то можна одержати його характеристику Q-Н у вигляді харак­теристики 4. При цьому робоча точка А₄, що визначається ха­рактеристикою 2, дасть змогу одержати необхідну продук­тивність насоса Q₂ при значно меншій величині напору (H₄).

Рис. 3.5

Враховуючи те, що потужність двигуна насоса і відповідні вит­рати електричної енергії пропорційні добутку продуктивності й на­пору, при керуванні режиму роботи насоса за допомогою засувок у трубопроводі величина необхідної потужності буде пропорційною площі прямокутника 0-Q₂-А₂-Н₂. При керуванні частотою обер­тання насоса необхідна потужність буде істотно меншою і визнача­тиметься величиною, пропорційною площі прямокутника 0-Q₂-A₄-H₄.

Отже, керування продуктивності насоса за допомогою зміни частоти обертання приводного двигуна є економічним, тому саме йому надається перевага на практиці. Крім того, режим роботи відцентрових насосів може керуватися напрямними апаратами, які встановлюють на вході в насос, та за допомогою інших способів.

Осьові насоси керують за допомогою зміни кута нахилу робочих лопаток. Для окремих типів установок є технічні рішення, які да­ють змогу виконувати керування продуктивністю за допомогою зміни кута нахилу робочих лопаток під час роботи відповідної установки.

Дата добавления: 2013-12-13