Регулирование подачи насосов

Технологические схемы тепловых и атомных электростанций. Объемная и массовая подачи насоса. Материальный и энергетический баланс системы. Гидравлические свойства системы трубопроводов. Изменение частоты вращения рабочего колеса насоса с дросселированием.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

атомный электростанция насос трубопровод дросселирование

Технологические схемы тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанций требуют перемещения большого количества жидкостей, обладающих различными физико-химическими свойствами при различных давлениях и температуре. Перемещение жидкостей осуществляется насосами.

Насос - это машина, в которой происходит преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, благодаря чему осуществляется ее поток. Насосы используются в составе насосного агрегата, состоящего из одного или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединенных между собой.

Подача насоса. Различают объемную и массовую подачи насоса. Объемная Q (массовая - Qм) подача - это объем (масса) жидкости, подаваемой через напорный патрубок в единицу времени. При этом не учитываются потоки жидкости, которые могут иметь место внутри насоса (например, протечки через уплотнения и разгрузочные устройства). Сумма подачи и внутренних протечек называется идеальной подачей насоса.

Объемная подача обычно измеряется в м/с; м/ч; л/с; л/мин; массовая - в кг/с; т/ч; т/сут.

Подача измеряется с помощью расходомерного устройства, установленного на напорном трубопроводе. При использовании сужающего устройства (диафрагма, сопло) объемная подача определяется выражением

где с - постоянная сужающего устройства, h - перепад давления на дифманометре.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОДАЧИ НАСОСОВ

Основной задачей регулирования насосов является подача в сеть расхода Q, м3/с, заданного определенным графиком. При этом, как показывают характеристики, все основные параметры машины Н, р, N и з изменяются. Однако сеть трубопроводов и потребители накладывают на некоторые из параметров определенные условия. Так, например, насосы и вентиляторы, покрывая заданный график расходов, должны создавать переменное давление, определяемое потребителем и гидравлическими свойствами системы трубопроводов.

Компрессоры в некоторых случаях работают на сеть с переменным Q, но должны обеспечить постоянное давление р, в других случаях они работают с постоянным Q при переменном р.

Таким образом, возможны различные варианты задачи регулирования подачи.

Насос и внешняя сеть образуют единую систему, равновесное состояние которой определяется материальным и энергетическим балансом. Материальный баланс выражается условием равенства подачи насоса расходу во внешней сети, энергетический - равенством напора насоса напору, потребляемому сетью. Графически условие материального и энергетического баланса системы выражается точкой пересечения характеристик насоса и сети. При данных характеристиках насоса и сети существует только одна точка, отвечающая условиям устойчивого равновесия. Величина водопотребления, как правило, изменяется во времени, в соответствии, с чем должна перемещаться рабочая точка системы. С этой целью необходимо регулировать подачу насоса.

В связи с тем, что рабочая точка системы определяется характеристиками как насоса, так и сети, то регулировать подачу можно за счет изменения характеристики сети (количественный метод) или за счет изменения характеристики насоса (качественный метод). Изменение подачи и напора насосной установки за счет изменения характеристики сети можно добиться изменением статической составляющей сопротивления системы (геометрической высоты нагнетания или всасывания, давления над поверхностью жидкости в приемном резервуаре), изменением гидравлического сопротивления движению жидкости во всасывающем или напорном трубопроводе, изменением схемы сети (например, за счет введения байпасной линии).

Качественно работа системы «насос-сеть» регулируется изменением частоты вращения рабочего колеса насоса, геометрии проточных каналов насоса и кинематики потока на входе в рабочее колесо.

Существуют также комбинированные способы регулирования, при которых изменение характеристики сети и изменение характеристики насоса происходят одновременно и взаимосвязано.

СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

К количественным способам регулирования лопастных насосов относятся:

· дросселирование напорной стороны насоса;

· дросселирование всасывающей стороны насоса;

· перепуск (байпасирование);

· сброс части поднятого количества воды в нижний бьеф;

· впуск воздуха во всасывающую трубу насоса;

· авторегулирование (изменение статической составляющей напора);

· комбинацией включения параллельно/последовательно работающих ступеней в многосекционных насосах;

· применение баков-гидроаккумуляторов;

К качественным способам регулирования относятся:

· изменение частоты вращения рабочего колеса;

· изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на входе в рабочее колесо насоса;

· изменение угла установки лопастей направляющего аппарата на выходе из рабочего колеса насоса;

· изменение ширины рабочего колеса;

· изменение степени открытия поперечного сечения каналов рабочего колеса;

· изменение угла установки лопастей рабочего колеса;

· саморегулирование;

· обточка рабочего колеса.

Дросселирование - гашение части напора, создаваемого насосом, с помощью искусственно вводимого в напорную или всасывающую линию гидравлического сопротивления (рис. 1). Обычно дросселирование достигается частичным закрытием задвижки на напорном трубопроводе насоса. Данный способ является наиболее простым и распространенным, но вместе с тем наименее экономичным, так как часть напора, создаваемого насосом, бесполезно тратится на преодоление сопротивления задвижки и при этом рассеивается соответствующая мощность.

Рис. 1. Регулирование подачи лопасного насоса дросселированием напорной (а) и всасывающей (б) стороны.

Теряемая при регулировании мощность определяется выражением

где hw - напор, теряемый в дросселирующей задвижке,

- КПД насоса, соответствующий подаче QB.

Коэффициент полезного действия регулируемой установки определяется выражением

где HC - напор, необходимый для подачи расхода QC

HB - напор, развиваемый насосом при подаче расхода QB

- КПД двигателя.

Метод регулирования при помощи всасывающей задвижки экономически является несколько более выгодным, чем регулирование с помощью напорной задвижки, но его применение ограничено требованием поддержания высоты всасывания, меньше предельной для обеспечения нормальной работы насоса.

Прикрывая задвижку на всасывающей трубе, увеличивают таким образом разряжение в ней, что равносильно увеличению высоты всасывания. Следует отметить, что увеличение высоты всасывания выше определенных пределов вызывает кавитацию, делает работу насоса неустойчивой и создает опасность срыва работы насоса.

На рис. 2 приведена схема центробежного насоса, регулируемого дросселированием всасывающей линии насоса непосредственно перед его рабочим колесом посредством изменения ширины входных отверстий рабочего колеса . На входе в рабочее колесо 1 установлен полый цилиндр 2. Прорези 3 цилиндра совпадают по профилю с входными отверстиями 4 каналов рабочего колеса. Ширина входных отверстий 4 равна или меньше ширины лопатки рабочего колеса на входе 5. Цилиндр 2 может поворачиваться, например, с помощью гидродвигателя 6, размещенного во втулке рабочего колеса. При максимальной подаче насос работает с открытыми входными отверстиями каналов рабочего колеса. При необходимости изменить подачу с помощью гидродвигателя 6 поворачивают цилиндр 2, который перекрывает входные отверстия каналов рабочего колеса.

Рис. 2. Схема центробежного насоса, регулируемого изменением ширины входных отверстий рабочего колеса

На рис. 4 изображены характеристика сети 2, насоса 1 и редуцированные характеристики 1', 1”, отвечающие разной степени открытия а дроссельной задвижки на всасывающем трубопроводе. Редуцированная характеристика есть характеристика насоса, отнесенная к какой-то точке трубопровода после задвижки.



Рис. 4. Характеристики насоса и сети при регулировании дросселированием всасывающей стороны.

Для получения редуцированной характеристики от взятой точки откладывают потери напора на участке от насоса до данной точки. Разница ординат характеристики насоса и построенной характеристики потерь напора даст редуцированную характеристику.

Способ регулирования всасывающей задвижкой особенно выгоден при пологой характеристике системы. Если по условиям всасывания допустимо регулирование всасывающей задвижкой, надежнее применить комбинированное регулирование при помощи всасывающей и напорной задвижек. На рис. 5 представлен один из возможных способов конструктивного исполнения насоса, регулируемого данным способом. Насос содержит корпус 1, рабочее колесо 2, установленное на валу 3. В корпусе 1 имеется сборник (улитка) 4. Рабочая жидкость выводится из насоса по тангенциально расположенному патрубку 5, а поступает в полость колеса по входному патрубку через расположенный вдоль его оси опорный стакан 6 с окнами 7. Между стаканом 6 и входными кромками рабочего колеса 2 размещен регулируемый клапан 8. Между выходными кромками рабочего ко...