В данной статье рассмотрены основные способы регулирования насосов при повышении напора, рассмотрены системы первого и второго типов, их характеристики, достоинства и недостатки.
Ключевые слова: насос, напор воды, система водоснабжения.
In this article, the main methods of regulating pumps with increasing pressure are considered, the systems of the first and second types, their characteristics, advantages and disadvantages are considered.
Keywords: pump, water pressure, water supply system.
При работе насоса с характеристикой Q- H па трубопроводную систему, (прилегающие водоводы и дальнейшая сеть) требуется создать напор для преодоления гидравлического сопротивления этой системы — суммы сопротивлений отдельных элементов, каждый из которых оказывает сопротивление потоку, что сказывается в итоге па потерях напора.
Характеристика системы — зависимость гидравлического сопротивления от расхода. Совместная работа насоса и сети характеризуется точкой материального и энергетического равновесия (точкой пересечения характеристик системы и насоса) — рабочей (режимной) точкой с координатами (Q1,Н1) соответствующими текущей подаче и напору при работе насоса на систему (рис. 1).
Различают два типа систем: закрытые и открытые. В закрытых системах (отопления, кондиционирования и т. п.) объем жидкости постоянен, насос необходим для преодоления гидравлического сопротивления составляющих (трубопроводов, устройств) при технологически необходимом перемещении носителя в системе. Характеристика системы — парабола с вершиной (Q,Н) = (0, 0).
В водоснабжении интерес представляют открытые системы, транспортирующие жидкость из одной точки в другую, в которых насос обеспечивает потребный напор в точках разбора, преодолевал потери на трение в элементах системы. Различают два типа открытых систем: первый тип — системы с насосом ниже точки разбора; второй тип -системы с насосом выше точки разбора.
Рассмотрим открытую систему 1-го типа (рис. 1). Для подачи воды из резервуара № 1 на нулевой отметке (нижний бассейн) в резервуар № 2 на верхнем этаже (верхний бассейн) насос должен обеспечить геометрическую высоту подъема Нг и компенсировать потери на трение Δ Н Т , зависящие от расхода.
Рис. 1. Характеристика открытой системы с насосом ниже точки разбора
Характеристика такой системы — парабола с начальными координатами (0; Нг ). Из характеристики системы ясно — чем меньше расход жидкости, тем ниже потери на трение Δ Н Т , и, соответственно, потребляемая мощность насоса.
В открытой системе 2-го типа (рис. 2) вода под влиянием перепада высот ( НГ ) доставляется потребителю без насоса. Разница высот текущего уровня жидкости в резервуаре и точки разбора ( Н Г ) обеспечивает некий расход Q Г .
Рис. 2. Характеристика открытой системы с насосом выше точки разбора
Обусловленный перепадом высот напор недостаточен для обеспечения потребного расхода ( Q 1 ). Поэтому насос должен добавить напор Н 1 , чтобы полностью преодолеть потери на трение Δ H T . Характеристика системы 2-го типа — парабола с началом (0; -IIг). Расход зависит от уровня жидкости в резервуаре при понижении уровня высота Н Т уменьшается, характеристика системы сдвигается наверх (рис. 2) и расход снижается. Система 2-го типа идентична задаче повышения давления при водоснабжении здания, если имеется входное давление в сети (подпор, эквивалентный Н Г ), недостаточное для обеспечения подачи необходимого количества воды всем потребителям с требуемым напором. [1].
Эксплуатационные потребности системы меняются с течением времени (меняется характеристика системы) Поэтому встает вопрос о регулировании параметров насоса с целью соответствия текущим требованиям. Обзор наиболее популярных методов изменения параметров насоса приведен в табл. 1.
При дроссельном регулировании и регулировании байпасом может происходить как снижение, так и увеличение потребляемой мощности (зависит от характеристики мощности центробежного насоса и положения рабочих точек до регулирующего воздействия и после него). В обоих случаях итоговый КПД значительно снижается, относительная потребляемая мощность на единицу подачи в систему увеличивается, происходит непроизводительная потеря энергии. Метод коррекции диаметра рабочего колеса обладает рядом преимуществ для систем со стабильной характеристикой. В этом случае срезка (или замена) колеса позволяет вывести насос на оптимальный режим работы без существенных начальных затрат, при этом КПД уменьшается незначительно. Однако, метод неприменим оперативно, когда условия потребления, и соответственно подачи, непрерывно и существенно меняются в течение работы. [2]
Это и имеет место, когда «насосная водопроводная установка подает воду непосредственно в сеть (насосные станции II, III подъемов, станции подкачки и т. п.)», и когда целесообразно частотное регулирование электропривода (далее — ЧРП) с помощью преобразователя частоты тока (далее -ПЧТ), обеспечивающее изменение частоты вращения рабочего колеса (скорости насоса).
Таблица 1
Методы изменения параметров насоса
|
Дроссельное регулирование
|
Дроссельное регулирование — задвижка устанавливается последовательно после насоса, увеличивая сопротивление системы и снижая расход (см. рис.): без задвижки — расход Q2 , с задвижкой расход снижен до значения Q1 • Задвижка ограничивает максимум расхода значением Q, даже при абсолютно пологой характеристике системы. При дросселировании насос обеспечивает напор выше необходимого системе Нн =Нс+Н, Насос меньшего размера обеспечит потребный расход Q1, но при более низком напоре Н " и, следовательно, с меньшим энергопотреблением. Избыточная полезная мощность ΔN=p∙g∙Q1∙ H, |
|
Регулирование байпасом
|
Байпасный (перепускной) трубопровод, параллельный насосу, обеспечивает регулирование его параметров. При открытом байпасе даже в случае отсутствия расхода в системе насос не будет работать на закрытую задвижку, т. к. всегда будет некий расход через «открытый» байпас. Максимальный напор в системе ограничен Н макс ,, . Расход насоса равен сумме расхода системы и расхода через байпас Q. = Qc + Q бп .Потребный расход Qс мог быть обеспечен меньшим насосом без перепуска; расход насоса был бы ниже и потребление электроэнергии тоже снизилось. Избыточная полезная мощность ΔN =p∙g ∙Q бп ∙ H P |
|
Коррекция диаметра рабочего колеса
|
При уменьшении диаметра рабочего колеса D характеристика снижается, рабочие точки лежат на прямой с началом в (О, О). Значения диаметра D связаны с параметрами
На практике КПД насоса снижается, уменьшение незначительно (2–3 %), если ΔD=D1- D2 мало (<0,2 D1 ). Уровень снижения ηзависит от типа насоса и рабочей точки Коррекция диаметра колеса не проводится при работе, а выполняется перед монтажом или во время ремонта |
|
Регулирование скорости
|
Регулирование скорости с помощью преобразователя частоты тока — наиболее эффективный способ регулирования. Влияние изменения скорости насоса (частоты вращения рабочего колеса) на его параметры — см. уравнения на рис. Эти уравнения действительны, если характеристика системы неизменна для п1 и п2 — парабола с вершиной (О, О). Предполагается, что КПД насоса остается неизменным. На практике отклонение частоты вращения (скорости насоса) от номинальной приводит к снижению кривой КПД насоса (рис.), максимум КПД насоса при снижении скорости до 50 % от номинала определяется η =l-(l -η1)∙(η1/ η2) И следует учесть влияние КПД преобразователя частоты |
Литература:
- Карелии В. Я. Насосы и насосные станции / В. Я. Карелии, А. В. Минаев. -М.: Стройиздат, 1986.
- Лезнов Б. С. Энергосбережения и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках / Б. С. Лезнов. -М.: Энергоатомиздат, 2006.
