Регулирование подачи центробежных нагнетателей
Общие сведения. Процесс эксплуатации нагнетательных(центробежных) машин постоянно требует изменения подачи (производительности) при выполнении заданного графика расходов. Процесс изменения подачи нагнетателя называется его регулированием. При регулировании нагнетателя, как показывают его рабочие характеристики (см. рис. 20... 23), изменяются основные рабочие параметры Q, H, N, η. Так, например, насосы и вентиляторы, выполняя заданный график расходов, должны создавать переменное давление, определяемое потребителем и гидравлическими свойствами сети трубопроводов. Компрессоры в некоторых случаях работают с переменным значением Q, но должны обеспечивать постоянное давление в пневмоприемниках — пневматическом инструменте и воздушных молотах. В других случаях они должны работать с почти постоянным расходом, но при переменном давлении (доменный процесс, подача дутья в вагранки и т.п.). Рассмотрим различные способы регулирования нагнетателей. Дроссельное регулирование при n =const. Пусть нагнетатель (насос динамического типа) включен в сеть, как это показано на рис. 25, а. На графике (рис. 25, 6) нанесем характеристики сети и насоса при n = const. Предполагаем, что дроссель полностью открыт, а режим работы этой гидросистемы — установившийся (стационарный). Это возможно только в случае, когда напор, развиваемый нагнетателем, равен напору в сети. Это условие соблюдается только в точке а пересечения характеристик напора нагнетателя и сети. Точка а определяет стационарный режим работы гидросистемы, т.е. ее рабочие параметры Q, H, N, η при полностью открытом дросселе. Рис. 25. Дроссельное регулирование центробежной машины: а — схема установки; 6 — изменение основных параметров H,.N и η в зависимости от Q
Прикрывание дросселя вызывает увеличение сопротивления сети; характеристика сети смещается вверх, а рабочая точка а передвигается в новое положение, например а', определяя новые значения параметров Q'рег, Н''рег, N'рег, η'рег. Дальнейшим прикрыванием дросселя можно получать новые режимы и новые положения рабочей точки а" и т.д. Наибольшая подача достигается при полностью открытом дросселе, следовательно, дроссельное регулирование применяется для уменьшения подачи. Из графика видно, что дросселирование уменьшает мощность нагнетателя, но вместе с тем повышает долю энергии, расходуемой на регулирование, поэтому оно неэкономично. Например, при регулировании подачи до Q'''рег напор, непроизводительно затрачиваемый в дросселе, определяется отрезком ∆Н" ординаты, а теряемая при этом мощность Энергетическая эффективность этого способа регулирования центробежных нагнетателей низка, однако из-за простоты он широко распространен. При указанном способе регулирования нагнетателей для жидкостей дроссель располагают на напорной трубе. Если поместить его на всасывающей трубе, то при дросселировании давление на входе в насос будет понижаться и возникающие при этом кавитационные явления будут нарушать нормальную работу насоса. В нагнетателях, подающих газы, дроссель может располагаться на входном и выходном патрубках. Регулирование изменением частоты вращения вала нагнетателя при n = var. В тех случаях, когда имеется возможность изменять частоту вращения вала двигателя, целесообразно регулировать подачу изменением частоты вращения. Пусть центробежная машина, включенная по схеме, приведенной на рис. 25, а, работает при n1 < n2 < n3 < n3. Нанесем на график (рис. 26) напорные характеристики динамического нагнетателя с частотами n1…n4 и характеристику сети С. Очевидно, что точки пересечения напорных характеристик нагнетателя с характеристикой сети, обозначенные на рисунке α1, α2, α3 и α4 определяют режимы работы нагнетателя при частотах n1, n2, n3, n4. Из рис. 26 видно, что изменением частоты вращения могут быть получены разные подачи Q′рег, Q′′рег, Q′′′рег, Q′′′′рег и соответствующие напоры. Мощности и КПД могут быть определены из соответственных характеристик по значениям Q′рег ….Q′′′′рег. Регулирование подачи этим способом от номинальной частоты, например n3, может проводиться как для увеличения, так и для уменьшения подачи. При регулировании изменением значения n дроссель открыт полностью, сопротивление его незначительно и нет затрат мощности в нагнетателе непосредственно на осуществление регулирования. Поэтому такой способ регулирования по затратам энергии на привод значительно выгоднее дроссельного. Известно, что для привода нагнетателей ограниченной мощности применяются асинхронные короткозамкнутые электродвигатели, у которых частота вращения регулируется трудно. Поэтому регулирование нагнетателей изменением значения n в предшествующие годы широкого распространения не получило. Для привода крупных нагнетателей большой мощности (насосы, турбокомпрессоры) применяются электродвигатели со ступенчатой или плавной регулировкой частоты вращения. В последние годы все большее применение находит способ использования автоматизированного электропривода с регулированием частоты вращения с помощью тиристорных и транзисторных преобразователей частоты (ТПЧ). На некоторых нагнетателях большой мощности находят применение установки со ступенчатым регулированием частоты вращения и дроссельным регулированием до необходимого значения подачи. Этот способ получил название смешанного регулирования.
Рис.26. График регулирования центробежной машины изменением частоты вращения
Регулирование направляющим аппаратом на входе в рабочее колесо. В нагнетателях большой мощности — вентиляторах, компрессорах и в редких случаях в насосах — применяется особый способ регулирования подачи направляющим лопаточным аппаратом, который располагается перед входом в рабочее колесо нагнетателя. Этот способ основан на уравнении Эйлера (8.7). Второй член правой части этого уравнения оценивает влияние тангенциальной составляющей С1u абсолютной скорости, т.е. закрутки потока при входе, на напор, развиваемый нагнетателем, и, следовательно, на его подачу. Значение С1u определяется углом входа потока в межлопастные каналы рабочего колеса, поэтому, изменяя угол входа специальными поворотными лопатками, получим различные значения Q, т.е. возможность регулировать нагнетатель.
На рис. 27, а показана конструктивная схема осевого направляющего аппарата центробежного вентилятора. Рисунок 27, б дает представление о радиальном направляющем аппарате. Из рис. 27, а видно, что конструкция осевого направляющего аппарата на входе более удобна при осевом подводе потока к машине (вентиляторы типа ВД). Осевые направляющие аппараты следует располагать в непосредственной близости от входа в колесо (чем ближе, тем лучше). Только в этом случае достигается эффективное регулирование. На рис. 28 показано изменение характеристик нагнетателя при данном способе регулирования. Они соответствуют трем различным положениям направляющего аппарата. Эти кривые обозначены соответственно через H1, H2, H3, N1, N2 и N3. При работе центробежной машины на заданную систему трубопроводов с характеристикой С, показанной на графике, получаются режимные точки α1, α2, и α3 определяющие подачи (расходы Q1 Qрег2, Qрег3). Мощности N1, Nрег2,, Nрег3 потребляемые при этом, определяются точками 1, II и III. Соединив плавной линией точки │, ׀׀ и III
Рис.27. Конструктивная схема центробежной машины: А – с осевым направляющим аппаратом на входе Б – с радиальным направляющим аппаратом на входе 1 – направляющие лопатки 2 – рабочее колесо получим линию изменения мощности машины при регулировании ее подачи направляющим аппаратом на входе. Эта линия лежит ниже линии мощности N1, что указывает на уменьшение потребления энергии при регулировании направляющим аппаратом на входе по сравнению с потреблением энергии при дроссельном регулировании при n = const.
Рис. 28. График регулирования подачи нагнетателя направляющим аппаратом на входе
|