Сводные графики полей (зон) рабочих характеристик нагнетателей

 

При регулировании нагнетателей изменяется их КПД. Работа машины с низким КПД невыгодна, поэтому допустимые откло­нения КПД от его максимального значения регламентированы государственными стандартами или ведомственными нормалями. Для насосов допустимы режимы с КПД, отличающиеся на 7 % от максимального значения, вентиляторы должны работать в соот­ветствии с требованиями государственного стандарта так, чтобы КПД был не ниже 0,9 ηmax

Если на характеристике нагнетателя выделить участок с КПД не ниже допустимого, то получим область, называемую рабочей зоной нагнетателя.

Рассмотрим построение рабочих зон при различных способах регулирования нагнетателей.

Пусть нагнетатель регулируется изменением частоты вращения (рис. 29). Покажем на графике характеристики H=f(Q) для n_min и n_мах и проведем линии η _min= const и η_max = const. Этими линиями в графике выделяется заштрихованная площадь a—b— с—d, представляющая собой поле подач и напоров нагнетателя, удовлетворяющее условию

η≥η _min, где η_min — минимально допу­стимое значение КПД.

В случаях регулирования дросселем на напорной стороне связь между подачей (расходом, производительностью) и напором нагнетателя выражается графически по уравнению H=f(Q) един­ственной линией (рис. 30). Очевидно, что минимально допусти­мое значение КПД определяет участок ab напорной характерис­тики, для всех точек которого η≥ηmin. Следовательно, при n =const и регулировании дросселем поле рабочих параметров нагнетателя представляется участком ab напорной характеристики

 

 

Рис. 29. Построение поля ха­рактеристики машины с регу­лируемой частотой вращения

Рис. 30. Построение поля ха­рактеристики машины с дрос­сельным регулированием

 

В практике эксплуатации для расширения области применения динамических нагнетателей для жидкости центробежных насосов — применяют обрезку рабочих колес. Обрезкой называют уменьшение наружного диаметра D₂ рабочего колеса путем его обточки на токарном или карусельном станке. При этом геометрическое подобие нарушается, поэтому условия подобия и формулы пропорциональности для пересчета параметров при обрезке применять нельзя.

Опыт показывает, что обрезка приводит к следующим соотно­шениям между рабочими параметрами:

η = const

Из этих равенств, исключив диаметры, получим Н= aQ₂ - режимы, удовлетворяющие условиям (14), определяются зако­ном квадратичной параболы.

На рис. 31 показано построение рабочих зон характерней центробежного насоса с учетом обрезки;

 

Рис. 31. Построение поля характеристик насоса при 10%-ой обрезке рабочего колеса (а) и зависимость допустимой обрезки колеса от коэффициента

быстроходности'(б)

Колеса центробежных насосов допускают без заметного пони­жения КПД тем большую обрезку, чем меньше их быстроход­ность n_s. Максимальная обрезка составляет 10... 15 %.

Если в координатную систему Q, Н внести поля (рабочие зоны) подач и напоров разных типов насосов при различных их размерах и допустимой обрезке, можно получить сводные графики полей рабочих параметров. В качестве примера на рис. 8.32 представлены свободные графики Н = f(Q) для центробежных консольных на­сосов типа К и КМ.

Рис 32. Сводные графики, определяющие рабочие зоны центробежных консольных насосов типа К и КМ

 

На основе аналогичных рассуждений можно создать сводные графики вентиляторов различных типов, регулируемых входными направляющими аппаратами.

Сводные графики удобны для выбора нагнетателей в процессе проектирования насосных, вентиляторных и компрессорных ус­тановок.

При выборе нагнетателей для работы в определенных эксплу­атационных условиях на основании технологического процесса, в который включены нагнетатели, и расчета сети трубопроводов Должны быть заданы необходимые значения подачи Q и напора Н (или давления P).

Пользуясь заданными значениями Q и H, на сводном графике машин находят точку, попадающую в поле рабочих параметров определенного типоразмера машины с определенной частотой вращения (см. рис. 32).

 

9. Параллельное и последовательное соединения нагнетателей

В зависимости от условий эксплуатации и производственного назначения нагнетатели могут работать группами на общую трубопроводную сеть.

При групповой установке нагнетателей применяются два способа их соединения для совместной работы: параллельное и последовательное. Возможно и комбинированное соединение.

Параллельное соединение нагнетателей применяется при ограниченной подаче отдельных нагнетателей для покрытия неравномерного графика потребления сети с высокими расходами.

На рис. 33, а показана схема установки с тремя параллельно соединенными динамическими насосами. При параллельном соединении нагнетателей полная подача группы представляется сум­мой подач отдельных нагнетателей и выполняется так, чтобы имелась возможность выключения из работы любого нагнетателя.

Параллельное соединение дает большие удобства в процессе ре­гулирования подачи группой нагнетателей путем отключения от­дельных нагнетателей и регулирования подачи любого из них.

Если система, состоящая из нагнетателей и трубопроводной сети, не имеет значительной емкости, аккумулирующей расходы, и работает на покрытие суточного графика с переменными расходами (рис. 33, б), то в любой момент времени нагнетатели должны давать в сеть подачу, равную расходу в сети. В пиковой части графика нагнетатели должны обеспечивать подачу Qmax, в провалах графика Qmin.

Рис.33.Схема установки параллельно работающих насосов I…III (a) и суточный график подач установки центробежных насосов (б).

 

Если установка состоит из одного нагнетателя, то нагнета­тель должен быть выбран на расход Qmax и иметь возможность глубокого регулирования до подачи Qmin. Регулирование расхода связано с потерями энергии, и такой насос будет иметь низ­кий эксплуатационный КПД. Перерывы в подаче в сеть недо­пустимы, поэтому на случай ава­рии в установке должен иметь­ся второй насос с подачей не менее Q max, т.е резерв будет составлять 100%. Следовательно, при неравномерном графике расходов установка с одним рабочим насосом невыгодна из-за высокой стоимости резерва и больших потерь энергии при эксплуатации.

Если принять к установке два насоса, то резерв будет снижен до 50% и эксплуатационная эффективность будет повышена.

В целом увеличение количества рабочих нагнетателей уменьшает резерв и до определенного предела увеличивает эффективность эксплуатации.

На рис. 34, а представлена схема двух центробежных насосов при параллельном соединении, их напорные характеристики H1 и H11 и общая характеристика, которая без учета сопротивления соединительных трубопроводов получается путем сложения абс­цисс характеристик отдельных насосов для постоянных ординат H1= const. Точка пересечения общей характеристики с характери­стикой системы Hс определяет рабочую точку параллельно рабо­тающих насосов. Очевидно, что

Q_{׀ + ׀׀} < Q_׀ + О_׀׀, т.е суммарный расход параллельно работающих насосов меньше суммы расходов каждого насоса при индивидуальной работе на ту же сеть.

Рис. 34. Характеристики совместной работы насосов: а - при параллельном соединении; б — при последовательном соединении

 

Параллельное соединение насосов наиболее эффективно при пологой характеристике системы (сети), что подтверждается срав­нением расходов в сети Нс и H^′c.

Последовательное соединение нагнетателей применяется для повышения напора, развиваемого установкой в целом. В этом случae выходное отверстие первого по ходу жидкости (газа) нагнета­теля соединится трубопроводом с входом последующего нагнета­теля.

Массовые подачи нагнетателей, если нет утечек и отборов, в этом случае одинаковы. Для насосов, подающих жидкость с плотностью ρ = const, одинаковы и объемные подачи.

На рис. 34, б представлена схема двух центробежных насосов при последовательном соединении, их напорные характеристики H1 и H11 и общая характеристика H₁₊₁₁. Общая напорная характеристика строится путем суммирования ординат характеристик от­дельных насосов при Q₁ = const. Точка пересечения общей характе­ристики системы (сети) Н_с определяет рабочую точку последова­тельно соединенных насосов. Очевидно, что

H₁₊₁₁ < H₁ + H₁₁

т. е. суммарный напор последовательно соединенных насосов мень­ше суммы напоров каждого насоса при индивидуальной работе на ту же сеть.

Последовательное соединение насосов экономически себя оп­равдывает при крутых характеристиках системы с малым значением Нст, что подтверждается сравнением напоров в сети Hс и H₁c.

Из рис. 34, 6 следует, что при последовательном соедине­нии увеличивается как суммарный напор, так и несколько увеличивается общий расход Q_{1 + 11}. Это положение легко объяснить энергетически: включение второго насоса последовательно к первому увеличивает энергию потока. Для равновесного, ус­тойчивого состояния системы должна соответственно возрасти энергия, затрачиваемая в общем трубопроводе на выходе из второго насоса, а это возможно только при увеличении подачи и напора установки.