 |
Оценка способов плавного регулирования подачи воды насосными агрегатами
|
|
|
|
Сравнительный анализ основных способов изменения подачи насосных агрегатов (НА) целесообразно провести путем сравнения их выходных характеристик (зависимость давления на выходе от подачи в системе с разомкнутой обратной связью) H(Q), а энергетических показателей (зависимость потребляемой мощности и КПД от подачи в системе с замкнутой обратной связью) - P(Q) при установившихся режимах работы.
Изменение подачи НА, равно как и регулирование, без изменения конструкции, теоретически возможно осуществить:
1) За счет изменения проходного сечения всасывающего или нагнетательного трубопровода (дросселирование на всасе или в напорном коллекторе);
2) За счет впуска воздуха в рабочую часть всасывающего трубопровода;
3) За счет сброса части поднятой насосом воды обратно в аванкамеру;
4) За счет изменения частоты вращения рабочего колеса насоса.
Из перечисленных выше способов наибольшее распространение на
практике получили:
1. Дросселирование в напорном патрубке НА;
2. Частичный сброс части поднятой НА воды обратно в аванкамеру;
3. Изменение угловой скорости вращения рабочего колеса насосного агрегата.
Поскольку между дросселирующим органом, установленным в напорном трубопроводе, и выходным патрубком НА расстояние незначительно, то потерями давления по длине трубопровода между ними можно пренебречь и задвижку совместить с НА. Такое представление НА вполне допустимо с точки зрения получения практических результатов и упрощения математического описания выходных характеристик.
Представив с достаточной для практики точностью безразмерную характеристику насоса в виде (2.2) при номинальной (ω = l) скорости вращения рабочего колеса, получим:
|
|
|
(2.57)
где ho, b, rн — коэффициенты, найденные при аппроксимации характеристики насоса квадратным трёхчленом. Опишем выходные характеристики НА соответственно для регулирования подачи дросселированием, сбросом и изменением частоты вращения рабочего колеса насоса:
(2.59)
(2.60)
где 
- потери давления на дроссельном органе;
- потери расхода при сбросе;
ω - относительная частота вращения рабочего колеса насоса (по отношению к базовой);
rз,С - параметры проходных сечений дросселя и сброса.
Выходные характеристики основных способов регулирования подачи НА обеспечивают устойчивую работу систем водоподачи, начиная с расходов, определённых точками их экстремумов:
; 
(2.61)
; 
(2.62)
; 
(2.63)
где: 
- точка перегиба характеристики насоса.
Сравнение рассматриваемых способов удобней и наглядней провести на примере стабилизации давления на выходе НА.[ 17,18]. При этом (рисунок 2.8) система со сбросом обладает большим запасом устойчивости по расходу и меньшим по давлению, чем система с дросселированием. Запас устойчивости этих систем, как по давлению, так и по расходу снижается с увеличением уровня стабилизируемого давления.
Иная ситуация при регулировании частотой вращения: здесь, в соответствии с (2.60), при произвольном уровне стабилизации, устойчивая работа обеспечивается только начиная с расхода 
где: 
минимальная частота, при которой обеспечивается уровень стабилизируемого давления 
.
Как видно из анализа (2.61), (2.63), система с частотным регулированием обладает наименьшим запасом устойчивости.
Управляющие воздействия рассматриваемых способов стабилизации определяются из (2.58) - (2.60).
(2.64)
1 -естественная характеристика насоса;
2,3 -искусственные характеристики при дросселировании напорной задвижкой;
4,5 - искусственные характеристики при регулировании скорости рабочего колеса насоса;
|
|
|
6,7 – искусственные характеристики при регулировании обратным сбросом.
Рисунок 2.8 - Регулировочные характеристики насосного агрегата:
(2.65)
(2.66)
При условии выполнения (2.64) - (2.66), КПД установившихся режимов стабилизации давления рассматриваемыми способами будут иметь вид (рисунок 2.9)
, (2.67)
, (2.68)
, (2.69)
где: 
- 0,95 - принятый кпд преобразователя, управляющего частотой
вращения двигателя насоса.
Мощность, потребляемая при дросселировании, описывается паспортной кривой зависимости мощности от подачи при номинальной скорости насоса:
(2.70)
В то время, как при регулировании сбросом эта мощность постоянна
(2.71)
1 - для полностью открытого насоса;
2, 3, 4 - в режиме стабилизации дросселированием;
6, 7, 8 - в режиме стабилизации сбросом, для hст = 1.0;0,9;0,8;
5 - в режиме стабилизации частотой вращения.
Рисунок 2.9. Зависимость КПД от расхода
и определяется его подачей при требуемом уровне стабилизации.
Наиболее экономичным (без учёта потери мощности в преобразователе) является частотное регулирование подачи, при котором потребляемая мощность зависит от скорости вращения рабочего колеса и описывается (2.3)
(2.72)
Очевидно, что каждый из рассмотренных способов регулирования имеет свои достоинства, использование которых в каждом конкретном случае может принести положительный эффект.
Выводы по разделу
Разработана эквивалентная электрическая схема замещения центробежного насосного агрегата.
Изучены и выявлены технологические особенности преобразования подведенной механической энергии в гидравлическую энергию движущегося потока в центробежном насосе.
Выявлено, теоретически обосновано и подтверждено экспериментально
наличие объективно существующего отставания скорости изменения технологических параметров центробежного насоса (подача и напор) от изменения угловой скорости вращения рабочего колеса.
Предложены математические зависимости, подтвержденные экспериментальными исследованиями, характеризующие работу НА, как звена автоматического регулирования второго порядка (имеющего две постоянные времени).
|
|
|
Получены математические выражения, описывающие параллельную работу однотипных и разнотипных насосов, работающих на общий коллектор ПНС и характеризующие качественную и количественные стороны водоподачи.
Предложена эквивалентная электрическая схема замещения центробежного насосного агрегата.
Энергетические показатели НА при частотном управлении до расходов,
определяемые точками пересечения характеристики 2,3,4,6,7,8 с кривой 5 (рисунок 2.8) выше, чем при дросселировании и сбросе.
Частотное управление не обеспечивает статической устойчивости системы на всём диапазоне расходов.
Энергетические показатели НА при дросселировании выше, чем при сбросе и с увеличением уровня стабилизации приближаются, а, начиная с расходов, определённых в п. 1 - превосходят показатели частотного регулирования.
Дросселирование обеспечивает статическую устойчивость НА на всём
диапазоне изменения расходов.
3 Исследование оптимальных режимов управления системой водоподачи на виртуальной модели в среде Matlab
|
|
|
