§ 19.1]

Механические характеристики турбомеханизмов

Во многих случаях для облегчения условий пуска турбомеханизмов принимаются меры по его разгрузке. Для мощных вентиляторов, например, полностью закрывается направляющий аппарат, для турбокомпрес-сороа разгрузка производится соединением полости нагнетания компрессора с атмосферой либо с полостью всасывания. Однако и разгруженная турбомашина обладает значительным аэродинамическим сопротивлением, вследствие чего момент на валу турбомеханизма прн разгрузке составляет при номинальной скорости около 40 % номинального.

Начальный момент, развиваемый приводом /Мвдч пря угловой частоте вращения, равной нулю, должен превышать момент трогания турбомеханизма из состояния покоя Mjj который существенно больше Мр при вращения турбомеханизма. По данным [19.5] момент трогания для вентиляторов не превышает 115-120% Мр. Пря расчетах пусковых характеристик привода не рекомендуется начальный момент Мнач принимать меньшим, чем 25 % номинального статического момента сопротивления турбомеханизма.

Насосы обычно пускаются в ход при закрытой задвижке, т. е. во время пуска Q = 0. Такой способ пуска в большинстве случаев вызван желанием исключить удары я пульсации давления в гидравлической сети. Пуск пря закрытой задвижке, как правило, облегчает и условия работы приводаого даигателя.

Энергия, подводимая к турбомеханизму при закрытой задаижке, расходуется на перемешивание жидкости.

Поскольку напор, развиваемый насосом, и в этом случае пропорционален квадрату частоты вращения, а подача равна иулю, то определить механическую характеристику турбомеханизма можно, пользуясь формулами подобия. Зависимость момента от частоты вращения пря закрытой задаижке

М = М.

) ,

(19.26)

где Ло - момент сопротивления прн работе турбомеханизма с номинальной частотой вращения на закрытто задвижку.

Значение М зависит от коиструкции турбомашин Конструктивные особенности насосов характеризуютси так называемым коэффициентом быстроходаостн в определяемым по формуле

3,65Пно /Qho ией

(19.27)

По данным, приведенным а (193], на рис. 19.2 построены характеристики = = f (Q) насосов с различными коэффициентами быстроходаостн. Как видао нз этого графика, для большинства насосов Ро, а следовательно, и момент меньше 50 % номинального. Поэтому пуск дангателей этих турбомеханизмов при закрытой задаижке облегчается. Только некоторые насосы пропеллерного типа с крутопадающими характеристиками имеют более высокие значеняа Р,.

Турбокомпрессоры пря работе с закрытой задаижкой вследстаие малой плотности нагнетаемого вещества потребляют меньшую мощность Ро. Момент для турбокомпрессоров можно считать не превышающим 40 % номинального.

0,250,50 0,75 Щ Щн

Рис. 19.2. Зависимость полезной мощности от производительности насосов различного типа. ; п, = 65 (двусторонний вход); 2 - п 160;

280: S - п. =. 400; 5 -

= 210; 4 -

660.

В случае работы насоса с открытой задвижкой при малых частотах вращения иасетъ, характеристика которой имеет статическую составляющую напора, насос соеданяется с сетью через обратный клапан, который удерживает столб жидкости, пока иасос стоят. При включении насоса последний ио мере увеличения частоты вращения рашя-вает все больший иапор, одаако обратный клапан будет закрыт до тех пор, пока напор насоса не станет равным Н.

02 Dfl Ofi Qfi Ifl

Рио. 19.3. Пусковае характериствии турвонеха-ниэмов при работе иа сеть, oies противедавдеивя с отврытой (/) в эаврытой (2) эадввжвамв, с противодавлением п открытой аадввхкой (3).

, Это произойдет, когда частота вращения достигнет значения

(19.28)

Пря R < щая васос буаст работать так же, как я прн закрытой задаижке. Выше п ; обратный клапан откроется, и насос будет работать на сеть с расходом и напором, определяемыми (19.17) я (19.19).

Уравнениями (19.23) и (19.24) можно пользоваться и при работе с закрытыми задвижками или обратным клапаном, если п< mtn В этих случаях в (19.23) н (19.24) следует сопротивление сети R принимать бесконечно большим.

На рис. 19.3 представлены три возможных типа характеристик турбомеханизмов при пуске.

19.2. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

Центробежные насосы являютси массовыми и энергоемкими механизмами. На привод этих механизмов расходуется колоссальное количество энергии, составлиющее около 20 % всей электроэнер гни, выр абатываемой в стр ане.

чу жидкости циркуляционным насосом системы охлаждения нужно регулировать в зависимости от количества теплоты, подлежащей отводу; подача насоса водоснабжения должна изменяться соответственно режиму водопотребления.

2. Если даже и не требуется регулирования подачи насоса во время работы, то обеспечение требуемого, расхода связано с его первоначальной подрегулировкой. Например, если требуется для подачи жидкости на определенную высоту при постоянстве расхода и сопротивления гидросети насос с параметрами Qi и Hi, то выбирается по каталогу насос с ближайшим номинальным напором при данном расходе, т. е. Янои > Hi, дли работы с заданными параметрами напор насоса должен быть снижен с Яно до Щ. Если насос работает при неизменной частоте вращения, то простейшим и повсеместно применяемым способом регулирования его по-

j}?/o

80 40

1,4 2,8 Ч,гС1,10м/с О а)

<0

Рве. 19.4. Зависимость напора и КПД насоса типа ЦН150-100 от подани при рерудироваиии дрос-

селнрованаеи.

Мощность промышленных насосов лежит в пределах от еданиц до нескольких десятков тысяч киловатт. Мощности питательных насосов тепловых электростанций и насосов гидротехнических сооружений доходят сегодня до 25 ООО кВт и более. По назначению различают следующие группы насосов: коммунального и промышленного водоснабжения; погружные для подачи воды или нефти из скважин; циркуляционные; питательные; водоотлива; для транспорта нефти, угля и других продуктов.

Насосы, как правило, работают на сеть с противодавлением, причем статический напор в сети составляет обычно не менее 20 % полного напора. Исключением являются лишь циркуляционные насосы, которые могут работать на сеть, практически не имеющую статического напора.

Обычно насосы оснащаются нерегулируемым электроприводом. Регулировочные подачи осуществляются при этом практически единственным способом - дросселированием на стороне нагнетания.

Регулирование подачи насосов применяют в следующих случаях.

1. При необходимости регулирования количества жидкости, подаваемой насосом, в связи с требованиями технологического процесса или в связи со случайным изменением потребности в жидкости. Например, пода-

дачи является дросселирование, т. е. неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса. Это соответствует увеличению вредного сопротивления сети.

Если задвижка открыта полностью, то рабочей точкой ивляется точка А (рис. 19.4,а), которой соответствуют максимальная подача Qi и напор Hi. Прикрывая задвижку, т. е. вводя дополнительное вредное сопротивление i?3, вызывающее потерю напора ДЯ можно снизить подачу и перейти к работе в новой точке В с параметрами Qj и Я.

Этот способ регулирования подачи весьма прост, однако он крайне невыгоден с энергетической точки зрения, поскольку ведет к существенному снижению КПД агрегата. Это происходит по двум причинам: из-за дополнительной потери мошности в задвижке; вследствие ухудшения КПД самого насосного агрегата, поскольку переход от работы в точке А к работе в точке В сопровождается ухудшением его КПД (рис. 19.4, б).

Рассчитанные зависимости КПД от расхода при регулировании задвижкой и изменением частоты вращения приведены на рис. 19.5. Сравнение рассмотренных способов показывает чрезвычайную неэкономичность регулирования с помощью задвижек.

Насосные агрегаты обычно объединяются в насосные станции, при этом несколько иасосов работает параллельно иа одну сеть.

Рассмотрим сов.местную работу двух насосов на общую сеть. Если они работают с постоянной частотой вращения, то рабочая точка А (рис. 19.6) определяется пересечением их суммарной характеристики 2 с характерис-

40 20

1,40

Рис. 19.5. Зависимость КПД иасоса от подачи при регулировании задвижкой (/) н изменением частоты вращения (2).

тикой сети 1. Насосы работают прн этом с подачей Qj+ Q,j = Qj - Регулирование расхода может быть достигнуто дросселированием одного илн обоих насосов. При анализе совместной работы насосов падение напора в задвижке удобнее рассматривать как внутренние потери напора в насосе. Тогда при дросселнрованнн насоса наклон его характеристики будет возрастать. Если прикрыть задвижку так, что суммарная характеристика займет положение 3, то рабочей точкой будет

Рис. 19.6. Завнснмость напора от подачи прн совместной работе двух насосов на общую сеть и регулировании их подачи дросселированием одного нз насосов.

точка Б и результирующая производительность снизится до Qj.

Регулирование подачн насосной станции изменением частоты вращения насосов иллюстрируется рнс. 19.7. Если два насоса с суммарной характеристикой 2 работают на сеть С характеристикой 1 в точке А с производительностью и необходимо уменьшить их производительность до q, то это можно сделать двумя способами: уменьшить частоту вращения обоих насосов (их характеристики 5 и 4 и суммарная характеристика 2 для этого случая показаны на рис. 19.7) нли снизить, но более значительно, частоту вращения

одного из насосов, характеристика которого 5 при сниженной частоте вращения показана на рнс. 19.7. Регулирование производительности изменением частоты вращении одновременно двух насосов по своим показателям равноценно регулированию скорости насоса при его одиночной работе.

С точки зрения экономичности регулирования несколько более выгодным ивляется одновременное изменение частоты вращения всех параллельно работающих насосов. Однако Это связано с увеличением капитальных затрат на оснащение всех агрегатов регулируемым электроприводом. Поэтому для большинства насосных станций достаточно иметь только одни регулируемый агрегат и осуществлять более глубокое регулирование отключением отдельных насосов.

Рис. 19.7. Зависимость напора от подачи прн совместной работе двух иасосов на общую сеть н регулировании подачн изменением частоты вращения.

Мощность, кВт, даигателя центробежного насоса с учетом некоторого запаса на случайные неучтенные перегрузки составлиет:

Р = йз

PtQ 10-

где Р, - давление. Па; - КПД насосной установки (0,6 - 0,9); А, - коэффициент запаса мощности:

Мощность двигателя иасоса, кВт . . 1 1-2 2-6 5-60 80 Значение .... 1,35 1,25 1,17 1,12 1,08

Насосы, как правило, являются механизмами с режимами длительной нагрузки с большим числом часов работы в году; нагрузка на валу приводного даигатели спокойная, перегрузок ие возникает. Центробежные насосы явлиютсн быстроходаымн механизмами, номинальная частота вращении приводаого двигатели обычно не менее 600 об/мин; верхний предел частоты вращении для насосов ограничен значением 3000 об/мнн, лишь в редких случаях требуется более высокая номинальная частота вращения; наиболее совершенным способом регулирования производа-тельности насосов являетсй изменение частоты вращения их двигателей, даапазон регулирования которой обычно невелик; глубокое регулирование требуется лишь н от-