Работа центробежного насоса в системе

Насосная установка и сеть трубопроводов образуют единую систему, характеризуемую равенством подачи насоса и расхода, проходящего в сети, а также равенством напоров насоса и расхода в сети. В общем случае энергия насоса, эквивалентная его напору, расходуется для подъема жидкости на высоту  ζ₂ — ζ₁,  создания давления в системе  p₂ — p ₁  и преодоления суммарных сопротивлений  h_п1 — h_п1  (рис.1).

Статический напор  Н_ст = (p₂— p₁) ⁄ ρ ⋅ g + (ζ₂ — ζ₁)  можно считать независящим от расхода сети; гидравлические потери в сети приближенно пропорциональны расходу во второй степени:  h_п1 + h_п2 = ζQ²

Тогда для сети верно  H_с = H_ст + h_p + (v₂² — v₁²) / 2g = A + BQ²

Характеристикой сети  называется графическая зависимость напора в сети  H_c  от расхода сети  Q

Графически установившееся равновесное рабочее состояние системы  насос - сеть  определяется точкой пересечения характеристик насоса и сети, которая называется  Рабочей точкой . Для известных характеристик насоса и сети може быть только одна рабочая точка, определяющая устойчивый рабочий режим системы. По условиям эксплуатации расход сети может меняться. При этом будет меняться и напор, расходуемый сетью и, следовательно, положение рабочей точки. Ясно, что всякое новое положение рабочей точки может быть получено изменением формы и положения характеристик насоса и сети.

Регулирование работы

Регулирование работы насосной установки необходимо для изменения основных ее параметров: подачи  Q  и напора  Н ; при этом меняются значения  N  и η

Регулирование может осуществляться воздействием на элементы сети (с изменением характеристик сети) или же воздействием на насос (с изменением формы и положения характеристики насоса). Одним из наиболее распространенных методов изменения характеристики сети является способ дросселирования задвижкой, установленной на напорной линии насоса.

Дроссельное регулирование  - это наиболее распространенный, простой и надежный способ регулирования, который осуществляется дросселем, расположенным на напорной линии насоса, обычно вблизи него. По мере закрытия дросселя увеличивается сопротивление и соответсвенно уменьшается подача. Каждому положению дросселя соответсвует новая характеристика сети, благодаря чему характеристика  Q — H'_тр  сети поднимается более круто (рис.2) и пересекает характеристику насоса в режимной точке 2, соответствующей требуемой подаче  Q₃ . При этом напор в системе равен  H₃ , а насос развивает напор H₂ .
Следовательно, энергия  N = Q₃⋅ p , где  p = H₂ — H₃ , теряется вследствие увеличения местного сопротивления в задвижке.

Полезная мощность насоса для обеспечения работы системы в точке 3 равна  N₃ = Q³p₃

Затрачиваемая мощность насосной установки в этом случае определяется по следующей формуле  N = Q₃ p₂ / η

Теперь можно вычислить КПД насосного агрегата следующим образом  η = N₃ / N = η₂ p₃ / p₂

Из указанного тождества видно, что КПД агрегата уменьшается с увеличением разности между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым в сети.

В силу существенных недостатков (неэкономичность и возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи) способ дроссельного регулирования целесообразно применять на небольших насосных агрегатах, имеющих плавную рабочую характеристику, где регулирование требуется в течении короткого времени.

Регулирование изменением частоты вращения .
При изменении частоты вращения  n_i  напорные характеристики насоса  H = ƒ(Q)  представляют собой конгруэнтные кривые и рабочая точка, перемещаясь по характеристике сети, дает различные значения подачи  Q_pi .

При крутых характеристиках системы  H_c  и малых значениях  H_ст , этот метод не приводит к большим дополнительным потерям в гидравлической системе, так как в любых режимах напоры насоса в сети всегда равны между собой. А КПД насосного агрегата  η_н.у  примерно равен КПД насоса (проточной части)  η_i .

Если характеристика сети  H'  имеет значительную составляющую  H'_ст , то изменение режима работы насоса будет связано с дополнительными потерями за счет отклонения КПД от зоны максимальных значений.

Регулирование режима работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса является наиболее экономичным. Частоту вращения рабочего колеса насоса можно изменять двигателями с переменной частотой вращения (электродвигателями постоянного тока, электродвигателями переменного тока с преобразователями частоты, паровыми и газовыми турбинами).

Регулирование перепуском (байпасирование)
При этом способе регулирования требуемая подача системы (насос-сеть) достигается возвратом из напорного трубопровода обратно на всасывающий части подачи насоса.