Регулирование подачи центробежного насоса

Количество жидкости, подаваемой насосом в сеть, определяется нуждами потребителей. Поэтому на практике почти всегда приходится прибегать к регулированию подачи, которая достигается дросселированием напорного трубопровода и изменением частоты вращения рабочего колеса.

Дроссельное регулирование. Каждая насосная установка оснащается запорной задвижкой, устанавливаемой за насосом. При уменьшении расхода в сети возникает необходимость изменить подачу насоса. Прикрывая задвижку, изменяют (увеличивают) сопротивление системы. Создаваемый насосом напор увеличивается. Это приводит к снижению подачи в соответствии с характеристикой насоса.

Н а рисунке справа показано регулирование подачи задвижкой за счет изменения степени ее открытия. Кривые 1, 2 и 3 называют дроссельными характеристиками трубопровода.

Дроссельным способом регулирования можно менять подачу в широком диапазоне. Этот вид регулирования прост, надежен и наиболее часто применяется при эксплуатации насосных установок. Но он требует дополнительных затрат энергии на преодоление потерь в задвижке.

Регулирование работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса. В основе этого способа лежит закон пропорциональности, из которого следует

.

С помощью этих уравнений можно произвести перестроение характеристики насоса H₀=f(Q₀) при номинальной частоте вращения рабочего колеса n₀ на любую иную частоту вращения n_i.

И з рисунка справа видно, что, изменяя число оборотов насоса, можно получить требуемую подачу в сети. Рассматриваемый способ регулирования не вызывает дополнительных потерь энергии, поскольку напор в сети соответствует напору, развиваемому насосом. Недостаток этого способа изменения подачи состоит в использовании более дорогого привода насоса с регулируемой частотой вращения.

Для увеличения подачи жидкости осуществляют параллельную работу нескольких насосов. Построение результирующей характеристики такой системы производят путем сложения подач каждого из насосов при одинаковых значениях напоров.

Когда требуется повысить напор в системе, используют последовательное соединение нескольких насосов. В этом случае результирующую характеристику получают сложением напоров каждого из насосов при одинаковых значениях подач.

Кавитация в насосах

Под кавитацией понимают комплекс механических и электрохимических явлений возникающих в потоке в результате снижения давления ниже давления насыщения жидкости при данной температуре. При этом из жидкости начинают выделяться пар и растворенные в ней газы. Кавитация сопровождается шумом, ухудшением энергетических характеристик насоса и разрушением его конструктивных элементов. При развитой кавитации, когда паро-газо-водяная смесь заполняет все межлопаточное пространство, происходит разрыв сплошности потока и "срыв" (прекращение) подачи.

Согласно ударной гипотезе кавитационного разрушения в зоне "схлопывания" кавитационного пузырька давление достигает весьма больших значений, возникают местные гидравлические удары, которые, в конечном итоге, приводят к разрушению металла.

Для безкавитационной работы насоса необходимо соблюдать требование: минимальное абсолютное давление в насосе должно быть больше давления насыщения при данной температуре

.

Величиной, характеризующей безкавитационную работу насоса, является кавитационный запас – разность между удельной энергией потока на входе насоса и энергией, соответствующей давлению насыщения.

. (3.8)

Значение кавитационного запаса, при котором возникает кавитация, называют критическим. Режим работы насоса, когда при неизменной подаче начинается падение напора, называют первым критическим режимом. Ему соответствует первый критический кавитационный запас  h_I. При дальнейшем уменьшении кавитационного запаса h кавитационная каверна расширяется и приближается к концу рабочей лопатки. При некотором значении h_II она теряет устойчивость, и это сопровождается резким снижением напора.

Для того чтобы насос не работал в режиме кавитации из-за неточности учета всех факторов на нее влияющих, в качестве допустимого кавитационного запаса принимают величину, на (10…30)% большую h_I, то есть

.

Выразим удельную энергию потока на входе в насос из уравнения Бернулли, записанного для участка всасывающего трубопровода, расположенного между сечениями, соответствующими свободной поверхности жидкости и входному патрубку насоса.

.

Подставим полученное выражение в уравнение для определения кавитационнго запаса (3.8)

.

Заменим h на допустимый кавитационный запас. Выразим из последней зависимости высоту всасывания. Найденная величина представляет собой допустимую высоту всасывания

,

превышение которой при монтаже насоса приведет к описанным здесь негативным явлениям.