книги / Насосы и компрессорные машины

Если принять колеса нормальной быстроходности, то, принимая во внимание их значения (например, nSK= 80), можно написать:

80 = 3,65яjO - ,
	V~H\
откуда допустимый напор на одно колесо будет
Нх = 0,0165raV3Qv*м,		(154)
а число последовательно включенных колес
. _	Н_

Зависимость между nSK одного колеса и п$ насоса в этом случае будет:

/ij/f — 3,65га	/	Q	= 3,65га	V Q	=г = п&	/3	(155)
	У н \					*«
			/	ш

Для определения числа параллельно включенных колес (числа по­ токов) находят предельно допустимую величину производительности

Qi на одну сторону всасывания.		то
Если принять колеса с	nSK = 300,
300 = 3,65га
откуда	Ун?
	6800 н
Qx =		ма/сек.	(156)
Число параллельно включенных колес или число сторон всасыва­
ния ÎQ определится как
	h = -g-	■	(1 5 7 )
Зависимость между nSK и п$ в этом случае			будет:
nSK=	3,65 ^		(158)
	у н 3

Для насоса смешанной конструкции, чаться параллельно и последовательно, можно представить как

в котором колеса могут вклю­ зависимость между nSK и ns

		4951
О	VQV'IQ	У •«	(159)
nSK— 3,65га т-----—		= га. — =г
SK	/ iJL,3	У in
		IQ

По величине коэффициента ns вентиляторы разделяют на очень

тихоходные ns = 100 ~ 200;			тихоходные ns = 200 ~ 800; средней бы­
строходности	(нормальные)		ns = 800 ~ 1200;	быстроходные ns =
= 1000 ~ 4000	и	более.		получения больших
Быстроходные		вентиляторы применяют для

подач и малых напоров. Для колес с односторонним всасыванием ns обычно находится в пределах ns = 200 -f- 1000. Для колес с двухсто­ ронним всасыванием ns = 1400 -f- 1500.

При величине ns меньшей 200 рекомендуется переходить к много­ ступенчатым вентиляторам или ротационным машинам.

§ 17. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ НАСОСА (ВЕНТИЛЯТОРА)

Под регулированием понимается изменение основных параметров работы машины: подачи и напора.

Изменение подачи можно обеспечить следующими способами:

1)изменением степеней открытия задвижки на трубопроводе (дрос­ селированием жидкости);

2)изменением числа оборотов машины;

3) изменением угла установки лопаток рабочего колеса;

4)переключением ступеней многоступенчатого насоса с последо­ вательной работы на параллельную;

5)перепуском жидкости с напорной стороны во всасывающую по­

лость насоса (этот способ следует отнести к регулированию расхода

всистеме, а не в машине);

6)регулированием работы вентиляторов с помощью поворотных лопаток во входном направляющем аппарате.

Наиболее распространенными являются два первых способа. Тре­ тий способ может быть применен только для крупных машин, в кото­ рых возможна установка поворотных лопаток. Четвертый способ при­ меняется в насосах специального назначения.

Регулирование дросселированием жидкости. Данный способ ре­ гулирования сводится к прикрытию или открытию задвижки на нагне­

тательном трубопроводе. Регулировать подачу с помощью задвижки на всасывающей магистрали насоса не рекомендуется, так как это мо­ жет привести к срыву работы насоса. Регулирование дросселированием

сводится к	изменению	гидравлического сопротивления задвижки,
т. е. к изменению крутизны характеристики системы.			регулирования
На фиг.	95 показана	сущность такого способа

При полностью открытой задвижке рабочей точкой будет точка А Этой точке соответствуют: подача QA и напор На-

При прикрытой задвижке характеристика системы будет более крутой; рабочей точкой в этом случае будет точка В, которой будет соответствовать новая подача QB и новый напор Нп. Этот способ регу­ лирования простой, однако мало экономичный, вследствие дополни­ тельных потерь напора в задвижке Ък3.

Регулирование изменением числа оборотов Этот способ регули­ рования может быть применен в случае, если двигатель насоса позво­ ляет изменять его число оборотов Способ регулирования изменением числа оборотов также простой Сущность его заключается в переходе насоса или вентилятора на другую характеристику Q — Н (фиг. 96). При этом способе регулирования потери на дросселирование отсутству­ ют, следовательно, он является экономичнее предыдущего.

Фиг. 95. Регулирование дрос­	Фиг. 96. Регулирование чи­
селированием жидкости.	слом оборотов.

Регулирование вентиляторов. Кроме перечисленных способов ре­ гулирования, в вентиляторах число оборотов часто изменяют с помо­ щью гидравлических и магнитных муфт, помещенных между вентиля­ тором и двигателем. В центробежных (осевых) вентиляторах регули­ рование осуществляется с помощью направляющих аппаратов на входе путем изменения окружной составляющей скорости ciu, а следователь­ но, и характеристики вентилятора. Конструкции направляющих ап­ паратов могут быть самыми разнообразными. Эффективность направ­ ляющего аппарата центробежного вентилятора будет тем больше,

чем меньше отношение диаметров (выходного к входному) рабочего

колеса. Для регулирования больших центробежных вентиляторов приме­ няются главным образом осевые и упрощенные направляющие аппа­

раты	с поворотными лопатками, количество которых обычно равно
2 =	8-7- 12.

На фиг. 97 изображен осевой направляющий аппарат конструкции ОРГРЭС, а на фиг. 98 — механизм для поворота его лопаток. На фиг. 99 показан дутьевой вентилятор двухстороннего всасывания с осе­ вым направляющим устройством. На фиг. 100 приведена конструкция дымососа с упрощенным направляющим аппаратом, схема которого дана на фиг. 101.

Лопатки направляющего аппарата (фиг. 102) изготовляются из листовой стали толщиной 8—10 мм пластинчатого или крыловидного профиля.

Эффективность того или иного способа регулирования вентилятора в большой степени зависит от типа вентилятора и расчетного режима его

8

560

работы. На фиг. 103 изображены кривые зависимости потребляемой мощ­

ности G T глубины регулирования тг для вентилятора с лопатками,

* Р

загнутыми назад, ЦН= 53, и лопатками, загнутыми вперед, ЦВ = 55.

Под глубиной регулирования понимается отношение подачи при включенном регулирующем устройстве (I/) к подаче при нейтральном его положении Vp (Vp — расчетная подача). По оси ординат отложено отношение расчетной мощности N к мощности Nр при включенном ре­ гулировании. На основании изложенного можно сделать следующие выводы:

1) направляющие регулирующие устройства рекомендуется при­ менять для центробежных вентиляторов с небольшим отношением

а, 1.3-1.5.

2)при регулировании мощности электропривода насоса реостатом

вцепи ротора отношение ^ не имеет значения. Изменение мощности

Фиг. 99. Дутьевой вентилятор двухстороннего всасывания с осевым направляющим устройством.

Р-Р

Фиг. 100, Дымосос с упрощенным направляющим аппаратом.

/М

в

6

<*’иг. 102. Лопатки направляющего аппарата:

а — пластинчатый профиль; б — симметричный профиль; в — крыловидный профиль.

Фиг. 103. Графики	зависимости мощности от глубины регулирования
вентиляторов	при различных способах регулирования:
1— дросселирование; 2 — упрощенный направляющий аппарат;		3 — осевой направля­
ющий аппарат; 4 — гидромуфта; 6 — реостат в цепи ротора;		6 — изменение числа

оборотов при неизменном к.п.д. двигателя.

в этом случае зависит только от глубины регулирования и к. п. д. на расчетном режиме. Этот способ регулирования можно рекомендовать, если подача изменяется в широких пределах:

3) при незначительных изменениях подачи целесообразно приме­ нение направляющего аппарата;

4) если глубина регулирования у	> 0,73, то экономичнее будет
р	у

вентилятор с лопатками, загнутыми назад; если у - < 0,73, то эконо-

р

мичнее будет вентилятор ЦВ-55.

§ 18. НЕУСТОЙЧИВАЯ РАБОТА НАСОСА (ВЕНТИЛЯТОРА)

Как было отмечено выше, если характеристика насоса (вентилятора) имеет максимум, работа насоса (вентилятора) на восходящей ее ветви от нулевой подачи до точки с максимальным напором может быть не­ устойчивой. В результате неустойчивой работы возникают резкие ко­ лебания подачи и напора (помпаж), которые могут привести к сильным вибрациям, ударам и быстрому износу машины.

На фиг. 104 изображены характеристики насоса Н — Q и системы Не— Q, причем характеристика системы пересекает характеристику насоса в двух точках А и В. Это значит, что данный насос и система могут иметь две рабочие точки, два равновесных состояния. Вполне понятно, что насос одновременно не может подавать в сеть количество жидкости QA и QB, т. е. два равновесных состояния не могут быть од­ новременно.

Предположим, что' насос подавал количество жидкости QA (рабочая точка А). Пусп/в результате каких-то причин произошло вне­ запное кратковременное снижение статической части напора сети Нрс,

при этом расход в системе увеличился на величину		в резуль­
тате чего возникла разность напоров сети и насоса
АН = НС— Н.
Эта разность в данном случае будет положительной, т. е. ДЯ > 0 .
Недостающая часть энергии потока (Н <	Нс) в этом случае может быть
компенсирована за счет кинетической	энергии жидкости	в системе,

т. е. за счет уменьшения ее скорости. С уменьшением скорости в систе­ ме уменьшается подача и, когда последняя станет снова равной Qл, равновесное состояние восстановится.

Рассмотрим второй случай, когда рабочей точкой является точка В. Если в результате кратковременного повышения статической части напора системы НРс произойдет увеличение подачи на величину AQ/j и возникнет отрицательная разность напоров АН = Нс — Н < 0.

В этом случае избыток энергии жидкости (жидкость в насосе полу­ чает энергий Я, а отдает в систему только Не < Я) приводит к уве­ личению кинетической энергии жидкости в системе, ее скорости,

а следовательно, и к увеличению расхода Q, что, в свою очередь, приводит к еще большему отклонению работы насоса и системы от равновесного состояния.

Точно таким же образом можно доказать, что уменьшение подачи в точке А приведет к увеличению скорости в системе и восстановлению равновесия и, наоборот, к уменьшению скорости и нарушению равно­ весия системы, если рабочей точкой будет точка В. Таким образом восходящая ветвь характеристики насоса (в общем случае) характери­ зует неустойчивую работу, а нисходящая — устойчивую. Устойчивая

работа насоса может быть и на восходящей ветви характеристики при условии, если характеристика системы пересекает ее только в одной точке и если статическая часть напора системы Нрсменьше напора на­ соса при нулевой подаче (фиг. 105)

Н Рс =

+ z < Ho-

(160)

Срыв в работе насоса (вентилятора) при неустойчивой характери­ стике может наступить тогда,когда вследствие увеличения статической части напора характеристика системы будет пересекать характеристи­ ку насоса в двух точках и когда она «оторвется» от нее.

Фиг. 106 поясняет возникновение неустойчивой работы насоса. Пусть насос цодает жидкость в закрытый резервуар, давление над уровнем которого рк. Расстояние между нижними и верхними уровнями г\ из закрытого резервуара жидкость поступает в сеть; характеристика насоса имеет неустойчивую восходящую ветвь. Если расход в сети Qc будет меньше, чем подача насоса Q, уровень в закрытом резервуаре будет повышаться. Вместе с этим будет увеличиваться и давление рк, а следовательно, и статическая часть напора системы Нрс. Это значит, что характеристика системы из нижнего положения начнет подниматься па­ раллельно себе, и рабочая точка будет смещаться влево, в сторону умень­

шения подачи. Если расход в сети Qe будет меньшим, чем прирост подачи насоса, то может наступить такой момент, когда характеристика системы коснется характеристики насоса, а затем необходимый напор системы превысит напор насоса, последний прекратит подачу, и жид­ кость из верхнего резервуара потечет через насос в Приемный резер­ вуар. Обратный ток будет происходить до тех пор, пока потенциаль­ ный напор сети не станет равным напору насоса при холостом режиме,

Фиг. 106. Условия возникновения помпажа.

т. е. Нре = Н0. Как только напор Нрс станет меньше напора при холо­ стом ходе Н0, насос снова вступит в работу, и его работа будет харак­ теризоваться рабочей точкой А 0.

В рассматриваемом случае устойчивая работа насоса возможна только при Qc > Qk, в противном случае насос будет работать с перио­ дическими толчками. Работа насоса будет устойчивой на восходящей ветви только при Н ^ < Н0.

Одной из важнейших задач проектирования центробежных насосов (вентиляторов) является создание машин со стабильными характери­ стиками. Теоретические и экспериментальные исследования этого вопроса позволяют сделать вывод, что получения устойчивых (ста­ бильных) характеристик можно достичь путем уменьшения угла (32 [19] и уменьшения потерь от вихреобразования при малых подачах, путем выноса входных кромок лопаток в сторону всасывания, а в мно­ гоступенчатых насосах — применением первого или последнего коле­ са с большим коэффициентом быстроходности п8к, чем у остальных колес.