8420
.pdf110
работы установки. При этом приходится дублировать оборудование, т. е. на ка-
ждую установку ставить два−три насоса или вентилятора. Однако такое реше- ние неэкономично. Более рационально к двум-трем действующим машинам иметь одну резервную, которая включается при выходе из строя любой из ма- шин.
При совместной работе машин могут встретиться два основных случая: работа машин при их параллельном соединении; работа машин при их последо- вательном соединении. При этом совместно работающие машины могут быть одинаковыми (с одинаковыми характеристиками) и работать в одинаковом ре- жиме или же могут иметь разные характеристики. Для каждого случая необхо- димо изучить способ построения характеристики совместно работающих ма- шин, а также учитывать особенности совместной работы машин в общей сети.
4.5.1. Параллельная работа машин Включение машин в сеть параллельно соответствует случаю, изображен-
ному на рисунке 4.12, а. Сеть является общей для обеих машин (за исключени- ем участков сети между точками А и В). Совершенно очевидно, что если произ-
водительность машины 1 равна L1, а машины 2 − L2 , то на общих участках рас- ход будет равен их сумме Lобщ = L1 + L2 .
В некоторых случаях общий участок сети расположен либо на всасываю- щей, либо на нагнетательной ее части. Участки сети на нагнетательной линии (рис. 4.12, б) или на линии всасывания (рис. 4.12, в) являются самостоятельны- ми. Такое соединение машин в сети называется «полупараллельным». Однако и в этом случае сохраняется указанная выше зависимость.
Построение характеристики двух одинаковых машин с одинаковой час-
тотой вращения заключается в удвоении производительности L по характери- стике одной машины при заданном давлении р (рис. 4.13), т.е. при заданной ординате р увеличивают в два раза абсциссы L линии р − L′ характеристики машины. По полученным точкам строят совместную характеристику двух ма-
111
шин (линию р − L′′ ).
Режим работы нагнетателя в сети определяется точкой пересечения харак- теристики сети с совместной (суммарной) характеристикой нагнетателя (точка
А′′ ).
Общий расход воздуха, перемещаемый по сети, составит L′′, развиваемое двумя параллельно установленными нагнетателями давление − p′′. Каждая из машин при этом будет работать в режиме, определяемом точкой пересечения линии А′′− p′′ с характе-
ристикой p − L′ для одной
машины (точка А′′). Этой
1
точке соответствует рас- ход L′′2 , что следует из правила построения ха- рактеристики параллель- но включенных машин.
Проведем перпенди-
куляр из точки А′′ на ось
1
абсцисс и на его пересе-
чении с линией мощности каждого из нагнетателей
N− L′ найдем точку, оп- ределяющую мощность каждой из двух параллельно работающих машин N ′′ . Общая установочная мощность в этом случае равна удвоенной величине, т. е.
Nобщ = 2N ′′.
Если выключить одну из двух работающих машин, то характеристика сети несколько изменится. При выключении машины потребуется перекрыть сеть выключенной машины, т.к. без этого неизбежно возникнет движение жидкости из точки В в сторону точки А (рис. 4.12,а). При перекрытии сети общее сопро- тивление неизбежно возрастет. Левая характеристика на рисунке 4.13 учитыва-
112
ет увеличение сопротивлений в сети по сравнению с характеристикой сети при двух работающих машинах.
Режим машины, продолжающей работать в сети, определится пересечени- ем характеристик сети и работающего нагнетателя в точке A′. Эта точка позво- ляет найти расход нагнетателя L′ и давление p′ , развиваемое им. Мощность потребляемая машиной равна N ′ . Сравнивая режимы работы в сети двух па- раллельно соединенных машин и одной машины, можно констатировать: про- изводительность одной работающей машины в общей сети меньше, чем двух работающих машинах ( L′ < L′′ ); однако эта производительность больше той, которую дает каждая машина при параллельном включении ( L′ > L′′ / 2 ); мощ- ность машины, работающей в сети при выключенной второй машине, увеличи- вается по сравнению с мощностью этой же машины при параллельном соеди- нении двух нагнетателей ( N ′ > N ′′).
Рис. 4.13. Характеристика двух одинаковых параллельно включенных машин
Последнее обстоятельство заслуживает серьезного внимания, т.к. при вы- ключении одной из машин двигатель другой будет перегружаться, что может
113
привести к его перегреву и выходу из строя. Поэтому, если в сети работают два параллельно включенных нагнетателя, то при выключении одного да них необ- ходимо не только полностью перекрыть отключенную ветвь сети, но и одно- временно задросселировать сеть, в которой машина продолжает работать. Для того, чтобы мощность двигателя работающей машины не менялась, необходи-
мо, чтобы характеристика сети в этом случае проходила через точку А′′ (рис.
1
4.13). Это возможно, если в сеть ввести дополнительное сопротивление, обо-
значенное на рисунке 4.13 величиной |
p = p |
′′ |
′′ |
. Как видно из рисунка, до- |
|
− p1 |
полнительное сопротивление может превышать само сопротивление сети, со-
ставляющее |
′′ |
при расходе L |
′′ |
2 |
, нормальном для одной машины. |
p1 |
|
Указанная выше неизбежность увеличения мощности работающего нагне- тателя при остановке одной из двух работающих машин, и необходимость про- водить каждый раз регулирование сети являются причиной того, что парал- лельное включение машин осуществляется сравнительно редко, только в слу- чаях крайней необходимости.
Рис. 4.14. Характеристика радиального
нагнетателя в квадрантах
Для анализа условий парал- лельной работы двух машин с раз-
ными характеристиками в общей сети необходимо знать харак- теристику машины в квадрантах.
При работе одного нагнетателя в сети давление и расход всегда по- ложительны и построение харак-
теристики машины достаточно лишь в первом квадранте с орди- натами + р и +L.
При совместной работе нагне- тателей, особенно с разными ха- рактеристиками, необходимо знать
114
распределение характеристики р−L в области других квадрантов: второго, когда производительность нагнетателя отрицательна; четвертого, когда нагнетатель работает при отрицательных давлениях (рис. 4.14).
Условия работы испытываемого нагнетателя во II и IV квадрантах могут
быть искусственно созданы при лабораторных испытаниях с помощью камер поддува. В результате этих испытаний строят участки характеристик, соответ- ствующие области отрицательных расходов и отрицательных давлений.
При параллельной работе в сети двух нагнетателей с разными характе-
ристиками суммарная характеристика строится также, как и для одинаковых машин: суммируются производительности при равных давлениях (рис. 4.15).
Характеристика (р− L )1 построена для машины 1, характеристика (р− L )2 − для машины 2. Суммарная характеристика двух машин изображена линией
Рис. 4.15. Совместная характеристика двух параллельно включенных машин с
разными характеристиками
115
. При этом приходится учитывать характеристику нагнетателя 2 в
области отрицательных расходов.
Для анализа работы двух неодинаковых параллельно установленных на- гнетателей на рисунке 4.15 приведены три различные характеристики сети: I, II
и III.
При относительно пологой характеристике сети (сеть I) работа двух раз- ных машин по существу не отличается от работы двух одинаковых. Общая
′′ |
|
развиваемом давлении |
′′ |
|||
производительность обеих машин равна L1 при |
|
p1 |
||||
(точка I). Если одну из машин (2) выключить, |
то |
производительность |
на- |
|||
′ |
|
′ |
|
′ |
), т.е. и произ- |
|
гнетателя I будет равна LI , а развиваемое давление |
р1 (точка I |
|
водительность и развиваемое давление двух работающих машин меньше, чем
одной ( L′′ > L′ , p′′ > p′ ).
1 1 1 1
При более крутой характеристике сети (сеть II), проходящей через точку пересечения характеристики нагнетателя I (p− L )1 и совместной характеристики нагнетателей 1 и 2 (p− L )1+2 , рабочий режим определится точкой II. Эта точка будет соответствовать как режиму работы в сети двух нагнетателей, включен- ных параллельно, так и режиму работы нагнетателя 1 при выключенном нагне- тателе 2. При заданной сети II производительности и давления окажутся одина-
|
′′ |
′ |
′′ |
′ |
|
|
|
ковыми, т. е. LII |
= LII , |
рII |
= рII . |
|
|
|
|
|
При круто восходящей характеристике сети (сеть III) рабочий режим двух |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
нагнетателей определяется точкой III. Соответствующий расход составляет LIII |
|||||||
|
′′ |
|
|
|
′ |
будет рабочей точ- |
|
и давление pIII . При выключении нагнетателя 2 точка III |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
′′ |
|
кой машины 1. Этой точке соответствуют производительность LIII и давление |
|||||||
′′ |
. Производительность и давление, развиваемые одной машиной 1, больше, |
||||||
pIII |
|||||||
|
|
|
|
|
|
′ |
′′ |
чем двумя параллельно работающими нагнетателями 1 и 2, т. е. LIII |
> LIII и |
||||||
′ |
′′ |
|
|
|
|
|
|
pIII |
> pIII . |
|
|
|
|
|
|
Таким образом, при относительно пологой характеристике сети (сеть I) параллельное включение двух машин с различными характеристиками целесо-
116
образно. При более крутой характеристике (сеть II) параллельное включение второй машины не дает увеличения ни производительности, ни давления. При очень крутой характеристике сети параллельное включение двух машин с раз- личными характеристиками нецелесообразно, т.к. ведет к уменьшению пере- мещаемого расхода и развиваемого давления.
Итак, следует избегать параллельного включения нагнетателей с разными характеристиками в общую сеть. При необходимости такого включения следует проверять целесообразность такого решения.
4.5.2. Последовательная работа машин
Последовательное соединение машин приведено на рисунке 4.16. Оба на- гнетателя (I и II) включены таким образом, что жидкость, прошедшая через на- гнетатель I, поступает из него в нагнетатель II и далее в сеть. На рисунке также показано распределение полного давления в сети. На участке до нагнетателя I возникает разрежение pвс′ . В нагнетателе I давление повышается до значения pн′ , а в соединительном участке между машинами несколько снижается. Перед
всасывающим отверстием нагнетателя II давление падает до величины p′′ , по-
вс
сле чего в нагнетателе II оно повышается до величины p′′ . Каждая из машин
н
развивает давление, равное разности давлений на линии нагнетания и всасыва-
ния. Для нагнетателя I оно достигает значения p′ , для нагнетателя II − p′′.
Рис. 4.16. Схема последовательного соединения двух машин
117
Из графика следует, что давления, развиваемые последовательно включен- ными машинами, суммируются, а расход жидкости на всем протяжении сети L постоянен. Включенные последовательно машины при этом могут быть одина- ковыми, т. е. иметь идентичные характеристики, или с характеристиками раз- личного очертания.
Построение характеристики двух одинаковых, последовательно включен-
ных нагнетателей, работающих в одинаковом режиме по частоте вращения, за- ключается в удвоении давления, определенного по характеристике одной ма- шины, при сохранении равенства расходов: не меняя значений абсцисс, уве-
личивают в два раза ординаты р линии р− L′ . По полученным точкам строят суммарную характеристику двух машин р− L′′.
Рис. 4.17. Характеристики двух последовательно включенных машин: а − с оди- наковыми параметрами; б − с различными параметрами
Режим работы в сети двух последовательно включенных машин опреде-
ляется точкой пересечения характеристики сети с суммарной характеристикой
р− L′′ (точка A′′, рис. 4.17, а). В соответствии с найденной рабочей точкой A′′ расход жидкости в сети составит L′′ при общем развиваемом нагнетателями
|
|
|
|
118 |
|
|
|
|
||
давлении p′′. Каждая из машин при этом будет работать в режиме, |
определяе- |
|||||||||
|
|
′′ |
− пересечения линии A |
′′ |
− L |
′′ |
с характеристикой р− L |
′ |
для одной |
|
мой точкой A1 |
|
|
|
|||||||
машины. Давление, |
|
|
|
|
′′ |
и опреде- |
||||
развиваемое каждой из работающих машин p1 |
||||||||||
ляемое |
|
точкой |
′′ |
очевидно, составит |
половину общего давления, т, е. |
|||||
|
A1 , |
|||||||||
′′ |
′′ |
2 , что вытекает из правила построения характеристики двух последо- |
||||||||
p1 = p |
|
|||||||||
вательно включенных одинаковых машин. |
|
|
|
|
||||||
Пересечение перпендикуляра из точки |
′′ |
|
|
|||||||
A1 с линией мощности каждой из |
двух последовательно включенных машин определяет потребляемую мощность каждой из них N ′′ . Общая мощность установки в этом случае составляет удво- енную величину Nобщ
Если выключить одну из двух работающих машин, то характеристика сети несколько изменится. Работающая машина должна будет перемещать жидкость через выключенную. Последняя в этом случае явится дополнительным сопро- тивлением в сети для нагнетателя рн . Характеристика сети при выключенной машине р1 определяется выражением p1 = p2 + pн . Здесь p2 − потери дав-
ления в сети при работе двух машин (рис. 4.17, а).
Режим работы машины, продолжающей подавать жидкость в сеть, оп-
ределяется пересечением характеристик сети и р − L′ в точке А'. Эта точка по- зволяет определить развиваемое давление p′ и расход L′ . Мощность, потреб-
ляемая машиной при этом, будет равна N ′ .
Сравнивая режимы двух последовательно включенных машин с режимом одной из них при выключении второй, можно сделать следующие выводы. Давление, развиваемое одной машиной при работе в сети p′ , уменьшится, од-
нако менее чем в два раза, т. е. давление будет несколько больше того, которое
машина развивала при совместной работе |
р |
′ |
′′ |
. Производительность |
|
> р1 |
уменьшится примерно пропорционально корню квадратному из соотношения давлений ( L′′ > L′), уменьшится также и мощность потребляемая машиной
( N ′′ > N ′).
119
Таким образом, при выключении одной из двух последовательно включен- ных машин работа второй облегчается, и поэтому такое выключение можно проводить, не опасаясь перегрузки электродвигателей установок.
При последовательной работе в сети двух нагнетателей с различными ха-
рактеристиками для построения суммарной характеристики приходится учи- тывать участок, соответствующий работе одной из машин в IV квадранте. На рисунке 4.17, б изображены характеристики (p − L)1 машины 1, (p − L)2 ма-
шины 2, на основании которых построена суммарная характеристика
. Используется участок характеристики при режиме работы нагнета-
теля I в IV квадрантах.
На рисунке 4.17, б нанесены три вида характеристик сети (I, II и III).
При относительно крутой характеристике сети (сеть I) работа двух машин
с различными характеристиками по существу не отличается от работы двух машин с одинаковыми характеристиками. Общее давление, развиваемое двумя
машинами (точка I), составляет |
′′ |
|
′′ |
. Если одну из |
|
pI при производительности |
LI |
||||
машин выключить, то развиваемое давление снизится до величины |
p′I , произ- |
||||
′ |
′ |
). Таким образом, |
′ |
′′ |
′ ′′ |
водительность уменьшится до LI |
(точка I |
pI |
< pI |
и LI < LI . |
При более пологой характеристике сети (сеть II), проходящей через точку пере- сечения характеристики нагнетателя 2 и совместной характеристики (p − L)1+2 ,
рабочий режим определится точкой II. Эта точка одновременно будет соответ-
ствовать режиму последовательной работы двух нагнетателей и режиму работы нагнетателя 2 при выключенном нагнетателе 1. В этих условиях и развиваемое
давление и производительность окажутся одинаковыми, т. е. |
′ |
′′ |
и |
|
pII = pII |
||||
′ |
′′ |
|
|
|
LII |
= LII . |
|
|
|
|
При пологой характеристике сети (сеть III) рабочий режим двух нагнета- |
|||
телей определяется точкой III, при которой развиваемое давление равно |
′′ |
|
||
pIII , а |
производительность L′′ . При выключении нагнетателя 1 точка III' станет ра-
III
бочей точкой машины 2. Ей соответствуют давление p′III и производитель-