Характеристики трубопровода и насосов
При эксплуатации судовых насосов приходится часто регулировать их производительность. Физическая сущность происходящих при этом явлений хорошо понятна и объяснима из выявления и объяснения закономерностей поведения характеристик трубопровода и различных насосов.
Характеристикой трубопровода называется зависимость между объемным расходом жидкости в единицу времени и теряемым при этом напоре в трубопроводе. Напор называется теряемым или потерянным потому, что его должен преодолеть насос для подачи жидкости к потребителю. Потери напора Нтр в трубопроводе складываются из статического Нст (геометрического) и динамического Нд (скоростного) напоров.
Статический напор для каждой системы постоянный и не зависит от изменений расхода жидкости через данный трубопровод. В координатных осях Н—Q статический напор выражается горизонтальной линией (рис. 37, а).
С изменением расхода жидкости изменяется и скорость течения ее в трубопроводе. Поэтому динамический напор изменяется и выражается графически в виде кривой Нд (рис. 37,а).
Графическое сложение статического и динамического напоров дает кривую Нтр, являющуюся характеристикой трубопровода. Чем более пологой будет кривая характеристики, тем меньшие потери напора будут в трубопроводе и тем меньше будет требуемый напор насоса.
Характеристикой насоса называется графическое выражение взаимосвязи двух каких-либо переменных параметров насоса при неизменном третьем. Характеристики насоса подразделяются на главные, рабочие и универсальные.
Наибольший интерес с эксплуатационной стороны представляют рабочие характеристики, которые строятся при постоянном числе оборотов насоса. На рис. 37, б приведена, в частности, рабочая характеристика центробежно-вихревого насоса ЭСН-1/1.
Регулировка производительности насосов
Для регулировки производительности насосов применяется несколько способов.
Дроссельное регулирование применяется у насосов, работающих с постоянным числом оборотов, и осуществляется прикрыванием или открыванием нагнетательного и всасывающего клапана.
Совмещение характеристики трубопровода с рабочей характеристикой насоса в одних координатных осях дает точку пересечения, называемую рабочей точкой системы. Эта
точка определяет максимальное количество жидкости, которое может быть пропущено через данный трубопровод от данного насоса. Соответственно этому определяется и необходимый напор насоса.
Допустим, что рабочая точка 1 (рис. 38, а) соответствует полностью открытому нагнетательному клапану. Этой точке соответствуют производительность Q1 и напор Н1. Для уменьшения производительности насоса прикрывается нагнетательный клапан, чтобы увеличить потери напора в трубопроводе за счет увеличения потери напора в клапане. Следовательно, противодавление насосу увеличивается. По характеристике насоса видно, что с увеличением напора производительность его уменьшается.
По мере прикрытия клапана потери напора увеличиваются и характеристика трубопровода становится круче. Двум разным положениям нагнетательного клапана соответствуют при этом вспомогательные характеристики H'тр и H''тр. Точки 1' и 1" являются рабочими точками насоса и соответствующие им про¬изводительности Q2 И Q3 показывают измененный расход жидкости через трубопровод.
Напор жидкости в трубопроводе за нагнетательным клапаном будет меньше развиваемого насосом напора на величину потерь его в прикрытом нагнетательном клапане. Эти потери определяются участками 1—2 и 1—3.
Регулирование производительности насоса прикрытием всасывающего клапана также возможно, но не желательно из-за опасности возникновения кавитации в насосе и трубопроводе. Кавитация сопровождается гидравлическими ударами, в результате чего могут разрушаться поверхности трубопровода и деталей насоса.
Дроссельное регулирование простое и доступное, но в то же время и самое неэкономичное среди прочих способов, так как связано с большими затратами энергии на преодоление потерь напора в нагнетательном клапане. Кроме этого, при дросселировании наблюдается повышенный износ клапанов или клинкетов и ухудшается держащая способность их в закрытом состоянии. Это также является существенным недостатком дроссельного регулирования.
Дроссельное регулирование применяется обычно для центробежных насосов. Применять его для поршневых и ротационных насосов нельзя, так как характеристики этих насосов очень крутые и даже небольшие уменьшения производительности приводят к значительным резким возрастаниям напора, который может привести к повреждениям насоса и трубопровода. Вот почему в правилах обслуживания поршневых и ротационных насосов указывается, что эти насосы должны запускаться при открытом нагнетательном и всасывающем клапане.
Перепускное регулирование применяется, если имеется перепускной трубопровод, соединяющий всасывающий и нагнетательный патрубки насоса. Изменение производительности насоса в этом случае производится перепусканием части жидкости через приоткрытый перепускной клапан.
На рис. 38, б рабочая точка 1 соответствует параметрам системы при закрытом нагнетательном перепускном клапане. С открытием перепускного клапана увеличивается общее сечение для прохода жидкости, скорость ее также увеличивается, а потери напора в трубопроводе становятся меньшими. При определенном положении перепускного клапана вспомогательная характеристика трубопровода будет иметь вид Н'тр. Точка 2 определяет параметры работы насоса. Напоры насоса и трубопровода теперь равны и величина их определяется точкой 3.
Таким образом, и в этом случае регулирования наблюдаются потери энергии за счет увеличения производительности насоса сверх требуемого расхода жидкости через трубопровод.
Применяется перепускное регулирование обычно у ротационных насосов, работающих с постоянными числами оборотов, при небольших производительностях.
Регулирование производительности изменением числа оборотов применяется, когда привод насоса имеет возможность изменять число оборотов.
Рабочая точка 1 системы (рис. 39) соответствует характе¬ристике насоса при работе с полным числом оборотов. С установлением каждого нового уменьшенного числа оборотов будут новые характеристики Н"н и Н"'н, эквидистантные друг другу, и будут новые рабочие точки 2 и 3.
Таким образом, производительность и напор насоса изменяются совместно в одну сторону и потерь энергии, связанных с изменением производительности насоса, не наблюдается. Данный способ регулирования производительности насоса самый экономичный, и, чтобы сохранить его у насосов с электроприводами переменного тока, применяются дополнительные устройства для скоростной регулировки электродвигателей.
