Вопрос 11 Неустойчивая работа нагнетателя в сети, ее причина и способы предупреждения. Помпаж.

Устойчивость работы нагнетателей в сети (помпаж). В неко­торых случаях при работе центробежных или осевых нагнетате­лей в сети могут создаться неустойчивые (непостоянные) режи­мы. Причиной этого могут быть колебания числа оборотов дви­гателей, связанные с колебаниями напряжений в сети, изменения характеристики сети и т. п. На устойчивости работы вентилято­ров и насосов может сказаться и параллельное включение двух или нескольких машин в общую сеть.

При неустойчивой работе нагнетателей наблюдаются резкие колебания производительности и большие нагрузки па двига­тели.

Колебания производительности сопровождаются нередко из­менением направления движения жидкости, которая из нагнета­тельного трубопровода через нагнетатель поступает во всасы­вающий трубопровод. Подача при этом носит толчкообразный характер, присущий поршневым машинам, отчего явление, свя­занное с такой работой, принято называть помпажем.

Неустойчивая работа вентилятора или насоса чаще всего воз­никает при седлообразных характеристиках нагнетателей с пере­гибом и явно выраженным максимумом.

Неустойчивая работа нагнетателей может наблюдаться и при их очень пологой характеристике, когда постоянное гидроста­тическое давление сети мало зависит от производительности нагнетателя.

При крутой характеристике нагнетателя, не имеющей переги­бов, работа машины значительно более устойчива, и практически не зависит от колебаний сопротивлений сети и от колебаний чис­ла оборотов нагнетателя.

Следует отметить, что при параллельной работе двух нагне­тателей на общую сеть наличие второго нагнетателя равноценно наличию в сети постоянного гидростатического сопротивления, не зависящего от производительности первого нагнетателя. В связи с этим устойчивый режим работы нагнетателей может на­рушиться даже при незначительных колебаниях давления, выз­ванных изменением числа оборотов.

Вопрос 12 Регулирование работы нагнетателей. Качественное и количественное регулирование область их применения. Способы изменения характеристик нагнетателей.

Необходимость в регулировании работы вентиляторов и насо­сов возникает тогда, когда производительность (а иногда и давление) машины не соответствует заданной. При этом могут встретиться два основных случая: действительная производительность больше или меньше требуемой.

Регулирование можно проводить путем изменения характе­ристики сети (назовем его условно количественным) или же путем изменения характеристики самого нагнетателя (назо­вем его качественным).

Центробежные и осевые машины допускают оба способа ре­гулирования.

Если нагнетатель имеет избыточную произ­водительность, т. е. действительная производительность L_Д больше требуемой L_TP, то наиболее простым является коли­чественное регулирование дросселированием (увеличением сопротивлений) сети. Вводя сопротивление (прикрывая задвижку), мы добавляем к сопротивлениям сети дополнительное сопротив­ление. Характеристика сети 1 при этом изменится и пойдет круче кривой 2, расход уменьшится. Мощность центробежной машины также уменьшится, а осевой - окажется прак­тически неизменной.

Сравнение способов качественного от количественного регули­рования

а - количественное регулирование (задвижной);

б —качественное регулирование (пу­тем изменения характеристики нагнетателя)

Принимая, что мощность центробежной машины растет при­мерно пропорционально производительности, уменьшение мощности при количественном регулировании будет обусловлено зависимостью.

и

Здесь индексом «д» обозначены действительные мощность и про­изводительность, а индексом «тр» — требуемые в результате регулирования.

Однако при значительном уменьшении расхода потери в зад­вижке могут существенно превышать потери в сети. Поэтому регулирование задвижкой в широких пределах невыгодно.

Одним из основных методов качественного регулирования яв­ляется регулирование изменением числа оборотов. Однако при непосредственной установке вентилятора или насоса на валу электродвигателя регулировка изменением числа оборотов затрудняется. Ограниченное число оборотов двигателя может не совпасть с требуемым.

Изменения числа оборотов нагнетателя можно достичь путем соединения вала нагнетателя и электродвигателя с помощью гидромуфты или электромагнитной муфты, позволяющих при по­стоянном числе оборотов двигателя менять число оборотов на­гнетателя. Следует учесть, однако, что конструкции этих муфт довольно сложны и поэтому их целесообразно использовать только в установках относительно большой мощности (более 40 кет).

Качественное регулирование может быть осуществлено путем изменения угла установки лопаток, уменьшением числа лопаток в колесе, проточкой колеса (в насосах). Наконец, характеристику машины можно изменить, перепуская часть жидкости со стороны нагнетания мимо сети во всасывающую линию, для чего уве­личивают зазор между входным патрубком и кромкой лопаток или переднего кольца колеса. Однако при этом наряду с умень­шением производительности снижается и к.п.д. машины, что в большинстве случаев невыгодно экономически.

Вопрос 16

Конструкция и установка центробежных насосов. Насосы общего и специального назначения схемы установки циркуляционных, подпиточных и насосов в системах теплоснабжения, отопления, горячего и холодного водоснабжения. Мероприятия по борьбе с шумом и вибрацией при работе насосов

Наибольшее применение в отопительно-вентиляционной технике и на производстве находят центробежные насосы. Их широкое применение объясняется высокой равномер­ностью подачи жидкости без толчков и колебаний давления, компактностью установки и высоким к. п. д.

Область применения центробежных насосов характеризуется в основном значениями удельного числа оборотов от n_у =20 до n’_у=100.

По конструктивному выполнению насосы могут быть одно­ступенчатыми (одноколесными) и многоступенчатыми. В зави­симости от числа оборотов вала насосы бывают малооборот­ными, нормальной быстроходности и многооборотными. Мало­оборотные характеризуются малыми значениями быстроходно­сти n’_у.

По положению вала в пространстве насосы делятся на гори­зонтальные и вертикальные. Последние в отопительно-вентиляционной технике не применяются.

Схема конструкции простейшего центробежного одноколес­ного насоса с горизонтальным валом приводится на рисунке.

Схема одноколесного центробежного насоса с гори­зонтальным валом

Рабочее колесо 1 устанавливается на валу 2, который при­водится во вращение от электродвигателя. В некоторых случаях при одинаковом числе оборотов валы электродвигателя и насо­са соединяют муфтой. Иногда же на валу колеса устанавливают шкив для передачи. В последнем случае насос и привод­ное устройство крепят на общей плите 3, поддерживающей опору и подшипник вала 2, а также корпус насоса 4. Колесо на­соса имеет ряд изогнутых лопаток, связанных с задним сплош­ным и передним кольцеобразным дисками. Центральная часть колеса снабжена ступицей, насаживаемой на вал.

Корпус насоса выполняется литым, ча­ще всего чугунным (реже — стальным). Корпус имеет обычно разъем либо по вертикальной (для небольших машин), либо по горизонтальной плоскости, причем обе части корпуса соединя­ются болтами с постановкой уплотняющей прокладки в месте разъема. Колесо насоса — также литое (реже сварное) из чугу­на, стали или бронзы. Лопатки колеса, как правило, загнуты на­зад и имеют криволинейное очертание для уменьшения гидрав­лических потерь. Ширина лопаток по мере увеличения их ра­диуса обычно уменьшается, что обеспечивает сохранение при­мерного постоянства скорости жидкости в межлопаточных ка­налах.

Присоединенная к всасывающему отверстию насоса всасы­вающая труба 5 снабжается обратным клапаном 6 и фильтру­ющей сеткой 7. Поступающая в насос жидкость выходит через колесо в спиральную камеру 8, составляющую часть корпуса насоса, и через нагнетательную трубу 9, снабженную задвиж­кой Ю, подается в сеть. При отсутствии в корпусе жидкости она может быть залита через штуцер 11, снабженный краном. В местах пропуска вала сквозь стенки корпуса предусматривается установка сальников 12, предотвращающих вытекание жидкости из насоса пли подсос воздуха через неплотности.

Для измерения разрежения на всасывающей линии установ­лен вакуумметр В. Давление после насоса на нагнетательной линии измеряют манометром М.

В некоторых конструкциях насосов на выходе из колеса аппарат устанавливается неподвижный направляющий, из которого вода по­ступает в корпус. Конструкция насоса при этом усложняется, од­нако к. п. д. машины возрастает. Лопатки рабочего колеса заг­нуты назад (β<90°). Коэффици­ент давления при этом уменьша­ется, но благодаря снижению гидравлических потерь общий к. п. д. увеличивается. Что ка­сается давления, развиваемого колесом, то при значительном объемном весе жидкости требуе­мые давления могут быть созда­ны при окружных скоростях, значительно меньших, чем у центробежных вентиляторов. Практически, при окружной скорости 25 м/сек колесо насоса развивает давление до 20—25 м вод. ст., а при предельных окружных скоростях до 50 м/сек даже 100 м вод. ст.

В конструкции центробежного насоса необходимо предусмат­ривать разгрузку от осевого давления. Возникновение этого дав­ления является следствием различия площадей заднего диска колеса и переднего кольца. Если внутри лопастного колеса наблюдается давление всасывания р_ВС, а за колесом (в спиральном канале и в корпусе насоса) давление нагнетания р_н, то произведение разности давлений на площадь Р=(р_н—p_вc)F является силой, направленной параллельно оси насоса. Обозна­чим F_Д площадь заднего диска, F_K—площадь переднего коль­ца колеса. Очевидно, сила Р_Д , действующая на задний диск, будет равна Р_Д=F_Д (р_н—р_вс ) и направлена в сторону всасы­вающего отверстии насоса. Действующая на переднее кольцо сила Р_К=F_К (р_н—р_вс) и направлена от всасывающего отвер­стия в сторону заднего диска. Результирующая осевая сила.

Р_ос =Р_Д - Р_К = (F_Д - F_К )(р_н—р_вс ) кГ

Учитывая, что площадь F_Д всегда больше площади кольца F_K , сила, вызванная осевым давлением, будет направлена со стороны заднего диска в сторону всасывающего отверстия на­соса. Эта сила стремится прижать колесо с валом ко всасыва­ющему отверстию корпуса насоса. Даже для малых насосов из-за большой разно­сти давлений эта сила может составлять несколько сот килограммов. В насосах же большого размера осевая сила выра­жается тоннами.

Поэтому для восприятия усилий, воз­никающих на валу, конструкция подшип­ников должна быть радиально-упорной, в противном случае необходимо устанавли­вать специальные упорные подшипники. Для уменьшения осевого усилия в конструкции колеса предус­матривается устройство специальной раз­грузочной шайбы. При выпуске некоторо­го количества жидкости из полости, об­разующейся вправо от шайбы, осевое усилие, создаваемое шайбой, направляется в сторону, противо­положную осевому усилию, возникающему на колесе. Разумеет­ся, что частичный выпуск жидкости из корпуса насоса мо­жет быть допущен только в тех случаях, когда эта жидкость не ядовита, не горюча и не обладает способностью быстро испа­ряться.

Наиболее рациональной конструкцией центробежных насо­сов, в которых осевое давление практически не ощутимо, яв­ляется конструкция насосов двустороннего всасывания. Жид­кость к такому насосу подводится симметрично с двух сторон. Колесо насоса представляет собой как бы два колеса (одно — правое, другое — левое), но без перегородки между ними. Осевые давления, возникающие в каждой половине колеса, равны друг другу и уравновешиваются, так как направлены в противопо­ложные стороны. На рисунке приведен поперечный разрез та­кого насоса (типа Д).

В тех случаях, когда давление, развиваемое колесом насоса недостаточно, а повысить давление путем увеличения числа обо­ротов невозможно из условий прочности машины, используют многоступенчатые насосы (насосы с установленными последова­тельно колесами). После каждого колеса устанавливается неподвижный направляющий аппарат, пройдя который, жидкость поступает к входному отверстию следующего колеса. Увеличивая число ступеней, можно получить весьма большие давления. В отопительно-вентиляционной технике применяются насосы с числом ступеней до 5—6, а специальные насосы котель­ных установок имеют до двад­цати ступеней давления.

Разрез насоса двустороннего всасвания

Разрез многоступенчатого центробежного насоса

При проектировании автоматизированных линий систем водяного отопления используют электрические насосы типа ЦВЦ, устанавливаемые прямо на трубопроводе. Центробежные водяные циркуляционные насосы являются малошумными и предназначены для обеспечения водяного отопления. Насосы устанавливают непосредственно на трубопроводе, что существенно упрощает их монтаж и эксплуатацию и позволяет обходится без специального фундамента. В зависимости от типоразмера насосы соединяются с трубопроводом с помощью ниппельных или фланцевых соединений. Насосы ЦВЦ используются для подачи в теплосеть воды с температурой до 100⁰С.

Сетевые насосы предназначены для питания теплофикационных сетей. Они устанавливаются либо непосредственно на электростанциях, либо на промежуточных перекачивающих насосных станциях. В зависимости от теплового режима сети насосы должны надежно работать при значительных колебаниях температуры перекачиваемой воды в широком диапазоне подачи. Насос и электродвигатель устанавливаются на отдельных фундаментах.

Бустерные насосы предназначены для подачи воды из деаэратора к питательным насосам турбоагрегата с давлением, необходимым для предотвращения кавитации в питательных насосах.