Насосные установки., Характеристики насосных станций. - Назначение и виды насосных станций

Основным энергетическим элементом насосных станций является насосная установка, содержащая один или несколько насосов, всасывающую и нагнетательную систему трубопроводов, запорную арматуру, приводной двигатель, а также датчики технологических параметров установки. В качестве основного силового оборудования на насосных станциях применяют объемные или динамические насосы. Объемные насосы работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой жидкости повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (аксиально-поршневые и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т. п.) насосы. Динамические насосы работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные). Преимущественное использование получили насосы центробежного типа.

Характеристики насосных станций.

Основными характеристиками насосных станций являются зависимости выходных подачи и давления жидкости от времени и входной подачи, а также от ряда возмущающих воздействий. Эти зависимости отражают изменение режима работы насосной станции. Анализ характеристик насосной станции осуществляется на основе ее математической модели. В общем случае для насосов, соединенных параллельно, уравнения системы имеют вид:

Динамика изменения уровня жидкости в резервуаре:

S х dl / dt=QВХ? - QВЫХ? - QY(PВЫХ) (1),

Где l и S - уровень и площадь поверхности жидкости в резервуаре соответственно;

QВХ? и QВЫХ?- результирующие подачи жидкости на входе и выходе насосной станции соответственно;

QY(PВЫХ)-подача утечек, задаваемая в функции от выходного давления.

Баланс подач жидкости на выходе насосной системы:

A х Q = 0 (2),

Где А=[1 1 ...1-1-1] - узловая вектор-строка размерностью m + 2

Q = [Qцн1 Qцн2 ... Qцнm QвыхУ Qу]Т - вектор-столбец подач всех элементов, соединяющихся на выходе насосной станции.

Условия равенства давлений на выходе параллельно работающих насосов:

B х P = 0 (3),

Где B - контурная матрица размерностью m х m - 1;

P = [ДPцн1 ДPцн2 ... ДPцнm]Т - вектор-столбец перепадов давления системы насос-задвижка;

0 - нулевой вектор столбец размерностью m - 1;

Матрица В имеет следующий вид:

В=

Перепад давления на соединенных последовательно насосе и задвижке определяется зависимостью, учитывающей регулирование частоты вращения насоса щцнi и изменение положения задвижки xЗi:

ДPцнi= ДPцнi (Qцнi, щцнi)- PЗi (Qцнi, xЗi) (5),

Баланс напоров жидкости на выходе насосных станций:

Рвх (l) + ДPцнi = Pвых = Рст + Рг (Qвых?) (6),

Где Рвх (l) - давление на входе насосов, зависящее от уровня жидкости во входном резервуаре;

Рст и Рг (Qвых?) - статическое противодавление и динамический перепад давления в гидравлической сети соответственно.

При решении приведенной системы уравнений следует дополнительно выполнять анализ направления подачи через каждый насос. При получении отрицательного значения подачи через насос, уравнения, описывающие гидравлические процессы в нем, исключаются из рассмотрения, и порядок системы понижается на единицу. Для получения рационального алгоритма управления насосными станциями должен быть выполнен анализ гидравлического режима работы насосного оборудования. Баланс расходов и давлений жидкости для случая трех параллельно работающих насосов описывается математической моделью на основе системы уравнений (1-6). При m = 3 после раскрытия матриц получаем следующие уравнения для балансов подач и напоров:

Qцн1 + Qцн2 + Qцн3 = Q вых? + Qу(Рвых)

ДРцн1 = ДРцн2 = ДРцн3 = ДРцн

ДРцн1 = Рцн1(Qцн1, щцн1) - Рз1 (Qцн1, Хз1)

ДРцн2 = Рцн2(Qцн2, щцн2) - Рз2 (Qцн2, Хз2)

ДРцн3 = Рцн3(Qцн3, щцн3) - Рз3 (Qцн3, Хз3)

Рвх ( l ) + ДPцнi = Pвых = Рст + Рг (Qвых?)

На рисунке 2 показан качественный характер изменения параметров системы из трех насосов, в которой регулируется частота вращения рабочего колеса одного из насосов. Насосы имеют характеристики вида 1, а магистраль - характеристику вида 4. Увеличение давления производится в следующем порядке. На начальном этапе в работу включается один насос с частотно - регулируемым электроприводом. Для обеспечения подачи Q1 его частота вращения увеличивается до значения щ1. Дальнейший рост подачи и давления возможен до величин Q3 и Р3 соответственно. Если необходимо обеспечить дальнейшее увеличение подачи, то происходит переключение питания электродвигателя первого насоса с выхода преобразователя частоты на сеть, а к выходу преобразователя частоты коммутируется электродвигатель второго насоса и частота вращения увеличивается до требуемого значения. Например, для обеспечения подачи и давления Q2' и Р2' соответственно частота вращения второго насоса должна быть увеличена до значения щ2'. Таким образом обеспечивается регулирование параметров насосной станции в области, заключенной между характеристиками 1 и2 . При необходимости дальнейшего увеличения подачи и давления до значения выше Q3' и Р3. Питание электродвигателя второго насоса переключается с выхода преобразователя частоты на сеть и в работу вводится третий насос, управляемый частотно-регулируемым электроприводом. В этом случае регулирование происходит в области, заключенной между характеристиками.

При снижении подачи и давления коммутация и регулирование частоты вращения электроприводов насосов происходит в обратном порядке. Рассмотренный способ регулирования режима работы насосной установки обеспечивает плавное и непрерывное изменение подачи и давления жидкости в широком диапазоне изменения значений регулируемых параметров от Q1 до Q3'' и характеристики сети от 4 до 4'.

Рисунок 2. Комбинированное регулирование режима работы насосной станции

Похожие статьи




Насосные установки., Характеристики насосных станций. - Назначение и виды насосных станций

Предыдущая | Следующая