Регулирование центробежных насосов 

При рассмотрении характеристики насосной установки было выяснено, что гидравлические величины насоса изменяются в зависимости от расхода в системе трубопроводов. Насос и внешняя сеть составляют единую систему, установившийся режим работы которой возможен лишь при определенных условиях, когда соблюдается равенство расходов через насос и сеть при одном и том же напоре. Этому соответствует одна рабочая точка. 

Между тем величина расхода изменяется по времени в соответствии с чем должна перемещаться и рабочая точка насосной установки. Для этого необходимо принудительно изменять характеристику насоса или сети. Процесс изменения характеристики сети или насоса для обеспечения заданного расхода называется регулированием. 

Регулирование осуществляется:

1) изменением характеристики трубопровода путем частичного перекрытия его задвижкой,

2) изменением характеристики насоса путем перехода на другое число оборотов,

3) изменением характеристики путем поворота лопаток рабочего колеса или направляющего аппарата. 

При эксплуатации водопроводных и канализационных насосных станций применяются первые два способа регулирования.

1 - Дроссельное регулирование позволяет изменить расход с помощью задвижки, расположенной на напорной линии в непосредственной близости от насоса. Этот способ наиболее прост, так как не требует внесения в насосную установку дополнительных устройств. Вместе с тем он экономически невыгоден, так как часть напора теряется на преодоление сопротивления задвижки. Дросселирование с помощью задвижки, установленной на всасывающей трубе, не рекомендуется, так как это может вызвать кавитацию. Каждому положению диска задвижки соответствует новая характеристика трубопровода (рис. 52), 

Рис. 52. Регулирование насоса с помощью задвижки. 

поэтому рабочая точка перемещается по характеристике насоса. Регулирование напорной задвижкой применяется на насосных станциях первого подъема при колебаниях уровня воды в источнике. 

2 - Регулирование путем изменения числа оборотов насоса не влечет значительного изменения к. п. д. Оно осуществимо при применении двигателя с плавным изменением числа оборотов или путем введения между двигателем и насосом специальных устройств. 

В подавляющем большинстве случаев насосные станции и установки оборудованы электродвигателями переменного тока, работающими с постоянным числом оборотов. В связи с этим регулирование центробежных насосов путем изменения числа оборотов не получило широкого распространения и применяется только в тех случаях, когда насос приводится двигателем, работающим с различным числом оборотов. 

При этом способе регулирования изменяется характеристика насоса при неизменной характеристике трубопровода. Характеристика насоса изменяется так, что рабочая точка перемещается по характеристике трубопровода. Рассмотрим в общих чертах двигатели и устройства, позволяющие осуществить регулирование насосов изменением числа оборотов. 

Электродвигатели постоянного тока позволяют плавно изменять число оборотов посредством реостата и при наличии общей электросети постоянного тока весьма удобны для регулирования насосов. Однако электродвигатели постоянного тока в настоящее время для этих целей почти не применяются из-за необходимости в установке преобразователей при питании от сети переменного тока. 

Паровые и газовые турбины пригодны для регулирования числа оборотов центробежных насосов, так как при незначительном изменении числа оборотов, как это обычно требуется для насосов, к. п. д. этих двигателей изменяется незначительно. Однако турбины на насосных станциях применяются редко в связи с громоздкостью вспомогательных устройств и трудностью обслуживания в условиях насосной станции. 

Они находят применение лишь на крупных насосных станциях, предназначенных для питания больших промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций. В некоторых случаях турбины применяются также в качестве резерва на случай выхода из строя общей энергосистемы. 

Двигатели внутреннего сгорания могут работать с различным числом оборотов, что позволяет применять их в качестве регулирующего привода насосов. Для этих двигателей не требуется специальной котельной, так как топливо и воздух вводятся непосредственно в цилиндр двигателя, где происходит горение. 

Наибольшее распространение в качестве основных двигателей на насосных станциях получили электродвигатели переменного тока, несмотря на невозможность регулирования числа оборотов без специальных устройств. 

На водопроводных и канализационных насосных станциях применяются асинхронные и синхронные электродвигатели переменного тока. Из них наибольшее применение имеют асинхронные машины, так как они не требуют сложных пусковых устройств. 

При небольшой мощности насосов применяют короткозамкнутые электродвигатели, а при мощности свыше 20 квт рекомендуется применять асинхронные электродвигатели с фазным ротором. Разница между ними состоит в том, что обмотка короткозамкнутого двигателя замкнута внутри ротора, а у двигателей с фазным ротором обмотка соединяется с наружным пусковым реостатом через три контактные кольца с щетками. 

Перед пуском такого двигателя в цепь ротора вводится дополнительное сопротивление, благодаря чему при включении увеличивается пусковой момент, а число оборотов нарастает постепенно, без значительного увеличения пускового тока. При достижении нормальных оборотов сопротивление выводится из цепи ротора, а обмотка его закорачивается. 

Применение синхронных электродвигателей требует установки сложных пусковых устройств, поэтому синхронные электродвигатели применяют для насосных агрегатов мощностью более 100 квт. Трехфазные асинхронные и синхронные электродвигатели при работе без специальных устройств дают постоянное число оборотов. Однако с применением специальных устройств эти машины можно регулировать в необходимых для насоса пределах. 

При приводе насосов от электродвигателей переменного тока возможны следующие способы изменения числа оборотов:

• изменение числа оборотов двигателя введением сопротивления в цепь ротора или переключением обмотки на различное число пар полюсов;
• изменение числа оборотов насоса при постоянном числе оборотов двигателя путем включения между их валами гидромуфты или специальной коробки передач. 

Гидромуфта облегчает пуск центробежного насоса и позволяет плавно изменять число оборотов насоса при неизменном числе оборотов двигателя. В гидромуфте мощность передается к насосу через жидкость (обычно масло), циркулирующую в полости между двумя полуторами, снабженными лопатками (рис. 53). 

Рис. 53. Схема гидравлической муфты: 1- ведущий вал; 2- ведомый вал; 3- насосное колесо; 4- турбинное колесо; 5- корпус гидромуфты. 

Ведущий полутор 3 (насосное колесо) соединен с валом двигателя, а ведомый (турбинное колесо) — с насосом. При вращении ведущего вала масло, находящееся в полости гидромуфты, двигается в направлении, указанном стрелками, и приводит во вращение турбинное колесо 4. 

Таким образом, энергия передается от ведущего вала к ведомому через масло, причем оба вала будут вращаться с различным числом оборотов. Изменяя наполнение гидромуфты рабочей жидкостью, можно плавно регулировать число оборотов насоса при неизменном числе оборотов электродвигателя переменного тока. Наличие гидромуфты дает возможность включения и выключения центробежного насоса с открытой задвижкой.