Первоисточник материала: http://www.rimos.ru/p/products/ArticleID/95/Part/Page4-1/index.asp

Регулирование работы насосов

Изменение частоты вращения рабочего колеса

     Изменение частоты вращения рабочего колеса. Этот способ регулирования в экономическом отношении значительно эффективнее остальных.

     При изменении частоты вращения рабочего колеса насоса с n₁ до n₂ его характеристики Q-H, Q-N, и Q-η изменяются по закону подобия:

где Q_A, Н_A, N_A – подача, напор и мощность насоса, соответствующие частоте вращения рабочего колеса n₁;
Q_B, Н_B, N_B – подача, напор и мощность насоса, соответствующие частоте вращения рабочего колеса n₂.

     При неизменной характеристике сети 4 (рис. 5.1) подача насоса уменьшится с Q_A до Q_B.

Рис. 5.1. Характеристики насоса и сети при регулировании изменением частоты вращения рабочего колеса

     Так как во всех режимах работы напор насоса равен сопротивлению сети, сокращаются непроизводительные потери в системе «насос-сеть». Экономичность при регулировании насосов изменением частоты вращения n снижается только от того, что рабочая точка системы при изменении n отклоняется от режима максимального КПД. Это отклонение тем больше, чем больше статическая составляющая сопротивления сети.

     Данный способ достаточно просто может быть реализован, если насосы имеют привод от двигателей с переменной частотой вращения: турбин, гидродвигателей и др.

     В большинстве случаев насосы имеют привод от асинхронных короткозамкнутых электродвигателей, частота вращения которых не регулируется. Для регулирования частоты вращения насосов с приводом от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя рекомендуются следующие системы:

• с механическим редуктором (с регулируемым числом передачи);
• с электромагнитной муфтой скольжения;
• с электромагнитной муфтой с явно выраженными полюсами;
• с индукторными муфтами;
• с гидромуфтами (гидротрансформаторами).

     Во всех этих случаях асинхронный двигатель работает в номинальном режиме, однако более чем в два раза увеличиваются габаритные размеры агрегата. Для электромагнитных муфт необходим источник постоянного тока. КПД систем не превышает 0,6.

     КПД электродвигателя зависит от его нагрузки, т.е. отношения рабочей мощности насоса к номинальной мощности двигателя. При регулировании подачи насоса частотой вращения с помощью асинхронного двигателя с фазным ротором необходимо учитывать также потери в регулирующем реостате, определяемые из выражения:

где η_дв – полный КПД двигателя с реостатом;
η_ас.дв – КПД асинхронного двигателя, зависящий от нагрузки;
n – рабочая частота вращения вала двигателя;
n_н – номинальная частота вращения вала двигателя.

     При регулировании частоты вращения с помощью тиристорного преобразователя частоты его КПД определяют в зависимости от отношения выходного рабочего напряжения к номинальному:

где u, М, n – рабочие значения напряжения, момента и частоты вращения вала насоса;
u_н, M_н, n_н – номинальные значения тех же величин.

     Для регулирования подачи насоса предложен комбинированный способ, сочетающий изменение частоты вращения рабочего колеса насоса с дросселированием. На рис. 5.2 изображены характеристики насоса 1 и сети 3.

Рис. 5.2. Характеристики насоса и сети при регулировании изменением частоты вращения рабочего колеса и дросселированием

     Подача насоса, определяемая их пересечением, равна Q_a. Пусть требуется изменить подачу насоса до величины Q_c и при этом напор должен быть минимально допустимым и в процессе регулирования не снижаться меньше Н_доп. Для этого сначала осуществляют дросселирование трубопровода до расхода, определяемого соотношением:

(характеристика сети определяется кривой 4), а затем уменьшают частоту вращения рабочего колеса до значения

где n_о – исходная частота вращения насоса.

     При этом рабочая точка переходит в точку С, а характеристика насоса определяется кривой 2.