Charakteristika čerpadla je graficky vyjádřená závislost hlavních energetických ukazatelů na průtoku při konstantní rychlosti hřídele oběžného kola, viskozitě a hustotě kapalného média na vstupu čerpadla.
Hlavní parametry lamelových čerpadel: průtok Q, tlak R, výkon N, účinnost a rychlost otáčení hřídele oběžného kola п jsou v určitém vztahu, který nejlépe pochopíme při zkoumání charakteristických křivek Pro konstrukci teoretické charakteristiky čerpadla pro dané konstrukční rozměry použijeme rovnici odstředivého čerpadla. Pokud proud na vstupu do kola není vířen, pak: . Teoretický průtok čerpadla: Dosazení výsledné hodnoty V2u do základní rovnice teoretické hlavy získáme: .Při rt = konst bude obvodová rychlost konstantní. Tedy závislost teoretického tlaku Hj z teoretického krmiva QT je vyjádřena rovnicí prvního stupně, která v souřadnicích QT и Нт graficky znázorněno rovnými čarami; sklon těchto přímek závisí na hodnotě sklonu.
Na Obr. Obrázek 3.2 ukazuje grafickou interpretaci rovnice (3.2) pro různé hodnoty sklonu.
36. Skutečná provozní charakteristika odstředivého čerpadla.
Skutečný tlak se od teoretického liší hodnotou tlakové ztráty v průtočné dutině stroje.
Při změně přívodu stroje se mění tlaková ztráta za prvé v důsledku změny odporu průtočné dutiny, úměrné druhé mocnině průměrné rychlosti proudění, a za druhé v důsledku změny směru rychlosti při vstup do mezilopatkových kanálů. Ten způsobí náraz kapaliny β2 o vstupní hrany lopatek a vytváření vírových zón v proudění. V důsledku toho se skutečná tlaková charakteristika nachází pod teoretickou tlakovou charakteristikou.
V závislosti na hodnotě úhlu ostří β2 a konstrukční znaky průtokové dutiny odstředivého stroje, může mít skutečná charakteristika dvě typické formy.
Charakteristika znázorněná na Obr. 3.29, typické pro β2>40°. Charakteristickým rysem této charakteristiky je přítomnost maxima, a tedy nejednoznačnost závislosti H=f(Q) pro daný stroj v rozsahu tlaků od Hx.x. k Hmax. Stroje s tímto typem charakteristiky, jak bude ukázáno později, mohou pracovat nestabilně a spontánně měnit posuv. Jedná se o negativní vlastnost stroje a proto je tento typ charakteristiky nežádoucí.
Další forma charakteristiky znázorněná na Obr. 3.30, typické pro odstředivé stroje s β2
Skutečnou výkonovou charakteristiku stroje lze získat z teoretických charakteristik odečtením (při daných posuvech) jeho ztrát od teoretických hodnot výkonu. V tomto případě zůstane podstata závislosti výkonu na posuvu v podstatě stejná: skutečný výkon stroje se bude zvyšovat s rostoucím posuvem. V důsledku nestejného relativního vlivu ztrát na celkový výkon se však skutečné vedení odchyluje od teoretického vedení; bude vypadat jako mírně zakřivená křivka. Teoretický výkon při nulovém zdroji je také nulový. Skutečný výkon při Q=0 (se zavřenou škrticí klapkou) se rovná výkonu N naprázdnox.x. vynaložené na pokrytí energetických ztrát v tomto režimu. Ztráty výkonu při volnoběhu jsou způsobeny cirkulačními toky v průtokové části stroje, zejména v oběžném kole, třením kotouče s kapalinou, měmechanické tření v těsněních a ložiskách stroje
nás. Vše výše uvedené vede k podobě skutečných výkonových charakteristik znázorněných na obrázku 3.31.
Na základě charakteristiky skutečného tlaku a skutečného výkonu je stanovena účinnost odstředivého stroje. Z rovnice (2.9) dostaneme
Je zřejmé, že účinnost je nulová (Q=0 nebo H= 0, protože ve všech provozních režimech stroje se N nerovná 0. In předmezi Q=0 a Q=Qmax (Obrázek 3.32) Účinnost stroje dosahuje maximální hodnoty.
Nazývá se režim stroje, při kterém je jeho účinnost maximální optimální; v tomto případě se spotřeba energie na vytvoření tlaku a napájení provádí ve stroji s nejlepším energetickým efektem, tzn. nejekonomičtější.
Grafická závislost hlavních technických ukazatelů (tlak, výkon, účinnost, přípustná sací výška) na průtoku při konstantních hodnotách otáček oběžného kola, viskozitě a hustotě kapaliny na sání čerpadla je tzv. charakteristika čerpadla.
Charakteristiky závisí na typu čerpadla, jeho konstrukci a poměru velikostí jeho hlavních součástí a dílů. Jsou zde uvedeny teoretické a experimentální charakteristiky čerpadel.
V některých případech jsou čerpadla testována na místě jejich instalace (například v čerpací stanici). Týká se to především velkých čerpadel a také těch případů, kdy se pod vlivem provozních podmínek výrazně mění charakteristika čerpadla.
Hodnoty napájení Q, tlaku R a výkonu JV získané jako výsledek experimentálních měření, jakož i hodnoty účinnosti vypočtené z těchto hodnot, jsou vyneseny do grafu a spojeny hladkými křivkami. Obvykle jsou všechny tři křivky vyneseny do jednoho grafu s různými měřítky podél osy pořadnice (obr. 3.1).
Charakteristika odstředivého čerpadla
Charakteristiky čerpadla mají několik charakteristických bodů nebo oblastí. Počáteční bod charakteristiky odpovídá provozu čerpadla s uzavřeným ventilem na výtlačném potrubí (Q = 0). V tomto případě čerpadlo vyvine tlak H a spotřebovává výkon N. Spotřeba energie (asi 30 % jmenovité) je vynaložena na mechanické ztráty a ohřev vody v čerpadle. Provoz čerpadla se zavřeným ventilem je možný pouze po krátkou dobu (několik minut).
Optimální charakteristický bod t odpovídá maximální hodnotě účinnosti. Vzhledem k tomu, že křivka Q-n je v pásmu optimálního bodu plochá, v praxi využívají pracovní část charakteristiky čerpadla (zóna mezi body a a b na obr. 3.1), v rámci které je jeho provoz doporučen. Pracovní část charakteristiky závisí na přípustném snížení účinnosti, za které se obvykle považuje ne více než 2-3 % její maximální hodnoty.
Maximální bod charakteristiky (koncový bod křivky Q-H) odpovídá hodnotě průtoku, po jehož dosažení může čerpadlo přejít do kavitačního režimu.
Na tovární charakteristiky mnoha čerpadel je aplikována další křivka Q-hdalší nebo Q-Hdalší. Tato křivka udává přípustnou sací výšku v závislosti na průtoku čerpadla. Křivka Q-hdalší získané testováním čerpadla na stojanu, který umožňuje vytvářet různé hodnoty celkové sací výšky při daném průtoku čerpadla. Křivka Q-hdalší používané při konstrukci čerpacích jednotek a čerpacích stanic.
Hlavní křivkou charakterizující činnost čerpadla je křivka závislosti tlaku na průtoku Q-H. V závislosti na konstrukci čerpadel se může tvar křivky Q-H lišit. Pro různá čerpadla existují křivky, které se plynule snižují, a křivky s rostoucí částí (s maximem). První se nazývají stabilní a druhé nestabilní (labilní) charakteristiky. Křivky obou typů mohou být ploché, normální nebo strmé.
Typ charakteristiky čerpadla do značné míry závisí na jeho rychlostním koeficientu.
2.3 Hlavní výhody elektrického pohonu podle schématu AVK:
Relativní jednoduchost realizace obvodu, dosažená prací s nižším napětím rotorových obvodů IM ve srovnání s napětím statoru a s tím spojeným vysokým stupněm spolehlivosti;
vysoká účinnost instalace, dosažené rekuperací energie IM klouzajícího do napájecí sítě. Poměrně krátká doba návratnosti pro modernizaci stávajících zařízení, která využívají rotorové stanice ke spuštění IM;
schopnost snížit požadovaný výkon měniče a vysokonapěťového transformátoru při omezení rozsahu regulace otáček. Například při spouštění IM pomocí rotační stanice (nebo jiného způsobu) se instalovaný výkon AVC sníží úměrně rozsahu regulace rychlosti;
možnost využití stávajících řídicích systémů využívajících jako záložní zařízení rotační stanice.
2.4 Řízení průtoku čerpadla ventilem
Nejběžnějším, jednoduchým a spolehlivým způsobem ovládání v provozu je škrcení. Ovládání škrticí klapky se provádí ventilem umístěným na tlakovém potrubí čerpadla, obvykle v jeho blízkosti. Při zavírání ventilu dochází k umělému zvýšení odporu a tomu odpovídajícímu poklesu průtoku. Každá poloha škrtící klapky odpovídá nové charakteristice sítě. Systém dosáhne rovnováhy, když
kde hwx je proměnný odpor škrticí klapky.
Změnou polohy tělesa škrticí klapky, a tedy hwx, lze při úplném uzavření ventilu získat libovolný průtok z Qa, odpovídající plnému otevření, na nulu. Jedná se o neekonomický způsob regulace, neboť je doprovázen úbytkem části tlaku vytvářeného čerpadlem v tělese škrticí klapky. Vzhledem k tomu, že u této metody řízení je v síti užitečně využíván pouze tlak Hc, pak účinnost instalace bude méně efektivní. čerpadlo
Pro zvýšení efektivity čerpací jednotce, měla by být tlaková charakteristika čerpadla při tomto způsobu ovládání nejplošší. Čím větší je hodnota statického tlaku v celkové hodnotě síťového tlaku, tím nižší je tlaková ztráta v škrticí klapce pro daný průtok a tím vyšší je účinnost. čerpací jednotka.
Je třeba poznamenat, že při regulaci škrticí klapky dochází vlivem vysokých místních otáček k opotřebení regulačního tělesa (škrticí klapky) a hrozí nebezpečí, že se ventil při zastavení čerpadla těsně neuzavře. Škrcení lze provádět i na sacím potrubí, nicméně tento způsob regulace nenašel praktické uplatnění pro riziko kavitace a malou možnou hodnotu škrcení.
2.5 Účinnost obvodů frekvenčního měniče
Pokud existují jiné způsoby řízení rychlosti otáčení servopohonů (hovoříme o mechanických variátorech, rezistorových skupinách vložených do rotoru/statoru, elektromechanických frekvenčních měničích, hydraulice), je nejúčinnější použití statických frekvenčních měničů, což je ekonomičtější než jiné možnosti díky nízkým nákladům na instalaci a provoz a vysoké účinnosti. Nenáročnost měničů je dána i absencí pohyblivých částí díky tomu, že regulace probíhá ve fázi napájení proudem a je založena na změně výkonových parametrů, nikoli na řízení rychlosti otáčení pomocí mechanických ovladačů.
Jaký je princip metod řízení frekvence? Vizuální vysvětlení lze odvodit z následujícího vzorce
Z výrazu je zřejmé, že změnou frekvence vstupního napájecího napětí (f1) se mění úhlová rychlost statoru, přesněji řečeno jeho magnetické pole, jedná se však o vzájemně závislé charakteristiky. Efektu je dosaženo při konstantním počtu pólových párů (p). Co to dává? Především plynulá regulace (zejména při špičkovém zatížení v době startu motoru) otáček s velmi vysokou tuhostí mechanických charakteristik. Je také dosaženo zvýšeného prokluzu asynchronního motoru, což výrazně snižuje výkonové ztráty a zvyšuje účinnost.
Vysoké úrovně účinnosti, účiníku a přetížitelnosti je dosaženo při současných změnách frekvence a napětí. Zákonitosti pro změnu těchto parametrů přímo závisí na zatěžovacím momentu, který může být statický, poháněný ventilátorem nebo nepřímo úměrný rychlosti otáčení.
2.6 Klasifikace metod regulace průtoku v čerpadlech
Široce se používají následující způsoby řízení dodávek: škrcení – změna otevření slínku nebo ventilu čerpadla; bypass část toku z tlakového potrubí do sacího potrubí přes obtokové potrubí; změna rychlosti otáčení hřídel čerpadla.
Škrcení – nejjednodušší a neefektivní způsob regulace průtoku odstředivého čerpadla. Pro přiškrcení průtoku zvyšte hydraulický odpor v tlakové části potrubí společné pro celý systém, např. bezprostředně za čerpadlem.
Pro škrcení průtoku můžete použít automatické nebo ruční regulační ventily nebo nainstalovat škrticí podložku.
Při škrcení průtoku čerpadla se pracovní bod posouvá nahoru podél charakteristiky tlak-průtok, zatímco tlak roste a průtok a účinnost klesá.
Bypass — pro regulaci výkonu čerpadla je na propojce mezi jeho vstupním a výstupním potrubím instalován regulátor, který udržuje konstantní tlakový rozdíl na čerpadle (konstantní tlak čerpadla). Při poklesu průtoku čerpadla se zvyšuje tlak, který vytváří – regulátor reaguje na odchylku diferenciálu od nastavené hodnoty a otevře se a převede vodu z tlakového potrubí do sacího potrubí. Průtok čerpadla tedy zůstává nezměněn, ale průtok vody v síti může značně kolísat.
Výhodou tohoto způsobu regulace je, že čerpadlo pracuje vždy s konstantním průtokem a tlakem v zóně optimální účinnosti, nevýhodou však je, že s klesajícím zatížením sítě zůstává spotřeba elektrické energie stejná.
Řízení průtoku čerpadlem obtokem se používá v otopných systémech s automatickými regulačními ventily, které mění průtok v závislosti na potřebě tepla budovy, a také pro zahrnutí čerpadel, která neumožňují velké kolísání průtoku v systémech s dynamickým hydraulickým režimem.
Ovládání frekvence — instalace regulátoru otáček oběžného kola je nejúčinnějším a nejdražším způsobem řízení průtoku čerpadla, protože náklady na regulátor frekvence jsou srovnatelné s náklady na čerpadlo.
Fyzika této metody je jednoduchá: snížením rychlosti otáčení oběžného kola čerpadla na polovinu se jeho průtok sníží na polovinu, tlak se sníží čtyřnásobně a spotřeba elektrické energie se sníží osmkrát.
Moderní regulátory otáček dokážou udržovat konstantní průtok nebo tlak čerpadla, nebo je mohou měnit v závislosti na potřebách systému v různé denní doby nebo dny v týdnu.
Programová změna rychlosti otáčení oběžného kola nejen zajistí, že čerpadlo pracuje s maximální účinností, ale také sníží hluk, který se vyskytuje během provozu, zajistí měkký start, sníží startovací proudy a eliminuje vodní rázy.
Regulace průtoku odstředivého čerpadla změnou otáček motoru je vhodná v systémech s častým a silným kolísáním průtoku vody, stejně jako v případech vysokých energetických nákladů. V takových systémech se náklady na regulátor rychlosti mohou vrátit za několik měsíců.
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
