V mnoha případech je v souladu s provozními režimy prvků SPP a také se změnami spotřeby vody v domácích soustavách nutné měnit charakteristiky čerpadel nebo potrubí. Nazývá se modifikace charakteristik provedená pro zajištění požadovaného průtoku regulace provozních režimů čerpadel.
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 – nejdostupnější způsob regulace ve všech systémech. Průtok čerpadla lze měnit tak či onak uzavřením klapky (ventilu) čerpadla na výtlačném potrubí, tedy zavedením dodatečného hydraulického odporu do potrubí. Někdy se regulace provádí částečným uzavřením slínku na sacím potrubí. Tento způsob regulace je však možné použít jen s menšími změnami průtoku, jelikož zvýšení hydraulického odporu na sání a s tím spojené prohloubení podtlaku na vstupu kapaliny do oběžného kola čerpadla vede k uvolňování plynů a par, úniku vzduchu , zvýšené kavitační jevy a selhání proudění.
S klesajícím otvorem clinku bude charakteristika potrubí strmější a bude důsledně zabírat pozice Htr1Htr2Htr3 (viz obr. 2.13). Průtok čerpadla bude klesat a nabývat hodnot Q1,Q2,Q3. V každém režimu jiný než provozní, například v režimu odpovídajícímu bodu 2, čerpadlo vyvine tlak H2 > Htr2potřebné k přívodu toku do potrubí Q2. V tomto režimu tlak H2 sestává z tlaku Htr2, který se spotřebovává v potrubí při průtoku Q2 s plně otevřenou čepelí a ztrátou tlaku v čepeli Hcl2 = H2 – Htr2. Clinket se stává regulátorem čerpadla. V důsledku dodatečné tlakové ztráty ve slínku nová hodnota účinnosti čerpadla
η = Htr2η2/H2 = (H2 – Hcl2)η2/H2= kin2η2
Postoj Htr2/H2 = (H2 – Hcl2)/H2= kin2 volal faktor využití tlaku.
Regulace provozního režimu čerpadla škrcení způsobuje dodatečné energetické ztráty. Čím strmější je křivka, tím výraznější je snížení účinnosti u tohoto způsobu řízení. H. Přes svou nízkou účinnost je díky své jednoduchosti škrcení široce používáno, zejména v instalacích s nízkým výkonem.
Při nastavování provozního režimu bypass Část kapaliny dodávané čerpadlem je z výtlačného potrubí do sacího potrubí převáděna obtokovým potrubím, na kterém je instalován slínek, nebo je odváděna do přijímací nádrže. Při změně stupně otevření slínku na obtokovém potrubí se mění průtok obtékané kapaliny a následně i průtok sítě. Regulace bypassem je neekonomická, protože dochází ke ztrátě energie tekutiny procházející obtokovým potrubím. Taková regulace je však ekonomičtější než škrcení u rychloběžných čerpadel, u kterých s rostoucím průtokem výkon klesá.
V případech, kdy taková možnost existuje, je vhodné regulovat průtok čerpadla změna otáček motoru.
Cenová výhodnost regulace provozu čerpadla různými metodami se obvykle porovnává s výkonem spotřebovaným čerpadlem. Studie pro čerpadla, u kterých se výkon zvyšuje se zvyšujícím se průtokem (nízkootáčková a normální odstředivá čerpadla), ukázaly, že nejnižší spotřebu energie získáme při regulaci změnou rychlosti otáčení, o něco vyšší výkon získáme při regulaci škrcení a největší spotřebu energie se získá při regulaci bypassem.
7. Charakteristika C/W čerpadla a potrubí. Operační bod
Při řešení provozních problémů je nutné vědět, jak se mění tlak, výkon čerpadla a účinnost v závislosti na dodávce, tzn. charakteristika čerpadla.
U čerpadel je důležitý vztah mezi tlakem a průtokem, tzn. tlaková charakteristika. Z rovnoběžníku rychlostí v bodě 2 (viz obr. 2.2) můžete vytvořit rovnici pro úhly, které se doplňují až do 180°:
tan γ2 = – tan β2 = c2r/(u2 – c2u)
Řešení rovnice pro c2u, dostaneme
c2u = (c2r/tg β2) + u2
Po dosazení hodnoty c2u do tlakové rovnice
Ht∞ =u2 2/g + u2c2r/(g tan β2)
V posledním výrazu místo radiální složky absolutní rychlosti c2r její hodnotu lze odvodit z rovnice kontinuity proudění
c2rf2 = Qk
kde f2 – πR2b2 — povrch výstupní části oběžného kola bez zohlednění tloušťky lopatek, m2.
Tím pádem.
Ht∞ =u2 2/g + u2Qk/(F2g tan β2)
Poslední rovnice týkající se hodnot Ht∞ и Qk mezi sebou, stejně jako s u2 и β2 oběžné kolo čerpadla je rovnice pro teoretické charakteristiky odstředivého čerpadla.
U skutečného čerpadla dochází v důsledku zkreslení charakteru proudění k výraznému snížení tlaku, což je zohledněno koeficientem kл. Význam kл leží v rozmezí 0,6-0,8, kde horní hranice odpovídá oběžným kolům s velkým počtem lopatek a s nejhladšími dozadu zahnutými lopatkami. Obvykle reprezentovat kл = 1/(1 + pл).
Tedy teoretická hlava čerpadla s konečným počtem lopatek Ht = kлHt∞.
Někdy kл volal cirkulační koeficient. Nutno podotknout, že koeficient kл necharakterizuje ztracený výkon, pouze zdůrazňuje, že v důsledku zkreslení charakteru proudění na kole čerpadla s konečným počtem lopatek je nemožné dosáhnout teoretického tlaku ve skutečném čerpadle.
Skutečný tlak, který zůstane po překonání vnitřních hydraulických ztrát v čerpadle je
H = Htηг = kлHt∞ηг,
kde ηг= H/Ht – účinnost hydraulického čerpadla.
Obrázek 2.8 ukazuje křivky hydraulických ztrát ht a rázové ztráty při vstupu a výstupu z oběžného kola hud. Při vypočteném průtoku Qcr ztráty na vstupu do oběžného kola a na vstupu do výstupu jsou nulové. Když se nabídka odchyluje od vypočítané, tyto ztráty rychle rostou.
Skutečný průtok čerpadla se liší od průtoku oběžným kolem velikostí netěsností Q = Qк – qк. Snížení účinnosti čerpadla v důsledku netěsnosti je určeno objemovou účinností η = Q / Qк. Zohlednění netěsností vede k posunu tlakové křivky doleva o hodnotu qк. Plán H(Q) na Obr. 2.8 — aktuální vypočtená tlaková charakteristika čerpadla. Je to pouze první přiblížení k celkovým charakteristikám čerpadla, získaným experimentálně.
Na plnohodnotné charakteristiky odstředivého čerpadla (obr. 2.9) ukazuje tlakové závislosti H, Napájení N, účinnost η a přípustnou sací výšku hv dodatečných z podání Q.
U odstředivého čerpadla kromě ztrát, které jsou určeny hydraulickými a objemovými koeficienty ηг и ηdochází ke ztrátám spojeným s mechanickým třením v olejové ucpávce a ložiscích a také se ztrátami třením mezi vnějšími plochami kotoučů oběžného kola a kapalinou v tělese čerpadla. Tyto ztráty jsou zohledněny mechanickou účinností ηм.
Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:
Provoz odstředivého čerpadla je ekonomický při rychlosti, při které je dosaženo požadovaného průtoku a výšky zdvihu kapaliny.
Při správné volbě čerpadla tomuto stavu odpovídá pouze jeden bod, nazývaný pracovní bod, – průsečík charakteristik čerpadla a charakteristiky potrubí. Průtok vody spotřebovaný sítí se však v průběhu času mění; V souladu s tím se musí pohybovat i pracovní bod, pro který je nutné změnit charakteristiku potrubí nebo čerpadla.
Umělá změna charakteristiky potrubí nebo čerpadla pro zajištění daných hodnot průtoku a tlaku čerpadla se nazývá regulace čerpací jednotky.
Změnu charakteristiky potrubí dosáhneme škrcením ventilu, změnou charakteristiky čerpadla změnou počtu otáček oběžného kola čerpadla nebo změnou průměru oběžného kola.
Regulace průtoku a tlaku škrcení na výtlaku
Otevřením nebo zavřením ventilu na výtlačném potrubí můžete změnit průtok čerpadla z QA do QA1 (Obr. 5).
Rýže. 5. Charakteristika čerpadla a sítě
při regulaci průtoku čerpadla tlakovým ventilem:
1 – charakteristika čerpadla ;
2 – charakteristika potrubí s plně otevřeným vypouštěcím ventilem;
3 – charakteristika potrubí s mírně otevřeným vypouštěcím ventilem;
4 – charakteristika čerpadla;
A – pracovní bod s plně otevřeným ventilem;
А1 – pracovní bod s mírně otevřeným vypouštěcím ventilem
Podívejme se na podstatu této metody. Když je ventil plně otevřený, čerpadlo vytváří tlak HА a dodává kapalinu QA do výtlačného potrubí.
Chcete-li snížit posuv na QA1 je nutné uzavřít ventil na výtlaku, čímž se zvýší odpor ve výtlačném potrubí, charakteristika potrubí bude strmější a podle toho bude tlak čerpadla NA1. Bohužel účinnost čerpadla klesne.
Způsob ovládání pomocí ventilu na výtlačném potrubí je jednoduchý, ale neekonomický (snižuje se účinnost), protože část energie spotřebované čerpadlem je vynaložena na překonání odporu ve ventilu.
Regulace přívodu škrcení sání
Řízení průtoku čerpadla lze teoreticky dosáhnout škrcení sání. Snížením průtoku se v tomto případě zvyšuje odpor sacího potrubí, což zvyšuje podtlak v čerpadle, podporuje uvolňování par z kapaliny a zvyšuje možnost kavitace v čerpadle. V tomto případě je narušena plynulost proudění a vzniká nerovnoměrné rozložení rychlosti na vstupu do oběžného kola, což zvyšuje tlakové ztráty. Způsob regulace průtoku čerpadla škrcení sacího potrubí se tedy prakticky nedoporučuje.
Ovládání nasávání vzduchu
Regulace napájení čerpadla vstřikováním vzduchu do sacího potrubí je možná, když je geometrická sací výška výrazně menší než přípustná. V tomto případě nesmí nasávání vzduchu zhoršit výkon čerpadla nebo způsobit kavitaci.
Při vstřikování vzduchu se charakteristika čerpadla posouvá směrem dolů a účinnost klesá, čím více je vstřikováno více vzduchu. Tento způsob je ekonomičtější než regulace škrcení sání, ale v průmyslové praxi není obvyklý.
Regulace dodávky kapalinovým bypassem
Průtok čerpadla lze řídit obtokem kapaliny z výtlačného potrubí do sacího potrubí, což však snižuje účinnost systému.
Obtok kapaliny do sacího potrubí zlepšuje kavitační vlastnosti čerpadla, ale to vyžaduje instalaci cirkulačního potrubí a instalaci dalších armatur, což komplikuje potrubí čerpadla.
Ovládání posuvu otáčením oběžného kola
Průtok je možné upravit změnou průměru oběžného kola instalovaného v čerpadle.
V tomto případě musíte mít dvě sady kol odpovídající maximálnímu a minimálnímu posuvu.
Tento způsob lze provést otáčením oběžného kola podél vnějšího průměru.
Regulace průtoku a tlaku změnou
rychlost otáčení oběžného kola
Změnou rychlosti otáčení můžete měnit průtok a tlak čerpadla, což je ve srovnání s jinými způsoby ovládání ekonomicky výhodnější.
Regulace průtoku v širokém rozsahu vede k mírné změně účinnosti čerpadla.
Tato metoda se provádí pomocí kapalinových spojek, elektromagnetických spojek, vícerychlostních elektromotorů, spalovacích motorů atd.
Rychlost otáčení oběžného kola se volí tak, aby charakteristika čerpadla procházela pracovním bodem při daném průtoku.
Zařízení pro regulaci rychlosti otáčení elektromotorů používaných k pohonu odstředivých čerpadel, zejména vysokovýkonných, jsou stále konstrukčně složitá a drahá. Nejčastěji se tento způsob využívá použitím dvou a čtyř rychlostních motorů, tzn. kroková regulace.
U čerpacích stanic s několika jednotkami je rychlost otáčení obvykle nastavena pro jedno nebo dvě čerpadla.
Řízení dodávky otáčkami se nejčastěji používá u čerpadel hasičských vozidel, měnící otáčky spalovacího motoru automobilu.