Работа насосных подстанций

Докладчик: студ. 341 гр. Пастушенко А.С.

Научный руководитель: канд. техн. наук, доцент Рафальская Т.А.

 

Насосные станции в тепловых сетях предназначены для увеличения располагаемо­го напора, повышения расхода теплоносителя и изменения давления в трубопроводах тепловой сети. Насосные станции повышают давление в подающем трубопроводе и снижают в обратном.

В подкачивающих насосных станциях в зависимости от режима работы сети на трубопроводах подающей и обратной сетевой воды могут быть установлены регулятор давления, регулятор рассечки, обратный и сбросной клапаны. Обратные клапаны, а также регулирующие клапаны и другие устройства, в которых происходят потери давления, устанавливают на напорных трубопроводах насосов. Их не рекомендуется располагать на всасывающих линиях насосов во избежание кавитации.

При регулировании напора насосов дросселированием регулятор устанавливается на напорном коллекторе подающего либо обратного трубопровода. Если насосы распо­лагаются на обратной линии, то регулятор давления, установленный на напорном кол­лекторе, поддерживает заданное давление во всасывающем коллекторе обратной линии. При регулировании напора насосов перепуском регулятор давления устанавливается на обводе насосов.

Обводную линию вокруг насосов рекомендуется предусматривать также для сохра­нения циркуляции в тепловых сетях в период остановки насосов. В этом случае на обвод­ной линии устанавливается обратный клапан. В период работы насосной станции обратный клапан под действием избыточного давления в напорной линии остается закрытым. При остановке насосов обратный клапан открывается и позволяет осуществить циркуляцию в тепловых сетях за насосной станцией.

Грязевик располагается перед защищаемым от загрязнения оборудованием и при­борами (считая по ходу теплоносителя).

На трубопроводах подающей и обратной сетевой воды на входе и выходе из на­сосной станции должна устанавливаться отключающая арматура (задвижки).

На случай рассечки тепловой сети на гидравлически независимые зоны для воспол­нения потерь сетевой воды с утечками в схеме насосной станции предусматривается линия подпитки. На линии подпитки устанавливаются подпиточные насосы с обратными клапанами на их напорных патрубках, регулятор давления (подпитки), водомер для замера расхода сетевой воды с утечками и запорная арматура (задвижки, клапаны).

Запорная арматура позволяет осуществить ремонт или произвести замену обору­дования и арматуры, установленных на подпиточной линии, без выключения всей на­сосной.

При давлении в обратной линии тепловой сети, обеспечивающем поддержание за­данного статического давления в отсеченной зоне, подпиточные насосы и обратные кла­паны на линии подпитки не устанавливаются.

 

Исследование работы насосной подстанции проводилось на лабораторном стенде, рис. 1.

 

Рис. 1. Лабораторный стенд для изучения совместной работы насосов

 

Схема установки показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема стенда

 

Была экспериментально исследована последовательная работа насосовLRP25-80/180. При последовательной работе давления, развиваемые насосами, складываются при одинаковых расходах. Применяется при большом сопротивлении сети и небольших расходах.

Для исследования работы насосов были построены эпюры давлений по показаниям манометров:

1 – перед насосной установкой;

2 – перед насосом 1;

3 – после насоса 1;

4 – перед насосом 2;

5 – после насоса 2;

6 – после насосной установкой на выходе в тепловую сеть.

 

Регулирование насосной установки производилось при помощи пяти вентилей (рис.3).

Рис. 3. Схема регулирования насосной установки

 

Были получены следующие эпюры давлений:

Рис. 4. Регулирование вентилем 5 – нормальная параллельная работа насосов

Красная линия – максимальный расход и минимальное давление;

чёрная линия – минимальный расход, максимальное давление

 

При регулировании вентилями 1 и 2 резко снижается давление на всасе 1 насоса и возникает кавитация. При уменьшении расхода падает давление 1 насоса и всей установки. Эпюра давлений показана на рис. 5.

Рис. 5. Регулирование вентилями 1 и 2 – кавитация 1 насоса

 

При регулировании вентилями 3 и 4, 1-й насос работает нормально, вперед вторым насосом, в результате резкого снижения давления, возникает кавитация. В результате падает производительность всей установки. Эпюра давлений показана на рис. 6.

Рис. 6. Регулирование вентилями 3 и 4 – кавитация 2 насоса

 

Построим характеристику последовательной работы насосов.

 

Рис. 7. Характеристика последовательной работы насосов

 

На рисунках розовой линией обозначена зависимость давления от расхода на всасывающем и напорном патрубках 1 насоса; синей линией - на всасывающем и напорном патрубках 2 насоса; красной линией показано давление, создаваемое насосной установкой; красной штриховой линией показана теоретическая характеристика последовательной работы насосов, полученная сложением давлений насосов при одинаковых расходах. Теоретическая характеристика, полученная расчётом, совпадает с экспериментальными данными.

Посмотрим, как будет выглядеть характеристика совместной работы насосов при кавитации.

Рис. 8. Кавитация насоса 1

 

Видно, что с уменьшением производительности падает давление как 1-го, так и 2-го насосов.

Рис. 9. Кавитация насоса 2

1-й насос работает в нормальном режиме, однако на всасе 2-го насоса резко падает давление и общее давление, развиваемое установкой почти во всём диапазоне расходов меньше давления одного насоса.

 

Найдём мощность насосов и насосной установки, Вт:

 

N=Р×L ×1000/3600,

 

где Р – давление, развиваемое насосом, кПа; L – подача насоса, м³/ч.

 

Рис. 10. Мощность насосов и насосной установки

 

Зелёной и оранжевой линией показана мощность 1 и 2 насосов, синей сплошной – мощность установки. Синей пунктирной линией показана теоретическая мощность установки последовательной работы насосов

 

N _т = N ₁ + N ₂.

 

В режиме кавитации:

Рис. 11. Мощность при кавитации насоса 1

 

Мощность насоса 1 и общая мощность установки значительно ниже, чем в нормальном режиме.

 

Рис. 12. Мощность при кавитации насоса 2

 

Мощность насоса 2 и общая мощность установки значительно ниже, чем в нормальном режиме.

 

Найдём КПД установки (зелёная линия):

 

h_уст = N _т/ N _уст.

 

Общий КПД (бордовая линия):

 

h_уст = N _уст/ N _эл.

 

Рис. 13. КПД при нормальном режиме

 

 

Рис. 14. КПД при кавитации насоса 1

 

 

Рис. 15. КПД при кавитации насоса 2

 

Видно, что в режиме кавитации КПД значительно ниже.

 

 

Выводы.

1. При расчёте и проектировании насосных подстанций нужно проверять режимы работы насосов и избегать кавитации, поскольку кавитация снижает мощность и КПД насосных установок.

2. При включении в сеть последовательно такого же нагнетателя давление возрастает меньше, чем в два раза.

3. При последовательной работе нагнетателей расчётным для выбора мощности электродвигателя является режим совместной работы

Кавита́ция — процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация)

Рис. 4,5,6. Красная линия – максимальный расход и минимальное давление;

чёрная линия – минимальный расход, максимальное давление

 

Рис. 7,8,9. Характеристика последовательной работы насосов

розовой линией обозначена зависимость давления от расхода на всасывающем и напорном патрубках 1 насоса;

синей линией - на всасывающем и напорном патрубках 2 насоса;

красной линией показано давление, создаваемое насосной установкой;

красной штриховой линией показана теоретическая характеристика последовательной работы насосов, полученная сложением давлений насосов при одинаковых расходах. Теоретическая характеристика, полученная расчётом, совпадает с экспериментальными данными.

 

Рис. 10,11,12. Мощность насосов и насосной установки

Зелёной и оранжевой линией показана мощность 1 и 2 насосов,

синей сплошной – мощность установки.

Синей пунктирной линией показана теоретическая мощность установки последовательной работы насосов