Спосіб регулювання відцентрового насоса

Спосіб регулювання відцентрового насоса, що включає вимір і регулювання параметрів роботи насоса, виконаного з поворотними лопатками, який відрізняється тим, що здійснюють вимірювання фактичного значення подачі і формування сигналу керування кута нахилу лопаток вхідного направляючого апарата, причому кут нахилу лопаток визначають за формулою: U1 tgj = - ctgb 1 Cm1 × q Винахід відноситься до способів регулювання і керування відцентровими насосами, зокрема до відцентрових насосів шахтного водовідливу, що працюють з перемінною подачею і високою вакуумметричною висотою всмоктування. Відомий спосіб регулювання насосних агрегатів, що включає вимір газовмісту у всмоктуючому трубопроводі за допомогою п'єзоелектричного перетворювача і регулювання засувки на напірному трубопроводі [Веремьев М. Н., Гавриленко Б. В. Разработка устройств регулирования и защиты насосных агрегатов от кавитации. // Труды международной научнотехнической конференции «Горная энергомеханика и автоматика» -Д.:ДонНТУ. - 2003. - Т.2. - С.43-49.]. У даному способі зменшення кавітаційного запасу досягається шляхом примусової зміни робочого режиму насосної установки, а саме збільшення опору напірної магістралі. Результатом такого регулювання є зниження ККД установки через втрати енергії на дроселювання потоку рідини в напірному тр убопроводі. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, є спосіб керування відцентровим насосом, що включає вимір параметра, що характеризує фазовий склад потоку середовища на вході в насос, і регулювання напору, що розвивається насосом, при виконанні останнього з поворотними лопатками, причому як вимірюваний параметр використовують об'ємну концентрацію газового середовища в потоці, а регулювання здійснюється шляхом зміни вихідного кута лопаток [SU, А.с. №1139894, кл F04 D15/00, Опубл. 15.02.85., Бюл.№6]. Ознаки найбільш близького аналога, що збігаються з істотними ознаками винаходу, що заявляється: вимірювання і регулювання параметрів роботи насоса, виконаного з поворотними лопатками. При даному способі зниження кавітаційного запасу досягається зменшенням робочої подачі шляхом зміни напірної характеристики насоса при зміні кута нахилу його лопаток. У даному випадку зменшення кавітаційного запасу не забезпечується при зміні режиму роботи насоса в результаті зміни параметрів напірної мережі. В основу винаходу поставлена задача створення оптимальної величини закручування потоку на вході в робоче колесо відцентрового насоса для зменшення кавітаційного запасу, що забезпечить підвищення його всмоктуючої здатності. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб регулювання відцентрового , де U1 - обводова швидкість потоку на вхідній кромці робочого колеса, Cm1 - меридіональна швидкість потоку на вхідній кромці робочого колеса, q - показник режиму роботи насоса, b1 - кут нахилу вхідної кромки лопатки робочого (19) UA (11) 81006 (13) C2 колеса. 3 81006 насоса, що включає вимір і регулювання параметрів роботи насоса, виконаного з поворотними лопатками, відповідно до винаходу здійснюють шляхом вимірювання фактичного значення подачі і формування сигналу керування, спрямованого на регулювання кута нахилу лопаток вхідного направляючого апарата, причому кут нахилу лопаток визначають за формулою: U1 tgj = - ctgb1 Cm1 × q де U1 - окружна швидкість потоку на вхідній кромці робочого колеса, Cm1 - меридіональна швидкість потоку на вхідній кромці робочого колеса, q - показник режиму роботи насоса, b - кут нахилу вхідної кромки лопатки робочого колеса. На фіг.1 приведена схема регулювання відцентрового насоса; на фіг.2 схема безударного входу рідини в міжлопаточні канали робочого колеса при номінальному режимі роботи насоса; на фіг.3 - трикутник швидкостей при безударному вході потоку рідини в робоче колесо насоса; на фіг.4 і 5 -трикутники швидкостей при подачах, що відрізняються від номінальної; на фіг.6 і 7 - схеми входу рідини в міжлопаточні канали робочого колеса при подачах, що відрізняються від номінальної; на фіг.8 експериментальні характеристики зривних режимів насосу К 20-30 при наявності направляючого апарата. На фіг.1 представлена схема установки, що здійснює спосіб керування відцентровим насосом 1, на всмоктуючому тр убопроводі якого встановлений індукційний витратомір 2 типу ИРВ у вибухобезпечному виконанні. Послідовно до витратоміра 2 приєднаний підсилювач 3, програмний пристрій 4 та привід 5 механічного регулятора лопаток направляючого апарата, який має зворотній зв'язок із програмним пристроєм 4. На фіг.2, 6 і 7 приведені схеми входу рідини в міжлопаточні канали колеса при різних режимах роботи насоса. Лопатки 1 вхідного направляючого апарата встановлені між втулкою робочого колеса 2 та лопатками робочого колеса 3. Стрілками показаний напрямок ліній струму рідини, що рухається від втулки 2 робочого колеса до вхідних крайок його лопаток 3, причому цей напрямок забезпечується за допомогою повороту лопаток 1 вхідного направляючого апарату. У номінальному режимі роботи насоса лінії струму рідини на вході в міжлопаточні канали робочого колеса являють собою радіальні лінії, що виходять від його втулки 2 до вхідних крайок лопаток робочого колеса З (фіг.2). Закручування потоку при цьому відсутнє, що пояснюється напрямком стрілок. Кут повороту лопаток 1 направляючого апарату відповідає лініям струму і дорівнює нулю. На вхідному трикутнику швидкостей (фіг.3) це відповідає перпендикулярності вектора абсолютної швидкості С1 векторові переносної швидкості U1, відносна швидкість W1 спрямована під кутом установки лопатки b 1. 4 При зміні подачі насоса відбувається відповідна зміна меридіональної швидкості С m1 і поява окружної складової швидкості Cui, що характеризує удар. Поява окружної складової швидкості CU1 приводить до зміни напрямку вектора абсолютної швидкості потоку (фіг.4 і 5). Однак рідина не може миттєво змінити напрямок руху, у результаті чого утворяться вихори на вхідних крайках лопаток 3 робочого колеса і, відповідно, зростуть гідравлічні втрати. Потік рідини на вході в робоче колесо насоса в цьому випадку здобуває закручування убік обертання самого колеса, що показано стрілками на фіг.6 і 7. Для усунення удару рідина повинна входити в міжлопаточні канали робочого колеса вже з окружною складовою абсолютної швидкості CU1. Величина цієї складової визначається з трикутника швидкостей (фіг.4 і 5): C CU1 = U1 - W1 cos b1 = U1 - m1 (1) tg b1 Для закручування потоку на величину CU1, обумовлену виразом (1) необхідно забезпечити кут повороту вектора абсолютної швидкості С 1 на вході в міжлопаточні канали, що визначається наступним вираженням: U1 tgj = - ctgb1 (2) Cm1 × q де q - показник режиму роботи насоса, дорівнює відношенню значень фактичної подачі до номінальної. Спосіб регулювання відцентровим насосом 1 (фіг.1) здійснюється таким чином. Для забезпечення повороту лопаток вхідного направляючого аппарату на необхідний кут індукційний датчик 2 видає сигнал про значення показника режиму роботи q, після чого цей сигнал підсилюється в підсилювачі 3. Отриманий після підсилювання сигнал подається до програмного пристрою 4, з якого надходить напруга на привід 5 повороту лопаток направляючого апарата відцентрового насосу 1. Поворот лопаток здійснюється на кут, значення якого визначається залежністю (2). Зворотний зв'язок за значенням кута повороту направляючого апарата реалізується електромагнітним датчиком розташування, розміщеним у приводі 5. Приклад. З метою перевірки впливу закручування потоку на величину кавітаційного запасу Dhk на експериментальному стенді було проведено дослідження відцентрового консольного насосу К 20-30 при частоті обертання 2940 хв'1. Режим роботи насоса визначався шляхом вимірювання подачі насосу, після чого розраховувався його кавітаційний запас. Дослідження проводилися для трьох випадків: без направляючого апарата (лінія позначена •) і з направляючим апаратом на вході в робоче колесо у виді ґрат лопаток, загнутих для закручування потоку на кути відповідно (j1 = 30 і j2 = 45° (позначення ліній відповідно і ¨). Для кожного випадку були отримані характеристики (фіг.8) зриву роботи внаслідок розвитку кавітації. З характеристик на фіг.8 видно, що значення 5 мінімального кавітаційного запасу при створенні закручення за допомогою грат направляючого апарата зменшилося з 2,3 до 1,5 м, що підтверджує ефективність запропонованого способу. Таким чином, запропонований винахід дозволяє створити оптимальну величину закручування потоку на вході в робоче колесо насоса, що дозволяє підвищити всмоктуючу здатність відцентрових насосів. 81006 6