Спосіб керування кавітаційними процесами в насосному комплексі

Реферат: Спосіб керування кавітаційними процесами в насосному комплексі полягає у випуску парогазової суміші із потоку рідини в атмосферу. Парогазову суміш накопичують у ресивері, який обладнано регульованим клапаном з виконавчим механізмом і датчиком тиску, з подальшим пропусканням її через повітряну турбіну з електричним генератором на одному валу, який обладнано пристроєм сполучення генератора з енергомережею, при рівності тиску Pдm. в ресивері максимально припустимому значенню тиску Pмакс.р , обумовленому пропускною здатністю пристрою для відводу повітря, формують сигнал керування U у , відповідний максимальному ступеню відкриття   1.0 регулювального клапана та максимальним значенням тиску Pвх.m.  Pдm. , витрати газу Qвх.m. на вході повітряної турбіни й потужності електричного генератора. UA 68675 U (54) СПОСІБ КЕРУВАННЯ КАВІТАЦІЙНИМИ ПРОЦЕСАМИ В НАСОСНОМУ КОМПЛЕКСІ UA 68675 U UA 68675 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до електромеханіки та може бути використана в системах контролю та керування насосними комплексами (НК) комунального й промислового водопостачання, що характеризуються виникненням кавітаційних процесів у насосних агрегатах і трубопроводі, які супроводжується ростом непродуктивних втрат енергії (до 20-30 %) у гідротранспортній системі. Відомий спосіб керування кавітаційними процесами в НК, що базується на впуску повітря у трубопровідну систему, де виникають кавітаційні процеси, що супроводжуються утворенням кавітаційних каверн [Дурнов П.И. Насосы, вентиляторы, компрессоры. - Киев; Одесса: Вища школа, 1985. - С. 64, 65]. Ознаки, що збігаються з істотними ознаками способу, який заявляється: зниження впливу кавітації на характеристики технологічного устаткування НК. До недоліків способу належать: складність у реалізації, та можливість розвитку суперкавітаційних процесів, що, у свою чергу, може привести до зриву роботи насосного устаткування та утворення повітряних пробок у трубопровідній мережі. Відомий спосіб керування кавітаційними процесами у НК, що базується на випуску газу з потоку рідини шляхом встановлення додаткового гідравлічного устаткування [Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей ВУЗов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 1984. - С. 127-131]. Ознаки, що збігаються із істотними ознаками способу, який заявляється: випуск парогазової суміші із потоку рідини в атмосферу, що призводить до зменшення втрат енергії при транспортуванні рідини. Недоліком способу є неефективне використання енергії парогазової суміші. Зазначений спосіб вибрано як прототип способу, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу керування кавітаційними процесами в гідромережі насосного комплексу, який дозволить зменшити непродуктивні втрати енергії при транспортуванні рідини шляхом виводу парогазової суміші з потоку рідини з одночасною рекуперацією її енергії в електричну енергію. Зазначений технічний результат досягається тим, що парогазову суміш відводять з потоку рідини через пристрій стравлювання повітря та накопичувальний резервуар, обладнаний регулювальним клапаном і датчиком тиску, на вхід повітряної турбіни, з'єднаної з електричним генератором одним валом. Установка пристрою стравлювання повітря виконується в місцях найбільшого накопичення парогазової суміші кавітаційних каверн. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена - блок-схема насосної установки із системою керування кавітаційними процесами в трубопроводі, на якій прийняті позначення: 1 - насосний агрегат; 2 - асинхронний електродвигун; 3 - пристрій для відводу повітря; 4 - ресивер; 5 - датчик тиску; 6 - система керування регулювальним клапаном; 7 - виконавчий механізм; 8 - регулювальний клапан; 9 - повітряна турбіна; 10 - електричний генератор; 11 - пристрій сполучення генератора з енергомережею; на фіг. 2 наведено алгоритм роботи системи керування кавітаційними процесами. Спосіб реалізовано наступним чином. Система керування кавітаційними процесами в насосному комплексі (фіг. 1) при рівності тиску значенню тиску Pмакс.р в ресивері максимально припустимому , обумовленому пропускною здатністю автоматичного клапану для відводу повітря, формує сигнал керування 45 Pдm. Uу , відповідний максимальному ступеню відкриття   1.0 регулювального клапана та максимальним значенням тиску Pвх.m.  Pдm. , витрати газу Qвх.m. на вході повітряної турбіни й потужності електричного генератора Nг  де Pвх.m.Q вх.m. г г , - коефіцієнт корисної дії генератора. Якщо тиск рдт у ресивері менше мінімально припустимого значення Pмін.р , величина якого U 50 визначається необхідним тиском на вході повітряної турбіни, формують сигнал керування у на повне закриття регулювального клапана, що відповідає мінімальному ступеню його відкриття 0. За умови турбіну: Pмін.р  Pдm.  Pмакс.р (фіг. 2) визначають поточне значення витрати повітря через 1 UA 68675 U Qm.i  P0  Pдm Rm , та формують сигнал керування відкриття: i  5 де Rm Uу на регулювальний клапан, що відповідає ступеню ab  cCd v b  Cd v P0 , - тиск неробочого ходу повітряної турбіни; - внутрішній опір турбіни; a,b, c, d - коефіцієнти апроксимації паспортної характеристики регулювального клапана; Q m.i Cv  Q макс - пропускна здатність клапана; Qмакс - максимальна витрата повітря через регулювальний клапан, і визначають потужність Nг.і  10 15 20 25 г електричного генератора . Потужність, що розвивається парогазовою сумішшю, визначають згідно виразу виду, Вт: Nкав=pQкав, (1) де р - тиск у трубопроводі, Па; 3 Qкав - витрата парогазової суміші, м /с. Розглянемо кавітаційні режими роботи насосного комплексу з параметрами: напір H=38 м, 3 подача Q=0,188 м /с, споживана потужність насосу N=148 кВт, температура рідини Т=26 °С, тиск насичених пар рn=3361,06 Па, діаметр трубопроводу d=0,4 м, щільність рідини ρ=1000 3 кг/м , критичне число кавітації напірного патрубка насоса χкр=700. При тиску в трубопроводі Pмакс.=372780 Па та у ресивері Ррес.макс=200000 Па, продуктивності 3 3 Qмакс=0,188 м /с, витрата та потужність парогазової суміші складуть Qкав.макс=0>047 м /с та Nкав.макс=9,4 кВт, відповідно. 3 При тиску pмін=176666 Па й продуктивності Qмін=0,12 м /с, витрата парогазової суміші складе 3 Qкав.мін=0,03 м /с. Тоді значення потужності парогазової суміші при тиску в ресивері Ррес.мін=100000 Па буде дорівнювати Nкав.мін=3 кВт. Запропонований спосіб керування дозволяє підвищити енергоефективність функціонування насосного комплексу шляхом зниження втрат енергії на транспортування рідини, обумовлених наявністю кавітаційних процесів у трубопроводі. При цьому потужність рекуперації енергії кавітаційних процесів може досягати 25 % потужності потоку рідини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 PдmQm.i 1. Спосіб керування кавітаційними процесами в насосному комплексі, що полягає у випуску парогазової суміші із потоку рідини в атмосферу, який відрізняється тим, що парогазову суміш накопичують у ресивері, який обладнано регульованим клапаном з виконавчим механізмом і датчиком тиску, з подальшим пропусканням її через повітряну турбіну з електричним генератором на одному валу, який обладнано пристроєм сполучення генератора з енергомережею, при рівності тиску Pдm. в ресивері максимально припустимому значенню тиску Pмакс.р , обумовленому пропускною здатністю пристрою для відводу повітря, формують сигнал керування U у , відповідний максимальному ступеню відкриття   1,0 регулювального клапана 40 та максимальним значенням тиску Pвх.m.  Pдm. , витрати газу Qвх.m. на вході повітряної турбіни й потужності електричного генератора Nг  Pвх.m.Q вх.m. , г де г - коефіцієнт корисної дії генератора, якщо тиск Pдm. у ресивері менше мінімально припустимого значення Pмін.р , величина якого визначається необхідним тиском на вході 45 повітряної турбіни, формують сигнал керування U у на повне закриття регулювального клапана, 2 UA 68675 U що відповідає мінімальному ступеню його відкриття   0 , за умови Pмін.р  Pдm.  Pмакс.р визначають поточне значення витрати повітря через турбіну Qm.i  5 P0  Pдm , Rm де P0 - тиск неробочого ходу повітряної турбіни; Rm - внутрішній опір турбіни, та формують сигнал керування U у на регулювальний клапан, що відповідає ступеню відкриття i  ab  cCd v b  Cd v , де a,b,c, d - коефіцієнти апроксимації паспортної характеристики регулювального клапана; Cv  10 Q m.i - пропускна здатність клапана; Q макс Qмакс - максимальна витрата повітря через регулювальний клапан, і визначають потужність електричного генератора N г .і  Pдm Q m.i . г 3 UA 68675 U 4 UA 68675 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5