Анализ совместной работы ветронасосной установки и трубопровода

АНАЛИЗ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ВЕТРОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ И ТРУБОПРОВОДА

Ф.Д. БАЙРАМОВ, Н.С. ГАЛИМОВ, А.Р. ФАРДЕЕВ Камская государственная инженерно-экономичная академия

В данной статье рассматривается ветронасосная установка с механической передачей вращающего момента от ветродвигателя к ротору регулируемого пластинчатого насоса. Приводится пример автоматизированной системы, производящей подключение ветронасосной установки к трубопроводу и отключение установки от него. Подключение ветронасосной установки к трубопроводу происходит при скорости ветра выше определённого уровня, а отключение - при скорости ветра ниже этого уровня. Проведён анализ совместной работы ветронасосной установки и трубопровода при изменении количества потребителей и скорости ветра.

Рассмотрим машину, двигателем которой является ветродвигатель роторного типа с вертикальной осью вращения [1], а исполнительным органом -регулируемый пластинчатый насос.

Ротор ветродвигателя приводится в движение силой давления ветра, действующей на лопасти ротора. Для данного двигателя коэффициент использования энергии ветра максимален при линейной скорости лопасти в три раза меньшей скорости ветра. Поэтому рассматриваемый ветродвигатель тихоходный и, следовательно, бесшумный. Последнее качество позволяет размещать данный ветродвигатель в непосредственной близости от промышленных и жилых зданий [2].

Подача жидкости в трубопровод ветронасосной установкой начинается лишь при достижении скоростью ветра расчётного значения. При меньшей скорости ветра трубопровод обслуживается другим насосом с альтернативным источником энергии. В это время ветронасосная установка заряжает пневматический гидроаккумулятор. При достижении определённого давления в гидроаккумуляторе он разряжается, производя подачу жидкости в трубопровод.

Подключение ветронасосной установки к трубопроводу и отключение её от трубопровода производит автоматизированная система [3].

Возможны 4 режима работы системы:

1) режим обеспечения подачи жидкости в трубопровод ветронасосной установкой;

2) режим зарядки гидроаккумулятора;

3) режим разрядки гидроаккумулятора;

4) режим ожидания увеличения скорости ветра.

При работе системы в первом режиме подача жидкости в трубопровод производится ветронасосной установкой. При работе системы во втором и четвёртом режимах подача жидкости производится центробежным электронасосом, питающимся от электрической сети. При работе системы в третьем режиме подача жидкости в трубопровод производится из гидроаккумулятора.

Работа системы в первом режиме возможна при скорости ветра выше расчётной. При скорости ветра ниже расчётной, но выше минимально

© Ф.Д. Байрамов, Н.С. Галимов, А. Р. Фардеев Проблемы энергетики, 2008, № 9-10

необходимой для работы ветронасосной установки, система работает во втором и третьем режимах. При скорости ветра ниже минимально необходимой для работы ветронасосной установки система работает в четвёртом режиме.

Рассмотрим совместную работу ветронасосной установки и трубопровода. Совместная работа ветронасосной установки и трубопровода возможна лишь в первом режиме работы системы. Вспомним, что в этом режиме скорость ветра не может опускаться ниже какой-то расчётной величины, а увеличение скорости ветра возможно.

Известно, что при установившемся течении жидкости в трубопроводе насос развивает напор, равный потребному [4]:

Анализ совместной работы ветронасосной установки и трубопровода произведём путём совместного построения в одном и том же масштабе и в одной координатной плоскости двух кривых: потребного напора Нпотр=/1(2т) и

характеристики насоса Ннас=/2(Он) и нахождения их точки пересечения [5] (см. рис. 1). Здесь От - расход трубопровода, а 2н - подача насоса.

Рис. 1. Графическое нахождение рабочей точки при изменении числа потребителей

В точке В происходит перелом характеристики пластинчатого насоса благодаря установке переливного клапана в системе подачи жидкости. Этот перелом необходим для поддержания в трубопроводе заданного напора путём непрерывного слива жидкости.

Этого перелома характеристики в точке В можно было бы достичь регулированием рабочего объёма насоса ветронасосной установки, что было бы более экономичным, но регулированием рабочего объёма достигается заданное соотношение между скоростью ветра и линейной скоростью лопасти ротора ветродвигателя ветронасосной установки.

Пусть в течение некоторого промежутка времени скорость ветра постоянна. Кривая потребного напора при этом может изменяться. При увеличении числа потребителей она примет вид Нпотр1 (рис. 1), а при уменьшении числа потребителей - Нпотр2. При увеличении числа потребителей рабочая точка из

5 10 15 20 25 30 35 40

Q6, Qн

положения А переместится вправо в положение А1. Из рис. 1 видно, что напор при этом немного упадёт от значения Н0 до значения Н1. Но это падение напора несущественное. Если бы не было точки перелома В характеристики насоса, то, как видно из рисунка, падение давления было бы существенным. При уменьшении числа потребителей рабочая точка из положения А переместится влево в положение А2 и напор немного повысится. Но это повышение напора несущественное.

Пусть в течение некоторого промежутка времени количество потребителей не изменяется. Построим вновь кривую потребного напора трубопровода и характеристику насоса и определим рабочую точку А (рис. 2).

Рис. 2. Графическое нахождение рабочей точки при изменении скорости ветра

При уменьшении скорости ветра уменьшается частота вращения ротора насоса и его рабочий объём. Характеристика насоса примет вид Ннас1 (рис. 2). При увеличении скорости ветра увеличатся частота вращения ротора насоса и его рабочий объём. Характеристика насоса примет вид Ннас2. Из рис. 2 видно, что при уменьшении скорости ветра рабочая точка переместится влево из положения А в положение А1. При увеличении скорости ветра рабочая точка из положения А переместится вправо в положение А2. При этом произойдёт несущественное изменение напора от значения Н0 до значений Н1 и Н2 соответственно. Если бы не было перелома характеристики насоса в точке В, то, как видно из рис. 2, при изменении скорости ветра происходило бы существенное изменение напора.

Подача жидкости в трубопровод при помощи пластинчатого насоса возможна лишь в случае, когда подаваемая жидкость чистая, обладает смазывающими свойствами и неагрессивна. Эти требования к жидкости обусловлены малыми зазорами в пластинчатом насосе и трением между обработанными по высшим классам точности и чистоты поверхностями статора и пластин насоса. Под вышеперечисленные требования подходит смазывающе-охлаждающая жидкость (СОЖ), которая применяется на машиностроительных предприятиях. Поэтому рассмотренная система подачи жидкости в трубопровод с применением ветронасосной установки может быть использована для подачи СОЖ к металлообрабатывающим станкам машиностроительного предприятия.

Выводы

Проведённый анализ совместной работы ветронасосной установки и трубопровода позволяет сделать следующий вывод: при использовании

ветронасосной установки с регулируемым пластинчатым насосом изменение количества потребителей и изменение скорости ветра вызывает несущественное изменение напора. Это достигается за счёт установки в системе переливного клапана.

Эти выводы сделаны для случая малого изменения скорости ветра, что соответствует действительности. В рассматриваемом режиме совместной работы ветронасосной установки и трубопровода при падении скорости ветра ниже определённого уровня ветронасосная установка отключается от трубопровода, а при увеличении скорости ветра выше некоторого уровня срабатывает система ограничения воздушного потока.

Summary

A windpumping unit with mechanical transmission of rotating moment from windengine to the rotor of regulated lamellar pump is considered in the given article. The example of automatic system, producing the linking up of the windpumping unit to the pipe-line and disconnecting from it, is given. The linking up of the windpumping unit to the pipe-line occurs at the windspeed higher than definite level, and the disconnecting occurs at the windspeed lower than this level. The analysis of joint work of the windpumping init and pipe-line taking into consideration changes in the amount of consumers and changes of the windspeed is realized.

Литература

1. Пат. 2168060. Ветроустановка / Байрамов Ф.Д., Галимов Н. С., Ибрагимов Р.Ф. - 2001.

2. Шефтер Я. И. Ветроэнергетические агрегаты. - М.: Машиностроение, 1972. - 288 с.

3. Воронов А. А. Теория автоматического управления. - М.: Высшая школа, 1986. - 386 с.

4. Попкович Г. С., Гордеев М. А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. - М: Высшая школа. 1986. - 392 с.

5. Гидравлика, гидромашины и гидротурбины / Т.М. Башта, С.С. Руднев и др. - М.: Машиностроение, 1982. - 424 с.

Поступила 03.04.2008