УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЛОПАСТНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к системам водоснабжения, трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и сжиженных газов.
Известно устройство для регулирования производительности лопастных насосов перепуском части перекачиваемой жидкости с выхода насоса на его вход через байпасную линию с регулирующей задвижкой [Рахмилевич З. З. Насосы в химической промышленности: Справ, изд. - М.: Химия, 1990. - 240 с]. Манипулирование регулирующей задвижкой позволяет изменять подачу насоса. При этом режим и параметры работы самого насоса не изменяются.
Однако известное устройство регулирования недостаточно экономично из-за потери энергии на перепуск по байпасу "оборотной" жидкости.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному, является устройство для регулирования производительности центробежного насоса одновременным открытием регулирующей байпасной и закрытием регулирующей всасывающей задвижек и поддержанием постоянного суммарного расхода перекачиваемой жидкости в байпасной и выходной линиях или номинальной мощности, потребляемой электродвигателем насоса [Патент RU 2277645, 2004.04.27].
Дросселирование перекачиваемой жидкости через байпасную регулирующую задвижку в процессе регулирования приводит к существенным потерям энергии.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является экономия энергии в процессе регулирования.
Технический результат достигается тем, что известное устройство для регулирования лопастного насоса, содержащее входной трубопровод с регулирующей задвижкой, байпасную линию, соединенную с одной стороны с входным трубопроводом после регулирующей задвижки, а с другой - с выходом насоса, согласно полезной модели, дополнительно содержит в байпасной линии гидротурбину с регулируемым входным направляющим аппаратом и отсечные запорные задвижки на входе и выходе гидротурбины.
Предлагаемое устройство регулирования производительности лопастных насосов иллюстрируют фиг. 1, 2.
На фиг. 1 изображена схема соединений насоса с гидротурбиной в байпасной линии. На фиг. 2 поясняется регулирование с помощью характеристики насоса и характеристик сети, где Q, Н - объемный расход и напор перекачиваемой жидкости, соответственно.
Устройство содержит (фиг. 1) насос 1, байпасную линию 2, гидротурбину 3 с регулируемым входным направляющим аппаратом, электрический генератор 4, отсечные задвижки на входе 5 и выходе 6 гидротурбины 3, регулирующую задвижку 7 на входном трубопроводе насоса.
A
2
П
B
2
П
На фиг. 2 использованы следующие обозначения: Q - объемная номинальная производительность насоса, Q - объемная регулировочная производительность насосной установки; Q - перепускаемый расход жидкости; Q=Q+Q - суммарная объемная регулировочная производительность насоса; характеристика насоса 1, характеристика сети номинальная 2, характеристика регулировочная 3, характеристика байпасной линии с отсечными запорными задвижками 5, 6 и гидротурбиной 4.
Регулирование производительности лопастного насоса осуществляется изменением положения лопаток входного направляющего аппарата гидротурбины и одновременным закрытием регулирующей задвижки 7 на входном трубопроводе вместо регулирования регулирующей задвижкой байпасной линии и регулирующей задвижкой на входном трубопроводе в прототипе с потерей энергии в процессе дросселирования в регулирующей задвижке байпасной линии.
A
А
При работе насосной установки без регулирования отсечные запорные задвижки 5, 6 закрыты. Регулирующая задвижка 7 открыта полностью. Насос 1 и вращающий его двигатель работают в номинальном режиме с расходом Q и напором Н. Рабочая точка А определяется пересечением характеристик насоса 1 и сети 2 (фиг. 2).
П
При регулировании подачи насоса 1 необходимый расход жидкости в системе обеспечивается за счет отвода части перекачиваемой насосом жидкости Q из нагнетательного трубопровода во входной трубопровод насоса после регулирующей задвижки 7 по байпасной линии 2 через гидротурбину 3 (фиг. 1) с выработкой при этом полезной энергии, величину которой можно определить по формуле
Н
H
где Q - номинальная подача насоса; N - номинальная мощность, потребляемая насосом.
A
2
П
A
2
B
П
2
А
В
А
Р
Из фиг. 2 следует, что если требуется уменьшить подачу в систему с Q до Q, открывают отсечные запорные задвижки 5, 6 (фиг. 1) на байпасной линии 2 с подачей жидкости (газа) с расходом Q={Q-Q) в гидротурбину. За счет введения параллельно основной линии байпасного трубопровода 2 суммарная характеристика сети станет положе (кривая 3) и общая подача насоса увеличится до значения Q. При этом по байпасной линии будет циркулировать расход Q, а. в сеть поступать расход Q. Напор, развиваемый насосом, уменьшится с Н до величины Н. При подключению гидротурбины к внешней нагрузке в результате ее регулирования поворотом лопаток входного направляющего аппарата и регулирующей задвижки 7 суммарное гидравлическое сопротивление сети и в байпасной линии станет таким, что суммарная регулировочная характеристика сети 5 станет приходить через т. Р с сохранением неизменного напора Н=Н.
Сохранение суммарного расхода перекачиваемой жидкости через насос позволяет избежать увеличения мощности потребляемой насосом и перегрузки двигателя в процессе регулировании. Повышение давления на входе насоса, достигаемое в процессе регулирования, приведет к увеличению кавитационного запаса насоса и экономии электроэнергии.
s
Предлагаемое устройство для регулирования применимо для лопастных насосов с коэффициентом быстроходности n>300, у которых при увеличении подачи мощность уменьшается. В насосах с меньшими коэффициентами быстроходности регулирование подачи перепуском приведет к увеличению мощности насоса и может вызвать перегрузку электродвигателя.
Энергию, получаемую в гидротурбине можно использовать для привода электрического генератора или какого-либо другого гидравлического или механического устройства.
Предлагаемое устройство для регулирования можно также применять для систем с лопастными компрессорами, при этом в байпасной линии следует устанавливать либо газовые турбины для получения механической работы, либо расширительные машины для получения механической работы и искусственного холода.
Предлагаемое устройство для регулирования производительности целесообразно применять в электроприводных насосах (компрессорах) с мощными синхронными и асинхронными двигателями взамен регулирования с помощью дорогостоящих частотных преобразователей.