Диссертация (Разработка математических и компьютерных моделей переноса тепла, массы, импульса для систем тепло- и водоснабжения), страница 8

Поэтому, на практике применяютнасосы с большими расходами, чем те, которые требуются. Повышенные на выходе насосов давления гасятся с помощью задвижек.45H2A1H1A21H21Q2Q1QРис. 2.16. Характеристика насоса и сети; 1 – характеристика насоса с полностьюоткрытой на его выходе задвижкой; 1 – с регулируемым по числу оборотов двигателем;2 – характеристика сетиТаким образом, напор искусственно завышается, а потом вынуждено гасится, что вызывает перерасход электроэнергии и снижение производительности насоса.

То есть при такой работе часть энергии, развиваемой насосом, теряется бесполезно на задвижке, так как насос работает с пониженным КПД. Кроме того,ввиду увеличения наклона характеристики сети, уменьшается рабочий диапазоннасоса по расходу среды через него. Как правило, принято выбирать насос по рабочей точке, попадающей в среднюю часть его характеристики. Поэтому такойрежим работы насоса, вообще говоря, не рекомендуется нормативными документами.Другим путём решения данной проблемы является использование насосов срегулируемым приводом. Его характеристика насоса с уменьшением числа оборотов имеет вид кривой 1 (рис.

2.16), которая имеет совпадающий с кривой 1 угловой коэффициент. С уменьшением числа оборотов привода для параметров насосавыполняется соотношение [67]n1 Q1n 2 Q2H1N3 1 ,H2N2(2.18)где n1 , n 2 – число оборотов насоса до и после изменения; Q1 , Q 2 – расходы черезнасос; H 1 , H 2 – развиваемые насосом напоры; N 1 , N 2 – потребные мощности.Таким образом, применение регулируемого насоса позволяет избежать регулирование напора и расхода с помощью задвижки на выходе. Однако здесь по-46являются проблемы, требующие дополнительного исследования. К их числу относятся: совместная работа регулируемого насоса и параллельно присоединенного с ним нерегулируемого насоса вне рабочего диапазона расходов на характеристике (это зоны, где насосы работают с наибольшим КПД), работа насосов применяющихся расходах, но при постоянном давлении на выходе; работа насосов,когда давление и расход на выходе переменны.Для получения наиболее общих закономерностей в данной работе представлены исследования поставленных выше задач на примере расчета сети, включающей два насоса (один регулируемый) и два потребителя теплоты (рис.

2.17), атак же теплосети, включающей шесть параллельно присоединенных насосов,один из них регулируемый (теплосеть Самарской ТЭЦ). Расчеёты выполнялись накомпьютерной модели, основанной на двух законах Кирхгофа. По первому из нихдолжно быть выполнено равенство притока и отбора воды в каждом узлеn Qi  0 ,(2.19)i 1где n – число узлов сети;Qi(i  1,2) – расходы воды по всем трубам, соединяю-щимся в i – ом узле.По второму закону сумма напоров для каждого контура равна нулюnn2 Н i   S i Qi  0 ,i 1(2.20)i 1где Si (i  1,2) – гидравлическое сопротивление i - го участка;Qi(i  1,2) – расходысреды на i – ом участке.Используя соотношения (2.19) и (2.20), путём итеративного расчета находятся распределения скоростей, расходов и давлений по участкам сети.

Регулирование числа оборотов электродвигателя одного из насосов выполняется согласноформуле (2.18).47аB1H  constбB2R1R2Рис. 2.17. Схема теплосети с постоянным давлением на тепловыводе. а, б – насосы;R1 , R2 – потребители теплоты; B1 , B2 – задвижкиНа рис. 2.18 даны полученные на модели результаты исследований представленной на рис. 2.17 гидравлической системы при напоре H = const на выходенасосов в случае их работы на сеть с переменным гидравлическим сопротивлением, где 1 – характеристика нерегулируемого насоса, которая также является характеристикой исходного состояния регулируемого насоса (n1 – число оборотов висходном состоянии); 2, 3, 4, 5, 6, 7 – характеристики регулируемого насоса в зависимости от количества оборотов (n1, n2, …, n7); 1+1, 1+2, 1+4, 1+5, 1+6, 1+7 –суммарные характеристики регулируемых и нерегулируемых насосов при разномколичестве оборотов регулируемого насоса; 1′, 2′, 3′, …, 9′ – характеристики сетидля разных ее сопротивлений.Допустим, что напор H 1 на выходе насосов является постоянным, независимо от её сопротивления.

Выполним анализ колебаний расхода и возможностьего поддержания двумя параллельно включёнными насосами в зависимости отпеременного сопротивления сети. Из анализа следует, что величина расходов, которые можно получить, используя два насоса (напоре H 1 = const), при переменномсопротивлении внешней сети находится в диапазоне от Q2 до Q8. При этом расходQ2 обеспечивает лишь один насос, имеющий характеристику 1 (характеристикасети 2′ ). Расход Q8 (характеристика сети 8′) обеспечивается двумя насосами, оба48из которых имеют характеристики 1.

Промежуточные (между Q2 до Q8) расходыподдерживаются изменением числа оборотов регулируемого насоса.H1n123n2n4n345n56n6H17n7AQ1BQ2Q3Q4Q5Q6Q7Q88Q99QРис. 2.18. Совместная работа двух насосов (один с регулируемым приводом) при постоянномнапоре на их выходе на единую сеть с переменным сопротивлениемПри больших сопротивлениях теплосети (характеристика 1′ ) при заданномнапоре H 1 = const расход Q1 становится так мал, что он обеспечивается работойодного регулируемого насоса, работа которого должна соответствовать характеристике 3 (число оборотов n3).При очень малом сопротивлении внешней сети (характеристика сети 9′)расход при напоре H 1 становится настолько большим, что для его обеспечениянедостаточно двух работающих по характеристике 1 насосов. Здесь нужно использовать дополнительные насосы.Рассмотрим вариант, когда изменение напора сопровождается изменениемрасхода на выходе насосов.На рисунках 2.19, 2.20 дано распределение расходов при работе двух насосов, из которых насос а с регулируемым приводом (рис.

2.17), на общую сеть,включающую два тепловывода 1 и 2. Здесь даны расходы при работе насосов насеть с большим (рис. 2.19), и малым (рис. 2.20) гидравлическим сопротивлением.Причем рассмотрен вариант, когда число оборотов насоса а снижается так, чтоего характеристика совпадает с кривой 1'. Суммарная характеристика насосов а и49б будет соответствовать кривой 1+1', где 1-характеристика нерегулируемого насоса.Анализ полученных данных позволяет заключить о том, что при высокомсопротивлении сети с уменьшением количества оборотов насоса а до величины,соответствующей характеристике 1', по сравнению с исходным состоянием, когданасос а имел характеристику 1, происходит уменьшение его подачи на величинуQ 2  Q1 .

Подача насоса б с нерегулируемым приводом, имеющего характеристику1, при этом увеличивается на величину Q 2  Q 2 . Причем, уменьшение подачи насоса Н1 оказывается бóльшим, чем увеличение подачи насоса б, на величинуQ 3  Q 3  (Q 2  Q1 )  (Q 2  Q 2 ) . Величина Q3  Q3 в данном случае представляетуменьшение подачи двух параллельно соединенных насосов во внешнюю сетьпри изменении количества оборотов одного из них. На рисунке 2.20 приведенырезультаты расчетов для случая, когда сопротивление внешней сети меньше, чемсопротивление сети, расходные характеристики которой даны на рисунке 2.19.H2H1CAA1H 1BC1B1111  111Q1Q1Q2 Q2Q3 Q3QРис. 2.19. Совместная работа насосов на единую сеть с большим гидравлическим сопротивлением (см.

рис. 2). 1 – характеристика нерегулируемого насоса; 1 – с регулируемымприводом; 2 – характеристика сети; 1+1 – суммарная характеристика двух параллельно присоединённых насосов, имеющих характеристику 1; 1+1 – суммарная характеристика двухпараллельно присоединённых насосов, имеющих характеристики 1 и 150HAH1H1CBA1B1C111  1Q1 Q1Q2 Q2Q3Q3QРис. 2.20. Работа двух насосов на единую сеть с малым сопротивлением (см. рис. 2.18)При этом считаем, что число оборотов насоса а уменьшено на ту же самуювеличину, как и в варианте, приведенном на рис. 2.19.

Анализ полученных данныхприводит к заключению, что суммарная подача в сети при переходе насоса а напониженное число оборотов уменьшилась на величину Q3  Q3 , которая больше,чем аналогичная величина для варианта сети, характеристики которой приведенына рис. 19.Изложенные выше результаты позволяют заключить:– при понижении числа оборотов привода насосаа одновременно суменьшением расхода и давления на его выходе расход насоса б с нерегулируемым приводом возрастает.

При этом уменьшение расхода насоса а оказывается бóльшим, чем увеличение расхода насоса б и, следовательно, общий расход всети уменьшается;– уменьшение суммарного расхода во внешней сети при одном и том жепонижении числа оборотов регулируемого привода оказывается тем бóльшим,чем меньше сопротивление сети;– подача насосаб с нерегулируемым приводом при изменении сопротив-ления сети изменяется. Причем, возрастание расхода насоса б при уменьшенииколичества оборотов насоса а тем больше, чем выше сопротивление внешней се-51ти. При уменьшении сопротивления сети увеличение подачи насоса б становиться меньшим, (при неизменном количестве оборотов насоса а), следовательно, роль насоса б в регулировании суммарной подачи уменьшается;– при использовании в системе нескольких параллельно соединённых насо-сов, одного из них с регулируемым приводом, экономия затрачиваемой мощности при понижении числа оборотов имеет место только на этом насосе.

Расходна всех нерегулируемых насосах при этом возрастает. Следовательно, рабочаяточка на их характеристиках смещается вправо (в сторону бóльших расходов).При этом, если она не выходит за пределы рабочей зоны, рекомендуемой паспортными данными этих насосов, то экономичность их работы, по меньшей мере,не снижается. Для получения количественных характеристик необходимо выполнять расчет для каждого отдельного конкретного случая.Один регулируемый насос, подключенный к нескольким параллельно соединённым насосам, выполняет регулирование расхода лишь в диапазоне расходаданного насоса. Экономия мощности в сравнении с регулированием задвижкойсвязана с величиной расхода через него.