23.06.2016

Регулирование подачи и напора изменением характеристики лопастной машины

Любые изменения характеристики зарегулированного тракта, в котором работает насос или тягодутьевая машина, вызывает значительные дополнительные затраты энергии. Способы регулирования подачи, связанные с изменением характеристики самой лопастной машины более экономичны, однако обычно требуют существенного усложнения конструкции самого агрегата или его привода.

Способом регулирования, обладающим наиболее высокими экономическими показателями, является регулирование изменением числа оборотов рабочего колеса машины. Технически это может быть реализовано, во-первых, при использовании привода с регулируемой частотой вращения или, во-вторых, при установке между лопастной машиной и двигателем вариатора частоты вращения (например, гидравлической или электромагнитной муфты, которые, однако, находят ограниченное применение, поскольку они весьма ненадежны, сложны в изготовлении и существенно усложняют эксплуатацию насосов и тягодутьевых машин на ТЭС).

Для привода мощных питательных насосов на электростанциях могут использоваться специальные турбины малой мощности, допускающие экономичное изменение числа оборотов в широком диапазоне нагрузок.

Наиболее распространенные отечественные асинхронные электродвигатели, используемые для привода агрегатов ТЭС, имеют обычно две скорости вращения, при этом их КПД недостаточно высок, а процесс изменения числа оборотов носит ступенчатый характер.

Используя формулы пересчета показателей лопастных машин, можно записать

N/N' = (n/n')3 ; H/H' = (n/n') 2 ; Q/Q' = n/n'.

Очевидно, что, изменяя скорость вращения n, можно регулировать подачу и напор лопастной машины как на снижение, так и на увеличение. Число оборотов рабочего колеса выбирается таким, чтобы функция H = f(Q) прошла через рабочую точку при повышенном расходе Q' ( n'> n) или пониженном Q" (n"< n).

Регулирование лопастной машины изменением частоты вращения

Отличительной особенностью такого регулирования является то, что этот метод не приводит к дополнительным потерям энергии в тракте, так как в любых режимах напор лопастной машины и характеристика сети согласованы между собой. Этот метод можно применять для любого типа лопастных машин. Коэффициент полезного действия агрегата при регулировании частоты вращения практически не изменяется и соответствует своему значению при номинальной производительности, которое в большинстве случаев является максимальным для данной машины.

Основные потери энергии возникают при изменении частоты вращения вала не в лопастных машинах, а в приводных устройствах. В частности, КПД гидромуфты зависит от уровня понижения частоты вращения вала.

Регулирование поворотным направляющим аппаратом, установленным на входе в рабочее колесо, основано на изменении характеристики лопастной машины H = f(Q), которая должна пройти в регулировочном режиме через расчетную точку.

H = (U2 C2U - UiCiU)/g,

Используем для анализа процесса регулирования уравнение Эйлера если увеличивать составляющую UiCiU в этом уравнении, то развиваемое давление и мощность, потребляемая машиной, должны уменьшатся. Таким образом, энергия, передаваемая потоку жидкости или газа в лопастной машине, существенно зависит от условий входа потока в рабочее колесо. Закручивание потока в специальном направляющем аппарате, установленном перед рабочим колесом, может существенно изменять характеристику лопастной машины.

Поворотные направляющие аппараты могут выполнятся в двух основных конструктивно различных вариантах: осевом и радиальном.

Осевой направляющий аппарат

Осевой направляющий аппарат (ОНА), изображенный на рисунке, состоит из лопаток с осями поворота, при этом лопатки поворачиваются все одновременно при помощи специального перестановочного кольца. При их полном закрытии Q = 0. Изменяя далее положение лопаток, можно получить необходимый вид напорной функции H = f (Q). При полном открытии направляющего аппарата поток будет двигаться радиально, а в промежуточных положениях в рабочей решетке лопастной машины создается вихрь, закрученный в направлении вращения колеса.

Конструкция осевого направляющего аппарата используется в основном при осевом подводе потока к рабочему колесу лопастной машины (например у дутьевых вентиляторов типа ВД). На ТЭС применяются два основных типа осевых направляющих аппаратов для регулирования тягодутьевых машин. Аппараты типа ОНА имеют наиболее сложную конструкцию и высокие экономические показатели, поэтому предусмотрены в самой схеме машины. Аппараты типа УНА (упрощенные) встраиваются в подводящий трубопровод, имеют более простую конструкцию и используются для регулирования машин малой и средней производительности.

Радиальные направляющие аппараты

Радиальные направляющие аппараты (РНА) могут работать только при радиальном подводе потока к центробежной машине. Закрутка потока в таком направляющем аппарате обеспечивается поворотом лопаток в круговой цилиндрической решетке. Из-за сложности подключения машин с РНА к тракту, они не находят широкого применения для регулирования мощных ТДМ, применяемых на ТЭС.

Рассмотрим график регулирования лопастной машины направляющим аппаратом. При повороте лопастей направляющего аппарата изменяются параметры лопастной машины (кривые напора Н1, H2, H3 и потребляемой мощности N1, N2, N3). Соответственно на пересечении напорных функций с характеристикой сети получаем три режимные рабочие точки А1, A2, A3. Таким образом, имеется зона регулирования подачи, а соединив точки B1, B2, B3 на кривых N = f(Q), можно получить линию изменения мощности машины в процессе регулирования направляющим аппаратом.

Регулирование направляющим аппаратом широко применяется на тепловых электростанциях в силу своей простоты, надежности, безопасности и возможности автоматизации процесса управления. Для повышения эффективности регулирования направляющие аппараты следует располагать в непосредственной близости от входа в рабочее колесо. Диапазон регулирования с помощью этих устройств обычно не превышает 30% от номинальной подачи, поэтому этот способ применяют обычно совместно с дроссельным регулированием или другими способами регулирования.

Характеристика тягодутьевой машины может изменятся за счет увеличения или уменьшения ширины рабочего колеса. Регулирование изменением ширины рабочего колеса применяется в основном на машинах высокой производительности (дымососы, дутьевые вентиляторы).

Подача лопастной машины зависит от ее геометрических размеров Q = п b2D2C2R, если уменьшить ширину рабочего колеса на выходе (b2), то можно обеспечить эффективное регулирование подачи. Такое регулирование осуществляется только для радиальных тягодутьевых машин с загнутыми назад лопастями и может производится на ходу путем перемещения промежуточного передвижного диска, установленного в рассечку между двумя неподвижными дисками рабочего колеса.

При таком регулировании подачи можно понизить величину относительной скорости потока W2, что деформирует треугольник скоростей и обеспечивает снижение скоростей C2 и С2U, определяющих уровень развиваемого установкой напора. Таким образом, при уменьшении ширины рабочего колеса достигается также определенное понижение напора ТДМ. Регулирование изменением ширины колеса экономично и может быть автоматизировано. Однако, в силу конструктивной сложности изготовления таких агрегатов, этот способ применяется только для ТДМ очень высокой производительности.

Элероное регулирование

При элеронном регулировании изменение характеристики вентилятора или дымососа достигается путем изменения угла выхода потока р2 при повороте закрылков (элеронов), закрепленных на концах рабочих лопастей.

Эффективность такого регулирования во многом зависит от конструктивного оформления механизма поворота элеронов. На опытных образцах ТДМ, оснащенных элеронными регулирующими устройствами, применяется тросовый приводной механизм.

Элеронное регулирование позволяет понизить потери, возникающие при снижении подачи на 25 - 30%. Рассматриваемый способ регулирования является перспективным и находится в стадии разработки, однако он может найти применение на мощных лопастных машинах, применяемых на ТЭС в качестве дымососов и дутьевых вентиляторов.


Символьный код: regulirovanie-podachi-i-napora-izmeneniem-kharakteristiki-lopastnoy-mashiny

Возврат к списку