Общие сведения. 
Электрический привод

Центробежный механизм содержит исполнительный орган непрерывного вращательного движения. В результате этого технологические установки с центробежным механизмом обладают высокой производительностью, а также уникальными качествами, свойственными вращательному движению: наличием центробежной силы и центростремительного ускорения, возможностью достижения высоких окружных скоростей и значений кинетической энергии. По этой причине технологические установки с центробежным механизмом получили широкое и разнообразное применение. К таким установкам относят центробежные насосы и вентиляторы, центрифуги, молочные сепараторы, ротационные вакуум-насосы, турбокомпрессоры, молотковые дробилки, центробежные пневмотранспортеры и др.

Общая электроприводная особенность центробежных механизмов — зависимость их статического момента сопротивления М_м от угловой скорости рабочего органа механизма (о_м, которая в общем случае может быть представлена в виде:

где М_мо — начальный момент статического сопротивления механизма при частоте вращения, близкой к нулю, Н • м; Р_{м н}, а)_{м н} — соответственно номинальные мощность, Вт, и угловая скорость, рад/с, механизма; Л'— показатель степени, характеризующий изменение момента статического сопротивления механизма от частоты вращения его рабочего органа, Х>2.

Применительно к большинству центробежных механизмов, у которых рабочий орган вращается в подшипниках качения, М_мо/М_мм = 0,05…0,08, где М_мн = В случае применения подшипников скольжения, используемых, в частности, в погружных насосах, Л/_м0/Л/_{м н} = 0,1…0,18. Исключение составляют ротационные вакуумные насосы, применяемые в системах машинного доения животных. У них по причине конструктивных особенностей механизма М_м0/М_{м н} = 0,7…0,9.

При неизменном гидравлическом или аэродинамическом сопротивлении трубопроводов и статическом напоре (Я_с) в долях от номинального (Я_н), Я_с/Я_н = Я_с> < 0,2 допустимо принять значение Х= 2, что соответствует отсутствию статического напора (Я_с> = 0). В этом случае подачу ??_м центробежных механизмов можно считать прямо пропорциональной угловой скорости со_м их рабочих органов, то есть Q_M = со_м. Соответственно напор Я_м =о>^,.

Рис. 2.7. QH-характеристнки центробежного механизма для разных частот вращения (о)_и, ш_ь (0₂) при работе на магистраль с различной степенью ее дросселирования изменением гидравлического (аэродинамического) сопротивления (Rl, R2, RS)

момент статической нагрузки на валу Л/_м=со? и мощность нагрузки на валу Р_м = ю*.

С учетом возможного статического напора (Я_с# * О и Х> 2) эти соотношения для общего случая в рабочей части харатеристики имеют вид: (?_м = о)_м, Я _м = <0*, =со^ и /^>_Ms (oJ^+l.

Таким образом, даже при малом отклонении угловой скорости центробежного механизма от номинального значения мощность нагрузки на валу двигателя его привода изменяется весьма существенно и тем значительнее, чем выше значение относительного статического напора Я_сф. Это следует учитывать при комплектовании центробежных механизмов электродвигателями даже с незначительным отличием номинальных угловых скоростей, а также при эксплуатации этих электроприводов с изменяющимися угловыми скоростями.

Регулирование производительности центробежных механизмов возможно осуществлять:

дросселированием, то есть изменением гидравлического или аэродинамического сопротивления потоку жидкости или газов;

изменением угловой скорости рабочего органа, в частности, применением регулируемого ЭП, который в вырожденном виде при использовании двух угловых скоростей (нулевой и номинальной) представляет собой двухпозиционный ЭП;

изменением угла атаки лопастей рабочего органа.

В практике по экономическим соображениям и по надежности функционирования применяют два первых способа (рис. 2.7). Причем из них наиболее экономичен второй, так как при регулировании подачи дросселированием возникают дополнительные потери в регулирующей задвижке при неизменном напоре и пониженной подаче центробежного механизма. Третий способ технически трудно реализуем и практического применения не имеет.

С расширением использования регулируемых ЭП с полупроводниковыми преобразователями, имеющими большой диапазон плавного изменения угловой скорости ЭП, второй способ становится основным и наиболее целесообразным.

Напор Я центробежного механизма, в частности насоса, определяется высотами всасывания Я_вс и нагнетания Я_нагн, сумма которых равна статическому напору Я_с = Я_вс + Я_нагн, а также потерями в трубопроводе ДЯ_Т = (PR и свободным напором подачи А_св:

Центробежные насосы. Следует помнить, что для непогружных центробежных насосов высота всасывания должна быть по возможности минимальной и не превышать максимально возможного значения 9,8 м. Перед пуском такой насос необходимо предварительно заполнить перекачиваемой жидкостью, что должно предусматриваться соответствующей системой управления электроприводом насоса.

Для большинства центробежных механизмов, работающих без противодавления на рабочий орган или когда оно незначительное и не превышает 20% напора, создаваемого механизмом, Х-2. Для погружных насосов с забором воды из артезианских скважин, используемых в системах сельскохозяйственного водоснабжения (рис. 2.8), противодавление, создаваемое статическим напором жидкости, как правило, превышает 20% напора насоса и значение Х> 2.

Исследованиями, проведенными автором, установлено, что при статическом напоре центробежного насоса, составляющем 50% напора насоса, Х=3, а при 90% —^=4,5. Таким образом, если выразить статический напор центробежного насоса в долях.

от номинального напора Я_Сф = = Я_с/Я_н, то получим ряд механических характеристик, которые показаны на рисунке 2.9.

Из рассмотрения механических характеристик центробежного насоса (рис. 2.9) следует, что при относительных статических.

Рис. 2.8. Технологическая схема водоснабжения из артезианской скважины:

7—погружной электронасос; 2— скважина; 3— водонапорная башня с датчиками уровня ДУ верхнего (В) и нижнего (Н); -насосная станция с блоком автоматики (А); 5— магистраль водоснабжения.

Рис. 2.9. Механические характеристики центробежного насоса при различных относительных статических напорах

напорах #_Сф > 0,2 насос при малых относительных угловых скоростях ш_Мф = о) м/со_м «не обеспечивает подачу жидкости. То есть насос работает как бы с закрытой задвижкой на нагнетательном патрубке и только при превышении определенного граничного значения угловой скорости о>_МТФ начинает обеспечивать подачу жидкости и принимать нагрузку. В частности, как следует из анализа характеристик (рис. 2.9), при #_с# = 0,5 это граничное значение относительной угловой скорости равно ш_мт = 0,4, а при #_Сф = 0,9 составляет о)_{м г#} = 0,8.

Таким образом, электродвигатель привода центробежного насоса принимает основную нагрузку только при превышении граничной угловой скорости о)_{м г#}, значение которой тем больше, чем значительнее относительный статический напор #_Сф насоса. При номинальной угловой скорости центробежного насоса мощность нагрузки, Вт, создаваемой им на валу электродвигателя привода, рассчитывают по (1.106).