Статьи о кровле и не только.

В процессе пуска на опорожненный водовод с сифонным водовыпуском погружные насосы последовательно проходит все четыре состояния: трогание, набор синхронной частоты вращения и синхронизация; наполнение напорного водовода при номинальной частоте вращения; заполнение сифонного водовыпуска и работа насоса при повышенном напоре; зарядка сифона и выход на расчетный режим. Агрегаты, снабженные синхронным вертикальным двигателем, пускаются методом прямого асинхронного или реакторного пуска. Прямой асинхронный пуск осуществляется подачей полного напряжения на обмотки электродвигателя. При этом пуске не требуется установки дополнительного оборудования, однако пусковые токи ротора и статора существенно увеличиваются по сравнению с номинальными, что усложняет работу электродвигателя и вызывает значительное снижение напряжения в сети, а в некоторых случаях приводит к перегреву и прогоранию вертикальных стержней «беличьего колеса» ротора. При прямом пуске агрегаты с рабочим колесом диаметром 185 и 260 см разгоняются до синхронной частоты вращения соответственно за 8 и 15 с. Автотрансформаторный или реакторный пуск осуществляется подачей на обмотки электродвигателя напряжения, сниженного с помощью автотрансформатора или чаще всего реактора, который отключается при разгоне агрегата до синхронной частоты вращения. При реакторных пусках снижаются момент, развиваемый двигателем при пуске, потребляемая мощность, нагрев обмоток и падение напряжения, но увеличивается время пуска. Однако для проведения таких пусков требуется дополнительное оборудование в виде реактора или автотрансформатора, шин и переключателей. Вследствие снижения пускового момента при реакторном пуске время достижения синхронной частоты вращения увеличивается, например, до 13 и 17 секунд в насосах ОП10-11 с рабочим колесом диаметром 185 и 260 см. При трогании агрегата геометрический напор равен нулю и момент сопротивления вращению определяется в основном трением, инерцией вращающихся масс и до некоторой степени инерцией воды, которая увеличивается с уменьшением времени набора синхронной частоты, увеличением угла установки лопастей и подтоплением рабочего колеса, а также зависит от конфигурации проточного тракта. Для облегчения условия работы двигателя (уменьшения пусковых токов) трогание агрегата желательно проводить с малой скоростью (реакторный пуск) на минимальном угле установки лопастей при минимальном уровне нижнего бьефа.

Напор к моменту синхронизации складывается из геометрического и инерционного напоров и потерь напора, возникающих при движении воды в трубопроводе и воздуха, выходящего через клапан срыва вакуума. Рост всех составляющих напора и длительность первого этапа пуска увеличиваются на больших углах установки лопастей рабочего колеса. Поэтому напор и момент сопротивления вращению рабочего колеса при синхронизации имеют максимальное значение при больших углах установки лопастей.

Для облегчения условий синхронизации целесообразно ее проводить на малых углах разворота лопастей. Для успешной синхронизации двигателя с энергосистемой требуется, чтобы момент сопротивления вращению при синхронизации был меньше асинхронного момента двигателя. Во время синхронизации в связи с увеличением расхода наблюдается снижение давления во всем проточном тракте насоса, затем давление под рабочим колесом начинает незначительно, а над рабочим колесом значительно увеличиваться.

После синхронизации происходит дальнейшее заполнение напорного трубопровода при n=const. Сложность этого этапа зависит от скорости прохождения режимной точкой зоны характеристики с большими расходами, характеризующейся повышенными динамическими нагрузками. Воздух вытесняется из трубопровода и сифонного водовыпуска через клапаны срыва вакуума. При недостаточной их площади происходит периодическое выдавливание воздуха из-под шелыги сифона в верхний бьеф, сопровождающееся низкочастотными пульсациями давления. Частота пульсаций увеличивается по мере заполнения трубопровода водой и уменьшения подтопления шелыги, а их амплитуда снижается при уменьшении подтопления шелыги и угла установки лопастей рабочего колеса. Время заполнения напорного водовода зависит от его длины и угла установки лопастей.

На третьем этапе происходят заполнение водой сифонного водовыпуска и перелив воды через гребень сифона. Геометрический напор при этом превышает поминальный на 3 — 4 м. С учетом повышения напора за счет вытеснения воздуха через клапаны срыва вакуума режимная точка не должна попадать в неустойчивую зону характеристики. Следует иметь в виду, что действительные характеристики Q — Н насосов могут лежать ниже даваемых заводом-изготовителем, особенно в зоне неустойчивой работы насоса. Поэтому к вопросу выбора пускового угла установки лопастей рабочего колеса следует подходить очень внимательно, чтобы избежать помпажных режимов.

Неудовлетворительная работа клапанов срыва вакуума из-за малой их площади и вертикальное плавание тарелок клапанов срыва вакуума вплоть до полного их закрытия значительно осложнили второй и третий этапы пуска насосов на станциях канала Иртыш — Караганда. Заполнение напорного трубопровода и сифона на станции № 17 происходило за 40 — 45 с. Давление воздуха в трубопроводе в течение 19 — 22 с повышалось до максимума, зависящего от угла установки лопастей и главным образом от подтопления шелыги. С 33 — 36-й секунды после начала пуска начинался прорыв воздуха в верхний бьеф из-под шелыги сифонного водовыпуска.

Максимальное увеличение давления до 3,4-104 Па наблюдалось при работе насоса с ф = +20 и подтоплении шелыги около 3 м. Прорыв воздуха из-под шелыги вызывал колебания уровня воды в напорном бассейне с двойной амплитудой до 36 см, а в трубопроводе — пульсацию давления с двойной амплитудой 6,8-104 Па и частотой 0,5—5 Гц. Это очень неблагоприятно отражалось на работе насоса, вызывало вибрацию агрегата, напорного трубопровода и всего сооружения. Следует отметить, что пульсации давления в напорном водоводе, достигающие 104 Па, наблюдались и при отсутствии подтопления шелыги сифонного водовыпуска во время испытаний на станциях Каршинского магистрального канала. По-видимому, причинами этих пульсаций являются нестационарный характер движения жидкости при заполнении напорного трубопровода и главным образом нестационарный характер движения жидкости при заполнении сифона. Эти пульсации также следует учитывать при выборе расчетного напора насоса.

Аналогично усложняются условия пуска на станциях с сифонными водовыпусками, оборудованными гидравлическими клапанами срыва вакуума, в которых остатки воздуха в конце пуска выдавливаются под уровень воды. Для облегчения выхода воздуха в дополнение к гидравлическому клапану целесообразно устанавливать вантузы для выпуска воздуха в конце пуска. Таким образом, оценивая влияние дополнительного давления, возникающего при выходе воздуха из напорного трубопровода, на динамические характеристики всего комплекса, можно сделать заключение, что неудовлетворительная работа клапанов срыва вакуума (недостаточная площадь отверстий, плавание тарелок) или установка гидравлических клапанов срыва вакуума значительно осложняют процесс пуска. На четвертом этапе пуска — зарядке сифонного водовыпуска — напор насоса, как правило, больше расчетного. Из-за уменьшения расхода ухудшаются условия выноса воздуха под шелыгу и зарядки сифона. Особенно это заметно при малых углах установки лопастей и больших подтоплениях шелыги сифона. Остающийся в таких случаях воздух стесняет горловое сечение водовыпуска и увеличивает потери в нем. Для улучшения процесса зарядки сифона желательно проводить ее на больших углах разворота лопастей рабочего колеса. При опасности попадания режимной точки при малых углах установки лопастей в неустойчивую зону характеристики пуск может быть проведен только на больших углах установки лопастей. Пульсации давления в проточном тракте насоса и связанные с ними динамические нагрузки на его элементы определяются положением режимной точки на характеристике насоса. В камере рабочего колеса насосов ОШО и ОП11 диаметром 260 см во время пусков ведущими являются пульсации давления с лопастной частотой, на которые накладываются пульсации давления с двойной амплитудой до 3-104 Па и частотой около 200 Гц.

В выправляющем аппарате до набора синхронной частоты пульсация давления имеет переменную частоту около 20 Гц и двойную амплитуду до 6 — 8-104 Па. Пульсация несколько снижается в момент синхронизации и увеличивается до 5—6-104 Па на частоте 3 — 4 Гц после синхронизации. По мере заполнения трубопровода амплитуда пульсаций давления на высокой частоте уменьшается. Во всасывающем конусе давление пульсирует с лопастной частотой и двойной амплитудой около 4-104 Па перед набором синхронной частоты и до 3-104 Па при заполнении трубопровода. На эту пульсацию во все время пуска накладывается пульсация давления с частотой примерно 200 — 300 Гц и двойной амплитудой, не превышающей 0,5-104 Па, а во время заполнения сифонного водовыпуска — пульсации давления за счет прорыва воздуха под шелыгу сифонного водовыпуска.