Зависимость рабочих характеристик насоса от частоты вращения

Частота вращения насоса представляет собой число оборотов вала насоса в единицу времени, обозначается литерой n и измеряется в оборотах в минуту (об/мин). Частота вращения насосов, приводимых в действие индукционными двигателями с частотой питающего напряжения 50Гц, составляет 2750 - 2950 оборотов в минуту для 2-х полюсного двигателя и 1375 - 1475 оборотов в минуту для 4-х полюсного двигателя. Другая частота вращения вала двигателя также допускается для работы насосного оборудования при соблюдении и в пределах расчетных ограничений.

Из курса электротехники общеизвестно, что частота вращения магнитного поля в электродвигателе пропорциональна напряжению питающей цепи. При частоте напряжения в сети 50 Гц синхронная частота n₁ вращения магнитного поля составляет 3000 оборотов в минуту. Так как насосы приводятся в действие в подавляющем большинстве случаев асинхронными двигателями частота вращения вала асинхронного двигателя всегда будет ниже синхронной частоты вращения магнитного поля с учетом величины скольжения. Вращение ротора асинхронного двигателя связано формулой с числом пар полюсов, скольжением и частотой питающего напряжения:

n = n₁ (1 – s) = (60f₁/p) (1-s).

Формула показывает, что для изменения частоты вращения вала асинхронного двигателя достаточно внести изменения в количество пар полюсов (p), скольжение ротора (s) или изменить частоту питающего напряжения (f₁).

Регулирование оборотов электродвигателя путем изменения числа пар полюсов позволяет получить только ступенчатое изменение скорости вращения, что часто оказывается неприемлемым для обеспечения требуемых параметров работы электронасоса. Исключение составляет ряд циркуляционных насосов, допускающих ступенчатое регулирование. Для асинхронных двигателей насосов с короткозамкнутым ротором регулирование числа оборотов двигателя изменением скольжения не применяется. Изменение частоты питающего напряжения - наиболее приемлемый, эффективный и совершенный способ регулирования, позволяющий обеспечить бесступенчатое плавное изменение гидравлических, электрических и механических характеристик электронасоса. Но на сегодняшний день этот способ регулирования требует применения дополнительного оборудования управления - преобразователя частоты асинхронного двигателя.

В отсутствии влияния кавитации на работу насоса изменение частоты вращения электродвигателя будет сопровождаться изменением характеристик насоса в соответствии с законами подобия:

1. Производительность Q пропорциональна отношению частоты вращения:

Q₂=Q₁ x (n₂/n₁)

2. Манометрический напор H пропорционален отношению частоты вращения в квадрате:

H₂=H₁ x (n₂/n₁)²

3. Потребляемая мощность N пропорциональна отношению частоты вращения в кубе:

N₂=N₁ x (n₂/n₁)³

Как видно из формул подобия незначительное изменение частоты вращения вала сопровождается значительными изменениями в потреблении электроэнергии. Например, центробежный насос, работающий с питанием от сети 50 Гц, со скоростью оборотов двигателя 2950 об/мин, при уменьшении частоты в сети до 40 Гц, снизит число оборотов, соответственно, до 2360 об/мин и производительность на 20%. При этом в соответствии с законами подобия потребление энергии сократится на 50%.