Расход воды на одного человека в России и сопутствующие ему потери

Год	Расход воды на одного человека, л/сут	Потери, %
Всего	В том числе горячей

Таким образом, приведенные соображения объективно подтвер­ждают необходимость перехода от систем дроссельного регулиро­вания насосных агрегатов к системам автоматического управления ими путем автоматического поддержания необходимого техноло­гического параметра, в частности, напора (давления) при изме­няющемся расходе воды за счет применения частотно-регулиру­емых асинхронных электроприводов [5, 7, 8, 9].

Возможности энергосберегающего управления при регулирова­нии скорости электропривода по сравнению с дроссельным регу­лированием проиллюстрированы на рис. 2.5. За счет уменьшения скорости насос работает при снижении расхода в точке С на кри­вой 2 при неизменной характеристике магистрали (кривая 3). Мощность, потребляемая электроприводом в этом случае, пропорци­ональна площади прямоугольника 0 ECF, что наглядно иллюстри­рует возможности существенного снижения энергопотребления при внедрении регулируемых электроприводов насосов. Наряду с этим уменьшается при снижении расхода воды и напор в системе, что приводит к уменьшению потерь (утечек) воды.

Приведем методики для приближенной сравнительной оценки энергопотребления при изменении подачи центробежных насосов за счет дроссельного регулирования (ДР) и частотного регу­лирования (ЧР) скорости АД насоса [6].

Как указывалось выше, установившийся режим работы насос­ной установки при постоянной скорости приводного электродви­гателя определяется точкой пересечения характеристики насоса, соответствующей этой частоте, и характеристики магистрали, под­ключенной к насосу. Характеристикой насоса является зависимость напора Н от расхода Q, которую с достаточной степенью точно­сти можно представить в виде:

, (2.12)

где Н _0н – напор насоса при Q = 0 и ω = ω_ном; ω_ном – номинальная скорость электродвигателя; С – конструктивный коэффициент насоса, С = (Н _0н- Н _ном)/ Q _ном²; Q _ном и Н _ном – номинальные расход и напор.

Характеристика магистрали определяется следующим выражением:

, (2.13)

где Н _с – статический напор (противодавление), соответствующий Q = 0 (закрытой задвижке); R – коэффициент сопротивления магистрали, R =(Н _ном- Н _с)/ Q _ном².

Характеристики способов регулирования центробежного насоса и магистрали приведены на рис. 2.7.

Мощность, потребляемая насосной установкой из сети:

,

где Р _мех – мощность на валу двигателя насоса, Р _мех = М _сω; М _с – статический момент нагрузки на валу двигателя; η ₁ – КПД двигателя.

Регулирование подачи дроссельной заслонкой основано на измене­нии сопротивления магистрали. В этом случае при ω = ω_ном = const рабочая точка механизма перемещается по Q–Н -характеристике, соответствующей номинальной скорости двигателя, в сторо­ну снижения подачи до точки пересечения с новой характе­ристикой магистрали (точки 1, 2, 3 на рис. 2.7).

При электрическом способе регулирования подачи рабочая точка перемещается по неизменной характеристике магистрали (точки 4, 5, 6, 7 на рис. 2.7). При этом с уменьшением подачи уменьшается и требуемый напор, что приводит к снижению ста­тической мощности, необходимой для работы насоса с задан­ным расходом воды, по сравнению с дроссельным регулирова­нием.

Рис. 2.7. Характеристики способов регулирования центробежного насоса:

1, 2, 3 – рабочие точки при дроссельном регулировании подачи; 4, 5, 6, 7 – рабочие точки при регулировании подачи за счет изменения частоты вращения двигателя

Рассмотрим КПД двигателя при различных способах регулирования подачи без учета потерь в стали и потерь от тока холостого хода.

При частотном управлении, осуществляемом при постоянстве абсолютного скольжения,

,

где S _ном – номинальное скольжение двигателя; а – отношение активных сопротивлений фазы статора R ₁ и ротора R ’₂, a = R ₁/ R ’₂.

При регулировании дроссельной заслонкой, когда ω = ω_ном = const, КПД двигателя постоянный и вычисляется по формуле η ₁ = (1- S _ном)/(аS _ном+1).

Чтобы получить расчётные выражения в функции от расхода, скольжение двигателя можно выразить через расход. Для этого в формуле (2.12) заменим (ω/ω_ном)² на [(1- S)/(1- S _ном)]² и, решив его совместно с выражением (2.13) относительно S, получим

, (2.14)

где h _c = H _c/ H _0н; Q _* = Q _ном; .

Зависимость выраженного в относительных единицах момента на валу турбомеханизма при работе его на сеть с постоянными параметрами имеет вид

, (2.15)

где μ – относительный момент на валу турбомеханизма, μ = М / М _сmax (М _сmax – максимальный статический момент на валу механизма, который имеет место при ω= =ω_ном); μ_0с – статический момент на валу (М _0с) при Q _* = 0 (закрытой задвижке), выраженный в относительных единицах, μ_0с = М _0с/ М _сmax.

Выражения (2.14) и (2.15) позволяют выразить момент, КПД, скорость и мощность, потребляемую из сети, в функции от расхода воды при заданном противодавлении. Для универсального использования расчётных формул целесообразно определять мощность Р ₁ в относительных единицах (Р _1* = Р ₁/ Р _б), приняв в качестве базового значения мощности Р _б максимальную статическую мощность на валу двигателя Р _сmax при ω = ω_ном, т.е. Р _б = Р _сmax= М _сmaxω_ном.

Если считать, что М _сmax = М _ном (М _ном – номинальный момент двигателя, М _ном = = Р _ном/ω_ном), то базовая мощность Р_б = Р _ном.

Выражения для расчёта Р_1* при различных способах регулирования подачи насоса принимают следующий вид:

при дроссельном регулировании

, (2.16)

при частотном регулировании

. (2.17)

Выражения (2.16) и (2.17) позволяют рассчитать потребляемую насосом мощность при дроссельном и частотном регулировании в зависимости от расхода жидкости Q _* и произвести сравнительную оценку для рассматриваемых способов регулирования. Как следует из (2.16) и (2.17), при дроссельном регулировании для заданного значения Q _* потребляемая мощность Р _1* зависит от μ_0с, а, S _ном, а при частотном регулировании – от h _с, μ_0с, а, S _ном. Задавая эти параметры для конкретных условий работы насосного агрегата и выбранного двигателя или отрезка серии двигателей, можно рассчитать значения Р _1* = f (Q _*). В табл. 2.3 приведены относительные значения потребляемой мощности Р _1* в функции относительного расхода Q _* для дроссельного и частотного регулирования при μ_0с = 0,4; а = 1; S _ном = =0,04.

Используя формулы (2.16) и (2.17), можно получить известные зависимости, иллюстрирующие выигрыш в потреблении активной энергии при частотном регулировании по сравнению с дроссельным регулированием. На рис. 2.8 приведены зависимости Р _1* = f (Q _*) при дроссельном и частотном регулировании, построенные по данным табл. 2.3 для h _с = 0. Задавая расход (Q _i*) можно рассчитать потребляемую мощность при дроссельном (P _1i*1) и частотном регулировании (P _1i*2) и определить выигрыш в потребляемой мощности Δ P _1*I = P _1i*1 - P _1i*2, что позволяет рассчитать снижение годовых затрат по стоимости электроэнергии при частотном регулировании асинхронных электроприводов насосных агрегатов по сравнению с дроссельным регулированием.

Как следует из табл. 2.3, с увеличением статического напора h _с снижается экономия электроэнергии при внедрении частотно-регулируемого асинхронного электропривода, однако при любых значениях h _с система технологической автоматизации обеспечивает поддержание постоянного давления в системе независимо от расхода, что позволяет избегать ненужных избытков давления, свойственных дроссельному регулированию. Это очень важно, так как в коммунальной сфере для существующих систем, не находящихся в аварийном состоянии, каждая лишняя атмосфера, а это давление 10 м водяного столба, вызывает дополнительно 2…7 % потерь воды за счёт утечек [6].

Таблица 2.3

Дата добавления: 2015-06-27