Споживання енергії насосними установками

Витрати електричної енергії при роботі насосної установки зу­мовлюються необхідністю:

• переміщення рідини;

• переборення гідравлічного опору в трубопроводі.

Крім того, частина енергії, що споживається насосною установ­кою, витрачається на подолання сил тертя в самому насосі (під­шипниках, сальниках); у складових електропривода, особливо в електродвигунах (на покриття втрат у міді та сталі), та ін.

Втрати енергії в насосному агрегаті визначають його коефіцієнт корисної дії, який, залежно від потужності та типу насосного агрегата, може становити від 0,3 до 0,9.

Напір Н₀ (тиск) насоса на початку трубопроводу залежить від статичного напору Н_ст, який визначається геодезичними показника­ми рівнів рідини та її подачі, а також динамічним напором рідини Н_дин, що залежить від подачі Q та характеристики (гідравлічного опору) трубопроводу S:

(14a)

Гідравлічний опір залежить від наявності засувок, вигинів труб, їх обробки, наявності зварних швів тощо. Крім того, під час робо­ти установок на нього впливає корозія.

Оптимальним режимом роботи насосної установки вважають режим, за якого насос працює при номінальному розрахунковому значенні подачі Q=Q_ном, напору Н=Н_ном і максимальному значенні ККД.

Реальні режими роботи насосної установки зазвичай відрізня­ються від оптимальних.

Енергоспоживання насосних станцій з насосними агрегатами потужністю 800... 1000 кВт характеризується тим, що ці агрегати споживають 90...95% всієї споживаної станцією електричної енер­гії. За насосних агрегатів потужністю до 160 кВт ця величина змен­шується до 50...75 %.

Споживання електричної енергії насосними агрегатами визна­чається переважно витратами енергії на технологічний процес транспортування рідини.

Отже, для економічної та ефективної роботи насосної установ­ки найважливішим є підтримання:

• відповідності подачі насоса витратам рідини в мережі (О_нас = О_витр);

• напору насоса, рівного втратам напору в мережі і статичному напору (геодезичній висоті подачі рідини).

Невідповідність параметрів насоса і мережі (трубопроводу) при­зводить до того, що не забезпечується подача необхідної кількості рідини споживачам або подача її виконується із перевитратами електричної енергії. Усунення такої невідповідності зумовлює не­обхідність керування режимами роботи насосних установок.

Розглянемо деякий некерований насос із характеристикою І (рис. 3.6) та характеристику трубопроводу Т₁, на якій лежить роз­рахункова (номінальна) робоча точка N_н, що визначається номі­нальною продуктивністю Q_н і номінальними значеннями напору Н_н. Витрати електричної енергії на забезпечення такого номінального режиму насосної установки будуть пропорційними площі прямо­кутника 0-Q_н-N_н-H_н.

Рис. 3.6

Якщо насос вибраний із деяким «запасом за продуктивністю», йoгo характеристика ІІ лежатиме вище розрахункової характеристи­ки І, і фактична робоча точка N_ф відповідатиме більшому значенню продуктивності Q_ф, напору Н_ф. Фактичні витрати електроенергії в цьому разі будуть істотно вищі (пропорційні прямокутнику Q_ф-N_Ф-H_ф-0).

Щоб одержати необхідну продуктивність при некерованому на­сосі, слід змінити характеристику трубопроводу за рахунок збіль­шення опору (дроселюванням). У результаті матимемо характерис­тику III з робочою точкою N_III. При цьому внаслідок збільшення на­пору на величину ΔН необхідні додаткові витрати електроенергії.

Економічнішими можуть бути такі технічні рішення:

• використання обточування робочого колеса насоса у разі га­рантованого, тривалого, стабільного існування розрахункового режиму; якщо така гарантія відсутня і привод некерований, то використовують дроселювання трубопроводу;

• перехід на керований електропривод насоса при зменшенні частоти його обертання (особливо при частій зміні необхідної величини витрат рідини Q).

В обох випадках можна дістати характеристику насоса, яка від­повідатиме розрахунковій характеристиці I, що забезпечить мінімаль­ні витрати електричної енергії при заданій продуктивності насоса Q_н.

Розглянемо також інші варіанти технічних рішень керування продуктивністю насосних агрегатів. Одним із них є керування про­дуктивністю насоса зміною кута повороту робочих лопаток або ло­паток напрямного агрегата, що встановлюється на вході в насос.

Деякі типи насосів, що випускаються серійно, мають поворотні лопатки з електричним або гідравлічним приводом. Завдяки цьому є можливим керування насосною установкою під час її роботи при некерованому основному електроприводі, а також розв'язання більш складних задач з оптимального керування ЕМС в цілому.

Звичайний діапазон зміни кута робочих лопаток відносно їх по­чаткового положення становить від -(4...10) до +(2...6).

Керуванням кута повороту робочих лопаток можна змінювати крутість характеристики Q-Н насоса, що дає змогу забезпечити незначні відхилення ККД від номінального значення при відхиленні режиму роботи насоса від номінального.

Для потужних вертикальних насосів використовують також поворотно-лопастні напрямні апарати (НА), що встановлюються на вході в насос. Такий апарат має конічний або циліндричний кор­пус, на якому розміщується обтічник і до 12 поворотних лопаток, що мають можливість синхронного повороту на деякий кут за до­помогою допоміжного електропривода.

Зміна кута повороту лопаток НА приводить до відповідної зміни крутості напірних характеристик насоса (рис. 3.7). При цьому ви­никає можливість керування подачею насоса без перевищення на­пору і зниження ККД установки. На рисунку: 1 - характеристика Q-H насоса при початковому положенні лопаток напрямного апа­рата; 1', 1" — характеристики насоса при повороті лопаток напрям­ного апарата на деякий кут відповідно +α та -α відносно їх почат­кового положення.

Рис. 3.7

За початкового (номінального) положення лопаток НА насос забезпечує необхідну продуктивність Q_н при напорі H_N (робоча точка N).

Якщо необхідно зменшити продуктивність до Q₂, то при роботі насоса на початковій характеристиці 1 він працюватиме з переви­щенням напору на величину ΔН₂ відносно напору H_N.

У разі збільшення продуктивності насосу до Q₃ напір зменшува­тиметься на величину ΔH₃.

У разі керування продуктивністю насоса за рахунок повороту лопаток НА, переходячи на характеристику 1', необхідну продук­тивність Q₂ або Q₃ можна дістати при незмінному значенні напору H_N.

Спосіб керування за рахунок зміни кутів повороту робочих ло­паток насосів і НА дає змогу одержати необхідні значення продук­тивності та напору при деякому зменшенні витрат електричної енергії і незначному відхиленні роботи установки від номінального режиму.

Найефективнішим вважається керування насосної установки за рахунок зміни частоти обертання робочого колеса відцентрового насоса, що дає змогу забезпечити керування робочими параметра­ми насосного агрегату в необхідному діапазоні.

Для визначення характеристик насоса при відхиленні дійсного значення швидкості обертання насоса n від номінального n_н послу­говуються такими залежностями (формулами зведення):

(16)

У насосних установках із статичним напором при змінній час­тоті обертання насоса слід враховувати характеристику трубопрово­ду, на який працює насос. У цьому разі напірна характеристика відцентрового насоса

де Н_ф, S_ф - фіктивні параметри насоса.

Слід зазначити, що важливе значеним має залежність ККД насо­са від частоти обертання:

(17)

Залежність ККД від Q при сталій номінальній частоті обертання для насосів середньої та великої потужності можна визначити за до­помогою емпіричних залежностей:

(18)

Залежність

згідно з формулою (18), при η_н = 0,7 характеризується даними, що наведені в табл. 1, і відповідною характеристикою (рис. 3.8).

Дата добавления: 2013-12-13