Головна » Рішення » Галузеві рішення » Житлово-комунальне господарство » Економія за рахунок регулювання у насосних установках
У наведеному нижче матеріалі пропонується за допомогою характеристик насосів і систем водопостачання розібратися, за рахунок чого саме економиться електроенергія в насосах при використанні перетворювача частоти.
Напір, що створюється насосом, та витрата рідини (подача) залежать один від одного. Ця залежність може бути відображена графічно як характеристики насоса. Форма характеристики показує залежність напору та подачі рідини — форм гідравлічної енергії, перетвореної з енергії електроприводу з урахуванням ККД.
Характеристика насоса має форму кривої, що падає. Працюючи при закритому вихідному клапані, насос створює максимальний тиск (за нульової подачі), рідина має потенційну енергію.
При поступовому відкриванні клапана, рідина, що перекачується, починає рухатися. Потенційна енергія напору перетворюється на кінетичну енергію подачі рідини. Теоретично характеристика насоса перетинається із віссю подачі. У точці перетину з віссю подачі (Q) рідина має тільки кінетичну енергію, тобто тиск вже не створюється. Однак, оскільки в системах водопостачання завжди є внутрішній опір водопроводу, характеристики насосів обриваються до того, як буде досягнуто вісь подачі.
Зміна швидкості — ефективний спосіб зміни параметрів насоса, що працює в змінних режимах. Якщо змінюється швидкість, то при постійній геометрії робочого колеса одночасно змінюється подача, тиск і споживана потужність згідно законів пропорції відповідно до наступних формул.
Подача Q, що забезпечується насосом, змінюється пропорційно до зміни швидкості.
Манометрична висота H залежить від квадрата швидкості.
Споживана потужність P пропорційна швидкості в кубі.
Ці залежності правильні при зміні швидкості обертання в 2 рази.
Якщо подачі насоса не вистачає і необхідно збільшити швидкість обертання, необхідно врахувати деякі обмеження та проконсультуватися з виробником насоса:
У кожній системі водопостачання існує тертя між стінками труб і рідиною, що перекачується, що веде до втрати тиску по всій довжині. Втрата тиску також залежить і від температури і в'язкості рідини, що перекачується, швидкості потоку, властивостей арматури і агрегатів, діаметра, довжини і шорсткості стінок труб.
Втрата тиску відображається на графіку як характеристики системи в тій же системі координат, що і для характеристик насоса.
Форма характеристики показує наступні залежності:
При зміні подачі, наприклад, при відкриванні та закриванні вентилів витрат води, змінюється також швидкість потоку і, тим самим, опір. Оскільки він пропорційний перетину потоку, то змінюється за квадратичним законом.
Графік характеристики системи має форму параболи. Залежність подачі та напору може бути представлена у вигляді рівняння:
H1/H2 = (Q1/Q2)2
Висновок
Зменшення подачі в трубопровідній мережі вдвічі призводить до зменшення напору в 4 рази. І навпаки, для збільшення подачі вдвічі, необхідно підвищити тиск у чотири рази.
Точка, в якій перетинаються характеристики насоса та системи, є робочою точкою системи та насоса. У цій точці потужність насоса дорівнює і потужності споживаної системою водопостачання. Насос створює напір рівний опору системи. Від нього залежить і подача, яка може бути забезпечена насосом.
На малюнку показано вплив зміни опору системи водопостачання на усунення робочої точки, наприклад, при зменшенні або збільшенні витрати води. Зменшення витрати призводить до усунення характеристики системи вліво-вгору. При постійній швидкості обертання електродвигуна насоса напір із системою неминуче зростає. Регулюючи обороти насоса перетворювачем частоти, ми можемо забезпечити постійне значення напору в системі. Датчик тиску, встановлений у систему після насоса, може інформувати перетворювач частоти реального тиску в трубопроводі. А перетворювач у свою чергу регулюватиме обороти електродвигуна насоса автоматично у бік зменшення різниці між заданим та реальним тиском.
Ця система підтримки тиску в трубопроводі може бути реалізована кількома способами. Можна використовувати, наприклад, перетворювачі частоти Lenze серії ESMD та зовнішній ПІД-регулятор, на який подаватиметься сигнал завдання тиску та сигнал із датчика тиску. Або можна обійтися одним перетворювачем частоти з внутрішнім ПІД або ПІ регулятором. При цьому якщо ПЧ має один аналоговий вхід, він використовується для підключення датчика тиску. Якщо ж перетворювач має два аналогові входи, то можна один використовувати для датчика зворотного зв'язку по тиску, а другий як завдання тиску. У такий спосіб тиск можна змінювати в оперативному режимі, наприклад, обертаючи ручку потенціометра.
Працюючи на частотах нижче номінальної, насос переборює менший опір системи водопостачання. Для електродвигуна створюється менший опір обертанню. Відповідно, перетворювач частоти обмежує вихідний струм на рівні необхідного для обертання насоса на заданій частоті. При цьому суттєво скорочуються експлуатаційні витрати.