ЧАСТОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАСОСОВ
Регулирование характеристик насоса при помощи изменения частоты вращения.
ЗАВИСИМОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСА ОТ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ (ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ)
Частотное регулирование насосов - это один из наиболее распространённых способов регулирования насосов.
Основные темы:
  1. Зачем требуется регулирование насоса?
  2. Законы подобия. Зависимость параметров насоса от частоты вращения.
  3. Работа насоса с частотным регулированием в системах с преимущественно статической составляющей.
  4. Работа насоса с частотным регулированием в системах с большой статической составляющей.
  5. Снижение энергопотребления по сравнению с регулированием задвижкой.
Зачем требуется частотное регулирование насоса.
Центробежный насос при постоянной частоте вращения имеет ограниченный рабочий диапазон - 0,7Qном<Q<1,2Qном. Характеристика системы может меняться в большом диапазоне. Например, в системах водоснабжения, суточные колебания "ночь-утро-день" могут меняться в широком диапазоне.
Насос не может эффективно работать во всем диапазоне режимов.
Для того чтобы обеспечить эффективную работу насоса необходимо менять (подстраивать) его характеристики в соответствии с изменениями характеристики системы.
Формулы подобия зависимости от характеристик насоса от частоты вращения.
Формулы подобия описывают зависимость характеристик насоса от частоты вращения.
Q1- подача насоса при частоте вращения n1.
Q2- подача насоса при частоте вращения n2.
H1- подача насоса при частоте вращения n1.
H2- подача насоса при частоте вращения n2.
P1- мощность на валу при частоте n1.
P2- мощность на валу при частоте n2
NPSH1 - кавитационный запас при частоте n1
NPSH2 - кавитационный запас при частоте n2
Подача прямопропорциональна частоте вращения. Напор зависит от частоты вращения в квадрате, т.е. при снижении частоты вращения в два раза напор насоса уменьшается в 4 раза. Мощность пропорциональна частоте вращения в кубе т.е. при снижении частоты вращения насоса в два раза мощность на валу насоса снижается в восемь раз.
Напорная характеристика насоса при разных частотах вращения.
Изменение напорной характеристики насоса при изменении частоты вращения.
Графические характеристики при разных частотах вращения.
Как строится напорная характеристика при разных частотах вращения.
Для точек на характеристике Q-H при номинальной частоте вращения по формулам подобия вычисляются значения подачи и напора.
Точки, пересчитанные по формулам подобия, соединяются и таким образом получается напорная характеристика для новой частоты вращения.
Пример пересчета точки напорной характеристики с 1450 об/мин на 980 об/мин.
Например, для точки с подачей 100 м3 /ч и напором 50 м на характеристике с частотой вращения 1450 об/мин путем пересчёта получаем характеристик при частоте вращения 980 об/мин. Аналогично для нескольких точек с характеристики.
Характеристика мощности насоса в зависимости от частоты вращения.
Потребляемая мощность насоса зависит от частоты вращения в кубе. Порядок построения аналогичен построению напорной характеристики. На графике показаны характеристики мощности насоса при разных частотах вращения.
Характеристика КПД в зависимости от частоты вращения.
В формулах подобия нет формулы для КПД. Как зависит КПД от частоты вращения? При практических расчетах изменение КПД можно не учитывать. При глубоком регулировании, снижении частоты вращения на 50 % КПД снизится примерно на 2-3%.
Но иногда встречается мнение - установили частотный преобразователь, но экономии энергии не получили, почему?
Частотное регулирование в системах с разной статической составляющей.
Распространенное мнение среди специалистов - частотное регулирование насосов всегда приводит к повышению энергоэффективности.
Эффективность частотного регулирования зависит характеристики системы в которой работает насос.
Как меняется режим работы насосов, т.е. положение рабочей точки насоса в системах с разной долей статического напора в характеристике системы. Еще раз напомним, что насос и система определяют работу друг друга. Рабочая точка - это пересечение характеристик насоса и системы. В каких случаях частное регулирование эффективно, а в каких нет.
Применение частотного регулирования в системах с преимущественно динамической составляющей (потери на трение, местные сопротивления).
Насос работает в системе характеристика которой состоит только из динамической составляющей (потери на трение, местные гидравлические потери) статическая составляющая отсутствует. Насос подобран таким образом что характеристика системы и характеристика насоса при частоте 1450 об/мин пересекаются в рабочей точке 1 рядом с точкой максимального КПД.
При снижении частоты вращения насоса до 1300 об/мин рабочая точка начинает характеристика системы пересекает характеристику насоса в точке 2. Обратите внимание на то, что взаимное расположение рабочей точки и точки максимального КПД практически не изменилось. Если продолжать снижать частоту вращения то мы видим как смещается рабочая точка и что важно она практически не меняет своего положения относительно точки максимального КПД.
Изменение потребляемой мощности насоса при изменении частоты вращения.
Мощность насоса зависти от частоты вращения в кубе. На графике показано как снижается мощность мощность в рабочих точка соответствующих разным частотам вращения. При номинальной частоте мощность насоса составляла 175 кВт при частоте 980 об/мин 52 кВт. Поэтому частотное регулирование насоса дает значительную экономию энергии.
Сравнение эффективности частотного и дроссельного регулирования.
Сравним эффективность частотного и дроссельного регулирования на примере задачи, когда необходимо снизить подачу насоса в системе с преимущественными потерями на трение. Необходимо снизить подачу с Q1 до Q2 это можно сделать при помощи задвижки. при этом рабочая точка насоса переместиться по характеристике Q-H из точки "1" в точку "2". При этом характеристика будет состоять из характеристики системы и характеристики прикрытой задвижки. Напор системы в точке "2" будет включать напор систем, который необходим для перекачивания подачи Q2. Потери напора на задвижке составят разницу Н2-Н1. Потеря мощности будет пропорциональна площади прямоугольника.
Если эту задачу решать путем снижения частоты вращения насоса то рабочая точка переместится из точки "1" в точку "3". Но при этом напор насоса будет равен требуемому напору системы без перепада на задвижке. Таким образом применение частотного регулирования позволяет значительно снизить энергопотребление в системе с преимущественными потерями на трение.
Применение частотного регулирования насосов в системах с большой статической составляющей.
Аналогичную задачу по изменению параметров насоса путем изменения частоты вращения будем решать для системы с большой статической составляющей. Например, нам нужно поднять жидкость на определенную высоту. Это может быть скважина, перекачка жидкости из одного резервуара в другой, система шахтного водоотлива.
Насос подобран таким образом, что при номинальной частоте вращения его рабочая точка находится в точке максимального КПД.
Начнем уменьшать частоту вращения насоса. Как при этом будет меняться положение рабочей точки относительно первоначальной точки при номинальной частоте вращения.
При частоте 1450 об/мин рабочая точка "1" находится рядом с точкой максимального КПД. Далее при частоте 1300 об/мин рабочая точка "2" смещается влево от точки максимального КПД в область меньших подач. При дальнейшем снижении частоты вращения эта тенденция нарастает - при частоте вращения 1150 и 980 об/мин. При частоте 980 об/мин мы видим что рабочая точка "4" вышла за пределы рабочего диапазона и насос работает с низким КПД.
Вывод: Если в характеристике системы присутствует большая доля статического напора, то применение частотного регулирования нецелесообразно и требует более тщательного подбора.
Сравнение применения частотного регулирования насоса в системах с потерями на трение и большим статическим напором.
На графике приведено сравнение частотного регулирования в дух системах - Система 1 - динамические потери (трение местные сопротивления). Система 2 - большой статический напор. Мы видим как меняется положение рабочей точки в обоих случаях. Почему так происходит? Потери на трение зависят от скорости жидкости в квадрате так же как и напор   насоса зависит в квадрате от частоты вращения. В случае статического напора напор системы не меняется при изменении скорости движения жидкости и остается постоянным. 
Выводы:
  1. Нельзя использовать формулы подобия для пересчёта режима работы насоса при изменении частоты вращения. Это наиболее распространённая ошибка при принятии решения о применении ЧРП.
  2. В системах с потерями на трение применение ЧРП дает значительное снижение энергопотребления.
  3. В системах с большим статическим напором применение ЧРП не дает экономии энергопотребления а напротив, может привести к работе насоса за пределами рабочего диапазона.
  4. Необходимо знать характеристику своей системы и долю статической составляющей.
Другие темы курса "Регулирование насосов".
ДРУГИЕ КУРСЫ О НАСОСАХ.
Курсы по насосному оборудованию
  • Регулирование насосов.
    Частотное регулирование. Параллельная работа насосов, Дроссельное регулирование (регулирование задвижкой). Подрезка рабочего колеса. Комбинированные способы регулирования насосов. Воздух в насосе.
    Перейти
  • Кавитация.
    Кавитационный запас насоса. Виды кавитационных запасов (критический, допускаемый). Располагаемый кавитационный запас системы. Условие работы насоса без кавитации. Способы устранения кавитации.
    Перейти
  • Эксплуатация насосов.
    Монтаж насоса. Фундаменты. Всасывающие и нагнетательные трубопроводы. Монтаж трубопроводов. Усилия от трубопроводов на патрубки насосов. Пуск и останов насосов. Фильтры на входе в насос.
    Перейти
  • Типы насосов. Насосы по API 610.
    Основные типы насосов по конструкции. Типы насосов по API 610. Требования стандарта API 610.
    Перейти
  • Уплотнения в насосах. Уплотнения по API 682.
    Сальникове уплотнения. Торцовые уплотнения. Одинарные уплотнения. Двойные уплотнения. Выбор уплотнения.
    Перейти
  • Надежность насосов.
    Причины поломок насосов. Причины выхода из строя подшипников, уплотнений. Обслуживание и ремонт. Обеспечение надежной работы насосов. Как сократить количество ремонтов насосов.
    Перейти
  • Подшипники в насосах.
    Подшипники качения. Подшипники скольжения. Способы смазки. Причины выхода из строя.
    Перейти
  • Аудит насосных систем.
    Обследование насосных систем. Измерение параметров насосов на объекте (подача, напор, мощность). Способы увеличения эффективности насосной системы.
    Перейти
Made on
Tilda