Лекция № 9. Особенности работы центробежных насосов и требования к их электроприводу по энергосбережению

Содержание лекции:

- регулирование производительности центробежных механизмов;

- многодвигательные электропривода нососных станций;

- вопросы энергосберегающих режимов центробежных насосов.

Цель лекции:

-о знакомить студентов с режимами работы центробежных насосов;

- научить производить расчеты нагрузок;

-рассмотреть вопросы использования частотнорегулируемых электроприводов.

Центробежные насосы являются наиболее распространенными и энергоемкими механизмами, используемыми в различных отраслях промышленности. На привод этих механизмов расходуется колоссальное количество энергии, составляющее около 20 % от вырабатываемой электроэнергии.

Мощность промышленных насосов лежит в пределах от 1 до нескольких десятков тыс. киловатт. Мощность питательных насосов тепловых электростанций и насосов гидротехнических сооружений достигает 25 000 кВт. Насосы, как правило, работают на сеть с противодавлением, причем статический напор сети составляет обычно не менее 20 % полного напора. Исключением являются лишь циркуляционные насосы, которые могут работать на сеть, практически не имеющую статического напора. Почти все насосы оснащаются нерегулируемым электроприводом. Для регулирования производительности при этом используют практический единственный способ – дросселирование на стороне нагнетания, которое применяют в двух случаях:

а) при необходимости регулирования количества жидкости, подаваемой насосом, в соответствии с технологическими требованиями или вследствие случайного изменения потребности жидкости (например, производительность циркуляционного насоса системы охлаждения нужно регулировать в зависимости от количества теплоты, подлежащей отводу, или производительность сетевых насосов должна изменяться соответственно режиму теплопотребления);

б) при необходимости первоначальной подрегулировки производительности насоса для обеспечения требуемого расхода (например, если требуется насос с параметрами Q₁ и Н₁ для подачи жидкости на определенную высоту при постоянстве расхода и сопротивления гидросети, то его выбирают по каталогу с ближайшим номинальным напором при данном расходе, т.е. Н_Н>H_1.

Ниже, на рисунке 5, приведены характеристики сети и насос а также изменение КПД насоса при дросселировании для центробежных насосов.

а) Характеристики сети и насоса б) Изменение КПД

при дросселировании при дросселировании

Рисунок 5

Допустим, для работы с заданными параметрами напор насоса должен быть снижен с Н_Н до H₁. Если насос работает при неизменной частоте вращения, то простейшим и обычно применяемым способом регулирования его производительности является дросселирование, т.е. неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса. Это соответствует увеличению вредного сопротивления сети.

Если задвижка открыта полностью (характеристика сети соответствует кривой 1- рисунок 5, а), то рабочей является т. А, которой соответствует максимальный расход Q₁ и напор Н _1. Кривая 1 – задвижка открыта полностью, Кривая КПД в функции Q _., DН_з – потери напора на задвижке. Если задвижку открыть неполностью, то появляется дополнительное паразитное сопротивление R₃, вызывающее потерю напора. При этом снижается расход (т. В с параметрами Q ₂ и Н₂).

Такой способ регулирования производительности весьма прост, однако он крайне невыгоден с энергетической точки зрения, поскольку ведет к существенному снижению КПД насосного агрегата и бесполезному расходованию электроэнергии. Это происходит по двум причинам.

Во-первых, из-за дополнительных потерь мощности в задвижке, определяемых по формуле:

. (62)

Во - вторых, вследствие снижения КПД самого насосного агрегата, объясняющегося переходом от работы в т. А, к работе в т. В (рисунок 5, б).

Рисунок 6 - Зависимость КПД при регулировании производительности

При регулировании дросселированием полный КПД насоса рассчитывают по формуле:

, (63)

где КПД собственно насоса, определяемый при данном Q по характеристике - см. рисунок 5 б;

Н_ПОЛ. - полезный напор, определяемый по характеристике сети (кривая 1) для данного значения Q, кГс/м² ;

Н - напор, развиваемый насосом и определяемый по характеристике Н = f(Q) насоса для данного значения Q, кГс/м² .

Зависимости КПД от расхода при регулировании производительности центробежного насоса задвижкой и изменением частоты вращения приведены на рисунке 6. Кривая 1 – при регулировании заслонкой, 2 – при регулировании частотой вращения двигателя.

Сравнение по КПД, рассмотренных способов регулирования, показывает чрезвычайную неэкономичность регулирования с помощью задвижек и определяет необходимость перехода на регулируемый привод.

Насосные агрегаты обычно объединяют в насосные станции, при этом несколько насосов работают параллельно на одну сеть. Рассмотрим совместную работу двух насосов на общую сеть. Если насосы работают с постоянной частотой вращения, то положение рабочей определяется пересечением их суммарной характеристики с характеристикой сети. Насосы имеют характеристики соответственно производительности Q₁ и Q₂. Расход можно регулировать дросселированием одного или обоих насосов.

При анализе совместной работы насосов падение напора в задвижке удобнее рассматривать как внутренние потери напора в насосе. В этом случае при дросселировании насоса угол наклона его характеристики возрастает.

С точки зрения экономичности регулирования несколько более выгодным является одновременное изменение частоты вращения всех параллельно работающих насосов.

Однако это связано с увеличением капитальных затрат на оборудование всех агрегатов регулируемым электроприводом. Поэтому, для большей части насосных станций достаточно иметь только один регулируемый агрегат; при необходимости более глубокого регулирования отключают отдельные насосы.

Необходимо учитывать, что внедрение регулируемого электропривода, кроме ликвидации указанных потерь, имеет и ресурсосберегающий эффект, з аключающийся в уменьшении износа основного оборудования за счет плавных пусков, устранения гидравлических ударов, снижения напора и потерь горячей воды, возможности комплексной автоматизации системы горячего водоснабжения. Эти факторы принято учитывать коэффициентом k = 1.35.

Энергосбережение дает одну из наиболее перспективных возможностей для промышленности - способствовать облегчению общей энергетической ситуации и соответствующий метод противодействия росту затрат на энергию. Руководи­тели промышленных фирм, как правило, знакомы ссуществующей энергети­ческой дилеммой, в связи с чем, они весьма охотно воспринимают методы, позволя­ющие обеспечить энергосбережение. Однако необходимо добиваться более точного учета специфических возможностей энергосбережения руководителями крупных фирм, специалистами предприятий, консультантами и торговыми агентствами, представляющими промышленные фирмы.

В краткосрочной перспективе путем применения уже существующих тех­нологических методов, которые экономически оправданы, может быть сэконом­лено до 30% энергии, расходуемой в промышленных процессах. Прогнозируемый рост цен на топливо, как ожидают, сделает меры по энергосбережению еще более привлекательными в будущем. В долгосрочной перспективе в результате изо­бретения более эффективных устройств и разработки более эффективных тех­нологических процессов, а также утилизации в более крупном масштабе отхо­дящего тепла промышленность имеет возможность сэкономить более чем 30% вырабатываемой электроэнергии.

Несмотря на то, что энергосбережение не является панацеей от всех бед при решении энергетической проблемы, оно дает нам возможность внедрить в прак­тику совершенные технологические процессы и новые типы регулируемых электроприводов, которые мы должны осваивать неза­висимо от того, решается или не решается энергетическая проблема.