Оптимизация работы электропривода сетевого насоса насосной станции с управлением от частотного преобразователя

OPTIMIZATION OF THE OPERATION OF THE ELECTRIC DRIVE OF THE NETWORK PUMP OF THE PUMPING STATION WITH CONTROL FROM THE FREQUENCY CONVERTER

Ilvir Khaerlanamov

Undergraduate FSBEI HE Bashkir State Agrarian University, Russia, Ufa

Аннотация. В данной статье рассмотрено использование частотно-регулируемых приводов, которые позволяют решать задачу согласования режимных параметров и энергопотребления насосных агрегатов с изменяющимся характером нагрузки сетевой воды.

Abstract. This article discusses the use of variable frequency drives, which allow us to solve the problem of matching operational parameters and power consumption of pumping units with the changing nature of the load of the mains water.

Ключевые слова: насосные станции, насосные агрегаты, регулируемый привод, частотный преобразователь.

Keywords: pumping stations, pumping units, adjustable drive, frequency converter.

Известно, что основные большие потери (примерно до 90%) приходятся на сферу энергопотребления, в которой необходимо произвести основные усилия по энергосбережению электроэнергии. Т.к. потребление электроприводов являются до семидесяти процентов вырабатываемой электроэнергии, а именно оптимальное управление электроприводами технологического оборудования может обеспечить значительное энергосбережение. Поскольку на долю центробежных насосов, вентиляторов, воздуходувок и т.д. приходится, по разным источникам, 20-35% электроэнергии, потребляемой в промышленности, модернизация систем управления насосных агрегатов является важным направлением политики энергосбережения в промышленности. Особое значение этот вопрос приобретает для приводов большой мощности с продолжительным режимом работы - насосных и компрессорных станций, насосов водоводов, нефте - и газоперекачивающих станций, крупных вентиляторов и т.д.

Наиболее характерным режимом работы насосных агрегатов является перекачка продукта, например воды, с заданными давлением и расходом. Для поддержания постоянства этих параметров или для их изменения в согласно требованиям технологии и изменениями внешних факторов необходимо регулировать режим работы насосного агрегата. Осуществить такое регулирование можно путем изменения или характеристики трубопровода, или насоса. В первом случае используется наиболее распространенный вариант дросселирования, т.е. управления режимами работы насосов с помощью регулирующей и запорной арматуры при сохранении постоянной скорости приводного двигателя, что приводит к значительным потерям в гидравлических регуляторах.

Регулирование насосных агрегатов можно обеспечить путем изменения частоты вращения рабочего колеса насоса посредством регулируемого электрического привода. При этом методе регулирования задвижка на трубе остается полностью открытой и вся гидравлическая мощность насоса используется на перемещение жидкости по трубе, т.к. добавочные потери на гидравлическом сопротивлении задвижки отсутствуют.

Применяя регулируемый привод, можно напрямую плавно управлять скоростью вращения рабочего колеса ЦН и тем самым обеспечить требуемые значения расхода и напора без использования дросселирующей арматуры. Последняя устанавливается только для вспомогательных целей и в процессе перекачки полностью открыта, что снижает гидравлическое сопротивление сети.

Снижение расхода происходит за счет уменьшения напора, создаваемого насосом (рисунок 1), при этом исключаются дополнительные потери мощности в гидрорегуляторе.

Рисунок 1. Регулирование подачи ЦН изменением частоты вращения рабочего колеса; 1 - характеристика магистрали; 2,3,4 - характеристики ЦН при регулировании ω

Рисунок 2. Мощность ЦН при регулировании расхода Q: 1 - гидравлическая мощность на выходе ЦН; 2 - механическая мощность на валу ЦН при регулировании частоты вращения; 3 - механическая мощность вала ЦН при дроссельном регулировании

При расчете мощности на валу насоса использовалась полученная ранее кривая КПД насоса. Следует отметить, что КПД насоса с увеличением ω несколько возрастает, гак как пропорционально мощности изменяются только гидравлические потери в насосе и потери на дисковое трение. Составляющие потерь на трение в подшипниках, в сальниках не увеличиваются пропорционально мощности насоса. Еще одним существенным преимуществом регулируемого привода насосов является следующее. Электроприводы ЦН выбираются для обеспечения максимально возможного расхода при сохранении необходимого напора системы. На выходе установки создается давление (порой значительно превышающее номинальное для системы), которое затем снижается оперативной арматурой до требуемого значения. Снижение давления насоса измененяя частоту вращения рабочего колеса позволяет уменьшить нагрузки и увеличить срок службы деталей агрегата и снизить утечки в нем. Современный автоматизированный электропривод ЦН без принципиальных сложностей может быть включен в систему автоматического управления процессом любой сложности. Сравнение значений мощности, потребляемой насосом с вала двигателя, указывает на значительный экономическое воздействие от перевода ЦН на регулируемый привод. Все приведенные аргументы позволяют считать регулируемый привод насосов важнейшим средством энерго- и ресурсосбережения во всех отраслях, использующих насосные агрегаты. Анализ режимов работы насосов при постоянной скорости показывает, что избыточный расход энергии оказывается весьма существенным и экономическая эффективность подобных решений крайне неудовлетворительна. Переход от нерегулируемого электропривода с использованием регулирующей запорной арматуры к регулируемому является основным направлением развития насосных агрегатов, поскольку при этом существенно повышается качество технологических процессов, а также экономится до 30% электроэнергии.

Требования к управлению потоками в трубопроводных системах становятся все более разнообразными, поскольку сами трубопроводные системы усложняются и автоматизируются. Включение автоматизированного электропривода ЦН в общую систему автоматического управления технологическим процессом производится значительно естественнее и проще, чем дроссельных систем. Это позволяет считать перевод насосных агрегатов на регулируемый автоматизированный электропривод важной экономической задачей, решение которой позволит получить значительный экономический эффект.