Агроводком
(347) 281-65-13
(347) 216-65-13
  Главная / Статьи / Промышленные насосы /

Проблема энергосбережения в насосах

Проблема энергосбережения в насосах

Электроприводы потребляют до 65% электроэнергии и осуществляют практически все технологические процессы, связанные с движением. Считается, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например 1 т топлива в условном исчислении, вдвое дешевле, чем ее добыть.

Если в нерегулируемом электроприводе доминировал и продолжает доминировать асинхронный двигатель, то в регулируемом приводе до недавнего времени применялся почти исключительно двигатель постоянного тока. В последние годы, в связи с появлением надежных и приемлемых по цене преобразователей частоты, ситуация кардинально изменилась. В Европе к 2000 году лишь 15% регулируемых электроприводов укомплектовано двигателями постоянного тока. Поэтому актуально рассматривать проблему энергосбережения главным образом применительно к асинхронному электроприводу, в том числе частотно-регулируемому. В мировой практике сложилось несколько основных направлений решения указанной проблемы.

Энергоэффективные двигатели (ЭД) - это асинхронные ЭД с короткозамкнутым ротором, в которых за счет увеличения массы активных материалов, их качества, а также за счет специальных приемов проектирования удается поднять на 1-2% (мощные двигатели) или на 4-5% (небольшие двигатели) номинальный КПД при некотором увеличении цены двигателя. Этот подход может приносить пользу, если нагрузка меняется мало, регулирование скорости не требуется и двигатель правильно выбран.

Правильный выбор двигателя по мощности для конкретного технологического процесса. Известно, что средняя загрузка электродвигателя (отношение мощности, потребляемой рабочим органом машины к номинальной мощности электродвигателя) в отечественной промышленности составляет 0,3-0,4 (в европейской практике эта величина составляет 0,6) . Это значит, что двигатель работает с КПД значительно ниже номинального. Завышенная "на всякий случай" мощность двигателя часто приводит к незаметным на первый взгляд, но очень существенным отрицательным последствиям в обслуживаемой электроприводом технологической сфере, например, к излишнему напору в гидравлических сетях, связанному с ростом потерь, снижению надежности и т.п. Применение фильтрокомпенсирующих устройств в цепи питания электропривода с целью повышения коэффициента мощности и фильтрации высших гармоник тока. В нерегулируемом электроприводе с асинхронным двигателем, работающем часть цикла вхолостую, - снижение напряжения при уменьшении нагрузки.

Вышеуказанные направления касаются энергосбережения собственно в приводе и преследуют цель сократить потери на преобразование электрической энергии в механическую и повысить энергетические показатели электропривода. Автоматизированный электропривод дает более широкие возможности по энергосбережению вплоть до создания новых энергосберегающих технологий.

Поэтому основной путь энергосбережения средствами электропривода - это подача в каждый момент времени конечному потребителю необходимой мощности именно в этот момент. Это может быть достигнуто посредством управления координатами (т.е. скоростью и моментом) электропривода в регулируемом электроприводе. Этот процесс стал в последние годы основным в развитии электропривода, и ожидается, что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому в технологиях, где это требуется, позволит сократить до 30% электроэнергии.

при уменьшении нагрузки снижается КПД электродвигателя

Остановимся подробнее на некоторых направлениях.
Энергоэффективные двигатели - это, скорее, чисто западное явление. В России пока такие двигатели не пользуются спросом. Однако работы в этом направлении ведутся, в частности по снижению потерь на охлаждение и в подшипниках. Правильный выбор двигателя по мощности связан прежде всего с тем, что ранее при проектировании стремились "подстраховаться", и часто установленная мощность двигателя превышала требуемую, поскольку задачи экономии энергоресурсов не было. В настоящее время эта задача имеется, и возможно два похода к ее решению.
Увеличение нагрузки рабочих машин.
Увеличение средней нагрузки рабочих машин снижает удельные расходы электроэнергии.

На рисунке видно, что при уменьшении нагрузки снижается КПД электродвигателя и особенно рабочей машины.

Специально рассмотрим выбор двигателя для насоса, поскольку эта одна из категорий массового применения асинхронных двигателей и одна из категорий массового несоответствия установленной мощности требуемой. Как известно, мощность электродвигателя для насоса рассчитывается по формуле, кВт:

мощность электродвигателя для насоса

где Q - подача насоса, м /ч;
η - коэффициент запаса мощности ( при Q≤100 м/ч, η=1,2-1,3; при Q <100 м3/ч, η=1,1-1,5);
Н - полный напор с учетом высоты всасывания, м;
η н - КПД насоса, %;
η п - КПД передачи, %;
ϒ - плотность жидкости, кг/м3.

Удельный расход электроэнергии для любого режима работы насоса, кВт·ч/м3:

Удельный расход электроэнергии для любого режима работы насоса

где
Н - действительный напор, развиваемый насосом при данном режиме, м. вод. ст.,
η dη н - КПД э/дв. и насоса при данном режиме.

Наилучший выбор электродвигателя считается в том случае, когда при минимальном удельном расходе электроэнергии на подачу воды достигается требуемая подача и напор насоса. Подача и напор зависят от характеристик системы водоснабжения, где установлен насос, поэтому паспортные данные выбранного насоса должны максимально совпадать с сопротивлением трубопроводов системы водоснабжения.

Остановимся подробнее на сравнении с другими способами энергосбережения.
Изменение (регулирование) режима работы насоса осуществляется:
- напорной или приемной задвижкой;
- изменением числа работающих насосов;
- изменением частоты вращения электродвигателя (с помощью ПЧ).

Частотный преобразователь Speedrive

Анализ:
- при регулировании задвижкой с уменьшением расхода воды КПД насоса уменьшается, а значение напора растет. Следовательно, с уменьшением расхода воды удельный расход электроэнергии быстро возрастает;
- если числом насосов, то КПД двигателя и насоса неизменно. Напор из-за уменьшения расхода и потерь в сети снижается; удельные расходы электроэнергии также снижаются; при частотном регулировании электродвигателя КПД насоса и электродвигателя с уменьшением расхода снижаются, напор также снижается.
Удельные расходы электроэнергии изменяются незначительно.
Т.о. наиболее экономично - изменение числа работающих насосов; далее - частотное регулирование насосов.
При этом в системах с преобразованием резкопеременных расходов рациональнее регулировать частотой.
В системах с постоянным расходом более рационально - числом насосов.
Использование задвижек - для мелких насосов, а также когда регулирование производится в течение небольшого числа часов в году.

И.В. Осин


ВАШ КОММЕНТАРИЙ:

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:

Введите символы: *

captcha
Обновить

   Статьи по теме:

циркуляционные насосы в системах отопления
Насосы в системах отопления и горячего водоснабжения
Для систем отопления и горячего водоснабжения применяются насосы следующих типов: циркуляционные трехскоростные насосы для систем отопления и циркуляционные насосы для водоснабжения...  >>>
Насосы для водоснабжения вашего дома
Насосы для водоснабжения вашего дома
Решая задачу водоснабжения своего дома впервые, многие будут удивлены количеству предлагаемых решений. Любые потребности могут быть удовлетворены впечатляющим арсеналом насосной техники ... >>>
Выбор системы индивидуального водоснабжения
Выбор системы индивидуального водоснабжения.
На данный момент наибольшую популярность приобрели две системы индивидуального водоснабжения: самотечная и на основе гидроаккумулятора ...  >>>