Главная / Статьи / Промышленные насосы / |
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.
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:
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:
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).
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
Запрос цены, информации:
+7 (347) 281-65-13
+7 (347) 216-65-13
Идёт загрузка...