Энергосбережение при эксплуатации плунжерных насосов. Введени1. Сегодня уже трудно представить жизнь современного общества без насосного оборудования. Центробежные, поршневые, а с недавних пор и плунжерные насосы настолько плотно вошли в нашу жизнь, что мы перестали их замечать

• Название: Сегодня уже трудно представить жизнь современного общества без насосного оборудования. Центробежные, поршневые, а с недавних пор и плунжерные насосы настолько плотно вошли в нашу жизнь, что мы перестали их замечать
• Анкор: Энергосбережение при эксплуатации плунжерных насосов
• Дата: 17.12.2019
• Размер: 0.8 Mb.
• Имя файла: Введени1.docx
• Тип: Документы; #100673
• страница: 4 из 4

Рисунок 5

2. 
   Режимы работы насосных установок.
   

Режимы работы насосных установок от изменения характеристик потребителей или изменения скорости вращения привода насоса. Характер изменения потребления рабочей жидкости определяется многими порой независимыми друг от друга условиями: режимом работы предприятия, аварийными ситуациями требующих немедленного ввода в эксплуатацию дополнительного оборудования, увеличение количества потребителей либо его резкое уменьшение.

Режимы эксплуатации оборудования характеризуются обычно суточными, недельными и тому подобными графиками потребления. На рисунке 6 представлен примерный суточный график расхода рабочей жидкости при работах по очистки оборудования на небольшом предприятии.



Рисунок 6

Кроме того, режимы потребления рабочей жидкости характеризуются кривой распределения подач, с помощью которой можно охарактеризовать диапазон изменения потребления рабочей жидкости за определенный промежуток времени и длительности работы системы с тем или иным расходом рабочей жидкости.

Графики расходования рабочей жидкости могут быть охарактеризованы коэффициентами неравномерности. Максимальный коэффициент неравномерности может быть рассчитан по формуле:

, 2.1

где Qмакс,Qср—максимальное и среднее значение подачи рабочей жидкости к потребителям.

Минимальный коэффициент неравномерности будет рассчитываться по формуле:

,2.2

где Qмин—минимальное потребление рабочей жидкости.

В зависимости от того, за какой период берется Qср, коэффициенты неравномерности могут быть годовыми, месячными и т.д.

Для обоснованного решения о целесообразности использования регулируемого электропривода (РЭП) в насосной установке надо знать, как меняется режим ее работы за определенный расчетный период, например календарный месяц, так как суточные графики могут существенно отличаться друг от друга в зависимости от времени года, и дня недели и т.д.

Режимы работы высоконапорных установок на промышленных предприятиях определяются в основном технологическими процессами предприятия. Высоконапорные установки, работающие на промышленных предприятиях , работают как с явно выраженными ночными и дневными пиковыми нагрузками.

Подача высоконапорных установок работающих напрямую без байпасно—регулировочного клапана, должна быть в каждый момент времени равна расходу рабочей жидкости потребителем (при отсутствии утечек и непроизводительных расходов). В действительности в любой системе подачи и перекачки жидкости возможны утечки и непроизводственные расходы, которые могут достигать 15—20 процентов общей подачи. Следовательно, подача высоконапорной установки должна быть несколько больше водопотребления.

С увеличением потребления рабочей жидкости объем подачи приходиться увеличивать, соответственно увеличивается потери давления в шлангах. Для компенсации данных потерь приходиться увеличивать давление, развиваемое насосом. При уменьшении потребления рабочей жидкости, объем подачи и давление должно быть уменьшено.

Приведение в соответствие объема расхода рабочей жидкости и подачи насоса долгое время осуществлялось при помощи байпасно—регулировочного клапана, что приводило к уменьшению КПД высоконапорной установки. В настоящее время все чаще выдвигаются предложения о возможности регулировки частоты вращения приводного вала насоса с помощью РЭП. При применении регулируемого электропривода появиться возможность избежать нецелевого расходования рабочей жидкости, что приведет к уменьшению потреблению электроэнергии (энергосбережению).

Контроль режима работы высоконапорных установок осуществляется с помощью измерительных устройств: манометров, расходомеров, амперметров и т.д. Анализ режима работы высоконапорных установок выполняется с использованием характеристик насосов и шлангопроводов.

Насос работает наиболее экономично, если его подача и напор соответствует максимально конструктивно заложенному значению КПД.

Вместе с тем допускается некоторое отклонение рабочих параметров высоконапорных установок от значений, заложенных производителем. Однако при этом не должны выходить за пределы рекомендуемых подач насоса. За этими пределами высоконапорные насосы работают с низкими значениями КПД, при этом возникает перегрузка механизмов отдельных узлов и агрегатов насоса, а так же возникает опасность возникновения кавитации и помпажа. На рисунке 7 представлен график работы насоса с номинальной подачей 90 литров в минуту при 1500 Об/мин, на графике хорошо видно падение подачи насоса при превышении номинальной скорости вращения приводного вала, до 20 литров в минуту при 2100 об/мин.



Рисунок 7

Нарушение плотности потока рабочей жидкости, сопровождается образованием пузырьков, заполняется парами жидкости, газами либо их смесью называется кавитацией. Кавитация в насосе может возникнуть при появлении положительного нетто напора на патрубке подачи рабочей жидкости в насос.

3.Работа высоконапорных агрегатов с переменной частотой вращения.

Изменение частоты вращения приводного вала насоса ведет к изменению таких его характеристик как: объем подаваемой жидкости, давление рабочей среды. В настоящий момент изменение частоты вращения приводного вала насоса наиболее часто применяется при использовании дизельного привода насоса. Использования регулируемого привода насоса позволяет увеличить срок службы как самого насоса и его быстро изнашиваемых элементов таких как: байпасно регулировочный клапан, уплотнения высокого давления, клапана высокого и низкого давления. Увеличения срока службы достигается за счет уменьшения количества возвратно поступательных движений плунжера, уменьшения количества циклов перекрытия клапанов высокого и низкого давления.

При изменении частоты вращения приводного вала насоса ведет к изменению положения характеристик насоса. Произвести пересчет рабочих характеристик насоса на другую частоту вращения можно произвести при помощи формул приведения:

, 2.3

Где ,—номинальная и переменная частота вращения, мин^-1; и , и , и , и —подачи насоса; напоры насоса; мощности, потребляемые насосом, и моменты сопротивления насоса.

Для обеспечения стабильной работы насоса при изменении частоты вращения приводного вала существует необходимость положительного напора на всасывающем патрубке насоса. Как правило, давление на всасывающем патрубке необходимо в пределах 2-6 бар, при уменьшении давления возникает такое явление как кавитация, что приводит к повышенному износу насоса. Для работы насоса без возникновения кавитации необходимо обеспечить, что бы положительный нетто-напор на всасывающем патрубке насоса NPSH_R= Net Positive Suction Head--Receiving был меньше, чем существующий положительный нетто-напор на всасывающем патрубке насоса (NPSH_A= Net Positive Suction Head—Available).



Параметр соответствует принятому в России параметру --допустимое давление на всасывающем патрубке насоса и приводиться в каталогах в виде зависимости для воды при 20⁰С и атмосферном давлении 10 м водного столба и соответствует номинальному значению частоты вращения приводного вала насоса.

Пересчет значения для другой частоты вращения осуществляется по формуле [4]:



При работе насоса с потребителями с потреблением воды меньшем, чем номинальный объем подачи насоса возникает необходимость дросселирования рабочей жидкости, что ведет к потерям мощности, так как насос работает с избыточным напором.

Применяя регулируемый электропривод (РЭП) можно снизить потери мощности. С его помощью частоту вращения насоса можно снизить до необходимой подачи используемого потребителя. Однако при использовании РЭП диапазон подачи насоса существенно сужается, что может провести к возникновению кавитации.

Исходя, из этого можно сделать следующие выводы:

1. 
   При оснащении высоконапорных установок регулируемым электроприводом необходимо уделять внимание не только на экономию электроэнергии, но и на обеспечение нормальной работы насоса.
   
2. 
   Для того, что бы обеспечить нормальную работу высоконапорного агрегата следует учитывать прогнозируемые режимы работы насосов на пониженных частотах вращения, оговаривая в требованиях к САУ возможность удержания рабочей точки в допустимом диапазоне при изменении частоты вращения приводного вала.
   

При работе высоконапорной установки с пониженной частотой вращения возможно возникновение такого явления как помпаж, наиболее часто данное явление возникает у насосов с неустойчивой напорно—расходной характеристикой .

Плунжерные насосы способны работать не только с пониженной от номинальной частотой вращения, но и с повышенной частой вращения вала. Для повышения частоты вращения приводного вала используется регулируемый электропривод. При определенных обстоятельствах это необходимо, например, при необходимости выполнения работ по очистки сразу на нескольких точках.

При повышении частоты вращения приводного вала насоса повышаются такие его характеристики как: давление, объем перекачиваемой жидкости и потребляемая насосом приводная мощность. Из этого следует, что электродвигатель и регулируемый электропривод высоконапорной установки должны обладать необходимым запасом мощности, а элементы насоса такие как: КШМ, комплект уплотнений и корпус насоса должны обладать необходимым запасом прочности, позволяющее использовать насос с повышенной частотой вращения приводного вала. Так же возможно увеличение вибрации высоконапорной установки. Исходя из этого при увеличении частоты вращения приводного вала насоса необходимо согласование с заводом производителем насоса.

Из изложенного выше следует, что существует возможность работы плунжерных насосов с повышенной частотой вращения приводного вала с применением представленных ранее ограничениях.

Решение об использование РЭП в высоконапорных установках должно приниматься исходя из технологических факторов, имеющихся на конкретном производственном участке с учетом особенностей работы плунжерных насосов с повышенной и пониженной частотой вращения приводного вала.

3.Энергопотребление насосных установок.

Электроэнергия, потребляемая, электродвигателем высоконапорной установки расходуется, не только на преодоление гидродинамического сопротивления внутри шлангопроводов и подъем жидкости, так же часть ее необходима на преодоление силы трения в подшипниках и сальниковых набивках насоса, вентиляцию и нагрев проводников в электродвигателе.

Соотношение полученной из электросети энергии к полезно израсходованной при эксплуатации плунжерного насоса (создание кинетической энергии), является характеристикой полезного действия (КПД) плунжерного насоса. В настоящее время КПД современных плунжерных насосов варьируется в пределах 0,9-0,95.

Мощность, потребляемая непосредственно плунжерным насосом, кВт, рассчитывается по формуле:

,3.1

Где —подача насоса, м³/с; —напор, м; —КПД насоса.

Мощность, потребляемая высоконапорным агрегатом, кВт:

,3.2

Где —КПД электродвигателя; —КПД преобразующего устройства (коробки передач, редуктора, частотного преобразователя).

На современных высоконапорных установках мощность электродвигателя варьируется от 15 кВт до 1200 кВт в зависимости от поставленных целей и решаемых задач.

Количество электроэнергии, потребляемой высоконапорной установкой за промежуток времени t, при стабильной работе с постоянной подачей и фиксированным давлением, находиться по формуле[7]:

, 3.3

Где t—время работы, ч.

В реальных условиях высоконапорные установки редко работают с постоянной подачей и соответственно с постоянным давлением. Это влечет за собой постоянное изменение потребляемой мощности с течением времени. Поэтому использование формулы 3.3 возможно только при длительно установившемся режиме насосной установки.

Обычно энергопотребление высоконапорных установок планируют на основании средних статистических норм предоставленных производителем, данные нормы, как правило, выше научно обоснованных.

Для каждой высоконапорной установки расход электроэнергии индивидуален, он зависит как от таких внешних и внутренних факторов как: износ комплекта уплотнений, качество смазочного масла КШМ, высота над уровнем моря и т.д. Наибольшее влияние на электропотребление оказывает такой фактор как протяженность шлангопроводов.

Работа высоконапорной установки тем экономичнее, чем ниже давление в шлангопроводах. По этому удельный расход электроэнергии должен стимулировать к принятию мер по понижению используемого при очистки давления. К таким мерам относиться: регулирование частоты вращения приводного вала плунжерного насоса (в сответсветствии с изменением используемого для очистки оборудования, качеством удаляемых загрязнений и т.д.), регулярное техническое обслуживание плунжерного насоса, своевременное обучение персонала.

Для оценки уровня энергопотребления насосными установками высокого давления применяют норму энергопотребления, выраженную в кВт*ч/10³м³. Так же в отдельных случаях применяют норму удельного расхода электроэнергии выраженную в кВт*ч/10³ тонно-метров. Данная величина соответствует КПД плунжерного насоса.

Для измерения потребляемой высоконапорными установками электроэнергии применяют как счетчики активной, так и реактивной энергии. Как правило, данные счетчики устанавливаются непосредственно на высоконапорной установке и учитывают собственное энергопотребление установки.

Применение счетчиков для измерения потребляемой энергии дает наиболее достоверную информацию о фактическом потреблении высоконапорной установки. Использование такой косвенной информации как токи нагрузки агрегата, часы работы и номинальная мощность электродвигателя для данных целей недопустимо.

Имея информацию о удельном расходе электроэнергии, можно наиболее эффективно оценить целесообразность мероприятий по повышению энергосбережения при эксплуатации высоконапорной установки. Для оценки повышения уровня энергоэффективности необходимо определить удельный расход электроэнергии до проведения мероприятий по уменьшению потребления электроэнергии и после . Исходя из этих данных фактическая годовая экономия электроэнергии определяется:

, 3.4

Где — объем перекачиваемой за год жидкости.

Для учета сезонных изменений при работе высоконапорных установок наиболее целесообразно повторять 3—4 раза в год.

4.Потери энергии в высоконапорных установках и воды в системах подачи жидкости высокого давления.

Высоконапорные установки, как правило, работают с повышенным напором в виду увеличения гидравлического сопротивления в системе подачи жидкости высокого давления, а так же несоответствия режима работы высоконапорной установки с используемым потребителем.

При несоответствии режима работы высоконапорной установки потребителю наблюдается нерациональное превышение напора и сброс рабочей жидкости в байпасную линию. В данном случае может иметь место превышение динамической составляющей напора либо статической, в отдельных случаях двух данных составляющих одновременно. Данные причины нерационального энергопотребления могут быть устранены с использованием регулируемого электропривода в системах автоматики высоконапорных установок.

Эксплуатация высоконапорных установок с превышением динамической, составляющей напора. Данная характеристика, зависит от расхода рабочей жидкости:

, 4.1

Где p—коэффициент, зависящий от состояния и качества шлангопроводов, p=1,8—2,0.

При работе высоконапорной установки с подачей рабочей жидкости меньше расчетной, может возникнуть несоответствие между давлением развиваемым насосом, и давлением, необходимым для проведения работ по очистки оборудования. Сравнение характеристик плунжерного насоса и перекачивающей способности шлангопроводов дает понять, что при уменьшении подачи рабочей жидкости требуемое давление уменьшается, а развиваемое насосом давление увеличивается.

Разность значений давления на выходе из насоса и конце шлангопровода называется превышением напора:

, 4.2

Давление расходуется на преодоление сужений шланга (таких как соединения шлангов, запорная арматура и т.д.). На превышение напора нерационально расходуется мощность, помимо расчетной в идеальных условиях, кВт:

, 4.3

Если высоконапорная установка выполняет работу в непрерывном цикле в течении некоторого времени t c превышением напора , то количество энергии истрачиваемой помимо необходимой для выполнения работы:

, 4.4

За время работы высоконапорной установки подача рабочей жидкости и вместе с ним превышение напора изменяются. Перерасход электроэнергии за данный период определяется как сумма электроэнергии, израсходованной за весь расчетный период:

, 4.5

Где ,—превышение напора и подача высоконапорной установки за заданный промежуток времени.