8.3 Энергосбережение в насосных установках

В структуре себестоимости промышленной продукции затраты на потребление энергоресурсов составляют значительную часть. Уменьшить расход электроэнергии в насосных агрегатах возможно посредством регулирования частоты вращения (числа оборотов в минуту) насосов в функции расхода воды. Частота переменного напряжения f в электрических сетях энергосистем страны постоянна и равна 50Гц, что достаточно для вращения электродвигателей насосов с номинальной частотой n (об/мин).

Чтобы изменить частоту переменного напряжения, подводимого к электродвигателю насоса, необходимо подключить электродвигатель к индивидуальному преобразователю частоты, присоединенному в свою очередь к электрической сети с частотой переменного напряжения f=50Гц. В зависимости от величины сигнала управления, поступающего от соответствующего датчика на вход преобразователя частоты, частота переменного напряжения на выходе может изменяться в интервале 5-50 Гц, что обеспечивает возможность десятикратного уменьшения частоты вращения насосного агрегата. Функциональная схема автоматического регулирования частоты вращения насосного агрегата, работающего на сеть водоснабжения, представлена на рисунке 8.1.

U=var

f=var

U_y

U=380B=const

F= 50Гц =const

Рисунок 8.1 - Функциональная схема регулирования скорости вращения сетевого насоса

Эффективность регулирования частоты вращения насосного агрегата, работающего на сеть водоснабжения, обусловливается следующим.

Водопотребление в сети водоснабжения является случайным, сезонно стационарным процессом. Производительность насосных агрегатов определяется по величине максимального водопотребления Q_max, рисунок 8.2.

1 – насоса при номинальной частоте вращения; 2 – сети водоснабжения при номинальном гидравлическом сопротивлении; 3 – сети водоснабжения при увеличении гидравлического сопротивления за счет закрытия запорной арматуры; 4 – насоса при уменьшении частоты вращения.

Рисунок 8.2 – Напорно-расходные характеристики насоса и сети водоснабжения

При уменьшении водопотребления за счет закрытия запорной арматуры у потребителей (чему соответствует увеличение гидравлического сопротивления сети водоснабжения) при неизменной частоте вращения насоса характеристика последнего не изменяется, а характеристика сети принимает вид кривой 3 на рисунке 8.2. Несмотря на существенное уменьшение подачи воды насосом в рассматриваемом случае, некоторое увеличение напора насоса и существенное уменьшение КПД насоса в этом режиме обусловливают практическую неизменность мощности, потребляемой электродвигателем насоса при уменьшении подачи воды посредством увеличения гидравлического сопротивления сети.

Но если при уменьшении водопотребления уменьшать частоту вращения насоса, то характеристика трубопровода (кривая 2 на рисунке 8.2.) остается без изменения, а характеристика насоса смещается почти параллельно характеристике при n = const, принимая вид кривой 4 на рисунке 8.2. В этом случае существенно уменьшается как подача насоса, так и развиваемый им напор при пренебрежимо малом уменьшении КПД насоса и его электродвигателя. КПД преобразователя частоты в зависимости от его мощности лежит в пределах 0,92 - 0,96, что обусловливает существенное уменьшение мощности, потребляемой электродвигателем насоса при регулировании его скорости вращения в функции требуемой подачи воды.

Условные графические обозначения основных элементов принципиальных схем.

FU − Плавкие предохранители. Предназначены для защиты цепей управления от токов короткого замыкания. Если ток в цепях управления превысит величину тока плавкой вставки, то ставка перегорает, и цепь управления отключается от сети, что обуславливает прекращение функционирования системы автоматизации и отключение электродвигателя соответствующей технологической установки.

QF − Автоматический воздушный выключатель (автомат). Предназначен для защиты электрических цепей от коротких замыканий и перегрузки по току.

SA− Переключатель режимов (ключ) управления. Предназначен для выбора режима. Характерными режимами управления являются:

− Режим местного управления, при котором включение и отключение технологической установки осуществляется эксплуатационном персоналом;

− Режим автоматического управления, при котором включение и отключение технологической установки осуществляется автоматически в соответствии с алгоритмом управления;

Режим ввода резерва, при котором некоторая технологическая установка нормально отключена, а при необходимости автоматически включается в работу;

− Режим опробования, при котором возможно кратковременное включение и отключение отдельных механизмов технологической установки ремонтным персоналом для проверки работоспособности этих механизмов.

Конструктивно ключи управления выполняются в виде набора секций, замыкание или размыкание контактов которых осуществляется установкой рукоятки ключа в одно из возможных положений.

В зависимости от типа ключа управления количество секций может быть более трех, количество возможных положений рукоятки тоже не всегда равно трем. Обычно на принципиальных схемах положения рукоятки ключа обозначают не цифрами, а буквами. М − режим местного управления, А – автоматическое управление, Вр – режим ввода резерва, О − режим опробования.

SB1 − Кнопка управления (обычно красного цвета) или кнопка отключения. Предназначена для отключения технологических установок персоналом по эксплуатации.

SB2 − Кнопка управления (обычно черного цвета) или кнопка включения. Предназначена для включения технологических установок персоналом по эксплуатации.

K1 − Реле. Предназначены для реализации логических функций алгоритма управления. Под реле понимается техническое устройство, имеющее два устойчивых состояния. Причем переход из одного в другое возможен только при приложении (или прекращении) внешнего воздействия.

KK − Тепловое реле. Предназначены для защиты электродвигателей от перегрузки. При возникновении перегрузки электродвигателя контакт КК теплового реле, включаемый в цепь управления, размыкается, что обусловливает отключение двигателя от электрической сети.

QS − Путевые (конечные) выключатели. Предназначены для формирования сигнала, о достижении какой – либо геометрической координаты предельного значения. Контакты конечных выключателей размыкаются при полностью открытых или закрытых задвижках, оставаясь замкнутыми в промежуточных положениях.

KM − Магнитные пускатели (контакторы). Предназначены для подключения электродвигателей к электрической сети при подаче напряжения на катушку магнитного пускателя.