Частотный Преобразователь для Водоснабжения

Около половины всей вырабатываемой электроэнергии в стране тратится на привод различных насосов, поэтому потери энергии здесь весьма значительны.

Всё водоснабжение, канализация, транспортировка нефти и нефтепродуктов, энергетика, промышленная химия используют в своих производственных циклах огромное количество насосов. Более 80 % насосов - центробежные и осевые. Они имеют зависимость коэффициента полезного действия от подачи в виде параболы. То есть, если насос работает в зоне подач, где КПД максимальный, то потери энергии минимальны. Однако в большинстве случаев требуется переменная подача. Тогда параметры работы насоса определяются пересечением характеристики насоса H=f(Q) с характеристикой сети h=f(Q) и насос работает в зоне пониженного КПД.

Регулирование подачи осуществляется при помощи дросселирования, при этом снижается КПД насоса, и растут потери мощности.

Если насос более 80% времени работает на номинальном режиме, то дроссельный способ регулирования подачи насоса приемлем. Если нет, то более эффективным способом регулирования подачи насоса является регулирование изменением частоты вращения ротора насоса. Как правило, большое количество насосов работают с переменной нагрузкой по подаче. Это насосы системы водоснабжения, питательные и конденсатные в тепловой и атомной энергетике. Теплоэлектростанции покрывают пиковые потребности электроэнергии в системе, и работают с переменными нагрузками в течение суток.

При дроссельном регулировании насосов в таком случае потери могут составлять от 30% до 40% от мощности электродвигателя.

Другой способ регулирования параметров насоса, когда сеть потребителя остаётся постоянной, а изменяется частота вращения ротора насоса. В этом случае насос работает в зоне максимального КПД, и потери энергии минимальны. Требуемый диапазон регулирования частоты вращения зависит от значения статического давления сети h0 при малом значении подач. Для питательных насосов – это давление в котле, для насосов водоснабжения – геометрическая высота расположения максимального потребителя. Диапазон изменения частоты вращения насоса, как правило, достаточен, если частота изменяется в пределах 50% - 100% от номинальной частоты вращения.

До конца прошлого века насосы малой мощности не имели привода с изменяемой частотой вращения. Насосы значительной мощности – 1МВт-12МВт в энергетике вращения имели такие приводы с переменной частотой вращения. Паровая турбина с частотой вращения 3600..5400 – сложный и дорогостоящий агрегат и, применяется для привода основных питательных насосов в некоторых схемах АЭС).

Для регулирования насосов средней мощности применялись гидромуфты, работающие на масле, с системой регулирования черпакового типа. Недостатком таких муфт является низкое быстродействие, необходимость отдельного маслохозяйства, включающего бак, охладители, фильтры, насосы, пожароопасность. Они не получили широкого распространения

характеристикиНаучно-производственное объединение «Гидравлические аппараты» разработало и запатентовало конструкцию гидромуфты, работающую на воде. Система регулирования – дроссельного типа, что позволило увеличить быстродействие. Она выгодно отличается от гидромуфты на масле черпакового типа простотой конструкции и управления. Гидромуфта – компактна, не передаёт осевых усилий на насос и двигатель, Такая муфта может применяться в самых пожароопасных производствах без каких- либо ограничений. Глубина регулирования частоты вращения составляет от 30% до 98% оборотов электродвигателя. Управление частотой вращения осуществляется положением клапана гидромуфты. Выбор положения клапана, то есть задание режима работы по частоте, может осуществляться как в ручную, так и дистанционно, и встраивается в любую систему автоматического управления объектом. Система питания может быть установлена непосредственно у насоса или в любом удобном месте. Требуемый расход воды на гидромуфту – максимально при полном заполнении и не более 5 м куб/ч (зависит от передаваемой мощности).

Такие же гидромуфты могут применяться и для регулирования частоты вращения мощных вентиляторов - дымососов, систем вентиляции и наддува в промышленных технологических системах.

В конце прошлого века начали бурно развиваться системы регулирования частоты вращения электродвигателей с помощью частотных преобразователей (ПЧ). Регулирование осуществляется путём преобразования поступающего в ПЧ тока с частотой 50Гц в синусоиду с новой частотой, подаваемого на асинхронный двигатель, и соответственно изменяется частота вращения ротора электродвигателя. В настоящее время это направление переживает бум своего развития. Выпускается огромное число электродвигателей малой мощности со встроенными системами частотного регулирования.

Казалось бы, что проблема регулирования насосов решена окончательно. Однако, у частотных преобразователей (ПЧ) есть существенные недостатки.

Первый – стоимость. Если для двигателей от 3, 7кВт до 160 кВт цена ПЧ составляет от 10 000 руб. до 230000 руб., то для двигателя мощностью 315 кВт и напряжением 380 В стоимость ПЧ уже свыше 1 млн. руб. Далее цена растёт по экспоненте в зависимости от мощности и напряжения. Для электродвигателя мощностью 800 кВт и напряжением 6000 В она составляет уже более 10 млн. руб.

Второй недостаток – габариты шкафов с электроникой, которые необходимо размещать в специальных помещениях. Вы не можете установить шкаф в колодце или камере, где расположены насосы водоснабжения, подающие воду из источников на фильтры и в систему водоподготовки.

Третий. Современный мощный ПЧ – сложное электронное устройство, состоящее из трансформаторов, тиристоров, сетевых фильтров и имеющее электронную систему управления. Его эксплуатация потребует включение в состав обслуживающего персонала специально подготовленного специалиста, способного эксплуатировать и обслуживать ПЧ.

ПЧ имеют высокий КПД – до 98%, но они требуют охлаждения – воздушного или водяного, и эти затраты энергии, как правило, не учитываются при оценке эффективности ПЧ.

Разработанные в НПО «Гидроаппарат» гидромуфты, работающие на воде, имеют ряд неоспоримых преимуществ, которые позволяют использовать их в ряде случаев для привода мощных насосов.

Первое. Возможность пуска двигателя на холостом ходу с последующей плавной нагрузкой двигателя.

Второе. Возможность устанавливать в любых пожароопасных объектах.

Третье. Исключительная простота системы управления гидромуфтой, которую можно встроить в любую систему автоматизации объекта, малые габариты, простота конструкции, надёжность, низкая цена.

В таблице приведено сравнение эксплуатационных режимов насоса, снабжённого гидромуфтой работающей на воде, и насоса, привод которого осуществляется от ПЧ.

Таблица. Сравнение эксплуатационных характеристик.

Параметр или характеристика

Привод от ПЧ

Привод от ГМ

Потери мощности при работе насоса на номинальных оборотах и номинальной подаче (при КПД насоса 0, 8)

21, 6%

Потери мощности при работе насоса на 50% подаче и напоре 80% от номинального

21, 5%

28, 5%

Потери мощности при работе насоса с 40% подачи от номинальной и напоре 50% от номинального

31, 4%

50%

Возможность установки в помещениях с любой влажностью

Система управления - нет

Похожие страницы: