Энергосбережение при использовании насосов и насосных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Введение

2. Классификация насосов

3. Принцип действия насосов

4. Проблемы с энергозатратами при эксплуатации насосов

5. Решение энергосбережения на котельной установке

6. Вывод

7. Список использованной литературы

энергопотребление насос энергосбережение эксплуатация



1. Введение

Проблема энергопотребления и экономии топливно-энергетических ресурсов в последнее время чрезвычайно обострилась, в связи с этим во всех сферах промышленного производства полным ходом идут разработки такого оборудования, которое позволяет достигать максимального КПД при минимальных затратах.

Раньше считалось, что энергетические ресурсы практически неограниченны, тарифы на электрическую или топливную энергию были крайне дешевы, однако сейчас наряду с постоянным подорожанием цен на топливо обнаруживается недостаточность поставок и добычи топливных ресурсов.

Насосы и насосные станции являются чрезвычайно энергоемкими, а если соединить повсеместное использование различного насосного оборудования, тогда потребление энергии насосами составляет около 30% от всех затрат энергии, которая поставляется для организации инженерных сетей коммуникации жилых и промышленных зданий и объектов.То есть, энергетические затраты насосного оборудования, которые используются для организации бытового водоснабжения, отопления, для промышленных нужд стоят на третьем месте после городского транспорта и освещения.

В ходе проектирования различных объектов использовалось то оборудование, которое присутствует в каталогах отечественной промышленности. Новые разработки внедрялись не настолько активно, кроме того, существовала практика использования оборудования с большим запасом мощности. Это оправдывается только при условии 100% загрузки насоса, однако в действительности приводит к огромному перерасходу электроэнергии. Исследования подтверждают, что огромный парк циркуляционных насосов, которые традиционно используются для водоснабжения и отопления, потребляют в 2-3 раза больше энергии, чем их реальная производительность. Чтобы оценить работу насоса необходимо знать изменение параметров сети или определяемые ими расход, давление и КПД. В конечном итоге знание этих величин и будет определять знание о режимах работы электронасоса и потребляемой им электроэнергии.

Начнем с расхода. В большинстве случаев расход носит случайный характер, и это обстоятельство является тем фактором, который затрудняет оценку режимов электронасосов и в частности потребляемую им электроэнергию. Во всех остальных случаях расход, так или иначе, является детерминированным, то есть определен.

Выбор насоса «с запасом» - с большими, чем необходимо, параметрами напора и подачи часто делается ещё на стадии проектирования на случай повышения нагрузки на систему при возможном увеличении объёмов водопотребления. Несовпадение характеристик насосов и системы может также происходить вследствие изменения параметров сети из-за износа и коррозии трубопровода, замены труб при ремонте, снижения или увеличения нагрузки на сеть и других причин.

Таким образом, внедрение экономичного насосного оборудования становится крайне актуальной задачей. Теоретически. На практике предприятия редко решаются на замену исправно функционирующего насоса на более экономичный. Смысл тратить лишние средства, если существующее оборудование прекрасно функционирует? Однако, замена устаревшего насосного оборудование на современное и экономичное ведет к снижению затрат энергии более чем в 2 раза, откуда можно посчитать выгоду предприятия.

Наилучший выбор насоса 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 системы водоснабжения.

2. Классификация и принцип действия насосов

Насомс (разг. водяная помпа, колонка) -- гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов. Следует заметить, что машины для перекачки и создания напора газов выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и компрессоров. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливает ее перемещение.

Неполная классификация насосов по принципу действия и конструкции выглядит следующим образом:

· импеллерные (ламельные) насосы

· пластинчатые (шиберные) насосы

· шестерённые насосы

· аксиально-плунжерные насосы

· Радиально-плунжерные насосы

· центробежно-шнековые (дисковые,оседиагональные) насосы

· винтовые (шнековые)

· поршневые

· центробежные

· осевые

· вихревые

· роторные

· струйные

· диафрагменные

· перистальтические

· мембранные

· абсорбционные

· тараны

· магниторазрядные

Классификация насосов по принципу действия

По характеру сил, преобладающих в насосе: объёмные, в которых преобладают силы давления и динамические, в которых преобладают силы инерции.

По характеру соединения рабочей камеры с входом и выходом из насоса: периодическое соединение (объёмные насосы) и постоянное соединение входа и выхода (динамические насосы).

Объёмные насосы используются для перекачки вязких жидкостей. В этих насосах одно преобразование энергии -- энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости (механическая => кинетическая + потенциальная). Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочий процесс в объёмных насосах неуравновешен (высокая вибрация), поэтому необходимо создавать для них массивные фундаменты. Также для этих насосов характерна неравномерность подачи. Большим плюсом таких насосов можно считать способность к сухому всасыванию (самовсасыванию).

Для динамических насосов характерно двойное преобразование энергии (1 этап: механическая => кинетическая + потенциальная; 2 этап: кинетическая => потенциальная). В динамических насосах можно перекачивать загрязнённые жидкости, они обладают равномерной подачей и уравновешенностью рабочего процесса. В отличие от объёмных насосов, они не способны к самовсасыванию.

Объёмные насосы

Рабочий процесс объёмных насосов основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. Некоторые виды объёмных насосов:

Импеллерные насосы -- обеспечивают ламинарный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса, и могут использоваться в качестве дозаторов

Пластинчатые насосы -- обеспечивают равномерное и спокойное всасывание перекачиваемого продукта на выходе из насоса, могут использоваться для дозирования. Могут быть как регулируемыми, так и нерегулируемыми. В пластинчатых регулируемых насосах изменение подачи осуществляется за счёт изменения объёма рабочей камеры благодаря изменению эксцентриситета ротора и статора. В качестве регулирующего устройства применяются гидравлические и механические регуляторы.

Винтовые насосы -- обеспечивают ровный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса, могут использоваться для дозирования

Поршневые насосы могут создавать весьма высокое давление, плохо работают с абразивными жидкостями, могут использоваться для дозирования

Перистальтические насосы создают невысокое давление, химически инертны, могут использоваться для дозирования

Мембранные насосы -- создают невысокое давление, могут использоваться для дозирования

Импеллерные (ламельные) насосы. Могут быть изготовлены в пищевом, маслобензостойком и кислотощёлочестойком исполнении

Общие свойства объёмных насосов:

Цикличность рабочего процесса и связанные с ней порционность и пульсации подачи и давления. Подача объёмного насоса осуществляется не равномерным потоком, а порциями.

Герметичность, то есть постоянное отделение напорной гидролинии от всасывающей (лопастные насосы герметичностью не обладают, а являются проточными).

Самовсасывание, то есть способность объёмных насосов создавать во всасывающей гидролинии вакуум, достаточный для подъёма жидкости вверх во всасывающей гидролинии до уровня расположения насоса(лопастные насосы не являются самовсасывающими).

Независимость давления, создаваемого в напорной гидролинии, от подачи жидкости насосом

Динамические насосы подразделяются на:

Лопастные насосы, рабочим органом у которых служит лопастное колесо или мелкозаходный шнек. В них входят:

Центробежные, у которых преобразование механической энергии привода в потенциальную энергию потока происходит вследствие центробежных сил, возникающих при взаимодействии лопаток рабочего колеса с жидкостью. Центробежные насосы подразделяют на:

Центробежно-шнековый насос -- вид центробежного насоса с подводом жидкости к рабочему органу выполненному в виде мелкозаходного шнека большого диаметра (дисков), расположенному по центру, с выбросом по касательной вверх или бок от корпуса.

Консольный насос -- вид центробежного насоса с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу, расположенному на конце вала, удалённом от привода.

Осевые (пропеллерные) насосы, рабочим органом которых служит лопастное колесо пропеллерного типа. Жидкость в этих насосах перемещаются вдоль оси вращения колеса. Быстроходные насосы с высоким коэффициентом быстроходности, характеризуются большими значениями подач, но низких значениях напора.

Полуосевые (диагональные, турбинные) насосы, рабочим органом которых служит полуосевое (диагональное, турбинное) лопастное колесо.

Радиальные насосы, рабочими органами которых служат радиальные рабочие колеса. Тихоходные одноступенчатые и многоступенчатые насосы с высокими значениями напора при низких значениях подач.

Центробежно-шнековые (дисковые) -- способны перекачивать карамелизующиеся и склеивающиеся массы, типа клея

Вихревые насосы -- отдельный тип лопастных насосов, в которых преобразование механической энергии в потенциальную энергию потока (напор) происходит за счёт вихреобразования в рабочем канале насоса.

Струйные насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется за счёт энергии потока вспомогательной жидкости, пара или газа (нет подвижных частей, но низкий КПД).

Тараны (гидротараны), использующие явление гидравлического удара для нагнетания жидкости (минимум подвижных частей, почти нет трущихся поверхностей, простота конструкции, способность развивать высокое давление на выходе, низкие КПД и производительность).

Вихревые насосы

Вихревые насосы -- динамические насосы, жидкость в которых перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении. Преобразование механической энергии привода в потенциальную энергию потока (напор) происходит за счёт множественных вихрей, возбуждаемых лопастным колесом в рабочем канале насоса. КПД идеального вихревого насоса не превышает 45 %.^{[источник не указан 560 дней]} КПД реальных насосов обычно не превышает 30 %.

Применение вихревого насоса оправдано при значении коэффициента быстроходности n_s < 40. Вихревые насосы в многоступенчатом исполнении значительно расширяют диапазон рабочих давлений при малых подачах, снижая коэффициент быстроходности до значений, характерных для насосов объёмного типа.Вихревые насосы сочетают преимущества насосов объёмного типа (высокие давления при малых подачах) и динамических насосов (линейная зависимость напора насоса от подачи, равномерность потока).Вихревые насосы используются для перекачки чистых и маловязких жидкостей, сжиженных газов, в качестве дренажных насосов для перекачки горячего конденсата. Вихревые насосы обладают низкими кавитационными качествами. Кавитационный коэффициент быстроходности вихревых насосов C = 100..110.

Классификация насосов по реализации

Механические,Поршневые, Роторно-поршневые, Диафрагменные,Пластинчатые,Рутса,Золотниковые,Спиральные,Турбомолекулярные,Магниторазрядные,Струйные Водокольцевые,Паромасленные диффузионные,Паромасленные бустерные,Сорбционные,Криогенные

Классификация насосов по типу перекачиваемой среды

Химические насосы

Химические насосы предназначены для перекачки различных агрессивных жидкостей, поэтому основными областями их применения являются химическая и нефтехимическая промышленность (перекачивание кислот, щелочей, нефтепродуктов), лакокрасочная промышленность (краски, лаки, растворители и др.) и пищевая промышленность.

Химические насосы перекачивает кислоты и щёлочи, органические продукты, сжиженные газы и т. п., которые характеризуются взрывоопасностью, различной температурой, токсичностью, склонностью к полимеризации и налипанию, содержанием растворенных газов. Характер перекачиваемых жидкостей обуславливает то, что химические насосы изготавливаются полностью из химостойких полимеров.

3. Принцип работы

Создание непрерывного потока жидкости, а также давления, в гидросистеме АКПП осуществляется с помощью насоса. Однако следует отметить, что насос непосредственно не формирует давление. Давление возникает только в том случае, если в гидросистеме имеется сопротивление потоку жидкости. Первоначально ATF свободно заполняет систему управления АКПП. Только после полного заполнения в гидросистеме из-за наличия тупиковых каналов начинает формироваться давление.

Обычно, насосы располагают между гидротрансформатором и коробкой передач и приводят через корпус гидротрансформатора и приводную втулку (рис.6-3) непосредственно от коленчатого вала двигателя. Таким образом, если двигатель не работает, то насос не может создавать давление в гидросистеме управления АКПП.

В настоящее время в трансмиссиях с автоматическими коробками передач используются насосы, следующих типов:

· шестерёнчатого;

· трохоидного;

· лопастного.

Принцип работы насосов шестерёнчатого и трохоидного типов весьма схож. Эти насосы относятся к насосам постоянной производительности. За один оборот коленчатого вала двигателя они поставляют в гидросистему постоянный объём жидкости, независимо от режима работы двигателя и потребностей гидросистемы. Поэтому, чем выше частота вращения двигателя, тем большее количество ATF за единицу времени поступает в гидросистему управления АКПП, и наоборот, чем ниже частота вращения двигателя, тем меньший объём ATF за единицу времени попадает в гидросистему. Таким образом, режим работы таких насосов никак не учитывает потребностей самой системы управления в количестве ATF, необходимой для управления переключениями, подпитки гидротрансформатора и т.п. В результате в случае малой потребности ATF, большая часть подаваемого насосом в гидросистему жидкости, будет сливаться через регулятор давления обратно в поддон, что приводит к лишним потерям мощности двигателя и снижению топливно-экономических показателей автомобиля. Но при этом насосы шестерёнчатого и трохоидного типа имеют достаточно простую конструкцию и надежны в эксплуатации.

Лопастные насосы позволяют регулировать объём ATF, подаваемой насосом в гидросистему за один оборот двигателя, в зависимости от режима работы системы управления АКПП. Так при запуске двигателя, когда необходимо заполнить трансмиссионной жидкостью все каналы и элементы гидросиситемы, или во время переключения передачи, когда происходит заполнение жидкостью гидроцилиндра или бустера, система управления насосом обеспечивает его максимальную производительность. При равномерном же движении без переключения передач, когда ATF расходуется только лишь на подпитку гидротрансформатора, смазку и компенсацию утечек, производительность насоса имеет минимальную величину.

Насос состоит из двигателя и рабочей части. При вращении рабочего колеса жидкость (рис. 1) под действием центробежной силы смещается к краям рабочей части и в центральной части создается разрежение, за счет которого происходит всасывание из подающего трубопровода. Затем жидкость под давлением выбрасывается в напорный трубопровод. Рабочих колес может быть как одно, так и несколько -- при большем количестве колес достигается большая производительность. В качестве двигателей насосов в настоящее время широко применяются преимущественно электродвигатели.

Каждый насос обладает собственной характеристикой, представляющей собой зависимость напора от расхода жидкости. Для решения задач водоснабжения важно определение такого параметра, как рабочая точка. Рабочая точка представляет собой пересечение характеристик насоса и системы (рис. 2). Любые изменения в системе -- от положения запирающих элементов клапанов, кранов шаровых, задвижек до образования отложений на стенках трубопроводов -- влекут за собой смещение рабочей точки. Определение рабочих характеристик производится квалифицированными специалистами на стадии проектирования системы водоснабжения.

Весьма распространенными являются такие типы, как центробежные -- для перекачивания воды из водоемов и емкостей, дренажные -- для работы в состоянии, погруженном в жидкость, канализационные -- для перекачивания сточных вод, насосы циркуляционные -- для обеспечения циркуляции в системах отопления и горячего водоснабжения, глубинные -- для подачи воды потребителям из скважин.

Любым монтажным работам по установке насосов должна предшествовать подготовка, заключающаяся в определении гидравлических характеристик системы и выборе подходящего оборудования, решающего конкретные задачи, поставленные перед системами водоснабжения, отопления или канализации, обеспечивающего комфортный и безаварийный уровень эксплуатации объекта.

4. Проблемы с энергозатратами при эксплуатации насосов

· Промышленные предприятия расходуют 70% потребляемой электрической энергии на питание электродвигателей. При этом 33% этих электродвигателей используются для привода насосов и вентиляторов.

· В большинстве приводов насосов и вентиляторов управление электродвигателями осуществляется при помощи пускателей прямого включения напряжения или устройств плавного пуска. Это означает, что двигатель работает при номинальной частоте вращения, и при этом осуществляется регулирование расхода. При снижении производительности насоса или вентилятора потребление энергии уменьшается весьма незначительно. Так, при снижении расхода до 80% от номинального, потребление энергии остается на уровне 95%. Существует огромный потенциал сокращения энергопотребления за счет модернизации существующей материально-технической базы.

· Европейская ассоциация производителей электрических машин и силовой электроники (CEMEP) провела моделирование для рынка стран Европы. Его результаты показали, что применение частотно-регулируемых электроприводов позволит экономить 900 млн евро в год и снизить выброс CO2 на 4 млн тонн в год.

Однако многочисленные исследования причин неэффективной работы оборудования, показывают, что основным фактором, снижающим КПД насосной станции, является несоответствие рабочих характеристик насоса параметрам системы. Обычно заявленная производителем эффективность (КПД) насосов достаточно высока: для насосов типа К, КМ - более 60%, для насосов типа Д - более 75%. На практике, однако, КПД насосных станций составляет не более 10-40%.

Причин такой низкой эффективности работы систем водоснабжения несколько, основными из которых являются:

- установка в системах насосов, рабочие характеристики которых - параметры напора и подачи насоса не соответствуют параметрам системы;

- применение задвижек для регулирования режима работы насоса.

Работу электронасоса или его режим можно оценить подводимой электрической мощностью, определяемой напряжением и током и получаемой на выходном патрубке мощностью потока воды, определяемой давлением и расходом. Расход и давление являются основными характеристиками при оценке работы насоса или его режима. Эти две мощности имеют различные величины: первая больше второй на величину потерь, которые неизбежно возникают в процессе преобразования электрической энергии в гидравлическую энергию потока воды. Отношение второй мощности к первой позволяет определить числовое значение КПД электронасоса.

Обычно потери разделяют на две составляющие: потери в электродвигателе, которые определяют его КПД и потери в насосе, которые определяют КПД насоса. Произведение этих двух КПД равно КПД электронасоса. В практике водоснабжения и других областях применения центробежных электронасосов для его выбора и расчета режимов работы, оценки затрат необходимо знать электрическую мощность электронасоса и потребляемую им электроэнергию.

Если в приведенной в рамке формуле расход, давление и КПД имеют номинальные значения, то и мощность будет номинальной. На практике эти величины отличаются от номинальных значений. Больше того, все они имеют переменный характер. Это объясняется тем, что выходной патрубок присоединен к трубопроводу (водопроводной сети), который заканчивается различными потребителями. Последние, потребляя воду в разных количествах, изменяют расход в трубопроводе, а значит и в насосе, поскольку насос и трубопровод образуют одну полость. Здесь сеть с потребителями можно рассматривать как некую большую задвижку, присоединенную к выходному патрубку насоса и непрерывно меняющую расход через него. Далее для упрощения описания процессов работы насоса под сетью будем понимать некий обобщенный трубопровод с некой обобщенной задвижкой на конце. Таким образом, потребление воды в сети или расход в ней и определяет работу насоса, а количественная оценка расхода будет в то же время и количественной оценкой режима работы насоса.

Другая количественная оценка режима работы насоса -- давление. Одновременно с расходом меняется и давление. Причем по мере уменьшения расхода давление на выходе насоса увеличивается. Электронасос и сеть при совместной работе представляют собой единое целое, где физические процессы сбалансированы, причем сеть в этом балансе играет роль нагрузки, то есть элемента определяющего баланс, а электронасос -- роль источника, элемента обеспечивающего этот баланс. В точке баланса как бы «сходятся интересы» этих двух элементов.

Необходимо заметить, что геодезическая высота этой задвижки также будет изменяться, поскольку она определяется местоположением потребителей, которое имеет разную высоту над уровнем моря. Но предположим, что наш трубопровод с задвижкой находятся в ровной, как стол, степи. Тогда расход и давление будут зависеть только от положения задвижки или её гидравлического сопротивления. Из уравнений, определяющих рабочую точку или режим работы насоса, что при увеличении гидравлического сопротивления Z (закрытии задвижки) расход будет уменьшаться, а давление наоборот увеличиваться.

Наконец третья количественная оценка режима работы электронасоса -- КПД ( з эн ). Эта характеристика сложна по своей структуре, поскольку объединяет КПД гидравлической машины -- насоса и электрической -- электродвигателя. Величина КПД зависит от рабочей точки. Поэтому на практике используют графические либо аналитические зависимости КПД агрегата от расхода.

В системах водоснабжения и водоотведения основным видом оборудования являются насосные установки, а затраты на их энергоснабжение составляют более 60% от общего объёма потребляемой системой электроэнергии. Поэтому в условиях постоянного роста цен на энергоносители существенная экономия электроэнергии при эксплуатации систем водоснабжения может быть достигнута только при условии эффективного использования насосов. Считается, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например 1 т топлива в условном исчислении, вдвое дешевле, чем ее добыть.

Чтобы привести параметры насосов в соответствие с требующимися характеристиками системы, чаще всего используется регулирование потока жидкости в трубопроводе с помощью задвижек. При этом происходит значительная потеря полезной и увеличение потребляемой насосом мощности, что не только резко понижает эффективность системы водоснабжения, но и сокращает срок службы оборудования.

5. Решение энергосбережения на котельной установке

Если на котельной ТЭЦ экономия электроэнергии, на первый взгляд, кажется неактуальной, то технологии, которые позволяют исключить механические и электрические перегрузки оборудования, увеличить моторесурс, снизить затраты на обслуживание и ремонт, улучшить параметры технологического процесса, и, наконец, экономить топливо - безусловно будут востребованы.

Котельные установки, на собственные нужды, потребляют электрическую энергию, мощность которой составляет 1 - 5% от тепловой мощности этих установок. Если учесть, что электрическая энергия, в среднем, в три раза дороже тепловой энергии, то целесообразность внедрения энергосберегающих технологий не только в котельных установках, но и на ТЭЦ не вызывает сомнений.

Не только в котельной, тепловом пункте или водоподготовительной станции требуются насосы, но и на большинстве предприятий необходимы насосы для повышения давления, откачки или дозирования жидкостей(насос водяной, топливный насос, сетевой насос, дренажный насос, скважинный насос, циркуляционный насос и др.).

Для решения поставленных задач можно заменить на насосы, а именно: центробежный насос, многоступенчатый насос, вертикальный насос, горизонтальный насос, насос с режущим механизмом, насос с открытым рабочим колесом и др. Установка наших насосов на паровые котлы (питательные насосы паровых котлов), в систему теплоснабжения и горячего водоснабжения (сетевые насосы, циркуляционные насосы, подпиточные насосы, grundfos насос, wilo насосы, lowara насос, насос sv, насос cr) позволяют значительн экономить на электроэнергии, что снижает сроки окупаемости насосов (насос водяной, топливный насос, сетевой насос, дренажный насос, скважинный насос, циркуляционный насос и др.).

Неудовлетворительная работа автономных систем водоснабжения является, как правило, следствием неправильного подбора насоса (подбирают насос с заниженными характеристиками), отсутствие защит, включая защиту от сухого хода и меньший, чем необходимо объем мембранного бака.

- Заменить низкоэффективные отечественные сетевые насосы на современные импортные с более высоким КПД. При экономической целесообразности (большой мощности электродвигателей насосов) использовать устройства частотного регулирования скорости вращения асинхронных двигателей.

Такая система состоит из нескольких частей: непосредственно сам насос; автоматика, включающая и выключающая насос при начале и окончании водоразбора; напорный мембранный бак, обеспечивающий плавность и равномерность подачи, а также уменьшающий количество пусков насоса в час, что очень важно; защита насоса от перегрузки и сухого хода; ну и сама система распределения воды внутри дома и участка, состоящая из труб, фитингов, запорной арматуры (включая различные краны и смесители).

Учитывая то, что котельные и ТЭЦ вынуждены, будут вместо дорогостоящего газа использовать уголь, мазут и т. д., то потребление электроэнергии на подготовку к сжиганию этого топлива значительно возрастет, что заставит экономить электроэнергию, а соответственно и топливо. Что же это за технологии для котельных установок? - это частотно-регулируемый электропривод на базе преобразователей частоты Данфосс. А за счет чего получают экономию электрической энергии в котельной установке? При проектировании вентиляторы, дымососы, насосы и другое электрооборудование рассчитывают на максимальную мощность котельной установки и дают приличный запас. Электрические двигатели, также, выбирают с запасом. Котельные установки, по многим причинам, практически никогда не работают на максимальной мощности, а электродвигатели «исправно» потребляют электроэнергию, только небольшая часть, которой используется по назначению. Если в технологических магистралях котельной установки исключить, или полностью открыть, заслонки и задвижки, а давление или разрежение регулировать с помощью изменения скорости вращения двигателей, то они будут потреблять электроэнергии ровно столько, сколько необходимо для поддержания заданных технологических параметров котельной установки.

Частотный привод в котельных установках исключает все проблемы, связанные с прямым пуском асинхронного двигателя и обеспечивает автоматическое поддержание параметров технологического процесса на заданном уровне за счет изменения скорости вращения асинхронного двигателя. Так как заслонки и задвижки полностью открыты, то двигатели работают на пониженных оборотах, что дает возможность экономить не только электрическую энергию, но, и увеличить моторесурс оборудования, увеличить межремонтный период, снизить стоимость ремонта и обслуживания.

Если энергосберегающие технологии на базе преобразователей частоты имеют такую высокую эффективность, то почему их внедрение в котельные не приобрело массовый характер? Во-первых, цены на первичные энергоносители и электроэнергию в Украине были относительно невысокими и не стимулировали внедрение передовых технологий в котельные. Во-вторых, отсутствие, как ни странно, информации о реально существующих технологиях энергосбережения, внедрение которых не требует капитального строительства. И, в-третьих, недоверие к полученной информации или нежелание изменять привычный режим работы котельной.

Экономический кризис вынуждает искать пути выхода из него, а энергосбережение - один из таких путей. Для тех, кто хочет или вынужден экономить электрическую энергию, но хочет застраховать себя от всяких неожиданностей, НПП Техносервиспривод предлагает модернизировать Вашу котельную установку, не нарушая и не изменяя существующую систему автоматики. Для проведения модернизации котельных не требуется никакого разрешения контролирующих органов. Для перехода на новую технологию необходимо только снять заслонку с исполнительного механизма пневмопривода и включить преобразователь частоты. Для возврата к исходной системе, необходимо поставить заслонку на место, на что потребуется не более 30 минут, и отключить преобразователь частоты. Научно-производственное предприятие «Техносервиспривод» проводит модернизацию котельных установок с помощью частотно-регулируемого электропривода на базе преобразователей частоты Данфосс. Право на проведения таких работ дает Лицензия Государственной архитектурно-строительной инспекции за № 441968. Наличие официального допуска Госнадзорохрантруда Украины на проведение работ на действующих электроустановках напряжением до 1000 В позволяет проводить работы на Ваших котельных установках не нарушая требования ТБ и ПУЭ., НПП Техносервиспривод успешно внедрил энергосберегающие технологии на котельных установках в Миргород теплокоммунэнерго, Новоград Волынский теплокоммунэнерго, Пересечанский масло экстракционный завод, который в качестве топлива использует отходы производства - шелуху подсолнечника.

Одним из основных потребителей электроэнергии в системах водоснабжения являются насосы. Чем больше электроэнергии тратится на привод насосов, тем выше себестоимость воды, и тем больше приходится платить потребителю воды. Количество электроэнергии, затрачиваемой на подачу одного кубометра воды, зависит от напора, создаваемого насосом, и от коэффициента полезного действия насоса. Высокое значение КПД насоса закладывается на стадии проектирования насоса при разработке профилей его проточной части. Спроектированные профили необходимо изготовить с высокой степенью точности, так как отклонения реального профиля от заданного сведут на нет все усилия по его разработке и не позволят получить высоких значений КПД насоса. К тому же для достижения высоких значений КПД поверхности изготовленных профилей должны быть гладкими. Все это требует использования высоких технологий при разработке и изготовлении насосов.

Улучшение конструкций насосов, связанное с повышением требований к экономичности, развивается по следующим направлениям:

? применение многоступенчатых насосов, имеющих более благоприятные, чем у одноступенчатых насосов, профили гидравлических каналов ступени для заданных условий;

? общее улучшение конструкции всех типов насосов, с гидравлической точки зрения, достигаемое, во-первых, обеспечением лучшей обтекаемости рабочих органов насоса и, во-вторых, установлением оптимальных пропорций различных каналов насоса, или отношения скоростей, для получения максимального КПД на требуемом режиме;

? важным фактором, способствовавшим повышению КПД и сохранению высокого значения его при длительной эксплуатации насоса, является недопущение кавитации, достигаемое путем соответствующего улучшения конструкции насоса, а также недопущением коррозии за счет применения соответствующих материалов;

? оснащение насосов электродвигателями с электронными преобразователями частоты тока, позволяющими изменять характеристику насосов по заданному алгоритму. Сегодня потребитель не испытывает недостатка в предложении насосов отечественного, иностранного и совместного производства с большим разнообразием цен и параметров. Это создает большие возможности для выбора. При выборе насоса, прежде всего, необходимо обратить внимание на его КПД на оптимальной подаче и материалы, из которых он изготовлен. Данные по КПД и материалам, как правило, приводятся в фирменных каталогах и проспектах. Если фирма не указывает их в своих каталогах, то она имеет на это основания, так как не все производители насосов, в том числе и европейские, имеют возможность выполнить разработку современных экономичных проточных частей и применить современные технологии. Высокое значение КПД насоса и устойчивые к коррозии материалы, примененные в насосе, послужат хорошим залогом энергосбережения. Следующим обстоятельством, которое непременно следует принимать во внимание при выборе насоса, это совпадение номинального расхода воды в системе водоснабжения с оптимальной подачей насоса, соответствующей максимальному значению КПД, при этом насос должен иметь минимальный запас по напору. Этот запас неизбежен для компенсации отклонения реального гидравлического сопротивления системы от расчетной величины и выбирается, как правило, на основе личного опыта проектировщика.

Насколько выбранный насос будет удовлетворять перечисленным выше условиям, определяется тем, какой базой данных по насосам располагает проектировщик. Если выбирать только из номенклатуры насосов типов К и КМ, выпускаемых по ГОСТ 22247-96 "Насосы центробежные консольные для воды. Основные параметры и размеры. Требования безопасности. Методы контроля", то, вследствие разреженного параметрического ряда, предусмотренного этим стандартом, придется смириться со значительным запасом. Например, если требуется насос с параметрами: подача 30 куб. м/час, напор 40 м, придется применить ближайший больший насос марки К (КМ) 80-50-200, имеющий номинальную подачу 50 куб. м/час и напор 50 м, при этом запас по расходу составит 20 куб. м/час, а по напору - 10 м. Здесь нелишне отметить, что на подачу 1 куб. м/ч с напором 1 м электронасос, имеющий КПД 50%, расходует 47,742 кВт/час в год. Это значение удельного расхода электроэнергии удобно использовать для оценки того, во что обходятся гидравлические потери в системе, и запасы, которые закладываются при выборе насоса. Так, например, при расходе 100 куб. м/ч и цене электроэнергии 28коп/кВт/час, 1 м. запаса по напору обходится в 4774,2 грн в год. Из сказанного выше следует, что при выборе насосов следует обратиться к тому производителю насосов, который использует современные технологии и выпускает достаточно большую номенклатуру насосов.

Энергосберегающие насосы комплектуются системой частотного регулирования, что позволяет дополнительно сэкономить до 50% электроэнергии и до 20% воды,в качестве привода используются электродвигатели серий АИР и АИС:

? консольные насосы (агрегаты консольные АК);

? консольные моноблочные насосы (агрегаты центробежные моноблочные с осевым подводом АЦМК);

? консольные моноблочные насосы в линию АЦМЛ (агрегаты центробежные моноблочные в линию АЦМЛ);

? высоконапорные насосы АЦМС (агрегаты центробежные моноблочные секционные высокого давления АЦМС)

? автоматизированные насосные установки типа АНУ с каскадным и каскадно-частотным регулированием.

Насосы предназначены для подачи чистой и технически чистой воды или слегка замутненной жидкости. Агрегаты АК имеют классическую конструкцию консольного одноступенчатого горизонтального насоса с осевым подводом воды и состоят из собственно насоса, имеющего вал, установленный в собственных подшипниках качения, и стандартного электродвигателя. Насос и электродвигатель установлены на общую раму. Валы насоса и электродвигателя, соединенные между собой посредством съемной упругой муфты. Наличие съемной муфты позволяет демонтировать подшипники, уплотнение вала и рабочее колесо насоса, не снимая двигатель с основания. Уплотнение вала торцовое, по требованию заказчика насос может поставляться с мягким сальниковым уплотнением вала. Корпус и рабочее колесо насоса изготовлены из чугуна с шаровидным графитом.

В зависимости от потребности установки могут комплектоваться станциями управления с каскадным и каскадно-частотным управлением насосами. При применении установок АНУ снижение воздушного шума в помещении насосной составляет:

? в режиме полной мощности - до 5 дБ,

? режиме минимальной нагрузки - до 10 дБ.

? Снижение вибрации трубопроводов составляет до 15 дБ,

? фундаментов - до 25 дБ.

? Экономия электроэнергии - до 50%.

? Экономия воды - до 20%. Установки содержат от двух до пяти насосов типа АЦМС (один из них резервный) и станцию управления. Станция управления управляет работой насосов, обеспечивает защиту электродвигателя от перегрузок и обрыва фазы, а также защиту насосов от работы "всухую", равномерную выработку ресурса насосов и автоматическое включение резервного насоса при отказе любого из основных насосов. В автоматическом режиме станция обеспечивает самозапуск насоса после пропадания и появления напряжения в питающей сети. Насосы в установке смонтированы на общей раме и соединены между собой всасывающим и напорным коллекторами. Коллекторы оснащены запорной арматурой и обратными клапанами. Для уменьшения передачи вибраций по трубопроводам на напорном и всасывающем коллекторах установлены резинокордовые вибровставки. С целью защиты строительных конструкций от распространения вибрации по опорным связям установок, рамы насосов установлены на резиновых амортизаторах.

Автоматизированные насосные установки МОНО предназначены для питьевого и промышленно-хозяйственного водоснабжения. Применяются также в дождевальных и ирригационных установках и системах пожаротушения. Установка состоит из центробежного многоступенчатого насоса типа АЦМС, напорного патрубка с мембранным баком, обратным клапаном и шаровым затвором, а также станции управления. Все элементы смонтированы на общей раме. Станция управления обеспечивает ручной и автоматический пуск насоса, защищает его от пуска "всухую", а электродвигатель - от перегрузки по току и пропадания напряжения в одной из фаз. Для электродвигателей мощностью выше 3,0 кВт обеспечивается плавный пуск. В автоматическом режиме станция обеспечивает самозапуск насоса после пропадания и появления напряжения в питающей сети.

Одно из направлений, по которому предлагаются комплексные решения - это автоматизация и диспетчеризация НС различного назначения, начиная от разработки технического задания под ваши требования и сдачи под «ключ» автоматизированной системы управления (АСУ) НС (или группой станций). Данные системы применяются как на объектах ЖКХ, так и на промышленных предприятиях, где есть насосные станции, например на водооборотных циклах.

Основные функции данных систем:

· дистанционное управление работой насосов, задвижек и других исполнительных механизмов с пульта оператора, с возможностью передачи данных на центральный диспетчерский пункт с помощью проводных и беспроводных каналов связи;

· автоматическое поддержание заданного давления или расхода воды выходном водоводе, включая автоматическое подключение дополнительных насосных агрегатов при недостаточной производительности работающих, а также их отключение (каскадный режим работы);

· автоматическое распределение нагрузки между насосами для обеспечения максимальной эффективности; переключение с насоса на насос для обеспечения их одинаковой наработки;

· вывод текущих параметров системы и задание необходимых уставок, визуализация и управление технологическим процессом с рабочего места оператора;

· сбор, обработка и архивация необходимых статистических данных, диагностирование и индикация неисправностей насосной станции.;

· повышение надежности эксплуатации оборудования насосной станции;

· продление ресурса насосов, приводных электродвигателей, исполнительных механизмов, трубопроводов;

· снижение затрат на электроэнергию, обслуживание и ремонты;

· внедрение энергосберегающих технологий.

АСУ НС строятся как открытые системы, позволяющие наращивание выполняемых функций и модернизацию отдельных элементов системы в процессе эксплуатации.

АСУ НС представляют собой трехуровневый аппаратно-программный комплекс, состоящий из следующих уровней:

· уровень управления механизмами станции (датчики давления, температуры и расхода воды, регулируемый и нерегулируемый электропривод насосов и задвижек);

· уровень контроля и управления оборудованием и технологическим процессом по разработанным алгоритмам (шкаф контроля и управления с промышленным программируемым контроллером);

· уровень оперативно-административного управления (рабочая станция оператора на базе персонального компьютера, SCADA -система), с возможностью дальнейшей передачи данных на ЦРП.

Аппаратная часть комплекса строится на основе продукции мировых лидеров в области промышленной автоматики (Siemens, Unitronics и др.), что позволяет гибко подходить к реализации задач Заказчика, повышать надежность системы и влиять на ценообразование.

Конструктивно основные устройства системы (кроме датчиков и рабочей станции оператора) выполняются в виде шкафов различной степени защищенности.

При необходимости возможна интеграция нескольких систем автоматизации территориально удаленных насосных станций (например, скважинных насосов) в единую автоматизированную систему оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) объектами инфраструктуры предприятия.

Связь отдельных систем с центральной диспетчерской станцией осуществляется по различным каналам связи: выделенным линиям, GSM, GPRS, телефонным, через сеть Internet.

Системы рассчитываются на работу с постоянной эксплуатацией. В них предусмотрены организационные, программные и аппаратные средства защиты от несанкционированного доступа. Для тестирования систем и обучения персонала предусматривается режим имитации различных аварий.

Одними из основных элементов систем АСУ НС является внедрение энергосберегающих технологий на базе применения частотно-регулируемого электропривода и устройств плавного пуска.

При частотном регулировании изменение производительности НС достигается за счет изменения частоты вращений насосов с помощью преобразователя частоты (ПЧ). Применение частотного регулирования позволяет значительно увеличить эффективность работы за счет оптимизации работы насосов в режиме неполной производительности (что имеет место при работе циркуляционных, подкачивающих и др. насосов). Частотное регулирование обеспечивает плавность изменения производительности и предотвращает возникновение гидроударов, что повышает ресурс и надежность работы как самой НС, так и трубопроводов и арматуры. При наличии в НС нескольких рабочих насосами применяется каскадно-частотное регулирование. Применение данного вида регулирования в автоматизированных НС позволяет снизить потребление электроэнергии до 50%.

Специальные функции автоматизированных насосных станций с применением преобразователей частоты и устройств плавного пуска:

· автоматическое поддержание заданного значения давления жидкости на выходе насосной станции;

· плавный пуск и регулируемый останов электродвигателей насосов для исключения гидравлических ударов в трубопроводе;

· автоматический перезапуск электродвигателей насосов после снижения и восстановления питающего напряжения;

· автоматический перезапуск электродвигателя насоса после кратковременного снижения и восстановления питающего напряжения;

· блокирование работы насосных агрегатов на частотах механического резонанса;

· контроль исправности электродвигателей насосов, преобразователей, устройства плавного пуска, электрозадвижек и датчиков;

· автоматическое переключение на питающую сеть электродвигателей насосов в случае неисправности преобразователя или УПП;

· автоматический сброс срабатывания защиты преобразователя или УПП.

Экономический эффект от внедрения станций управления, оснащённых преобразователями частоты, устройствами плавного пуска, а также объединения станций управления в единую систему АСУ ТП основан на следующих факторах:

· прямая экономия от снижения потребления электроэнергии при регулировании производительности насосных агрегатов (для разных объектов от 25 до 50%).

· прямая экономия за счёт снижения непроизводительных утечек воды при оптимизации давления в напорном трубопроводе (не менее 25-30 % от общего объёма утечек).

· экономия фонда заработной платы сокращаемого дежурного персонала.

· резкое снижение аварийности в гидросетях (не менее чем в 5-10 раз).

· увеличение не менее чем в 3 раза ресурса и межремонтных сроков насосов, электродвигателей, коммутационного оборудования.

· резкое увеличение надёжности системы в целом, за счет устранения «человеческого фактора» и автоматической диагностики системой всех её элементов и своевременного устранения возможных аварийных ситуаций.

· существенное уменьшение затрат на эксплуатационный персонал.

Чтобы сократить энергопотребление, необходимо: - заменить электромагнитный пускатель или устройство плавного пуска в схеме питания электродвигателя на преобразователь частоты; - убрать из системы дросселирующее устройство (клапан или заслонку).

Преобразователь частоты переменного тока позволяет регулировать частоту вращения входных валов насосов и вентиляторов. Соответственно, это дает возможность регулировать их производительность.

Установка определенного рабочего объема на 50/60 Гц

Независимо от частоты электропитания, с помощью инвертора можно установить скорость вращения при максимальном рабочем объеме в диапазоне 1500~1800 об/мин.

Возможность продолжения работы даже при неисправности датчика давления и инвертора

Работа на определенной скорости вращения возможна даже без получения сигнала из датчика давления. В случае сбоя в инверторе, работа возможна с помощью подсоединения первичного источника электропитания к электромотору.

В результате этого достигается огромная экономия электроэнергии по сравнению с традиционными решениями: - до 50% для вентиляторов; срок окупаемости преобразователя частоты -- 1 год; - до 30 % для насосов; срок окупаемости -- 2 года.

В результате исследования возможных методов снижения энергозатрат при эксплуатации насосных систем, проведённого Гидравлическим институтом США и Европейской Ассоциацией Производителей Насосов, были получены такие данные:

- замена насосов на современные, более эффективные модели снижает энергопотребление на 1-2%;

- замена электродвигателей - на 1-3%;

- подрезка и замена рабочих колёс - на 10-20%;

- параллельная установка насосов для каскадного регулирования подачи - на 10-30%;

- снижение частоты вращения - на 5-40%;

- регулирование подачи с помощью частотного преобразователя (по сравнению с регулированием задвижками) - на 10-60%.