Лекция № 4. Автоматизация насосных станций на базе ЧРП

Цель лекции: энергосберегающий электропривод насосных станций на основе ЧРП.

Вопросы энергосбережения, улучшения показателей качества технологических процессов в последние годы весьма актуальны и требуют грамотных научно-технических решений. В существующих условиях доля электрической энергии, потребляемой электродвигателями насосов, достигает 70% от затрат на доставку воды потребителям. Системы водоснабжения - это достаточно сложный комплекс взаимосвязанных по параметрам и режимам работы специальных сооружений, обеспечивающий с необходимой надежностью забор воды из источников водоснабжения, ее обработку, аккумулирование и хранение, подачу к месту потребления, а также распределение доставленной к объекту воды между ее потребителями.

Одним из основных элементов систем водоснабжения являются насосные станции (НС), в которых осуществляется преобразование электрической энергии в механическую энергию потока жидкости и управление этим процессом преобразования. Преимущественное использование здесь получи­ли насосы центробежного типа.

Для обеспечения требуемых технологических показателей используется параллельное, последовательное и комбинированное соединение насосов. Наиболее характерным является параллельное соединение, применяемое на большинстве типов НС. Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда необходимо создать достаточно высокое давление в системе. Регулирование подачи насосов применяют при необходимости регулирования количества жидкости, подаваемой насосом, в связи с требованиями технологического процесса или в связи со случайным изменением потребности в жидкости.

Обычно насосы оснащаются нерегулируемым асинхронным электроприводом, а регулирование подачи (расхода) осуществляются дросселированием на стороне нагнетания, что приводит к значительным потерям энергии на регулирующем органе (задвижке).Прикрывая или открывая за­твор, изменяют крутизну ха­рактеристики Q— Н трубопро­вода (см. рисунок 4.1), которая зави­сит от его гидравлического со­противления. Прикрывая за­твор, увеличивают крутизну характеристики трубопровода, при этом рабочая точка насоса А₁ перемещается в положение А₂. В этом случае подача умень­шается до значения Q₂, напор, развиваемый насосом, возраста­ет до значения Н₂, а напор на трубопроводе за затвором снижа­ется до значения H'₂. Снижение напора за затвором происходит за счет потерь напора Δ H в затворе. Увеличивая степень открытия затвора, уменьшают крутизну характеристики трубопровода. Вследствие этого подача увели­чивается, напор, развиваемый насосом, уменьшается, а напор в трубопроводе за затвором возрастает. Этот способ регулирова­ния, именуемый дросселированием, считается малоэкономичным, так как на преодоление дополнительного гидравлического сопротивления в затворе требуются дополнительные затраты энергии. Более экономичным способом регулирования является изменение частоты вращения насосов. При изменении частоты вращения насоса изменяется положение характеристики Q— Н насоса. Уменьшая частоту вращения, перемещают характеристику Q— Н вниз, параллельно самой себе. При этом рабочая точка, перемещаясь по характеристике трубопровода, занимает положение А₂’, следовательно, по­дача уменьшается так же, как и напор в сети и напор, развива­емый насосом. Увеличение частоты вращения увеличивает подачу и напор насоса, а также напор в сети. Этот способ регулирования более экономичен, но требует применения специального регулируе­мого электропривода. Поскольку насосы оснащены асинхронным электродвигателем, то наиболее приемлемым решением является применение преобразователя частоты (ЧРП). В этом случае задвижка на стороне нагнетания остается полностью открытой.

На рисунке 4.2 приведены (в о.е.) зависимости потребляемой насосом мощности при нерегулируемом приводе (1), при регулируемом приводе (2) от подачи (разбора) воды. Кривая (3), определяемая графической разностью,

Рисунок 4.1. Регулирование режима работы центробежного насоса

характеризует мощность, сэкономленную в случае установки регулируемого привода. В зависимости от статического напора Н_СТ экономия электроэнергии может составлять до 30% от установленной мощности двигателя.

Рисунок 4.2

Внедрение ЧРП на насосных станциях позволит существенно снизить потребляемую электроприводом электроэнергию. Также следует отметить такие технико-экономические показатели ЧРП, как плавный пуск насосов (отсутствие гидравлических ударов в трубопроводе, снижение напора), высокая надежность работы насосных агрегатов, автоматизация и диспетчерское управление, полная электрическая защита электродвигателя и т.д., что в отдельных случаях имеет особое значение по отношению к прямой экономии. Регулируемый электропривод позволяет оптимизировать характеристики трубопроводной сети (давление, расход или температура) в соответствии с текущими требованиями, экономию тепла в системах

Рисунок 4.3. Функциональная схема автоматизированной насосной станции

горячего водоснабжения за счет снижения потерь и постоянной циркуляции воды, продлить ресурс теплофикационного и электротехнического оборудования, уменьшить затраты на ремонтные работы. Повсеместное использование преобразователей частоты на насосном оборудовании показало существенное влияние множества особенностей технологических систем и их эксплуатации на величину получаемого эффекта. Уровень автоматизации и диспетчерское управление ЧРП зависят от реальных требований технологического процесса, удаленности объекта, наличия и количества обслуживающего персонала, финансовых возможностей заказчика и др. Наиболее выгодная конфигурация в станциях, имеющих 3-5 насосов, основывается на использовании одного преобразователя частоты, с помощью которого последовательно могут запускаться все насосы, при этом один остается в регулируемом режиме по частоте вращения.

На рисунке 4.3 приведена функциональная схема подобной автоматизированной насосной станции, которая отражает типовое построение станции группового управления электродвигателями на базе преобразователя частоты и логического контроллера.

Вопросы:

1) В чем заключаются преимущества применения ЧРП в насосных станциях?

2) Как изменяются характеристики насоса при регулировании частоты вращения?