Частотне регулювання насосів - стаття на
Використання перетворювачів частоти (скорочено ПЧ) в насосної техніки набуває все більшого поширення, головним чином, на увазі значних можливостей в зниженні енергоспоживання.
У даній статті ми розглянемо суть частотного регулювання стосовно відцентровим насосів, порівняймо характеристики регульованих і нерегульованих насосів і розберемося за рахунок чого можна скоротити енергоспоживання.
Суть оснащення насосів перетворювачами частоти - зниження частоти обертання двигуна при роботі з частковим навантаженням. При зниженні частоти обертання нижче номінальної, відбувається помітне зниження всіх основних характеристик насоса - продуктивності, напору і потужності! Чим нижче частота обертання, тим менше електроенергії потрібно насос.
Економія енергоресурсів може досягати від 10% до 40%.
Вбудовані і зовнішні перетворювачі частоти
Перетворювач частоти може бути:
- Вбудованим в електродвигун (розташований безпосередньо на двигуні або конструктивно виконаний в єдиному корпусі з двигуном). Подібні моделі насосів випускаються тільки самими інноваційними компаніями.
- Зовнішнім. Потужність насосів, регульованих зовнішнім перетворювачем частоти, практично не лімітована. Виробники таких ПЧ ніяк не пов'язані з виробництвом насосів, оскільки насосний сектор є для них далеко не єдиною сферою застосування.
Рис.1 Насос з вбудованим в двигун перетворювачем частоти
Рис.2 Насос зі стандартним двигуном
Зовнішні ПЧ мають одне дуже значуща перевага - в разі їх виходу з ладу насос продовжує функціонувати, в той час як з вбудованим в двигун ПЧ насос стає непрацездатним.
Можливості частотно регульованого насоса:
- Робота на постійній характеристиці (часткової)
- Робота для підтримки постійного тиску або перепаду тиску (потрібно датчик тиску, датчик перепаду тиску)
- Робота для підтримки постійної витрати (потрібно електронний витратомір)
- Робота для підтримки постійної температури або перепаду температур (потрібно датчик температури, датчик перепаду температур)
Наприклад, в системах водопостачання найбільшого поширення має схема роботи з підтриманням постійного тиску. Перетворювач регулює частоту обертання насоса з таким розрахунком, щоб при зміні витрати води тиск в мережі залишалося незмінним.
Зниження споживання електроенергії з використанням перетворювача частоти
Більшість інженерних систем в житлових будинках і виробничих об'єктах є системами зі змінною витратою (тепло і водопостачання, кондиціонування), де різниця між пікової і фактичним навантаженням може бути значною. Різниця ця обумовлена нерівномірністю витрати з плином часу (робочої зміни, доби, сезонів року і т.п.). Причому чим більше ця різниця, тим більше енергії насосів вдасться заощадити.
Для багатьох стандартних об'єктів зі змінною витратою (школи, готелі, житлові будинки тощо) побудовані добові графіки водоспоживання, де можна побачити, що при максимальному навантаженні насоси працюють не більше 10-15% усього часу. Простий приклад - багатоповерховий будинок. Вранці і ввечері витрата максимальний, вдень середній, вночі мінімальний. Все зрозуміло без додаткових роз'яснень. Ось тут і криється основний резерв економії.
Енергоспоживання насоса залежить від фактичних витрат рідини, який більшу частину часу нижче розрахункового максимального значення. Це викликано тим, що насоси підбираються виходячи з максимальних вимог системи по витраті і натиску, однак, як уже говорилося, такий режим спостерігається незначну частину часу.
Виходить, що більшу частину часу надлишкова потужність насоса просто не потрібна.
При частковому навантаженні насос вже не буде запускатися на повну потужність, як це буває в системах без частотного регулювання, а буде працювати в якомусь проміжному режимі, зі зниженою частотою обертання. І найголовніше, що насос буде підлаштовуватися під вимоги системи автоматично!
Для того, щоб точно з'ясувати чому при зниженні швидкості обертання падає потужність, давайте звернемося до характеристик насоса.
Характеристики насосів оснащених перетворювачем частоти
нерегульовані
електродвигун насоса обертається з постійною швидкістю
регульовані
регулювання частоти обертання за допомогою перетворювача частоти
Нерегульовані відцентрові насоси мають тільки одну криву гідравлічної характеристики, відповідну номінальній частоті обертання валу двигуна. Витрата і натиск насоса змінюються в точній відповідності з цією кривою (див. Рис.3).
Перетворювач частоти дозволяє з одним насосом отримати безліч різних кривих. Таким чином, насос може працювати в будь-якій точці виділеної синім кольором зони (див. Рис.4). Частота обертання вказана у відсотках (%) від номінальної. Для наочності на рис.4 характеристики представлені з кроком в 10% (відповідає 5 Гц), проте сучасні ПЧ можуть забезпечити точність регулювання до 0,01 Гц.
Рис.3 Гідравлічна характеристика нерегульованого "стандартного" насоса
Рис.4 Гідравлічні характеристики регульованого насоса
Потужність насоса прямо пропорційна витраті рідини і развиваемому напору. При падінні цих характеристик падає і потужність. Це можна зрозуміти навіть без формул, які ми навмисно не стали тут наводити.
При зниженні витрати води, необхідна потужність падає навіть у стандартного нерегульованого насоса (див. Рис. 5). У свою чергу кожної нової гідравлічної кривої регульованого насоса буде відповідати нова крива потужності.
Рис.5 Характеристика потужності нерегульованого "стандартного" насоса
Рис.6 Характеристики потужності регульованого насоса
При переході на нижчу частоту обертання ми автоматично переходимо на нову криву потужності з більш низькими абсолютними значеннями, що наочно демонструється на Рис.6. Ось таким чином і зменшується споживана потужність насоса.
Частотне регулювання промислових і побутових насосів
Найбільші резерви в енергозбереженні знаходяться, як можна здогадатися, в промисловості. Інженерні системи міст, селищ і промислових підприємств вУкаіни це той сегмент, де всі резерви економії не те що не вичерпані, а ще тільки осмислюються. Хоча вже зараз відбуваються активні процеси модернізації насосного обладнання, як шляхом заміни на нові моделі з більш високим ККД, так і шляхом застосування частотного регулювання.
Застосування ПЧ в промисловості обумовлено реальною економічною доцільністю, а ось чи є сенс використовувати перетворювач частоти у себе вдома або на дачі? Відповіді на ці питання тут.