Проблемы и методы их решения

Несколько лет назад в водохозяйственной отрасли России началась глобальная модернизация . Главным пунктом программ реконструкции становится совершенствование технологического оборудования, в частности, насосов. Современные решения позволяют избавиться от проблемы быстрого износа, которая возникает из-за несовершенства процесса пуска и останова электродвигателей. Кроме того, применение высокотехнологичного оборудования способствует значительному повышению энергоэффективности систем.

Подходы к безударной гидродинамике

При пуске или останове насосного агрегата возникает гидравлический удар, который сопровождается скачками давления, в десятки раз превышающими номинальное значение.

Такие перепады губительны для трубопровода, запорной арматуры и механической части оборудования.

При прямом пуске от сети запредельные нагрузки испытывает и электрическая часть насоса - двигатель. В момент старта пусковой ток в 7-10 раз превосходит номинальную величину, что вызывает повышенный электромагнитный момент. Обмотки электродвигателя испытывают энергетический удар, негативное влияние которого на их изоляцию нарастает с каждым новым включением. В конечном итоге изоляция обмоток ухудшается, что приводит к межвитковым коротким замыканиям и, как следствие, выходу двигателя из строя раньше времени.

До недавнего времени во многих водных хозяйствах к указанным проблемам относились как к технической данности и постоянно ремонтировали насосы и трубопроводы. Сегодня ситуация изменилась - предприятия начинают внедрять более совершенные технологии пуска и управления насосами для нивелирования гидравлического и энергетического ударов.

Альтернативой прямому пуску от сети являются пуск по схеме «звезда/треугольник» , плавный пуск (через устройства плавного пуска) и применение преобразователей частоты (ПЧ).

Преобразователи частоты, кроме снижения негативного влияния пусковых переходных процессов, дают широкие возможности управления и дополнительное снижение энергопотребления насосов в процессе работы. Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки (см. табл. 1).

Табл. 1. Способы пуска электродвигателей

Между частотным регулированием и плавным пуском

Из таблицы 1 видно, что наиболее приемлемые способы снижения вероятности гидроударов - применение устройств плавного пуска (УПП) и преобразователей частоты. Оба этих решения сегодня широко применяются для управления приводными механизмами насосных агрегатов.

Обычно УПП применяют там, где нет необходимости в точном поддержании постоянного значения параметра (давления, уровня, расхода и т.п.) на выходе насосной станции и не требуется осуществлять регулирование насосных агрегатов. Например, при индивидуальном или каскадном управлении, когда речь идёт просто о включении дополнительных насосов по графику в часы пикового разбора воды - утром и вечером.

Однако в реальности предсказать расход ресурсов в водном хозяйстве сложно, поэтому в данных системах всё большую популярность получает управление насосами при помощи интеллектуальных шкафов управления с контроллерами и встроенными преобразователями частоты. Они позволяют не только усовершенствовать процесс пуска, но и оптимизировать расход системы и организовать подачу именно того количества воды, которое нужно потребителю, сэкономив тем самым достаточно большое количество ресурсов.

Также частотное регулирование рекомендуется применять при старых трубопроводах (снижается нагрузка на них, соответственно, увеличивается срок службы) и в случае подбора переразмеренных насосов (например, на перспективу развития). Важно, что, кроме непосредственного изменения частоты вращения электродвигателя, использование современных шкафов управления, оснащённых контроллерами и преобразователями частоты, позволяет реализовать различные вспомогательные функции, не доступные обычным системам без них, например:

- плавное заполнение трубопроводов (защита от гидроударов и разрывов изношенных коммуникаций);

- дополнительная защита насосов от перегрева, плохого напряжения, блокировки рабочего колеса, недогрузки и т.д.;

- реверсивное вращение;

- интеллектуальные алгоритмы энергосбережения;

- ПИД-регулирование группой насосов;

- дистанционный контроль системы и т.д.

Так, компания GRUNDFOS, ведущий мировой производитель насосного оборудования и специализированных систем управления для насосов, ещё в начале 2000-х разработала свои первые интеллектуальные шкафы управления на базе контроллеров и преобразователей частоты и продолжает активно развивать это направление по сей день. «Благодаря использованию специализированных контроллеров и преобразователей частоты собственной разработки наши шкафы управления имеют большое количество уникальных функций, что позволяет выйти на новый уровень энергосбережения и оптимизации режимов работы», - поясняет Михаил Борисов, руководитель направления систем автоматизации и управления компании GRUNDFOS.

Примером интеллектуальной функции, реализованной в шкафах управления GRUNDFOS Control MPC, является режим пропорционального регулирования давления, который предназначен для использования в крупных и средних водораспределительных сетях. Система управления насосами автоматически подстраивается под текущее водопотребление и обеспечивает подачу необходимого расхода при требуемом давлении у конечного потребителя, а не на выходе из насосной станции, как при традиционном решении5. Это позволяет установить несколько менее мощных насосов, каждый из которых будет работать в точке максимальной энергоэффективности. Такой метод управления насосами помогает не только уменьшить разрушительное действие гидроудара, но и снизить утечки в трубопроводной сети, а также существенно сократить энергозатраты предприятия. Ведь при применении этого решения давление на выходе станции не постоянное, а автоматически меняется пропорционально расходу и потребностям системы. Чем меньше расход, тем ниже выходное давление станции и, как следствие, энергопотребление. При этом необходимое давление в точках водоразбора всегда поддерживается постоянным за счёт снижения потерь на трение в системе при малых расходах.

«Контроллер осуществляет мониторинг работы системы - отслеживает изменения расхода и соответствующим образом корректирует установленное значение давления. Избыточное давление в трубопроводной системе - это плохо, и с этим надо бороться, что позволит уменьшить риск значительных потерь воды через существующие утечки и появления новых разрывов под действием гидравлического удара. При этом существенно повышается стабильность подачи воды потребителю, - рассказывает Михаил Борисов (GRUNDFOS). - Так, один контроллер GRUNDFOS Control MPC способен обеспечивать описанный выше режим работы сразу для нескольких параллельно работающих насосов (до 6-ти), принося дополнительную экономию в 10-15% только на электричестве, по сравнению с системами, поддерживающими постоянное давление на выходе из насосной станции».

Энергосбережение водных хозяйств

Примером успешного использования современных технологий может стать водоканал г. Подольска. На предприятии прошла масштабная реконструкция, первым объектом которой стал водозаборный узел «Турист». После оснащения его насосами GRUNDFOS и шкафами управления энергопотребление системы уменьшилось на 15%. Позже на станции второго подъёма ВСН «Десна» были установлены насосы серии TP мощностью 200 кВт и шкаф Control MPC-E с преобразователями частоты.

В целом, в зависимости от системы и установленных в ней насосов, сбережение электричества порой доходит до 60%, по сравнению с нерегулируемыми системами. «Теоретически рассчитать примерную экономию можно, воспользовавшись специализированными программными продуктами, -рассказывает Михаил Борисов (GRUNDFOS). - Например, в программе WinCAPS, разработанной инженерами нашей компании, есть раздел, который называется «Расчёт стоимости жизненного цикла». Правда, стоит понимать, что использование программного обеспечения даёт приблизительный расчёт и такой вариант подходит только для экспресс-оценки энергоэффективности системы».

Для получения более точных цифр необходимо провести аудит насосных систем. Например, компания GRUNDFOS выполняет эту процедуру совершенно бесплатно. Для этого на объект выезжает технический специалист и устанавливает измерительный комплект на определённое время. После проведения испытаний генерируется отчёт с указанием, какое оборудование рекомендуется заменить, какая при этом будет экономия и, соответственно, за сколько окупятся инвестиции.

«Все расчёты (и теоретические, и с помощью аудита) делаются с учётом применения стандартного управления электродвигателем, оснащённым ПЧ. Дополнительные интеллектуальные алгоритмы энергосбережения, которые есть, например, в шкафах Control MPC и Control DC, позволяют сэкономить ещё до 10-15% потребляемой электроэнергии», - уточняет Михаил Борисов (GRUNDFOS).

Как показывает практика, с экономической точки зрения переход на инновационное оборудование вполне оправдан - срок окупаемости инвестиций не превышает трёх-пяти лет. Сэкономленные после реконструкции средства можно вложить в дальнейшую модернизацию.

Источник: пресс-служба ООО "ГРУНДФОС"

Технологии

Еще статьи по теме "насос":

Самый эффективный тепловой насос

Тепловые насосы: инструкция по применению

Тепловые гидродинамические насосы 21 века

Применение насосов в теплопунктах

Тепловые насосы: инструкция по применению, часть 2