Преимущества применения частотного регулирования в системах управления насосными агрегатами.

Рассмотрим работу технологического процесса, с точки зрения изменения параметров нагрузки сети — Qc. Для этого воспользуемся известными Q-H характеристиками для насосных агрегатов и сети (рис. 5)

Рис. 5.

Характеристики насосного агрегата и сети без регулирования давления

Кривая 1 соответствует  напорной характеристике насосного агрегата, а кривая 2 — гидравлической характеристике сети, где Н0 — требуемый  статический напор сети. Точка пересечения этих характеристик является идеальной расчетной точкой совместной работы насосного агрегат и сети (QHOM). При изменении  расхода в сети меняется и её гидравлическая характеристика — линии 3-5. Соответственно будут сдвигаться точки пересечения характеристик. Как  видно из рисунка, с уменьшением расхода увеличивается давление в сети. Кроме  того, в процессе функционирования в зависимости от режимов работы системы может меняться давление перед насосом, создаваемое источником. Изменения этого давления также отражаются на величине давления в сети. Такой характер взаимосвязи параметров требует установки в системе дроссельных регулирующих элементов — регулирующих клапанов (иногда их роль выполняют напорные задвижки агрегатов). Эти элементы создают дополнительное гидравлическое сопротивление и позволяют обеспечить стабильное давление в сетевом трубопроводе. При использовании дроссельных элементов происходит распределение напора на элементах системы. Это распределение напора показано на (рис. 6), где ΔНД - падение напора на дроссельном элементе.

Рис. 6.

Характеристики насосного агрегата и сети с дроссельным регулировании.

Для поддержания заданного давления в сетевом трубопроводе при изменении расхода жидкости приходится изменять гидравлическое сопротивление регулирующего элемента. При этом общая гидравлическая характеристика будет иметь более крутой вид. Величина ΔНД с таким регулированием неуклонно увеличивается. Таким образом, чем глубже производится дросселирование регулирующим элементом, тем больше энергетических потерь имеет весь технологический процесс. На величину потерь при дроссельном регулировании влияет не только регулирующий элемент: чаще всего на этапе проектирования выбирается насосный агрегат с определённым запасом напора, а при замене насосных агрегатов новое оборудование может иметь несколько завышенные напорные характеристики.

Кроме того, диапазон изменения входных давлений (перед всасывающим патрубком насосного агрегата) оказывает влияние на величину давления за насосным агрегатом. Все эти обстоятельства приводят к тому, что потери энергии в ходе технологического процесса становятся достаточно большими.

Для решения задачи минимизации потерь, связанных с регулированием давления в сети, необходимо исключить дополнительные гидравлические сопротивления на участке от насосного агрегата до сетевого трубопровода, то есть необходимо полностью открыть всю запорно - регулирующую арматуру. Это можно сделать, если процесс регулирования давления передать насосному агрегату. Теория работы нагнетателей (насосов и вентиляторов) доказывает, что изменение частоты вращения привода нагнетателя изменяет его напорные характеристики. Кроме того, напор, создаваемый нагнетателем, пропорционален квадрату частоты вращения агрегата. Изменение напорных характеристик насосного агрегата при изменении частоты вращения показаны на рис. 3, на котором кривая 1 соответствует номинальной (при номинальной частоте вращения привода) напорной характеристике, а кривые 2-4 напорным характеристикам при пониженной частоте вращения.

Рис. 7.

Характеристики  насосного агрегата и сети с частотным регулированием

Организовав работу привода насосного агрегата таким образом, чтобы он при изменении параметров технологического процесса (расхода в сети и давления на входе агрегата) изменял частоту вращения, то в итоге можно без существенных потерь энергии стабилизировать давление в сети. При таком способе регулирования исключаются потери напора (нет дроссельных элементов), а значит  и потери гидравлической энергии. Способ регулирования давления в сети путем изменения частоты вращения привода насосного агрегата снижает энергопотребление ещё и по другой причине.

 Если организовать работу привода насосного агрегата таким образом, чтобы он при изменении параметров технологического процесса (расхода в сети и давления на входе агрегата) изменял частоту вращения, то в итоге можно без существенных потерь энергии стабилизировать давление в сети.

При таком способе регулирования исключаются потери напора (нет дроссельных элементов), а значит, и потери гидравлической энергии. Способ регулирования давления в сети путем изменения частоты вращения привода насосного агрегата снижает энергопотребление ещё и по другой причине.

Рис. 5.

Изменение КПД насосного агрегата с частотным регулированием при изменении производительности.

В соответствии с теорией подобия максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты вращения несколько снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения. Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов рационально работать на пониженной частоте вращения. В этом случае КПД насоса выше, чем при работе на номинальной частоте вращения.

Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию на исключении гидравлических потерь, но и получить экономический эффект за счет повышения коэффициента полезного действия самого насоса, преобразования механической энергии в гидравлическую.

Применение частотного регулирования приводов позволяет существенно уменьшить и эксплуатационные затраты, связанные с обслуживанием агрегатов и систем. Например, снижение перепада давления между всасывающим и напорным патрубками насосного агрегата увеличивает срок службы сальниковых уплотнений, практически исключает гидроудары и обеспечивает стабильность давлений в трубопроводах сетей, а также минимизирует затраты на их обслуживание.

Схема1. Принципиальная электрическая схема КЕВ-R.

Схема 2. Подключения силовых цепей к станции управления.

Схема 3. Подключения сигнальных цепей к станции управления.

Схема 4. Подключения сигнальных цепей к станции управления.