Насосное оборудование

Энергетическое обследование насосного оборудования позволяет установить, почему насосная установка расходует электроэнергию и какая часть затрат необходима для подачи жидкости с заданным расходом и напором. При анализе рассматривают насос, электродвигатель, преобразователь частоты, регулирующую арматуру и гидравлическую сеть, с которой работает оборудование.

Основная задача — сопоставить электрическую мощность установки с полезной гидравлической работой. Повышенное энергопотребление может быть связано с избыточным напором, дросселированием, неоптимальным сочетанием работающих насосов или несоответствием фактической рабочей точки характеристикам оборудования. Чтобы различить эти причины, необходимо измерить расход жидкости, давление и электрическую мощность в одних и тех же режимах.

Рабочая точка насоса и фактическая нагрузка

Рабочая точка насоса определяется совместно его характеристикой и характеристикой подключённой гидравлической системы. Характеристика насоса показывает зависимость создаваемого напора от расхода, а характеристика системы — какой напор требуется для перемещения жидкости при соответствующей подаче.

При обследовании специалисты используют паспортные характеристики насосов и гидравлическую схему, затем сопоставляют их с измеренными расходом и давлением на всасывании и нагнетании. Это позволяет определить фактический режим работы оборудования.

Паспортная рабочая точка не обязательно совпадает с текущей. После изменения трубопроводов, положения арматуры или потребности в жидкости условия работы насоса могут отличаться от предусмотренных при первоначальном выборе оборудования.

Например, насос может создавать напор, существенно превышающий необходимый потребителю. При этом дополнительная энергия расходуется на преодоление сопротивления сети или регулирующей арматуры, не увеличивая полезный результат работы установки.

Полезная гидравлическая мощность и электрические потери

Полезная гидравлическая мощность характеризует энергию, передаваемую перекачиваемой жидкости. Её определяют по расходу и перепаду давления между входом и выходом насоса. Для корректного расчёта также учитывают свойства жидкости и условия измерения.

Электрическая мощность, потребляемая установкой, больше полезной гидравлической мощности из-за потерь в электродвигателе, преобразователе частоты и гидравлической части насоса.

При обследовании сопоставляют эти показатели в характерных рабочих режимах. Так определяют эффективность преобразования электрической энергии в гидравлическую работу и устанавливают, при какой нагрузке оборудование работает наиболее рационально.

Если известна только электрическая мощность, невозможно определить, насколько эффективно насос выполняет свою функцию. Одинаковое электропотребление может сопровождаться различными расходами и напорами.

Без измерения расхода и перепада давления нельзя достоверно оценить фактический коэффициент полезного действия (КПД) насоса. Паспортные характеристики могут использоваться для предварительного анализа, но не заменяют проверку реального рабочего режима.

Дросселирование и избыточное сопротивление сети

Дросселирование — регулирование расхода путём увеличения сопротивления потоку, например прикрытием клапана. В таком режиме насос может продолжать создавать значительный напор, часть которого теряется на регулирующей арматуре.

Для определения энергетических последствий специалисты измеряют давление до и после регулирующих элементов, расход жидкости и мощность установки. Полученные данные сопоставляют с характеристикой насоса и условиями подачи жидкости потребителю.

Избыточный напор может возникать не только вследствие положения клапана, но и из-за сопротивления трубопроводов или несоответствия насоса фактической потребности системы. Поэтому изменение настройки арматуры без проверки гидравлической схемы не всегда устраняет причину повышенных затрат.

Возможные решения рассматривают после определения рабочей точки. В зависимости от характера системы это может быть гидравлическая наладка, изменение способа регулирования или проверка соответствия насосной характеристики требуемому режиму.

Параллельная работа насосов и частотное регулирование

Если несколько насосов работают параллельно на общую сеть, включение дополнительного агрегата меняет суммарную подачу и рабочие точки остальных насосов. Поэтому производительность двух одновременно работающих машин не всегда равна простой сумме их паспортных подач.

При обследовании анализируют последовательность включения насосов — насосный каскад. По графикам потребности, журналам расходомеров, датчиков давления и частотных приводов определяют, насколько состав работающего оборудования соответствует фактической нагрузке.

Частотное регулирование позволяет изменять скорость вращения насоса, но не гарантирует экономию в любом режиме. Возможность снижения скорости зависит от характеристики сети и минимального давления, которое необходимо обеспечить потребителю.

Для выбора решения специалисты сравнивают несколько допустимых вариантов: изменение насосного каскада, регулирование частоты вращения и, при соответствующих условиях, уменьшение диаметра рабочего колеса посредством обточки. Каждый вариант оценивают по расходу, напору и ожидаемым электрическим затратам, сохраняя требуемые параметры подачи.

Отдельно учитывают техническое состояние насоса. Например, износ рабочего колеса может сопровождаться снижением подачи при сохраняющемся заметном электропотреблении. Однако такой признак не доказывает износ: сначала необходимо исключить влияние гидравлической сети и фактического режима.

Исходные данные для обследования

Для определения рабочей точки и оценки энергетических затрат необходимы взаимосвязанные сведения об оборудовании, гидравлической системе и фактической эксплуатации:

• Характеристики насосов и гидравлическая схема системы — позволяют определить предусмотренные рабочие режимы, направление движения жидкости и сопротивление сети.
• Измерения расхода, давления на всасывании и нагнетании — необходимы для определения фактического напора и расчёта полезной гидравлической мощности.
• Измерения электрической мощности — позволяют сопоставить потребление установки с выполняемой гидравлической работой.
• Журналы датчиков давления, расходомеров и частотных приводов — показывают изменение нагрузки, скорость насосов и последовательность включения агрегатов.
• Паспорта арматуры и требования потребителей к подаче жидкости — необходимы для оценки дросселирования, допустимых давлений и возможностей изменения регулирования.

Для корректного сравнения измерения должны относиться к одному рабочему режиму. Например, нельзя определять КПД по расходу, зарегистрированному до изменения положения клапана, и электрической мощности, измеренной после него. Такие показатели характеризуют разные рабочие точки.

Результат обследования и выбор мероприятий

Результатом становится режимная оценка насосной установки: фактические рабочие точки, полезная гидравлическая мощность, электрическое потребление и возможные источники неоправданных затрат. Отдельно устанавливают, какие отклонения связаны с сопротивлением сети, способом регулирования или сочетанием работающих насосов.

На основании полученных данных можно обосновать гидравлическую наладку, изменение последовательности включения насосов, проверку их характеристик либо расчёт альтернативного способа регулирования. Выбор мероприятия зависит от подтверждённой причины повышенного расхода и требований потребителей к напору и подаче жидкости.

Если расход и перепад давления не измерены, количественный вывод об эффективности насоса остаётся предварительным. В таком случае первым необходимым действием становится получение недостающих гидравлических данных, а не обещание экономии от замены оборудования или установки преобразователя частоты.

Другие направления обследования производственных установок представлены в разделе «Технологические системы и оборудование».