Насосные установки. 
Электроэнергетические системы и сети. 
Энергосбережение

Общие положения:

1. Мощность электродвигателя насоса, кВт:

где Q — подача насоса, м³/ч; к — коэффициент запаса мощности ЭД (при при ); Н — полный напор с учетом высоты всасывания, м вод. ст.; ?_H — КПД насоса, %; ?_п — КПД передачи, %; у — плотность жидкости, кг/м³.

Удельный расход электроэнергии для любого режима работы насоса, кВтч/м³:

где Н — действительный напор, развиваемый насосом при данном режиме, м вод. ст.; ?_н, ?_Д — КПД насоса и электродвигателя при данном режиме.

Центробежные насосы

Потери мощности в насосе делятся на гидравлические, объемные и механические.

Гидравлические потери состоят:

• • из потерь напора вследствие трения жидкости о стенки в каналах рабочего колеса, направляющем аппарате и спиральном кожухе;
• • из потерь, связанных с преобразованием кинетической энергии (скоростного напора) в потенциальную в направляющем аппарате и в спирали, а также потерь на закруглениях, поворотах, в переходах от одной ступени к другой и т. п.

Мощность гидравлических потерь пропорциональна кубу подачи, кВт:

Объемные потери (потери утечки) определяются обратной утечкой жидкости через зазоры между рабочим колесом и уплотнительными кольцами.

Механические потери состоят из потерь на трение диска рабочих колес о жидкость, потерь на трение в сальниках, подпятниках и подшипниках.

Общий КПД насоса определяется этими потерями и зависит как от состояния насоса, так и от его режима работы. Обычно КПД центробежных насосов составляет:

• • порядка 0,4−0,7 для насосов низкого напора;
• • порядка 0,5−0,5 для насосов среднего напора;
• • порядка 0,6−0,8 для насосов высокого напора;
• • насосы новых конструкций имеют КПД 0,9.

Поршневые насосы

Значение КПД поршневого насоса колеблется от 0,6 до 0,9 в зависимости от размеров, типа, состояния насоса и типа передачи.

Снижение расхода электроэнергии на насосных установках достигается за счет следующих мероприятий:

• • повышения КПД насосов;
• • улучшения загрузки насосов и совершенствование регулирования их работы;
• • уменьшение сопротивления трубопроводов;
• • сокращение расхода и потерь воды.

Повышение КПД насосов

• 1. Замена устаревших малопроизводительных насосов насосами с высоким КПД. Расчет экономии электроэнергии в данном случае производится по следующей формуле:
  • (6.1)

где Н- напор, м вод. ст.; Q — действительная подача насоса, м³/ч; Т — число часов работы насоса в год, ч; ?_д — КПД электродвигателя; ?н * ^;?н' - КПД нового и заменяемого насоса.

• 2. Повышение КПД насосов до паспортных значений. Качественный ремонт насосов, тщательная балансировка рабочих колес, свежие уплотнения обеспечивают поддержание КПД насосов на уровне паспортных и обеспечивают минимальные удельные расходы электроэнергии на подачу воды.
• 3. Улучшение загрузки насосов. Наименьший удельный расход ЭЭ на подачу воды наблюдается при максимальной подаче насоса. Максимальная подача насоса зависит от характеристики системы водоснабжения. Для обеспечения максимальной подачи необходимо сопоставление паспортных данных насоса с сопротивлением трубопроводов системы водо-

снабжения. В случае резких расхождений необходима замена насоса. Экономический эффект такой замены может быть определен по формуле (6.1).

4. Регулирование работы насосов. В практике неизменных (постоянных) режимов водоснабжения не бывает. Насосы работают в переменном режиме в зависимости от режима потребления воды. Правильное изменение режима работы насоса, т. е. рациональное регулирование, обеспечивает значительную экономию электроэнергии.

Регулирование режима работы насоса осуществляется:

• • напорной или приемной задвижкой;
• • изменением числа работающих насосов;
• • изменением частоты вращения ЭД.

Анализ этих способов регулирования показывает следующее:

• • при регулировании задвижкой с уменьшением расхода воды КПД насоса уменьшается, а значения напора растут. Следовательно, с уменьшением расхода воды удельный расход ЭЭ быстро возрастает;
• • при регулировании изменением числа работающих насосов КПД двигателя и насоса остаются неизменными. Величина напора из-за уменьшения расхода и потерь в сети снижается, удельные расходы ЭЭ также снижаются;
• • при регулировании изменением частоты вращения насоса КПД насоса и ЭД с уменьшением расхода снижаются, напор также снижается. Удельные расходы ЭЭ снижаются незначительно.

Наиболее экономичным способом регулирования является изменение числа работающих насосов, далее — регулирование частоты вращения насоса. Наиболее неэкономично регулирование с помощью задвижки.

При этом в системах с преобразованием резкопеременных расходов рационально регулировать работу насосов изменением частоты вращения электродвигателя.

В системах с постоянным расходом более рациональным будет регулирование изменением числа работающих насосов.

Использование задвижек для регулирования допускается только для мелких насосов, а также в тех случаях, когда регулирование производится в течение небольшого числа часов в году.

Расчет экономии электроэнергии при рациональных способах регулирования производится по формуле (6.1).

5. Уменьшение сопротивления трубопровода. Причинами повышенных удельных расходов электроэнергии на подачу воды являются: неправильная конфигурация трубопровода, когда поток испытывает резкие повороты; неисправность задвижек; плохое состояние и засоренность всасывающих устройств и т. д. Устранение этих причин приводит к уменьшению сопротивления трубопроводов и снижению расхода электроэнергии.

Потеря напора в трубопроводе для труб на прямом участке.

для местных сопротивлений.

где? — коэффициент трения воды о стенки труб, рекомендуется принимать 0,02−0,03; L — длина участка трубопровода, м; Q — действительный расход воды, м/с; d — диаметр трубопровода, м; f-коэффициент местного сопротивления, равный для задвижек 0,5, для закругленного на 90° колена — 0,3, для обратного клапана — 5,0.

По этим формулам определяется потеря напора, а по формуле (6.1) — новый удельный расход ЭЭ. Следовательно, в результате ликвидации в трубопроводе излишней арматуры и ненужных поворотов или снижения их сопротивления сглаживанием острых углов и др. удается снизить удельный расход энергии на подачу воды.

• 6. Ликвидация утечек и бесцельного расхода воды. Утечки через неплотности соединений трубопроводов и арматуры ведут к прямым потерям электроэнергии. Величина этих потерь определяется следующими способами:
  • • при наличии расходомеров в начале и конце участка распределительной сети потери определяются разностью замеренных расходов воды за отчетный период в начале и конце участка. При разветвленной сети потери на отдельных участках суммируются;
  • • при разветвленной сети с большим внутренним объемом величину потерь воды можно определить по точному расходомеру, отключив от сети всех потребителей.

Замеренные потери воды необходимо умножить на фактический удельный расход электроэнергии на подачу воды данной насосной, полученная величина равна потерям ЭЭ, вызываемым плохим состоянием водопроводной сети.

7. Внедрение оборотного водоснабжения. Большое количество воды на промышленных предприятиях используется для охлаждения различных технологических установок. Вода для этих целей может использоваться многократно по замкнутому циклу. Внедрение оборотного водоснабжения может сократить расход первичной воды в 2 раза и обеспечить экономию электроэнергии на 15−20%.

Расчет экономии электроэнергии может быть произведен по формуле (6.1) с учетом дополнительных расходов энергии, необходимых для подачи воды из промежуточных водоприемников на технологическое оборудование.

• 8. Сокращение расхода воды за счет совершенствования систем охлаждения. Для уменьшения расхода воды рекомендуются следующие мероприятия:
  • • устройство системы испарительного охлаждения металлургических и термообрабатывающих печей;
  • • циркуляционные системы охлаждения сварочных аппаратов и высокочастотных установок;
  • • соблюдение установленных оптимальных температур воды, охлаждающей различные технологические агрегаты. Перепад температур прямой и обратной охлаждающей воды должен быть не менее 10−150 °С;
  • • системы последовательного охлаждения отдельных технологических установок и их частей;
  • • применение схем автоматического управления подачи воды на охлаждение.

Все эти мероприятия могут снизить подачу воды насосными в 2−3 раза с соответствующим снижением расходов электроэнергии. Экономический эффект от внедрения указанных мероприятий может быть определен по формуле (6.1) и данным по снижению расхода воды за год, тыс. кВтч/год:

где ?W — удельный расход ЭЭ на подачу воды, определяемый по формуле (6.1), кВт ч/м³; Q1iQ2 ~ расходы воды до внедрения мероприятия и после внедрения, м³/ч; Г-число часов работы насоса в году, ч.

9. Соблюдение установленного графиком перепада температур между прямой и обратной сетевой водой. Строгое выполнение графика при равных расходах тепла на отопление путем регулирования отопительных систем и правильного подбора характеристик сетевого насоса и электродвигателя к нему сокращает расход электроэнергии на циркуляцию воды в отопительных системах пропорционально кубу отношения разностей температур в подающем и обратном трубопроводах после и до наладки системы. Например, при обеспечении температурного режима 95−70 °С вместо 95−80 °С расход электроэнергии снижается в.