Пути уменьшения избыточного потребления энергии насосными системами

Пути уменьшения избыточного потребления энергии насосными системами

Д.т.н. А. С. Байбиков, ведущий специалист,

к.э.н. А. В. Щербаков, генеральный директор,

ООО «Курс», г. Долгопрудный Московской области

Как известно, насосные агрегаты потребляют до 20% всей вырабатываемой электроэнергии. В ЖКХ этот процент еще выше. Вместе с тем, значительная часть этой энергии бесполезно теряется в насосных системах, что является большим резервом энергосбережения. При правильной настройке и эксплуатации насосных систем эти потери можно существенно снизить. Однако эксплуатационники это редко выполняют вследствие низкой квалификации и малой материальной заинтересованности.

Основными причинами неэффективной эксплуатации насосных систем являются: работа насосов не в оптимальной точке и потери на дросселирование в трубопроводах и арматуре. Известно, что наименьшие потери в наиболее распространенных насосах достигаются при постоянной частоте вращения и оптимальном расходе, определенным для этих насосных агрегатов. Однако в большинстве систем насосы работают достаточно далеко от оптимального режима. Основными причинами этого являются:

¦избыточный напор (запас), заложенный проектировщиками систем для компенсации возможных ошибок, неквалифицированный подбор оборудования и незнание точных условий режимов эксплуатации систем;

¦известные только приближенно потребляемые объемы жидкости (суточные, сезонные), изменяющиеся в значительном диапазоне;

¦неконтролируемые изменения элементов системы в течение эксплуатации, на которые эксплуатационники не обращают внимания (в частности, несвоевременный неквалифицированный подбор и замена износившихся узлов);

¦неквалифицированная эксплуатация и регулирование систем.

Следствием этого является работа насосов не в оптимальном режиме с КПД выше 70%, а на режимах с КПД 30−50% с соответствующими энергетическими потерями. Кроме того, работа на таких режимах приводит к преждевременному износу насосов и регулирующих органов, что также не учитывается эксплуатационниками (в большинстве случаев обладающих весьма незначительными знаниями в области гидравлики).

Каким же образом можно значительно снизить энергопотребление в эксплуатирующихся насосных системах при сохранении их функций?

Прежде всего, необходимо выполнить хотя бы элементарные замеры режима (диапазонов) работы систем и анализ действительных требований потребителей по напору и расходу потребляемой жидкости. Современное приборное оборудование, в частности, накладные ультразвуковые расходомеры с самописцами, позволяют выполнить непрерывное измерение расхода насосов без врезки в трубопроводы. Такие приборы могут быть взяты напрокат или закуплены для коллективного пользования несколькими организациями. Также целесообразно использовать имеющиеся в большинстве систем показания приборов, замеряющих давление.

После анализа измеренного действительного графика потребления жидкости можно определить необходимые параметры насосов. Подобные измерения необходимо делать при открытии регулирующих органов, близким к максимальным (для уменьшения потерь на дросселирование), и для редко встречающегося пикового расхода. В случае обязательности обеспечения последнего целесообразно установить специальный пиковый насос или использовать при пиковых нагрузках часто устанавливаемые вместе с системами водоснабжения и почти не используемые пожарные насосы. Последнее позволяет повысить надежность и пожарных систем, т.к. обеспечивает более частую проверку функционирования пожарных насосов.

Для обеспечения необходимых параметров подбирается насос, у которого эти параметры близки к оптимальным. Если его присоединительные размеры отличаются от заменяемого насоса, вводятся дополнительные переходники к всасывающему и напорному патрубкам, а также некоторые изменения в креплении насоса к фундаменту. Следует учесть, что стоимость нового насоса и дополнительных мероприятий в большинстве случаев во много раз меньше сэкономленных средств на оплату электроэнергии за год.

При широком диапазоне изменения расхода в системе наиболее целесообразно использовать насосы с преобразователями частоты, обеспечивающими регулирование частоты вращения ротора электродвигателя. Однако при этом стоимость насосного агрегата, по крайней мере, удваивается.

В большинстве случаев с некоторыми потерями в экономичности выбирается ближайший по параметрам насос и выполняется подрезка рабочего колеса. В литературе [1] подрезка рабочего колеса определяется из условия сохранения геометрического подобия, т. е. напор изменяется пропорционально квадрату диаметра колеса, а расход — пропорционально диаметру колеса. К сожалению, при подрезке подобие не сохраняется вследствие изменения угла выхода лопаток, радиального зазора между колесом и отводом и т. п. Поэтому эти зависимости очень неточны. Известно [2], что многие гидродинамические процессы при неполном подобии описываются зависимостями с дробными показателями. Исходя из этого, можно использовать более точную методику определения степени зависимости напора от диаметра колеса при подрезке. Как правило, производители насосов дают информацию о напорах насосов при двух-трех диаметрах подрезанных рабочих колес в одном корпусе при номинальном расходе. Поэтому эта дробная степень определяется следующей зависимостью: насос трубопровод арматура эксплуатация.

n=lg (H₁/H₂)/lg (D₁/D₂),.

где D₁, H₁ и D₂, H₂ — диаметры колес и соответствующие напоры различных вариантов насосов при одном и том же расходе. Например, для насоса КМ50−32−125 (ООО «Курс», г. Долгопрудный) n=2,33. Исходя из полученного показателя степени, диаметр подрезанного рабочего колеса при заданном напоре Н определяется по формуле:

D=D₁(H/H₁)^1/n.

Используя эту формулу, можно также построить приближенную напорную характеристику насоса при подрезанном колесе, например, промежуточную между приведенными в заводских каталогах.

Например, насосы КММ [3], выпускаемые компанией «Курс», производятся непосредственно под рабочую точку, указанную заказчиком. После сборки насос проходит полный цикл испытаний на стенде, где снимается напорная характеристика насоса. Эта реальная характеристика приводится в паспорте на насосный агрегат.

Естественно для экономичной работы необходимо следить за параметрами и поддерживать исходное состояние системы, своевременно очищая трубопроводы от отложений и заменяя изношенную арматуру.

Таким образом, модернизируя и экономично подстраивая элементы насосной системы при заданных потребителем параметрах, можно существенно снизить энергопотребление.

• 1. Лопастные насосы (справочник) / Под ред. В. А. Зимницкого, В. А. Умова. — Л.: Машиностроение, 1986, 334 с.
• 2. Баренблатт Г. И. Подобие, автомодельность, промежуточная асимптотика. — Л.: Гидрометеоиздат, 1982, 255 с.
• 3. Щербаков А. В. Насосы консольно-моноблочные нового поколения//Новости теплоснабжения. 2009. № 8. С. 48−51.