Какой насос можно считать энергосберегающим
Какой насос можно считать энергосберегающим
ООО "ПКФ ЛИНАС" (Москва) образовано в 1992 г. специалистами института ВНИИгидромаш и специализируется на разработке и производстве насосов для тепло- и водоснабжения. Стратегическим направлением деятельности фирмы является поставка качественного энергосберегающего насосного оборудования по доступным ценам.
Высокое качество производимых фирмой насосов гарантировано сотрудничеством с такими ведущими производителями насосов, как Grundfos (Дания) и Kolmeks (Финляндия), а также собственной системой контроля качества. По требованию заказчика насосы комплектуются системой частотного регулирования. Использование насосов с частотным регулированием в системах водоснабжения дает потребителю экономию электроэнергии (до 50%) и воды (до 20%).
Производственная программа ЛИНАС включает консольные насосы АК (по типу насосов К), моноблочные насосы АЦМК (по типу насосов КМ), насосы в линию АЦМЛ (по типу насосов КМЛ), высоконапорные многоступенчатые насосы АЦМС (по типу насосов ЦНС), а также автоматизированные насосные установки с каскадным и каскадно-частотным регулированием — всего более 900 наименований насосов и установок.
Технические характеристики насосов, выпускаемых компанией ЛИНАС, следующие: мощность — от 0,09 до 45 кВт, напор — от 1 до 280 м водного столба, подача — от 0,2 до 200 м3/час, температура перекачиваемой жидкости — от -15°C до +180°C, давление в корпусе — до 1,6 МПа, материал проточной части — чугун с шаровидным графитом, бронза, кислотостойкая сталь. Возможны модификации торцовых уплотнений для различных условий эксплуатации и специальное исполнение с низким уровнем шума.
Сегодня мнение о том, что применение частотного регулирования для насосов в системах водоснабжения позволяет получить значительный экономический эффект, разделяет подавляющее большинство специалистов. Поэтому в настоящее время в системах водоснабжения все более широкое применение находят повысительные насосы и насосные установки с преобразователями частоты.
В течение уже 8 лет ЛИНАС изготавливает и поставляет автоматизированные насосные установки типа АНУ. За это время фирмой накоплен богатый опыт, позволивший значительно усовершенствовать конструкцию установок и в максимальной степени учесть требования потребителей.
В настоящее время номенклатура фирмы насчитывает более 260 наименований установок, включающих от двух до пяти насосов и покрывающих диапазон подач от 1 до 480 м3 и напоров от 10 до 100 м. Такая широкая номенклатура установок создает предпосылки к тому, что для одних и тех же параметров можно подобрать несколько марок установок, отличающихся между собой количеством и маркой насосов. У потребителя неизбежно возникает вопрос, на какой установке остановить свой выбор. Вот что он должен принимать во внимание.
Во-первых, установка должна надежно работать во всем диапазоне требуемых расходов и напоров, для чего необходимо согласовать допустимые и требуемые режимы работы. Во-вторых, установка должна иметь максимальную экономичность при минимальной цене.
Для обеспечения длительной и надежной работы установки режимы работы каждого входящего в нее насоса не должны выходить за пределы подач и напоров, допустимых для данной марки насосов. Алгоритм работы станции управления установок АНУ-РКЧ предусматривает изменение частоты вращения только одного насоса. Остальные насосы работают напрямую от сети с максимальной частотой вращения. Эти насосы и определяют допустимые режимы работы установки. Поэтому допустимые минимальный и максимальный напоры установки равны приведенному в каталогах фирмы минимальному и максимальному напорам насосов, входящих в установку. Минимальная подача установки равна минимальной подаче одного насоса, а максимальная — сумме максимальных подач рабочих насосов.
Исходя из этого, зона допустимых режимов работы установки представляет собой трапецию ABCD (рис. 1) с вершинами в точках с координатами A (Qн (min), Нн (min)); В (Qн (min), Нн (max)); C (nQн (max), Нн (max)); D (nQн (max), Нн (min)), где Qн и Нн — подача и напор одного насоса; n — количество рабочих насосов в установке. Сторона CD трапеции представляет собой кривую, соответствующую суммарной характеристике всех рабочих насосов. Зона требуемых режимов работы установки представляет собой прямоугольник А1B1C1D1 с вершинами в точках с координатами A1 (Qc (min), Нc (min)); В1 (Qc (min), Нc (max)); C1 (Qc (max), Нc (max)); D1 (Qc (max), Нc (min)), где Qc и Нc — требуемые расход и напор в системе водоснабжения. Для нормальной работы установок АНУ зоны требуемых режимов работы установки должна лежать внутри зоны допустимых режимов работы. С учетом вышеизложенного рекомендуется следующий алгоритм выбора установок.
В первую очередь определяется зона требуемых режимов работы системы водоснабжения (ее определяют расходы Qc (min), Qc (max), Нc (min) Нc (max). Далее подбирается марка насоса так, чтобы выполнялось условие Qн (min) < Qc (min) и Нн (min) < Нc (min). После этого по графику рабочей характеристики насоса определяется подача Qн одиночного насоса, соответствующая напору Hc (max). Вычисляется отношение n = Qc (max)/Qн. Число n округляется до ближайшего большего целого и принимается за количество рабочих насосов в установке.
При рассмотрении нескольких вариантов установок предпочтение отдают той установке, у которой одиночный насос на подаче Qн имеет больший КПД. В этом случае обеспечивается максимальная экономия электроэнергии. А каким требованиям должны удовлетворять энергосберегающие насосы? Этих требований четыре: высокий КПД, сохранность КПД при эксплуатации, минимальный запас по напору насоса и возможность регулирования частоты вращения.
Высокое значение КПД насоса закладывается на стадии проектирования при разработке профилей его проточной части. Разработка экономичных профилей — весьма наукоемкий и дорогостоящий процесс. Не все производители насосов имеют возможность достижения требуемых характеристик. Зачастую используются профили, не обеспечивающие достаточно высокий гидравлический КПД насоса.
Профиль проточной части насоса — очень важная деталь, которая должна изготавливаться с достаточной степенью точности. Отклонения реального профиля от заданного сводят на нет все усилия по его разработке. Если, к тому же, поверхность проточной части недостаточно гладкая, ожидать высокого значения КПД насоса не приходится.
Сегодня на российском рынке представлен целый ряд производителей насосов (Grundfos, DDP, Ebara, ESPA, Flugt, Kolmeks, KSB, LFP, Nocchi, Wilo), общепризнанным же лидером в области производства насосов является компания Grundfos.
Благодаря тому, что конкурирующие на рынке насосов производители наращивают серийность и повышают требования к экономичности оборудования (иначе они не смогут конкурировать успешно), сегодня есть возможность внедрения все более сложных технологических процессов. С целью улучшения качества поверхностей каналов ведущие производители используют для изготовления рабочих колес высококачественное чугунное литье, пластмассы или изготавливают эти детали методом штампования из нержавеющих сталей. При этом используются дорогостоящие технологии, окупающиеся только при крупносерийном и массовом производстве.
В течение последних десятилетий усовершенствование конструкций насосов, направленное на повышение КПД, развивалось по следующим направлениям. Во-первых, это применение типов насосов, имеющих благоприятные значения коэффициента быстроходности для заданных условий. Во-вторых — общее улучшение конструкции всех типов насосов с гидравлической точки зрения, достигаемое, во-первых, обеспечением лучшей обтекаемости рабочих органов насоса и, во-вторых, установлением оптимальных пропорций различных каналов насоса (или отношения скоростей) для получения максимального КПД при требуемом режиме. Наконец, важным фактором, способствующим повышению КПД и сохранению высокого его значения при длительной эксплуатации насоса, является недопущение кавитации. Это достигается путем соответствующего улучшения конструкции насоса, а также исключения коррозии за счет применения соответствующих материалов.
В целях обеспечения сохранности КПД ведущие производители насосов используют для изготовления рабочих колес нержавеющую сталь, бронзу, пластмассу или чугун с повышенной коррозионной стойкостью. Для корпусных деталей, как правило, используется чугун с шаровидным графитом. Из этих материалов наибольшую коррозионную стойкость имеет нержавеющая сталь. Рабочее колесо из нержавеющей стали может работать десятки лет без следов коррозии и нарушения качества поверхностей.
Сильное влияние на КПД насоса оказывает расход жидкости через насос (подача насоса). Так, при нулевой подаче КПД насоса равен нулю — вся энергия расходуется на перемешивание жидкости в насосе, при увеличении подачи КПД насоса увеличивается, достигает максимального значения при подаче насоса, называемой оптимальной, и при дальнейшем увеличении подачи уменьшается. Если эксплуатационное значение подачи не совпадает с ее оптимальным значением, насос имеет КПД ниже возможного. При значительном отклонении подачи насоса от оптимума КПД насоса может уменьшиться на 20 и более процентов.
Поскольку системы тепло- и водоснабжения не поддаются стандартизации по расходу воды и требуемому напору и в каждом конкретном случае имеют свое индивидуальное сочетание расхода и напора, требуется большое разнообразие насосов, чтобы обеспечить максимальное значение КПД на эксплуатационном режиме. Несмотря на то, что ведущие производители стремятся к расширению своей номенклатуры, обеспечить все разнообразие потребностей насосами одной фирмы не удается, а использовать на одном объекте насосы разных фирм неудобно по причинам усложнения обслуживания и обеспечения запасными частями. В результате приходится выбирать насос из ограниченного ряда с некоторым запасом по напору и отклонением от оптимальной подачи. Все это приводит к повышенному расходу электроэнергии, а также увеличению расхода горячей и холодной воды.
Ситуация в системах водоснабжения осложняется еще и тем, что потребление воды в течение суток значительно изменяется, достигая максимума в утренние часы и уменьшаясь практически до нуля в ночное время. На эти колебания накладываются изменения давления в городской сети. Все это приводит к значительному изменению требуемого напора и подачи насоса. При этом, если в системе используется насос с постоянной частотой вращения, избыточный напор насоса, возникающий при минимальном потреблении воды и максимальном давлении в городской сети, приводит к перерасходу электроэнергии и повышенному давлению в трубопроводах, приводящему к увеличению утечек воды, а в некоторых случаях — и к прорыву трубопровода. Сегодня передовые компании широко используют для согласования характеристик насоса и системы при переменных режимах потребления воды изменение частоты вращения насоса с помощью электронного преобразователя частоты.
Клиентов же компании ЛИНАС привлекают такие составляющие качества предлагаемых насосов, как большая номенклатура по исполнениям уплотнений вала, гидравлическим параметрам, материалам, а также плотный параметрический ряд, высокий КПД агрегатов, сохранность этого показателя практически на весь период эксплуатации, оптимизированные рабочие характеристики, возможность частотного регулирования, высокая степень энергосбережения, торцовые уплотнения валов, возможность замены двигателя без разборки насоса, малошумность.
Зона допустимых режимов работы установки
Подготовил Владимир ДАНИЛОВ
ООО "ПКФ ЛИНАС" (Москва) образовано в 1992 г. специалистами института ВНИИгидромаш и специализируется на разработке и производстве насосов для тепло- и водоснабжения. Стратегическим направлением деятельности фирмы является поставка качественного энергосберегающего насосного оборудования по доступным ценам.
Высокое качество производимых фирмой насосов гарантировано сотрудничеством с такими ведущими производителями насосов, как Grundfos (Дания) и Kolmeks (Финляндия), а также собственной системой контроля качества. По требованию заказчика насосы комплектуются системой частотного регулирования. Использование насосов с частотным регулированием в системах водоснабжения дает потребителю экономию электроэнергии (до 50%) и воды (до 20%).
Производственная программа ЛИНАС включает консольные насосы АК (по типу насосов К), моноблочные насосы АЦМК (по типу насосов КМ), насосы в линию АЦМЛ (по типу насосов КМЛ), высоконапорные многоступенчатые насосы АЦМС (по типу насосов ЦНС), а также автоматизированные насосные установки с каскадным и каскадно-частотным регулированием — всего более 900 наименований насосов и установок.
Технические характеристики насосов, выпускаемых компанией ЛИНАС, следующие: мощность — от 0,09 до 45 кВт, напор — от 1 до 280 м водного столба, подача — от 0,2 до 200 м3/час, температура перекачиваемой жидкости — от -15°C до +180°C, давление в корпусе — до 1,6 МПа, материал проточной части — чугун с шаровидным графитом, бронза, кислотостойкая сталь. Возможны модификации торцовых уплотнений для различных условий эксплуатации и специальное исполнение с низким уровнем шума.
Сегодня мнение о том, что применение частотного регулирования для насосов в системах водоснабжения позволяет получить значительный экономический эффект, разделяет подавляющее большинство специалистов. Поэтому в настоящее время в системах водоснабжения все более широкое применение находят повысительные насосы и насосные установки с преобразователями частоты.
В течение уже 8 лет ЛИНАС изготавливает и поставляет автоматизированные насосные установки типа АНУ. За это время фирмой накоплен богатый опыт, позволивший значительно усовершенствовать конструкцию установок и в максимальной степени учесть требования потребителей.
В настоящее время номенклатура фирмы насчитывает более 260 наименований установок, включающих от двух до пяти насосов и покрывающих диапазон подач от 1 до 480 м3 и напоров от 10 до 100 м. Такая широкая номенклатура установок создает предпосылки к тому, что для одних и тех же параметров можно подобрать несколько марок установок, отличающихся между собой количеством и маркой насосов. У потребителя неизбежно возникает вопрос, на какой установке остановить свой выбор. Вот что он должен принимать во внимание.
Во-первых, установка должна надежно работать во всем диапазоне требуемых расходов и напоров, для чего необходимо согласовать допустимые и требуемые режимы работы. Во-вторых, установка должна иметь максимальную экономичность при минимальной цене.
Для обеспечения длительной и надежной работы установки режимы работы каждого входящего в нее насоса не должны выходить за пределы подач и напоров, допустимых для данной марки насосов. Алгоритм работы станции управления установок АНУ-РКЧ предусматривает изменение частоты вращения только одного насоса. Остальные насосы работают напрямую от сети с максимальной частотой вращения. Эти насосы и определяют допустимые режимы работы установки. Поэтому допустимые минимальный и максимальный напоры установки равны приведенному в каталогах фирмы минимальному и максимальному напорам насосов, входящих в установку. Минимальная подача установки равна минимальной подаче одного насоса, а максимальная — сумме максимальных подач рабочих насосов.
Исходя из этого, зона допустимых режимов работы установки представляет собой трапецию ABCD (рис. 1) с вершинами в точках с координатами A (Qн (min), Нн (min)); В (Qн (min), Нн (max)); C (nQн (max), Нн (max)); D (nQн (max), Нн (min)), где Qн и Нн — подача и напор одного насоса; n — количество рабочих насосов в установке. Сторона CD трапеции представляет собой кривую, соответствующую суммарной характеристике всех рабочих насосов. Зона требуемых режимов работы установки представляет собой прямоугольник А1B1C1D1 с вершинами в точках с координатами A1 (Qc (min), Нc (min)); В1 (Qc (min), Нc (max)); C1 (Qc (max), Нc (max)); D1 (Qc (max), Нc (min)), где Qc и Нc — требуемые расход и напор в системе водоснабжения. Для нормальной работы установок АНУ зоны требуемых режимов работы установки должна лежать внутри зоны допустимых режимов работы. С учетом вышеизложенного рекомендуется следующий алгоритм выбора установок.
В первую очередь определяется зона требуемых режимов работы системы водоснабжения (ее определяют расходы Qc (min), Qc (max), Нc (min) Нc (max). Далее подбирается марка насоса так, чтобы выполнялось условие Qн (min) < Qc (min) и Нн (min) < Нc (min). После этого по графику рабочей характеристики насоса определяется подача Qн одиночного насоса, соответствующая напору Hc (max). Вычисляется отношение n = Qc (max)/Qн. Число n округляется до ближайшего большего целого и принимается за количество рабочих насосов в установке.
При рассмотрении нескольких вариантов установок предпочтение отдают той установке, у которой одиночный насос на подаче Qн имеет больший КПД. В этом случае обеспечивается максимальная экономия электроэнергии. А каким требованиям должны удовлетворять энергосберегающие насосы? Этих требований четыре: высокий КПД, сохранность КПД при эксплуатации, минимальный запас по напору насоса и возможность регулирования частоты вращения.
Высокое значение КПД насоса закладывается на стадии проектирования при разработке профилей его проточной части. Разработка экономичных профилей — весьма наукоемкий и дорогостоящий процесс. Не все производители насосов имеют возможность достижения требуемых характеристик. Зачастую используются профили, не обеспечивающие достаточно высокий гидравлический КПД насоса.
Профиль проточной части насоса — очень важная деталь, которая должна изготавливаться с достаточной степенью точности. Отклонения реального профиля от заданного сводят на нет все усилия по его разработке. Если, к тому же, поверхность проточной части недостаточно гладкая, ожидать высокого значения КПД насоса не приходится.
Сегодня на российском рынке представлен целый ряд производителей насосов (Grundfos, DDP, Ebara, ESPA, Flugt, Kolmeks, KSB, LFP, Nocchi, Wilo), общепризнанным же лидером в области производства насосов является компания Grundfos.
Благодаря тому, что конкурирующие на рынке насосов производители наращивают серийность и повышают требования к экономичности оборудования (иначе они не смогут конкурировать успешно), сегодня есть возможность внедрения все более сложных технологических процессов. С целью улучшения качества поверхностей каналов ведущие производители используют для изготовления рабочих колес высококачественное чугунное литье, пластмассы или изготавливают эти детали методом штампования из нержавеющих сталей. При этом используются дорогостоящие технологии, окупающиеся только при крупносерийном и массовом производстве.
В течение последних десятилетий усовершенствование конструкций насосов, направленное на повышение КПД, развивалось по следующим направлениям. Во-первых, это применение типов насосов, имеющих благоприятные значения коэффициента быстроходности для заданных условий. Во-вторых — общее улучшение конструкции всех типов насосов с гидравлической точки зрения, достигаемое, во-первых, обеспечением лучшей обтекаемости рабочих органов насоса и, во-вторых, установлением оптимальных пропорций различных каналов насоса (или отношения скоростей) для получения максимального КПД при требуемом режиме. Наконец, важным фактором, способствующим повышению КПД и сохранению высокого его значения при длительной эксплуатации насоса, является недопущение кавитации. Это достигается путем соответствующего улучшения конструкции насоса, а также исключения коррозии за счет применения соответствующих материалов.
В целях обеспечения сохранности КПД ведущие производители насосов используют для изготовления рабочих колес нержавеющую сталь, бронзу, пластмассу или чугун с повышенной коррозионной стойкостью. Для корпусных деталей, как правило, используется чугун с шаровидным графитом. Из этих материалов наибольшую коррозионную стойкость имеет нержавеющая сталь. Рабочее колесо из нержавеющей стали может работать десятки лет без следов коррозии и нарушения качества поверхностей.
Сильное влияние на КПД насоса оказывает расход жидкости через насос (подача насоса). Так, при нулевой подаче КПД насоса равен нулю — вся энергия расходуется на перемешивание жидкости в насосе, при увеличении подачи КПД насоса увеличивается, достигает максимального значения при подаче насоса, называемой оптимальной, и при дальнейшем увеличении подачи уменьшается. Если эксплуатационное значение подачи не совпадает с ее оптимальным значением, насос имеет КПД ниже возможного. При значительном отклонении подачи насоса от оптимума КПД насоса может уменьшиться на 20 и более процентов.
Поскольку системы тепло- и водоснабжения не поддаются стандартизации по расходу воды и требуемому напору и в каждом конкретном случае имеют свое индивидуальное сочетание расхода и напора, требуется большое разнообразие насосов, чтобы обеспечить максимальное значение КПД на эксплуатационном режиме. Несмотря на то, что ведущие производители стремятся к расширению своей номенклатуры, обеспечить все разнообразие потребностей насосами одной фирмы не удается, а использовать на одном объекте насосы разных фирм неудобно по причинам усложнения обслуживания и обеспечения запасными частями. В результате приходится выбирать насос из ограниченного ряда с некоторым запасом по напору и отклонением от оптимальной подачи. Все это приводит к повышенному расходу электроэнергии, а также увеличению расхода горячей и холодной воды.
Ситуация в системах водоснабжения осложняется еще и тем, что потребление воды в течение суток значительно изменяется, достигая максимума в утренние часы и уменьшаясь практически до нуля в ночное время. На эти колебания накладываются изменения давления в городской сети. Все это приводит к значительному изменению требуемого напора и подачи насоса. При этом, если в системе используется насос с постоянной частотой вращения, избыточный напор насоса, возникающий при минимальном потреблении воды и максимальном давлении в городской сети, приводит к перерасходу электроэнергии и повышенному давлению в трубопроводах, приводящему к увеличению утечек воды, а в некоторых случаях — и к прорыву трубопровода. Сегодня передовые компании широко используют для согласования характеристик насоса и системы при переменных режимах потребления воды изменение частоты вращения насоса с помощью электронного преобразователя частоты.
Клиентов же компании ЛИНАС привлекают такие составляющие качества предлагаемых насосов, как большая номенклатура по исполнениям уплотнений вала, гидравлическим параметрам, материалам, а также плотный параметрический ряд, высокий КПД агрегатов, сохранность этого показателя практически на весь период эксплуатации, оптимизированные рабочие характеристики, возможность частотного регулирования, высокая степень энергосбережения, торцовые уплотнения валов, возможность замены двигателя без разборки насоса, малошумность.
Зона допустимых режимов работы установки
Подготовил Владимир ДАНИЛОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 29 за 2004 год в рубрике энергетика
