изучим работу насосной установки с превышением динамической составляющей напора. При работе с подачей меньше расчетной возникает несоответствие м. напором, развиваемым насосом, и требуемым напором. Сравнение характеристики центробежных насосов и трубопроводов демонстрирует, что при уменьшении подачи требуемый напор (Нс) уменьшается, а развиваемый насосом напор (Нн) увеличивается, т. е. имеет место превышение напора насоса.

D Н = Нн - Нс. (

Из графика совместной работы насоса и трубопровода видно, что значение (Н тем больше, чем круче характеристики насоса и трубопровода, и тем больше, чем меньше фактическая подача насоса по сравнению с расчетной.

В ряде насосных установок наблюдается изменение не динамической, а статической составляющей напора. Она возникает преимущественно за счет колебаний уровня в приемном резервуаре установки. Такой режим характерен для насосных установок систем водоотведения, в том числе систем осушения, канализации и т.п. Эти установки работают обычно циклически: при наполнении резервуара насосы включаются в работу, при опорожнении отключаются.

График совместной работы насоса, трубопровода и резервуара для этого случая показан на При включении в работу насоса статический напор равен Нп1, а при отключении соответственно становится равным Нп Изменение статического напора определяется разностью уровней в резервуаре при включении и отключении насоса.

По этой причине характеристика трубопровода на 2 в начальный период откачки занимает положение 1, а в конце - положение Рабочая точка насоса, работающего с постоянной частотой вращения, перемещается по напорной характеристике насоса от точки а до точки б, т.е. насос работает с переменным напором от На до Нб.

Если в каждый момент времени из резервуара вытекает столько жидкости, сколько ее туда поступает, то уровень можно стабилизировать в верхнем положении.

Перекачка жидкости с более высокого уровня требует меньших затрат электроэнергии, чем с нижнего. Такой экономичный режим работы насоса может быть обеспечен изменением частоты его вращения. В этом случае рабочая точка насоса перемещается по характеристике трубопровода от точки а до точки в , т.е. насос работает с переменным напором от На до Нв. В таком режиме развиваемый насосом напор меньше, чем в предыдущем. Следовательно, и расход электроэнергии на перекачку одного и того же объема жидкости меньше, чем при циклическом режиме работы.

Кроме того, в этом случае исключаются многократные включения и отключения насосов, что благотворно влияет на повышение надежности и долговечности работы технологического и электротехнического оборудования.

Анализ режимов работы действующих насосных установок различного назначения демонстрирует, что на повышение динамической составляющей напора в насосных установках в зависимости от местных условий нерационально расходуется до 15%, а в отдельных случаях до 25% электроэнергии.

На повышение статической составляющей напора нерационально расходуется 5-10%, а в отдельных случаях до 20% электроэнергии.

Отсюда следует, что для устранения потерь электроэнергии в насосных установках необходимо обеспечить такой режим, при котором рабочая точка насоса перемещалась бы по характеристике трубопровода, а уровень в приемном резервуаре стабилизировался на верхнем максимально допустимом пределе.

Наличие избыточных напоров кроме перерасхода энергии влечет за собой увеличение утечек и непроизводительных расходов воды.

Перерасход чистой воды достигает 3-5% общей подачи. Поскольку эта вода в свою очередь попадает в систему водоотведения, то объем перекачки и очистки сточных вод возрастает примерно на эту же величину.

Кроме того, потери энергии в насосных установках имеют место из-за использования насосного и гидромеханического оборудования, не соответствующего реальным режимам работы системы водоподачи или водоотведения.

Для обеспечения экономичных и безопасных режимов работы насосных установок необходимо прежде всего правильно выбрать состав насосного оборудования, определить наиболее экономичные сочетания разнотипных насосов, устранить несоответствие параметров насосной установки и сети за счет подбора рабочих колес различного размера или частоты их вращения.

Совместная работа насосов и трубопроводов возможна, если подача насосов равна расходу воды в сети, а развиваемый ими напор равен статической высоте водоподъема и потерям напора в трубопроводах. Несоответствие параметров насосной установки и системы трубопроводов, выбор насосов с запасом по напору и расходу без принятия специальных мер ведут к возникновению режимов перегрузки, явлений кавитации, помпажа и др.

Одним из способов приведения в соответствие характеристик насосов и трубопроводов является замена рабочих колес насоса или обточка рабочего колеса на другой диаметр. Принимая решение об обточке или замене рабочего колеса, следует быть уверенным в том, что расчетный режим будет продолжаться достаточно долго и обратная замена рабочего колеса потребуется не скоро. При замене рабочих колес целесообразно использовать стандартные колеса того или иного диаметра, изготавливаемые промышленностью.

Если нет уверенности в том, что работа насосных установок с пониженной подачей и напором будет продолжительной, прибегают к дросселированию напорных линий. Следует иметь в виду, что в ряде случаев расчетный режим характеризуется не одной, а множеством рабочих точек, соответствующих широкому диапазону изменения подач и напоров. задача усложняется и при определенных условиях не может быть решена выбором какого-либо одного типа насоса. В этом случае прибегают к установке нескольких насосов с различными характеристиками, или их последовательным и параллельным соединением, или использованием осевых насосов с поворотными лопатками и проч. Совокупностью описанных приемов можно привести в соответствие режим работы насосной установки с режимом работы водопроводной или канализационной сети.

Упомянутые способы регулирования хотя и снижают расход электроэнергии, но не обеспечивают минимально возможного ее потребления и имеют ограниченную область применения. Более высокую эффективность обеспечивают способы регулирования, основанные на изменении частоты вращения рабочих колес центробежных насосов.

Изменение частоты вращения рабочего колеса насоса ведет к изменению всех его рабочих параметров. При этом изменяется положение характеристик насосов. Пересчет характеристик насосов на другую частоту вращения осуществляется с помощью так называемых формул приведения.

Формулы приведения можно использовать для определения рабочих параметров насоса, работающего с измененной частотой вращения только в отдельных частных случаях, например при работе одиночного насоса без статического напора. При работе с противодавлением этого делать никак нельзя, так как рабочие параметры насоса зависят также и от характеристики системы трубопроводов, на которую он работает.

В современных насосных установках изменение частоты вращения насосов чаще всего осуществляется с применением регулируемого электропривода.

По своим энергетическим характеристикам регулируемые электроприводы подразделяются на три основные группы:

- приводы с потерями энергии скольжения (электродвигатели с реостатом в цепи ротора, приводы с гидравлическими и электромагнитными муфтами скольжения и т.п.);

- приводы с рекуперацией энергии скольжения (электрические, электромеханические и асинхронные вентильные каскады и т.п.);

- приводы, регулируемые без потерь энергии скольжения (частотные приводы, вентильные двигатели, многоскоростные двигатели).

Наибольшее распространение в современной практике водоснабжения и водоотведения получили следующие виды регулируемого электропривода:

- частотный с преобразователем на транзисторных IGBT-модулях;

- по схеме асинхронно-вентильного каскада;

- по схеме вентильного двигателя;

- с индукторными муфтами скольжения;

- с гидромуфтами;

- с гидравлическими вариаторами.

Каждый из названных регулируемых приводов имеет свои преимущества и недостатки. Их выбор должен проводиться квалифицированными специалистами на основе изучения состава оборудования насосной установки, анализа режима ее работы во взаимосвязи с режимом работы водопроводных и канализационных сетей и других насосных установок, подающих воду в водопроводную сеть.

Регулируемый электропривод должен использоваться в составе системы автоматизированного управления режимами работы насосной установки.