ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ НАСОСОВ

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И МЕТОДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ НАСОСОВ

Антропов Ярослав Алексеевич

студент, Тольяттинский государственный университет,

РФ, г. Тольятти

Кретов Дмитрий Алексеевич

канд. техн. наук, доц. кафедры «Электроснабжение и электротехника», Тольяттинский государственный университет,

РФ, г. Тольятти

FEATURES OF OPERATION AND METHODS OF REGULATION OF FEED PUMPS

Yaroslav Antropov

student, Toliatti State University,

Russia, Tolyatti

Dmitry Kretov

candidate of technical science, associate professor, Department of Power Supply and Electrical Engineering, Toliatti State University,

Russia, Tolyatti

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются особенности работы и методы регулирования питательных насосов для теплоэнергетических объектов. Произведен анализ экономической эффективности представленных способов регулирования производительности насосов.

ABSTRACT

This article discusses the specifics of operation and regulatory methods of feed pumps for thermal power facilities. An analysis of the economic efficiency of the provided methods of regulating the capacity of pumps was carried out.

Ключевые слова: ТЭЦ, питательный насос, энергоэффективность, экономическая эффективность.

Keywords: TPP, feed pump, energy efficiency, economic efficiency.

Вопросы повышения надежности эксплуатации насосного оборудования теплоэнергетических объектов являются весьма актуальными и требуют повышенного внимания как эксплуатирующих, так и проектирующих организаций. Поскольку бесперебойное функционирование разнообразных основных и дополнительных технологических линий и циклов во многом зависит от бесперебойной и устойчивой работы насосного оборудования, составляющего значительную часть теплотехнического оборудования объектов энергоснабжения.

Получившие наибольшее распространение центробежные насосы представляют из себя необычайно энергоемкие механизмы, расходующие большое количество энергии, которая составляет приблизительно 20 % от вырабатываемой электроэнергии. Насосы такого типа имеют высокую производительность и простую конструкцию, надежны в течение длительной эксплуатации, обеспечивают равномерный поток жидкости, могут перекачивать загрязненные жидкости, не требуют обустройства сложных фундаментов, неприхотливы в облуживании. Особо эффективны при постоянной интенсивной перекачке больших объемов жидкости.

Мощность промышленных центробежных насосов в зависимости от области применения может составлять как от 1 кВт, так и достигать нескольких десятков тыс. кВт. Питательные насосы тепловых электростанций и насосы гидротехнических сооружений достигают мощности 25 тыс. кВт. В большинстве случаев насосы работают на сеть с противодавлением, причём статический напор сети обычно не превышает 20% полного напора. Главная особенность циркуляционных насосов — это возможность осуществлять работу на сеть, которая фактически не имеет статического напора. Нерегулируемым электроприводом продолжает оснащаться большая часть производимых насосов. Дросселирование на стороне нагнетания в установках центробежных насосов получило наибольшее распространение, так как оказалось наиболее простым способом регулирования напора. [1стр.169].

Производительность насосов регулируют при необходимости:

1) Регулировать количество подаваемой насосом жидкости для следования технологическим требованиям или ввиду произвольного изменения потребности в жидкости (к примеру, производительность циркуляционного насоса системы охлаждения нужно регулировать в зависимости от количества теплоты, подлежащей отводу, или в зависимости от режима теплопотребления, необходимо изменять производительность сетевых насосов);

2) Для первоначальной подрегулировки производительности насоса для обеспечения требуемого расхода (например, если требуется насос с параметрами  и  для подачи жидкости на нужную высоту при постоянстве расхода и сопротивления гидросети, то его выбирают по каталогу с ближайшим номинальным напором при данном расходе, т.е.

Ниже приведены результаты расчетов и исследований, проведенных для центробежного насоса (см. рисунок 1) [2. стр.96].

а)                                                                   б)

Рисунок 1. Результаты расчетов и исследований, проведенных для питательного насоса:

а) Характеристики сети и насоса при дросселировании; б) Изменение КПД при дросселировании

Предположим, что для работы с заданными параметрами напор насоса должен быть снижен c  до . Если насос работает при неизменной частоте вращения, то простым и наиболее применяемым способом регулирования его производительности является дросселирование, т.е. неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса. Это соответствует увеличению вредного сопротивления сети.

Если задвижка открыта полностью (характеристика сети соответствует кривой 1– рисунок 1.а), то рабочей является т. А, которой соответствует максимальный расход  и напор . Кривая 1 – задвижка открыта полностью, Кривая КПД в функции Q, –потери напора на задвижке.

Если задвижку открыть не полностью, то появляется дополнительное паразитное сопротивление , вызывающее потерю напора . При этом снижается расход (т. B с параметрами  и ).

Такой способ регулирования производительности весьма прост, но с энергетической точки зрения крайне невыгоден, так как ведет к существенному снижению КПД насосного агрегата и напрасному расходованию электроэнергии. Это происходит по двум причинам:

1. Первая причина, связана с дополнительных потерь мощности в задвижке, определяемых по формуле [3 стр.7].

2. Вторая причина, вследствие снижения КПД самого насосного агрегата, объясняющегося переходом от работы в т. А к работе в т. В (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Зависимость КПД при регулировании производительности

1 – линия при регулировании заслонкой, 2 –  кривая регулирования частотой вращения двигателя

При регулировании дросселированием полный КПД насоса рассчитывают по формуле [1 стр.5].

Где  – КПД собственно насоса, определяемый при данном Q по характеристике   – см. рисунок 1.б;

 – полезный напор, определяемый по характеристике сети (кривая 1) для данного значения Q, .

Н – напор, развиваемый насосом и определяемый по характеристике Н=f(Q) насоса для текущего значения Q, .

В результате сравнения КПД рассмотренных видов регулирования было выявлено, что способ регулирования с помощью задвижек показал себя крайне неэкономичным. В таком случае, регулируемый привод является наиболее перспективным выбором.

Как правило, насосные агрегаты объединяют в насосные станции, где несколько насосов совместно работают на одну сеть. Далее рассмотрим сценарий, при котором два насоса параллельно работают на общую сеть. При работе насосов с постоянной частотой вращения, положение точки А (см. рисунок 3.) определяется пересечением их суммарной характеристики (кривая 2) с характеристикой сети (кривая 1). Характеристики насосов 1 и 2 будут соответствовать 5 и 4  (производительности  и ). Расход можно регулировать дросселированием одного или обоих насосов.

Рисунок 3. Характеристики совместной работы насосов при дросселировании

На рисунке 3 показан вариант дросселирования насоса где, А – рабочие точки при совместной работе двух насосов, 1 – характеристика сети, 2 – суммарная характеристика двух насосов, 4 – 5 характеристики насосов при производительности  и , 6 – совместная характеристика насосов при регулировании заслонки на одном двигателе.

При анализе совместной работы насосов, падение напора в задвижке удобнее рассматривать как внутренние потери напора в насосе. В этом случае угол наклона его характеристики при дросселировании насоса возрастает. Если прикрыть задвижку так, что характеристика насоса 1 на рисунке займет положение, соответствующее кривой 6, то результирующая производительность снизится до  (т. А). Тогда суммарная характеристика насосов будет соответствовать кривой 3.

Регулирование производительности насосной станции изменением частоты вращения иллюстрируются на рисунке 4.

1 – характеристика сети, 2 – суммарная характеристика насосов с производительностью , 3 – с производительностью , 6,7 – характеристики при уменьшении частоты вращения обоих двигателей, 8 – при снижении частоты вращения одного двигателя.

Пусть два насоса (суммарная характеристика – кривая 2) работают на сеть (кривая 1) с производительностью   (т. А). Для уменьшения их производительности  (т.  – кривая 3) можно либо уменьшить частоту вращения обоих насосов (характеристики 6 и 7), либо снизить, но более значительно, частоту вращения одного из насосов, например, насоса 2 (характеристика 8).

Рисунок 4. Характеристики совместной работы насосов при регулировании производительности насосной станции изменением частоты вращения

Наиболее выигрышным методом регулирования, с точки зрения экономичности, будет являться вариант изменения частоты вращения всех параллельно работающих насосов. Впрочем, данный метод напрямую связан с увеличением капитальных расходов на оборудование всех аппаратов с регулируемым электроприводом. Следственно, для большей части насосных станций лучшим решением будет иметь в своем распоряжении только один регулируемый аппарат, а если возникает необходимость наиболее углубленного регулирования – то отключать отдельные насосы.

Список литературы:

1. Шерстюк А. Н. Насосы, вентиляторы и компрессоры Учебное пособие для втузов М: «Высшая школа», 1972. 344 с.
2. Якубчик П.П.  Насосы и насосные станции. Учебное пособие М: Издательский центр «Академия», 1997. 107с.
3. Николенко И.В, Котовская Е.Е. Энергосберегающие технологии систем водоснабжения и водоотведения. Методические указания к практическим занятиям. ФГАОУ ВО «КФУ им В.И. Вернадского», АСиА, Симферополь, 2019. 42 с.