Критерии рационального использования энергии в насосных станциях

Э. В. Залуцкий, канд. техн. наук, доцент кафедры “Водоснабжение” Киевского национального университета строительства и архитектуры

Обязательной паспортной характеристикой любого насоса является КПД - отношение полезной энергии Nпл, которая передается в насосе перекачиваемой жидкости, к механической энергии N_дв, которая подводится от двигателя к насосу:

h_н = N_пл / N_дв.

Более полное представление о потерях энергии в насосном агрегате дает КПД насосого агрегата:

h_на = h_н • h_пр • h_дв,

где h_дв - КПД электродвигателя;

h_пр - КПД передачи от двигателя к насосу.

Значения h_н и h_на зависят от конструкции и размеров насоса, а также от величины подачи в данный момент.

Для насосной станции, состоящей из нескольких насосов и обеспечивающей подачу в пределах от Q_min до Q_max, можно рассматривать график КПД насосной станции в зависимости от ее подачи: h_н.с. = f(Q). Предполагается, что в каждый момент работы насосной станции обеспечивается включение минимально необходимого количества насосов. КПД насосной станции строится по КПД насосных агрегатов, и при удачном подборе типа и числа насосов в пределах области перекачиваемых расходов может иметь относительно мало изменяющиеся, близкие к максимальным значения.

Не всю энергию, передаваемую жидкости в насосе, следует рассматривать как полезную. Насосы могут реализовывать свою подачу лишь в насосной установке - системе, которая состоит из приемного и напорного резервуаров, насосов и связывающих их трубопроводов. Пропускная способность установки зависит от создаваемых в ней напоров: Q = f(H_т). Рабочие режимы насосной станции возможны только в точках пересечения характеристик насосов и трубопроводов.

Рисунок 1. (подробнее) График совместной работы станции из трех параллельно соединенных насосов: Нн - напор насосов, Нт - требуемый напор, Н - избыточный напор

На рис. 1 приведен график совместной работы станции с тремя параллельно соединенными насосами на некоторую систему водопровода. Лишь при трех расходах напоры насосов DH соответствуют потребным напорам H_т. Во всех остальных случаях в системе создаются избыточные напоры DH. Следует отметить, что избыточные напоры могут иметь место и в системах с регулирующими емкостями, например, с водонапорными башнями. Энергия, затрачиваемая на создание избыточных напоров, не может рассматриваться как полезная.

Рисунок 2. (подробнее) Сравнительный график коэффициентов полезного действия насоса, насосной станции и насосной установки

Эту особенность работы насосных станций мы предлагаем учитывать КПД насосной установки:

h_н.у. = h_н • h_пр • h_дв • (H_т / H_н).

Значения h_н.у. существенно меньше значений h_н.с., и график КПД насосной установки располагается ниже графика КПД насосной станции. При подборе насосного оборудования следует ориентироваться именно на варианты с большими значениями h_н.у.. Для определения КПД насосной установки, кроме энергетических характеристик насосов, двигателей и передач, необходимо знать характеристики трубопроводов и принципы включения/отключения насосов.

Рисунок 3. (подробнее) Суточный график потребления

Рациональность использования энергии на насосной станции существенно зависит от графика обеспечиваемого ею водопотребления. Определить ее можно с помощью коэффициента рационального использования энергии K_р.и. для некоторого времени. Для суток K_р.и. является отношением суточной суммы полезной энергии к суточной сумме использованной энергии. Предполагая ступенчатый график водопотребления, суточный коэффициент рационального использования энергии исчисляют следующим образом:

В Киевском национальном университете строительства и архитектуры разработаны и уже более 15 лет используются программы для ПЭВМ, моделирующие суточную работу насосных станций и позволяющие определять КПД насосной установки и коэффициент рационального использования энергии на насосной станции.

Рассмотренные в статье параметры могут использоваться проектировщиками при выборе оптимальных вариантов насосного оборудования, а также специалистами по эксплуатации систем водопровода при сопоставлении и оценке работы существующих насосных станций.