Является ли регулируемая скорость волшебным решением для насосов? Часть 2 из 2

Jul 13, 2023

Примечание автора: в первой части этой серии в майском выпуске журнала Pumps & Systems за 2021 год я неверно заявил, что при использовании законов сродства вы также можете думать об изменениях как о коэффициенте 4 для напора и коэффициенте 8 для мощности. . Эти утверждения верны только в том случае, если скорость увеличивается вдвое (или вдвое). Онлайн-версия была исправлена, и ее можно найти по адресу pumpsandsystems.com/author/jim-elsey.

Форма (геометрия) кривой насоса почти полностью зависит от физической формы рабочего колеса, изменения угла пути потока, соотношения диаметров (от общего к глазу), перекрытия лопастей, углов лопастей и количества лопастей. Все эти вещи, по сути, представляют собой удельную скорость (Ns) крыльчатки.

Насос будет работать там, где его кривая производительности пересекает кривую системы или, наоборот, кривая системы определяет, где насос работает на своей кривой. Кривые насоса обычно описываются (по их наклону/форме) как «плоские», или «растущие», а иногда и как «круто растущие».

Плоская кривая насоса обычно приводит к большому изменению расхода при небольшом изменении напора в системе, а крутая (восходящая) форма кривой насоса приводит к небольшому изменению расхода при большом изменении напора в системе. Эти вышеупомянутые характеристики, отображенные на системной кривой, либо принесут большую выгоду, либо ослабят ваши усилия по экономии энергии.

Системная кривая представляет все ограничения, сумму изменений высоты и общее трение в системе для всего диапазона расчетных расходов. Кривая сопротивления системы состоит из четырех факторов напора: статического напора, напора давления, напора трения и напора скорости. Мы можем игнорировать скоростной напор из-за незначительного эффекта.

Статический напор — это расстояние по вертикали, на которое жидкость должна перемещаться насосом. Хотя обычно мы имеем дело с положительным статическим напором, он также может быть отрицательным (да, перекачивание под уклон), и эти случаи могут быть неприятными, поскольку это приведет к смещению пересечения кривой трения системы с кривой насоса дальше вправо.

Напор — это давление, которое должен преодолеть насос, чтобы переместить жидкость в сосуд, например котел или реактор. Давление в фунтах на квадратный дюйм (psi), необходимое для преодоления сопротивления потоку, просто преобразуется в напор. И последнее, но не менее важное: фрикционная головка. Головка трения изменяется в зависимости от скорости потока и зависит от квадрата скорости жидкости (см. формулу Дарси-Вейсбаха). Или, проще говоря: трение увеличивается экспоненциально с увеличением скорости потока.

Системные кривые на самом деле не являются статичными объектами, несмотря на то, во что вас могут убедить некоторые процедуры расчета и проектирования. Уровни будут меняться в зависимости от процесса, а также давления (если применимо), а составляющая трения будет меняться, когда регулирующие клапаны меняют свое положение. Кроме того, компоненты системы и трубопроводы с возрастом, загрязнением и коррозией станут более суженными.

Окончательная форма кривой системы будет иметь большое влияние на осуществимость и ваше решение использовать преобразователь частоты (ЧРП). Системные кривые обычно классифицируются как «с преобладанием трения» или «с преобладанием статического напора», но вы также можете иметь комбинации того и другого.

Частотно-регулируемые приводы будут хорошо работать там, где кривая насоса имеет восходящую форму, а кривая системы подвержена преобладанию трения. Чем более пологой кривая системы (преобладает статический напор) и чем пологее кривая насоса, тем менее эффективной будет система VFD. Как правило, чем круче кривая насоса, тем выше потенциал экономии энергии, но для точности необходим анализ. Тот факт, что кривая плоская, не означает, что окупаемость инвестиций не работает.

Три основные категории систем, которые могут подойти/примениться к ЧРП:

Когда в кривой системы преобладает трение, снижение скорости приведет к тому, что рабочие точки насоса (следующие кривой системы) будут следовать наклону точки наилучшего КПД (BEP) для насоса, поскольку мощность, расход и напор также уменьшатся. Когда кривая плоская (преобладает статический напор), насос быстро выходит за пределы BEP и допустимого рабочего диапазона (AOR) при уменьшении скорости. Вы также можете приблизиться к минимальному непрерывному стабильному потоку (MCSF) на левой стороне кривой. Границы на правой стороне кривой достигаются быстро в небольшом рабочем диапазоне.