МЕТОД ТРЁХ МАНОМЕТРОВ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК (к проблеме энергосбережения)
В.А. Бендерович, Э.Д. Лунаци
Циркуляционное перекачивание жидкостей применяется во многих технологических или отопительных системах. Насосы в них обычно работают с постоянной подачей.
Рано или поздно любой циркуляционный насос приходится менять из-за износа различных элементов. При этом возникает вопрос о том, какой насос выбрать в качестве заменяющего. Иногда требуется срочная замена из-за выхода из строя одного из насосов, когда система остаётся без резерва.
Похожий случай был при пуске ЦТП Сетуньских очистных сооружений, когда потребовалось заменить один из двух установленных по проекту насосных агрегатов К45/30 с номинальной подачей 45 м3/ч и напором 30 метров. Двигатель имел мощность 7,5 кВт.
Действительные подача и напор не были известны, так как в системе не оказалось мест подключения манометров, и, тем более, расходомера.
Времени на поиски документов и на расчёты и денег на покупку нового такого же агрегата не было. Поэтому вместо вышедшего из строя насоса установили неиспользовавшийся агрегат с насосом К8/18 (номинальная подача 8 м3/ч, номинальный напор 18 метров). Двигатель в агрегате имел мощность 1,5 кВт. Агрегат был установлен для того, чтобы обеспечить хоть какой-то резерв. Во время подготовки нового насоса к установке в системе отопления работал второй (резервный) агрегат К45/30.
Для монтажа маленького насоса пришлось изготовить новые присоединительные элементы трубопровода, в которых уже предусмотрели места подключения манометров.
Пробный запуск маленького агрегата в системе показал, что он работает с подачей около 13 м3/ч при напоре 10 метров. При этом ток в обмотках двигателя меньше номинального. Но самым удивительных было то, что при отключении большого насоса и включении маленького в помещениях не было замечено изменения температуры. Более того, на 1-2 оС снизилась температура “обратной” воды, возвращаемой в городскую сеть, что весьма ценно для теплосети.
Видимо, в отопительной сети имелся большой запас, позволяющий снизить скорость циркуляции воды по трубам и радиаторам.
Экономия 144 кВч каждые сутки имела существенное значение. Поэтому маленький насос в дальнейшем использовался в качестве основного, а второй насос К45/30 был выведен в резерв.
Нам многократно приходилось выезжать на предприятия, где были жалобы на перегрев двигателей циркуляционных насосов. И каждый раз оказывалось, что циркуляционные насосы, выбранные “на глазок” взамен старых вышедших из строя, работают в режиме слишком большой подачи.
Прикрывая задвижку на нагнетании насоса, уменьшали подачу. При этом ток двигателя снижался до номинального или даже меньших значений. Проверка температурного режима в помещениях (правда, тоже “на глазок” и “на ощупь”) показывала, что режим обогрева практически не изменялся.
При такой регулировке значительная часть энергии теряется на дросселирование потока в задвижке. Эту энергию тоже можно было бы сэкономить, обточив рабочее колесо насоса. Но, как правило, если отопительная система начинает действовать, пусть и с потерями, службы эксплуатации не занимаются доводкой насоса, а погружаются в другие повседневные заботы.
Так как же выбрать новый насос, которым предстоит в скором времени заменить “дышащий на ладан” изношенный старый.
В большинстве случаев степень изношенности определяют по необходимости слишком частой замены сальниковой набивки уплотнения вала, по утечкам из сальника, по шуму и вибрации, с которыми работает агрегат. Скорее всего, при этом характеристика насоса (зависимость напора от подачи) меняется мало.
В подборе нового насоса может помочь так называемый “метод трёх манометров”. При этом нужна характеристика заменяемого насоса, взятая хотя бы из каталога. Применяя метод, можно выявить лишние потери энергии, получить заметное снижение энергопотребления при работе новых циркуляционных насосов и затратить меньше средств при покупке насоса, как правило, с электродвигателем меньшей мощности.
На рис. 1 показана простейшая схема циркуляционной отопительной системы, в которой всегда имеются задвижки 1 и 2, обычно использующиеся только при ремонтах насосов, и три манометра 3, 4 и 5. Установить и подключить манометры может любой толковый механик.
Рис. 1. Схема работы отопительной сети с циркуляционным насосом
На рис. 2 показана типичная зависимость напора от подачи центробежного насоса, требующего замены. Пусть насос обеспечивает нужный температурный режим в помещениях.
Рис. 2. Типичная характеристика заменяемого центробежного насоса. Алгоритм поиска режима для выбора заменяющего насоса методом трёх манометров
При работе старого насоса в исходном режиме Q0 разность давлений определяется по манометрам 4 и 3, сопротивление системы в точности соответствует напору H0насоса. При измерениях нужно учитывать высоту расположения манометров. При необходимости, можно уточнить напор, если сечения труб в местах подключения манометров сильно разнятся (учесть разность скоростных напоров в этих сечениях).
Показания манометра 5 будут почти такими же, как и манометра 4, если потери в обратном клапане и задвижке 1 малы, а манометр 5 установлен почти на том же уровне, что и манометр 4.
Если по каким-то причинам показания манометров 4 и 5 заметно отличаются, то это означает, что в задвижке или обратном клапане есть существенные потери.
Итак, пусть показания манометров 4 и 5 практически совпадают, и разница давлений по манометрам 4 и 3 отвечает режиму Q0на характеристике насоса (рис. 2).
Примечание.
Показания манометра 3 (M3) наверняка останутся неизменными, поскольку как раз в этом месте обычно к отопительной системе подключается так называемый расширительный бак. Если система работает с подпором, например, от гидропневмоаккумулирующего бака, то это можно учесть, так как показания манометров будут изменяться и от этого фактора.
Прикроем задвижку 1, снизив подачу насоса. Разница давления по манометрам 4 и 3 возрастёт. По ней можно найти новую подачу насоса Q1 в точке 1 характеристики (рис. 2). При этом появится разность давления ▲p1=▲pм4-▲pм5, вызванная сопротивлением на задвижке 1. После какого-то периода работы системы в новом режиме необходимо проверить, изменился ли тепловой режим системы. Для этого нужно ощупать батареи в помещениях, снять показания термометров, имеющихся в отопительной сети. Как указывалось выше, есть шанс, что изменение температуры будет ничтожным. Запишем показания манометров 5 и 4 в этом режиме и отложим от точки 1 по вертикали вниз потери напора, соответствующие разности давления ▲p1. Потери напора в задвижке hпот.з1 = ▲p1/γ. Таким образом получим точку 1`.
Если тепловой режим системы не изменился, можно ещё прикрыть задвижку 1 и получить следующий режим Q2 в точке 2. В этом режиме тоже нужно проверить тепловое состояние системы. Допустим, что при работе насоса в режиме с подачей Q2, в помещениях стало заметно холоднее. Тогда можно попробовать промежуточный режим между точками 1 и 2 или вернуться в режим 1.
Новый насос нужно подбирать таким, чтобы он, обеспечивал подачу Q1 и напор, соответствующий точке 1`, поскольку при работе нового насоса задвижка 1 будет полностью открыта, и потерь в ней не будет.
В новом насосе энергозатраты окажутся явно меньше. Для отчётности и экономических обоснований необходимо измерить напряжение в электросети и ток в двигателе старого насоса при работе в режиме с подачей Q2.
Этот метод можно применять не только в системах отопления с циркуляционным насосом, но и в технологических системах с подогревом, перемешиванием, растворением продуктов и т.д. Словом, везде, где гидравлическое сопротивление контура циркуляции и подача, с которой работает насос, неизвестны.
Даже если окажется, что режим Q0является оптимальным по обогреву помещений, и изменять его не следует, то появится обоснование поисков нового насоса для этого режима. Тогда можно именно для него искать насос с большим КПД, с меньшим двигателем, меньшими утечками и т.п.
Метод не требует применения дорогого расходомера, использование которого сопряжено с необходимостью сложных градуировок (особенно при модернизации химических, циркуляционных установок) и с переделкой элементов трубопроводов.
Загляните в каталог, там вы найдете нужное оборудование
