Ввиду наблюдаемого сегодня увеличения темпов строительства, оживления промышленного производства, сокращения сроков монтажа и ввода в эксплуатацию инженерных сетей, особую ценность для потребителя приобретает насосное оборудование, характеризующееся простотой монтажа, легкостью настройки и удобством эксплуатации.
Все большую популярность приобретают автоматизированные установки повышения давления, имеющие в своем составе и насосы, и устройства управления c контрольноизмерительными устройствами, а также все необходимые электрические подключения, трубную обвязку и монтажную раму-основание. Установки повышения давления, исходя из принципа управления, подразделяются на релейные и с частотным управлением.
Установки повышения давления с релейным управлением
Релейные установки управляются, как правило, электромеханическими шкафами, запускающими либо останавливающими насосы по сигналам от реле давления. Реле давления привязаны в установке (каждое, соответственно, к «своему» насосу) и настраиваются на различный уровень давления в пределах выбранной потребителем рабочей точки.
Вследствие этого запуск насосов производится в каскадном (последовательном) режиме, а остановка насосов происходит в последовательности, обратной последовательности их запуска. Таким образом, рабочее давление релейной установки является усредненной характеристикой, зависящей от текущего значения производительности. Невозможность точно поддерживать значение давления, требуемое потребителю, является одним из недостатков релейных установок. Этого недостатка лишены установки повышения давления с частотным управлением, обладая возможностью программирования уровня давления, требуемого потребителю.
Установки повышения давления с частотным управлением
Для управления насосами в установках с частотным управлением реализован принцип частотного регулирования — изменения скорости вращения вала электродвигателя насоса с помощью частотного преобразователя.
Преимущества частотного регулирования
Частотное регулирование позволяет плавно изменять скорость вращения вала насоса в зависимости от фактического потребления воды при обеспечении постоянного давления в системе, уровень которого задается (настраивается) потребителем. При этом достигается значительная экономия электроэнергии — из питающей сети потребляется мощность, необходимая для питания электродвигателя насоса именно при той скорости вращения вала, которая позволяет обеспечить фактический расход воды в системе в текущий момент времени.
Таким образом, график работы насоса преобразуется в область, каждая точка которой является рабочей для насоса, управляемого частотным преобразователем. Дополнительным преимуществом является отсутствие больших пусковых токов, имеющих место при прямом пуске электродвигателей. Значительно снижается также и уровень шума, сопровождающего работу насосов.
Кроме того, увеличивается ресурс работы насосов и трубопроводной арматуры, снижается вероятность гидравлических ударов, возникающих при резкой остановке насосов, отпадает необходимость в установке гидроаккумуляторов большого объема, повышается общий КПД системы. Производители насосного оборудования применяют различные схемы построения устройств управления (шкафов управления), но чаще всего встречаются следующие:
- шкаф управления, имеющий в своем составе один или более частотных преобразователей, регулирующих (чаще всего в попеременном режиме) скорость вращения валов электродвигателей насосов;
- шкаф управления, являющийся устройством, управляющим работой встроенных частотных преобразователей, имеющихся на каждом насосе (фото 1).
Однако перечисленные схемы имеют ряд особенностей, негативно влияющих как на массогабаритные и эксплуатационные характеристики, так и на стоимость оборудования. Например, частотные преобразователи, смонтированные в шкафах управления, являются устройствами общепромышленного применения, то есть могут использоваться для частотного регулирования не только электродвигателей насосов, но и любых других электродвигателей.
Также для адаптации под использование с насосами требуется специальный интерфейс, позволяющий настраивать необходимые для работы установки повышения давления параметры. Их количество варьируется у разных производителей, но чаще всего составляет до 10–20 параметров. Однако, в целом, задействовано не более 20–30 % функциональных возможностей частотного преобразователя, а это значит, что при покупке оборудования потребитель переплачивает за 70–80 % фактически неиспользуемого им потенциала одной из самых дорогих составных частей приобретаемого изделия.
Используемые при альтернативной схеме построения устройств управления насосы со встроенным частотным преобразователем также существенно дороже обычных насосов, а стоимость шкафа управления, регулирующего их работу, сопоставима со стоимостью шкафов управления с частотным преобразователем. Обе схемы предполагают наличие отдельного шкафа управления, занимающего немалую долю габаритов установки повышения давления, а процесс настройки устройств управления является непростым, требующим специальных знаний и навыков, и чаще всего может быть выполнен лишь специалистами, обладающими достаточной квалификацией и опытом, а их услуги также недешевы.
В этих условиях особую ценность приобретают такие характеристики установок повышения давления, как простота настройки и перепрограммирования, вкупе с компактными размерами и умеренными затратами на приобретение установок и ввод их в эксплуатацию. Впрочем, уже сейчас на российском рынке предлагаются установки, не имеющие шкафа управления и основанные на размещении частотного преобразователя непосредственно на насосе (фото 2).
Функцию шкафа управления при этой схеме берет на себя один из частотных преобразователей («главный»), контролирующий работу как насоса, на котором он установлен, так и насосной группы в целом, давая команду на запуск насоса с минимальным временем наработки, что позволяет в полной мере реализовать принципы модульности и взаимозаменяемости.
При необходимости не составляет труда выполнить перенастройку установки повышения давления с переносом функции «главного» на любой выбранный для этого преобразователь, для этого понадобится лишь подключить к нему датчик давления. При настройке таких установок программированию подвергается относительно небольшой перечень настраиваемых параметров, делая процесс настройки установки повышения давления значительно легче и быстрее по сравнению с установками других типов.
Шумность установок повышения давления
Уровень шума, возникающего при работе установок повышения давления, отличается для установок различных компанийпроизводителей. Объясняется такое положение дел довольно просто — основной вклад в уровень шума, возникающего при работе установок повышения давления, вносят насосы и звук, сопровождающий трение воды о стенки трубопроводной арматуры (обвязки установки). При этом минимальный уровень шума соответствует минимальному трению воды о стенки трубопроводов, и наоборот. Оптимальный диаметр коллекторов рассчитывается, исходя из величины скорости потока проходящей через него воды:
где v — скорость потока жидкости, м/с; D — диаметр коллектора, мм; Q — суммарная производительность насосов, м3/ч. Как правило, изготовители стремятся сэкономить на себестоимости продукции, комплектуя установки более дешевыми коллекторами с меньшими (а иногда и с гораздо меньшими) диаметрами, чем это необходимо с учетом оптимальных величин скоростей потока.
Таким образом, минимальным уровнем шума, возникающего в результате трения воды о стенки трубопроводов, будут характеризоваться установки, при создании которых изготовитель использовал коллекторы подходящего размера. Существенное значение имеет также наличие синхронности в работе насосов. Чаще всего производители практикуют схему вывода регулируемого насоса при увеличении водоразбора на максимальную скорость вращения вала и переключения частотного преобразователя на регулирование следующего подключаемого насоса (каскадный режим), однако существуют и установки, в которых насосы работают полностью синхронно.
После включения дополнительного насоса скорость вращения вала работавшего до этого насоса снижается, а дополнительно подключенного — возрастает. После выравнивания скоростей вращения обоих насосов (в течение одной-трех секунд) оба насоса работают полностью синхронно, при одной скорости вращения вала, минимизируя тем самым шум, сопровождающий работу установки.
Насосная база установок повышения давления
Для создания установок используются различные типы насосов: вертикальные многоступенчатые насосы; горизонтальные моноблочные одноступенчатые насосы; горизонтальные многоступенчатые насосы. Потребитель выбирает тип насосов исходя из гидравлических и эксплуатационных возможностей установки (в зависимости от их предназначения).
Преимущества эксплуатации установок повышения давления с частотным управлением
При приобретении и последующей эксплуатации установок повышения давления с частотным управлением потребитель получает следующие два основных преимущества по отношению к релейным установкам:
- экономия электроэнергии (реальная экономия в отдельных случаях может достигать 40–45 % и более);
- пониженные шумность и эксплуатационный износ. В качестве негативного фактора следует отметить более высокую стоимость установок с частотным управлением, которая, впрочем, в довольно короткие сроки нивелируется экономией от пониженного потребления электроэнергии.
Проблема выбора установки повышения давления
Выбор установки с точки зрения насосной базы осуществляется потребителем исходя из конкретных условий эксплуатации и зависит от гидравлических параметров, материалов изготовления насосов, температуры перекачиваемой жидкости, массогабаритных характеристик и т.п. Потребителю остается лишь выбрать принцип управления установкой, торговую марку (либо изготовителя) и определиться с конкретной моделью.
На сегодняшний день российский рынок характеризуется заметной чувствительностью к цене продукта. В то же время установки повышения давления имеют довольно высокую стоимость (впрочем, различающуюся у разных производителей) при приблизительно сходном уровне качества. Не секрет, что стоимость оборудования во многом зависит от известности торговой марки, определяемой в том числе масштабностью рекламы, неизбежно приводящей к удорожанию продукции (производители «закладывают» расходы на рекламу в стоимость своих продуктов).
Таким образом, приобретая «брендовую» установку повышения давления, потребитель, сам того не желая, частично оплачивает расходы изготовителя на рекламу. Вследствие этого, наиболее оптимальным будет выбор, исходя из реального соотношения «цена/качество», при условии соответствия возможностей установки повышения давления всему комплексу предъявляемых к ней требований. Каким будет этот выбор — решать только потребителю.
