Дросселирование и частотное регулирование: выбор способа управления

Выбор между дросселированием и частотным регулированием насосного оборудования зависит от характеристики трубопроводной сети, требуемого диапазона расходов и доли статического напора. При значительных переменных гидравлических потерях снижение частоты вращения может уменьшить энергопотребление. Если же система работает с почти постоянным расходом или высоким статическим напором, преимущество частотного регулирования может быть ограниченным.

Обоснованный выбор делают не по паспортной мощности двигателя и не по одному коэффициенту экономии, а по сравнению рабочих точек насоса, входной электрической мощности и расчётных затрат при каждом способе управления.

Какие характеристики определяют выбор регулирования

Для сравнения необходимы кривая трубопроводной сети, доля статического напора, диапазон требуемых расходов и характеристики рассматриваемых приводов.

Кривая сети показывает зависимость необходимого напора от расхода. Статический напор представляет ту часть требуемого напора, которая не исчезает при уменьшении расхода. Диапазон расходов определяет, насколько существенно должны изменяться рабочие режимы насосной системы.

Эти характеристики рассматривают совместно. При значительной переменной составляющей гидравлических потерь снижение частоты вращения способно уменьшить необходимую мощность. Высокий постоянный статический напор, напротив, ограничивает допустимое снижение скорости, поскольку насос должен продолжать обеспечивать требуемый напор.

Исходные измерения должны относиться к сопоставимым режимам и границам учёта. Если фактическая характеристика сети неизвестна, расчётные предположения необходимо отделять от подтверждённых измерениями значений.

Как сравнить дросселирование и частотное регулирование

Для каждого требуемого расхода определяют рабочую точку насоса при дросселировании и при изменении частоты вращения. Затем рассчитывают входную электрическую мощность с учётом коэффициента полезного действия оборудования.

При дросселировании подачу изменяют увеличением гидравлического сопротивления. Насос продолжает работать с соответствующей характеристикой вращения, а рабочая точка изменяется вследствие воздействия регулирующего клапана.

При частотном регулировании изменяют скорость вращения насоса. Это позволяет согласовать его характеристику с требуемым расходом другим способом. Однако уменьшение скорости должно сохранять возможность работы при необходимом напоре.

Сравнивать следует именно электрическую мощность, необходимую для обеспечения одинакового полезного результата. Разница между гидравлическими характеристиками сама по себе ещё не устанавливает величину изменения энергопотребления.

Когда преимущество частотного регулирования ограничено

При почти постоянном расходе сложная система автоматического регулирования может оказаться неоправданной. Если насос большую часть времени работает в одной рабочей точке, возможности уменьшения потребления за счёт изменения скорости ограничены характером нагрузки.

При значительном статическом напоре диапазон регулирования также сужается: снижение частоты вращения ограничено необходимостью поддерживать напор, достаточный для работы системы.

Поэтому наличие технической возможности установить частотный преобразователь не означает, что такое решение будет энергетически и экономически предпочтительным. Вывод зависит от фактических рабочих точек и продолжительности соответствующих режимов.

Как оформить результат сравнения

Итогом должна стать сравнительная таблица дросселирования и частотного регулирования с расчётной входной мощностью, техническими ограничениями и затратами для рассматриваемых режимов.

Такое сравнение позволяет установить, при каких расходах изменение частоты вращения даёт преимущество, насколько оно ограничено характеристикой сети и оправдано ли применение более сложного управления.

Граница достоверности: экономию нельзя определять только по закону кубической зависимости мощности от скорости вращения. Для реальной трубопроводной сети необходимо учитывать статический напор, рабочие точки и КПД. Без этих данных конкретная величина ожидаемой экономии не подтверждена.

Связанные направления: Материалы, Насосное оборудование, Разработка мероприятий по энергосбережению.