Потребление электроэнергии основными насосными агрегатами

Прогнозирование потребления электроэнергии. Электроэнергия, потребляемая насосными агрегатами, расходуется на подъем жидкости и преодоление гидродинамического сопротивления в трубопроводах. Кроме того, часть электроэнергии расходуется и в самих насосных агрегатах на преодоление сил трения в сальниках и подшипниках насосных агрегатов, на нагрев стали и меди в электродвигателе, на его вентиляцию и проч. Отношение полезно использованной в насосном агрегате электроэнергии к полученной характеризуется КПД агрегата. Для современных насосных агрегатов в зависимости от их мощности назначения и других факторов КПД изменяется от 0,3 до 0,9.

Мощность, кВт, потребляемая насосом, определяется по формуле

(5)

где r — плотность жидкости, кг/м³; Q — подача насоса, м³/с; g –ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²; Н — напор насоса, м; h — КПД насоса.

Мощность, кВт, потребляемая насосным агрегатом,

(6)

где h _эд — КПД электродвигателя; h _пр — КПД преобразующего устройства (частотного преобразователя, трансмиссии и т.п.).

Мощность агрегатов на современных насосных станциях достигает 3,5–5 МВт, а отдельных агрегатов в крупных оросительных системах 12МВт.

Количество электроэнергии, потребляемой агрегатом за время t, при работе с постоянной подачей и неизменным давлением определяется по формуле

W = Pt, (7)

где t – время работы, ч.

В реальных установках насосные агрегаты обычно работают с переменной подачей (см. рис. 12) и соответственно с переменным давлением. Вследствие этого мощность, потребляемая агрегатом в течение некоторого времени, принимает различные значения. Поэтому использование формулы (7) ограничивается теми случаями, когда насосная установка длительно работает в равномерном режиме.

Для определения количества электроэнергии, потребляемой насосами станциями при работе в неравномерном режиме, разработаны методы, которые позволяют прогнозировать потребление электроэнергии насосными установками систем водоподачи и водоотведения [12, 40]. Ниже излагается упрощенная методика прогнозирования, разработанная во ВНИИВОДГЕО [40].

На рис. 19 представлен график совместной работы насоса и трубопровода, а также упорядоченная диаграмма (кривая распределения) подачи жидкости. Под упорядоченной диаграммой (понятие заимствовано из [50]) подачи жидкости понимается кривая, соединяющая ординаты графиков подачи жидкости в порядке возрастания или убывания. Диаграмма строится для длительного расчетного периода времени, например года.

Характеристика трубопровода описывается уравнением (4), а характеристика насоса — уравнением (1). Упорядоченная диаграмма (полностью или частично) может быть аппроксимирована уравнением прямой линии:

(8)

где Q _б — наибольшая для данной насосной установки подача за расчетный период; l — относительная минимальная подача для данной установки,l = Q _м/ Q _б; Т — длительность расчетного периода; Q _м — наименьшая для данной установки подача за расчетный период. В качестве расчетного периода принимается продолжительный отрезок времени, например год, т.е. T =8760 ч.

С использованием уравнений (5) и (8) получена зависимость потребляемой насосами мощности от времени, которая справедлива при условии, что насос работает без излишнего напора. При ее выводе приняты некоторые допущения, в частности, что насосы работают в пределах рабочей зоны и, следовательно, КПД в процессе работы изменяются незначительно.

После интегрирования этой зависимости в пределах от 0 до T некоторых других преобразований получено выражение для определения количества энергии:

(9)

где N _б — мощность, потребляемая насосом при максимальной подача кВт; H _п^* = H _п/ H _б — относительный статический напор. Мощность N _бвычисляется по формуле (5) при подстановке соответствующих значений максимальной для данной установки подачи Q _б и напора H _б, соответствующего этой подаче (рис. 19).

Уравнение (9) позволяет вычислить потребление энергии насосной установкой за расчетный период времени Т при условии, что ее агрегаты поддерживают минимально необходимый напор в полном соответствии с уравнением (4), т.е. установка работает без превышения напора. Погрешность вычислений составляет ±(10–15) %.

Если зависимость Н = f(Q) выразить уравнением характеристики насоса (7), а не трубопровода, аналогичным образом можно получить выражение для определения потребления электроэнергии насосным агрегатом при работе с превышением напора:

(8)

где H _п^* = H _ф/ H _б — относительный фиктивный напор насоса при нулевой подаче.

Уравнение (10) получено для установки с одним работающим насосным агрегатом. Если одновременно работают несколько насосов, развиваемый ими напор несколько ниже, чем напор, развиваемый при тех же условиях одним насосом. По этой причине в уравнение (10) следует ввести понижающий коэффициент y, значение которого зависит от числа работающих агрегатов и относительного статического напора H _п^* (рис. 20, а, б)

Дата добавления: 2015-07-20