[Urg]

Приветствую!
Не профессионал в области гидравлики, поэтому надеюсь на ваши подсказки.

Дано:
Ответственный технологический водопровод, на насосную станцию планируется установка частотных приводов для регурования давления в коллекторе и экономии электроэнергии + АВР.
Насосные агрегаты работают в горячем резерве. Давление поддерживается в ручную клапаном рециркуляции (через накопительную ёмкость, не байпас). Насосная станция проектировалась давно и, вероятно, для других значений.

4 насосных агрегата, всегда 2 в работе от разных подстанций.
Насосы ЦНС 180-255.
Всасывающий коллектор: 0,4 МПа.
Регламентное значение давления в коллекторе: 2,6-2,87 МПа.
Реальное среднее за последние пол года: 2,77МПа.
На манометрах насосов напорной стороны значение выше, чем в коллекторе примерно на 0,3 МПа (хотя приборы на одной высоте).
Средний расход за последние пол года 150 м3/час, минимальный: 55 м3/час, максимальный 195 м3/час.


1) Получается не совсем горячий резерв - один насос не обеспечит требуемый Q-H. Возможно ли увеличением частоты вращения обеспечить требуемое давление в диапазоне расхода до 180 м3/час?
По словам производителя это возможно в разумных пределах и ограничено мощностью двигателя. Собственно получается 52 Гц, 1535 Оборотов, 200 кВт. Но как это на практике?

2) На напорной стороне насоса давление стоит ровно 2,8 МПа, на двигателе 230 А. Но если пересчитать в мощность (N=136 кВт), то у меня не сходятся значения на графике характеристик. Почему?

3) Прикидочный расчет работы с ЧРП показал, что экономии никакой не получится - снижать частоту некуда (исходя из среднего реального давления). На 50 Гц насосы качают на границе рабочего диапазона - закроем рециркуляцию - еще больше сместимся в сторону не рабочего. И всё это регулирование в пределах 49-50 Гц.

4) Полную реконструкцию насосной сделать не выйдет. На мой взгляд, адекватно можно установить регулирующий клапан на рециркуляцию и сэкономить на частотниках. Тем более их хотят установить на каждый агрегат. Шкаф управления АВР будет в любом случае, туда же и регулирование давления завязать.

Что скажете? Подтвердите или опровергните мои догадки, пожалуйста.

[KronSerg]

Уже полчаса читаю топик, пытаюсь нарисовать принципиальную схему, угадать график характеристики насоса, но телепатических способностей, к сожалению, не хватает.
Судя, по приложенной картинке, ты не вычитаешь напор на всасе из напора на напорке, это очевидная ошибка, её сразу поправь.
Проверить расход по току можно, но данных для этого катострофически не хватает, приведено одно значение тока, при этом не пояснено на один это насос, или на оба, какие напоры при это на всасе и напорке, какое напряжение в вводе.

Что-либо проверить и сделать вывод исходя из этих данных не реально.
Нарисуй принципиалку, давай два напора, а не один, приложи график характеристики насоса.
Лучше всего, сделай таблицу реальной работы (напор на всасе/напор на напорке/ напряжение на вводе/ потребляемый ток), если данные будут для каждого насоса отдельно, то данные нужны по обоим насосам.

[RrRR]

Картинка не прицепилась(
выглядит так:
____________________________

____________________________

Сообщение от Urg то у меня не сходятся значения на графике характеристик

дайте график и как считали мощность.

[Urg]

Напоры на насосах одинаковы 2,8 МПа...
Должны быть. По факту на одном (Н2) вибрация и давление напора скачет +-0,05МПа.
Давление на всасе точно не известно, но в коллекторе оно поддерживается на уровне 0,4 МПа.

H1: Двигатель ДАН 315S-4УЗ (200 кВт; 380 В; cos f = 0,9; кпд 93,2; на амперметре - 230 А)
H2: Двигатель ДАН 315S-4УЗ (200 кВт; 380 В; cos f = 0,9; кпд 93,2; на амперметре - 250 А).

Возможно это механическая проблема, возможно кавитация на насосе Н2.

Мощность двигателя определена по упрощенной формуле (во вложении). Данные по насосу определены по формулам кинематического подобия (во вложении).

Хар-ку для 2х насосов выложу чуть позже.

----- добавлено через ~14 мин. -----
Регулирующий клапан сейчас работает в режиме кавитации - большой перепад давления. Обычный проедало насквозь за месяц, из нержавейки хватает на пол года или на год.
Если вариант с ЧРП будет несостоятельным, то здорово было бы поставить спец клапан. Фишер или Ерхард, например. Правда стоит он как один частотник на 200 кВт. Так что надо точно его подобрать. Думаю над этим.

[KronSerg]

Нельзя оценить работу насоса только по работе двигателя, есть ещё гидравлическая мощность насоса, она считается как разность напоров на всасе и напорке в метрах, помноженной на расход в кубах в сек., всё это умножить на 9800.
Отношение гидравлической мощности к мощности электрической - КПД насоса.
КПД насоса по-хорошему нужно определять по графику характеристики, приближённо можно взять 60%.
Поигравшись с этими цифрами, можно получить правдоподобную рабочую точку насоса, фактическую, а не теоретическую. Имея рабочую фактическую точку, можно выбирать метод регулирования.
Реакцию насоса на частотник посчитать не сложно http://forum.dwg.ru/showthread.php?t=76432
И ещё объясни цель регулирования, какие допустимые перепады, что влияет на потребление воды.

[Urg]

Прошу прощения, на всасе 0,04 МПа (столб жидкости 4 метра).

[KronSerg]

Хорошо, понятно, 4м на всасе.
Но выбор системы регулирования всё равно не сделать, так и не понятно, сколько воды нужно производству, какой напор минимально необходим, сколько воды уходит через байпас, почему вообще необходимо существование обратного перетока.
Чтобы понять поможет частотник, или нет, нужна фактическая рабочая точка насоса и требуемые расход/напор от производства. Без конкретных цифр всё это гадание на кофейной гуще.
Может просто поставить два-три подряд регулирующих клапана большего диаметра, и этого хватит? Они будут долго работать.

[Urg]

Цифры (аналитические) по установившемуся режиму такие:
На каждый насос приходится 100 м3/ч при давлении 2,8 МПа на напорной стороне, производство потребляет 130 м3/ч. Значит, на байпас уходит 70 м3/ч.

Без байпаса давление растет и рабочая точка смещается в неустойчивую область.
2-3 клапана подряд не очень нравится. Получается слишком сложно для системы, которая должна быть максимально надежной. Да и хороший регулирующий клапан стоит тоже не дешево, что бы их друг за другом ставить.
Думаю, логично разделить потребление на 2 режима. Для нормального использовать регулирующий байпас, а для аварийного или переходного, когда потребление снижается, но давление все равно нужно выдержать - дополнительно иметь параллельный байпас с запорной арматурой. Можно с электроприводом для управления от панели оператора. Это позволит использовать клапан меньшего Ду.

Упрощенные условия (давайте не брать в расчет перепад в коллекторе, а считать по напорной стороне):
Номинальное давление: 2,8 МПа.
Допустимый диапазон : 2,6-2,87 МПа.
Требуемый расход: 1) Нормальный режим 70-190 м3/ч (непрерывно)
2) Переходный режим 0-70 м3/ч (не более 240 часов в год).

Какие вообще существуют способы горячего резерва насосного оборудования? В данном случае резкое падение давления на 0,2-0,4 МПа приведет к браку и серьезным убыткам, а дальше уже может и оборудование пострадать. Поэтому нельзя использовать обычную схему АВР.

[ShaggyDoc]

На каждый насос приходится 100 м3/ч при давлении 2,8 МПа на напорной стороне, производство потребляет 130 м3/ч. Значит, на байпас уходит 70 м3/ч

Вывод неверный. Здесь ничего не "значит" - ни то, что на насос "приходится" по 100, ни то, что на байпас уходит 70. Здесь простая арифметика не подходит. Что надо сделать:

1. Рассчитать (или взять по замерам) сопротивление Hр технологической сети при каком-то одном известном расходе Qр.

2. Определить характеристику стопротивления сети S = Hр / Qр^2. Это постоянная для данной сети.

3. Рассчитать несколько точек (3-5) характеристики сети по формуле Hi=S*Qi^2. Здесь надо подставлять разные расходы Qi

4. Полученные точки нанести на график характеристик насосов - получится восходящая парабола. Пересечение характеристики сети с характеристикой любого насоса показывает, какой именно расход и напор будет у одного данного насоса при работе в данную сеть. Не забыть, что начало координат Н параболы должно начинаться не с нуля, а с точки напора на всасе (4 м, кажется)

5. Построить сводную характеристику двух насосов при параллельной работе. Для этого надо на характеристке насоса брать точку при каком-то напоре, увеличивать расход вдвое при этом напоре и ставить на графике точку. Достаточно 3-4 таких точки построить. Соединить их линией. В результате получится характеристика двух данных насосов при параллельной работе в данную сеть.

6. Пересечение характеристики сети с этой сводной характеристикой насосов покажет суммарную рабочую точку - сколько два насоса подадут в эту сеть, какая будет производительность каждого (половина общего расхода) и напор каждого - одинаковый и равный сопротивлению сети в точке пересечения со сводной характеристикой. Т.е. известна фактическая рабочая точка насоса.

Вот теперь можно и анализировать. Определить потребляемую мощность и прочее. И решать, что и как делать. Если производительность излишняя, то её можно снижать путем увеличения наклона характеристики сети, т.е. вводя дополнительное сопротивление клапана.

Это имело бы смысл, если бы сеть была закрытая, с постоянным расходом (как в отоплении). Если же сеть открытая, как водопровод, то расход регулируют сами потребители открытием-закрытием водоразборной арматуры. Здесь клапан для регулирования не имеет смысла для регулирования расхода, но мог бы поддерживать условно-постоянное давление в начале сети. Но при этом неизбежно будет бессмысленный перерасход электроэнергии.

Когда частотников не было - был смысл в байпасах. Это примитивный способ перепуска воды мимо сети. Экономии электроэнергии нет. Теперь самое рациональное поставить частотник. При его работе будет уменьшаться частота вращения колеса и будет прямо пропорционально сокращаться расход воды, смещаться вниз характеристика насоса и потребляемая мощность.

Рекомендую изучить любой учебник по насосам, особенно зависимости расходов и напоров от частоты вращения, а также параллельную работу в сети. И не надо забывать, что при увеличении расхода в трубе в два раза потери напора возрастают в четыре раза, а потребляемая мощность в восемь раз.

[KronSerg]

Начнём с

Сообщение от Urg Какие вообще существуют способы горячего резерва насосного оборудования?

В данном случае их всего три: 1. Параллельная работа трёх насосов с таким расчётом, что один работает в холостую, при выключении одного насоса ничего особо не меняется. 2. Параллельная работа двух насосов со сбросом части воды, при выключении одного насоса, байпас закрывается (Ваш случай). 3. Работа двух насосов на пониженной частоте, при выключении одного насоса - частота повышается.

Сообщение от Urg Цифры (аналитические) по установившемуся режиму такие: На каждый насос приходится 100 м3/ч при давлении 2,8 МПа на напорной стороне, производство потребляет 130 м3/ч. Значит, на байпас уходит 70 м3/ч.

Хорошо, для начала, можно опереться на это. Насколько смог, прикинул существующую ситуацию, результат в прилагаемой картинке.
Выходит, что система рассчитана таким образом, что производство может обеспечить один насос, если закрыть байпас, при этом он останется в рабочей зоне.
При использовании частотников, на этой станции, можно снизить расход через байпас, не более.

[ShaggyDoc]

Насколько смог, прикинул существующую ситуацию, результат в прилагаемой картинке.

Замечательная картинка. Правильная. Наглядно показывает, что в эту сеть подключение второго такого же насоса практически не увеличивает подачу. Только бесполезный расход электроэнергии.

А почему при байпасе расход больше? Байпас присоединен параллельно основной сети. При этом общая проводимость (величина обратная характеристике сопротивления сети) равна сумме проводимостей основной сети и байпаса. Наклон общей характеристики меньше, производительность насоса - больше. Однако эта увеличенная подача разделяется между основной сетью и байпасом. Байпас является "коротким замыканием" и через него пойдет воды больше, а в основную сеть - меньше. Насколько именно меньше можно рассчитать только зная реальную конфигурацию основной сети.

Выходит, что система рассчитана таким образом, что производство может обеспечить один насос, если закрыть байпас, при этом он останется в рабочей зоне.

Правильно. Одного насоса вполне достаточно, остальные могут быть просто резервными. Это типичная ситуация - увеличивают бессмысленно количество рабочих насосов вместо того, чтобы наоборот, отключать лишние, считая "два насоса - воды вдвое больше". Так не бывает вообще никогда, а существенного увеличения расхода можно добиться только если характеристика сети достаточно пологая, что бывает редко.

[Urg]

Спасибо, что помогаете!

Сообщение от ShaggyDoc Вывод неверный. Здесь ничего не "значит" - ни то, что на насос "приходится" по 100, ни то, что на байпас уходит 70. Здесь простая арифметика не подходит.

Это вроде расчет расхода через гидравлическую мощность. И я знаю расход воды в производство.

Сообщение от ShaggyDoc Определить характеристику стопротивления сети

Я так и не задался точно это посчитать. С падением давления никогда вопросов не возникало. Водопровод (говорят) закольцован. Наверное, это и делает его характеристику пологой.

Сообщение от ShaggyDoc Рекомендую изучить любой учебник по насосам

Привел расчет в первом же посте.

Сообщение от KronSerg В данном случае их всего три: 1. Параллельная работа трёх насосов с таким расчётом, что один работает в холостую, при выключении одного насоса ничего особо не меняется. 2. Параллельная работа двух насосов со сбросом части воды, при выключении одного насоса, байпас закрывается (Ваш случай). 3. Работа двух насосов на пониженной частоте, при выключении одного насоса - частота повышается.

1. Не понял. Что значит в холостую?
3. Это какой надо заложить насос что бы он обеспечил требуемый напор при уменьшении расхода в 2 раза... Я так понимаю эта схема должна быть без байпаса.

Сообщение от KronSerg При использовании частотников, на этой станции, можно снизить расход через байпас, не более.

При этом байпас все равно надо регулировать и ставить дорогой клапан.

Сообщение от ShaggyDoc Одного насоса вполне достаточно, остальные могут быть просто резервными.

Здесь не достаточно быть резервным. Надо что бы насосы работали в режиме горячего резерва. Если при пуске от АВР обратный клапан не откроется, двигатель сгорит, сеть отвалится... Да мало ли что.

----- добавлено через ~10 мин. -----

Сообщение от KronSerg Выходит, что система рассчитана таким образом, что производство может обеспечить один насос, если закрыть байпас, при этом он останется в рабочей зоне.

Да, я видел на старых схемах 25 кгс/см2. Это было лет 30 назад. Аппетиты растут, сейчас регламент по давлению другой. Часть насосов с тех же времен. Паспортное давление уже не развивают. Один насос обеспечит допустимое давление примерно до 150 м3/час.

[ShaggyDoc]

Это вроде расчет расхода через гидравлическую мощность. И я знаю расход воды в производство. ... Привел расчет в первом же посте

Расчет насоса без сети "гроша выеденного не стоит". Это всего лишь пересчет паспортных характеристк насоса. А насос работает в сети, и в разные сети он будет давать разный расход.

[KronSerg]

Сообщение от Urg 1. Не понял. Что значит в холостую?

Создать систему, где включение/выключение третьего насоса никак не влияет на итоговый результат совсем не сложно, например в этой системе третий насос включать бесполезно, даже с открытым байпасом.

Сообщение от Urg Это какой надо заложить насос что бы он обеспечил требуемый напор при уменьшении расхода в 2 раза...

В данном конкретном случае, подобрать такой не реально.

Сообщение от Urg Один насос обеспечит допустимое давление примерно до 150 м3/час.

Это значит, что к расчету мы приняли заведомо не верные исходные данные, может насосу просто колесо подрезали?

Сообщение от Urg Аппетиты растут,

А насосы их должны обеспечить старые, правильно так что-ли? Для этого нужно повышение частоты?

[Urg]

Сейчас посмотрел как раз. Максимальное падение давления у потребителей 0,1 Мпа. Расход 140 м3/час.

Сообщение от ShaggyDoc насос работает в сети, и в разные сети он будет давать разный расход

Согласен. Но у нас получается диктующая точка в насосной.

----- добавлено через ~28 мин. -----

Сообщение от KronSerg может насосу просто колесо подрезали

Сейчас у нас точно насосы не разбирают. Что было 30 лет назад не могу знать. Не думаю, что подрезали, необходимости нет в этом.
Может система измерения врет немного и с насосом всё в порядке.

Сообщение от KronSerg А насосы их должны обеспечить старые, правильно так что-ли? Для этого нужно повышение частоты?

Получается так, но когда два насоса в работе, то давление в норме.

Повышение частоты - это как вариант. В любом случае должны всегда 2 работать. Тут разница в скорости включения только.

[KronSerg]

Ну, теперь примерно ясно, вам нужно обеспечить параметры 280м 140м3/ч, причём без просадок, времени на запуск резервного агрегата нет.
Работавшая ранее система с закрытием сбросного трубопровода при аварии одного насоса, уже не справляется со своими обязанностями по причине то-ли износа рабочего колеса и улитки, то ли сделанной когда-то подрезки колёс на фоне повышения требований к создаваемому напору.
Задача - вернуть системе возможность мгновенного ввода резерва.
В наличии 4 насоса ЦНС 180-255, два ввода электричества от разных источников, огромное желание насосы не менять.
Варианты решения:
1. Заменить рабочие колёса и улитки насосов.
2. Установить двигатели большей мощности.
3. Повысить частоту тока.
По сути все три варианта призваны возвратить возможность работы от одного насоса. (На время включения резервного).
Всё так?

[Urg]

Сообщение от KronSerg Задача - вернуть системе возможность мгновенного ввода резерва.

Сейчас вообще ничего нет. Даже байпас операторы приходят руками крутить. Так что качество конечного продукта зависит от спринтерских качеств конкретного оператора. Так что все эти вопросы достаточно творческие. Можно сделать поразомну, нужно оценивать каждый вариант.

Сообщение от KronSerg 1. Заменить рабочие колёса и улитки насосов.

Заменить на такие же новые?

Сообщение от KronSerg 2. Установить двигатели большей мощности.

Смотрел уже, 250 кВт не пройдут по подключению. Только один на один ввод.

Сообщение от KronSerg 3. Повысить частоту тока.

Тоже так себе... Будет проблема с подшипником или с муфтой. Подрастет нагрузка и последний насос отрубится. Считаю на них должен быть запас. Нельзя в номинал.

[KronSerg]

Я бы заменил улитки и рабочие колёса и улитки на такие же новые, поставил частотники на два насоса, один насос заставил бы работать постоянно (тот что без частотника), второй дорабатывать нехватку на пониженной частоте, байпас закрыл бы. Таким образом мы получаем два запущенных насоса, даже если основной насос накрывается, второй насос быстро разгонится, ничего страшного, что даже если частоту выше 50Гц, это только на время запуска резерва.
Offtop: Снимать 280м одним регулятором, это издевательство над механизмом.

[Urg]

Должно выдерживаться определенное соотношение частот.
У меня получилось 1460 минимальная (1475 номинал). Даже если мы примем, что после насоса 280 м, а при нулевой подаче 286. А с учетом того, что на столько точно я не могу определить давление...

«Могут ли параллельно работать насосы с переменной и постоянной частотой вращения? Не закроет ли насос, работающий с постоянной частотой вращения, своим давлением обратный клапан насоса, работающего на пониженной частоте?»
http://www.yagorba.ru/FaQ_0.html

В этом факе дальше есть про регулирование насоса с лабильными хар-ками. Там на байпас прикручивают генератор. Я уже думал о таком.
Реально? Есть опыт, подробности?

[KronSerg]

Сообщение от Urg Не закроет ли насос, работающий с постоянной частотой вращения, своим давлением обратный клапан насоса, работающего на пониженной частоте?

Это легко считается, в твоём случае, рабочий насос должен закрыть насос работающий на пониженной частоте и работать в одиночку. Работа на пониженной частоте нужна для того, чтобы второй насос быстро разогнался.
Пойми уже, если один насос с работой не справляется, твою задачу не решить.