Вестник МГТУ, 2024, Т. 27, № 4.

Капанский А. А. Использование частотного регулирования для повышения энергоэффективности. На гистограмме (рис. 1, а) отражено распределение отклонения напора воды по величине и частоте встречаемости. Из полученных данных видно, что в некоторых случаях превышение напора воды доходило до 115 м. Это указывает на то, что использовались насосы с завышенными характеристиками, что не только неэффективно с точки зрения энергопотребления, но и может приводить к излишнему износу оборудования и инфраструктуры. Дополнительно на диаграмме размаха (рис. 1, б) отображены медианные, квартальные и предельные значения положительного отклонения давления. Медиана отклонения, равная 30 м, служит доказательством того, что большинство насосов имеют особенности работы с избыточным давлением. В практике эксплуатации такое превышение может быть вызвано различными факторами, включая изменение динамического уровня воды в скважинах, отсутствие системы автоматизации или завышенный первоначальный выбор насосов. В данных условиях потенциал для энергосбережения становится очевидным и может быть реализован через комплексную автоматизацию скважин. Ключевой аспект оптимизации работы насосного оборудования - это управление напорной характеристикой насоса в зависимости от угловой скорости вращения приводного агрегата. Данная зависимость аппроксимируется уравнением квадратичной параболы, что позволяет точно прогнозировать изменения напора при корректировке скорости вращения электропривода (Фащиленко, 2011) Н (Q) =Нф -(ш /шНо М )2 - S Q , ( 2 ) где Нф - фиктивный напор насоса при нулевой подаче, м, при отсутствии данных для чистой воды Нф = 1,25 •Нном; ю, юном - переменная и номинальная угловая скорость вращения привода насоса, рад/с; 5ф, - гидравлическое фиктивное сопротивление насоса, м-(ч/м3). Фиктивное сопротивление насоса может быть определено из формулы при номинальной подаче, напоре и частоте вращения насоса с _ Н н о м Н ф _ Н ном 1 2 5 *Н ном ^ =—ё5 = ё5 ’ -^ном -^ном где Q ^ - номинальная подача насоса, м 3 /ч. Напорная характеристика трубопроводной сети также описывается уравнением квадратичной параболы, учитывая неизменный геометрический статический напор и гидравлическое сопротивление, в соответствии с формулой (Фащиленко, 2011) Н (Q) = Нг + ^т Q2, (4) где S,. - гидравлическое сопротивление трубопроводной сети, м-(ч/м3), которое может быть определено при номинальных параметрах насоса по формуле £т = Н - Нном . (5) S L В точке совпадения напорных характеристик насоса и трубопроводной сети устанавливается рабочий режим, который определяет реальную производительность и напор насосного агрегата. Анализ системы уравнений (2) и (4) позволяет выявить взаимосвязь между гидравлическими параметрами и угловой скоростью вращения электропривода, обеспечивая точное регулирование работы оборудования. Действительные корни уравнения определяют рабочую область насоса \2 ^ фН г + ( а / а н о м ) S ,. Н ф Н ( а ) = ф г ѵ----------н о м ^ т ф , Q(a) = S ф + S _ Н г - ( а / а ном ) Н ф ( 6 ) Коэффициент полезного действия двигателя цдном и преобразователя частоты цпчт на всем диапазоне изменения угловой скорости остается близким к номинальному, а гидравлическое КПД насоса изменяется в соответствии с формулой (Фащиленко, 2011) 1 1 М-н.ном ^ н ( а ) = 1 - --------------------^ 3 6 снно^ г > (7) ( а / а ном ) где цнном - номинальный гидравлический КПД насоса. На рис. 2 демонстрируется классическое взаимодействие напорной характеристики насоса и трубопроводной системы в условиях работы насоса напрямую с гидравлической сетью, минуя водонапорную башню. Изображение наглядно показывает, как изменение гидравлического сопротивления трубопроводной сети влияет на рабочий режим насоса. В классической системе автоматизации экономический эффект достигается за счет точного поддержания необходимого уровня давления. Избыточный напор, возникающий в результате нелинейности напорной характеристики насоса, компенсируется снижением частоты вращения привода, что позволяет поддерживать заданное давление независимо от изменений в системе водоснабжения. 560