Статьи Применение преобразователей частоты ELHART серии EMD-PUMP для поддержания давления в системах отопления и водоснабжения

Применение преобразователей частоты ELHART серии EMD-PUMP для поддержания давления в системах отопления и водоснабжения

Содержание:

Введение

Рабочее давление в системах отопления и водоснабжения — один из наиболее значимых параметров, который определяет возможность нормального, эффективного и безопасного функционирования. Значение данного параметра должно находиться в допустимых границах, указанных в нормативных документах:

  • СНиП 41-01-2003 — отопление, вентиляция и кондиционирование;
  • СНиП 2.04.02-84 и 2.04.01.85 — системы водоснабжения.

В данной статье мы рассмотрим способ поддержания постоянного давления в системах отопления и водоснабжения с помощью насосного оборудования с частотно-регулируемым электроприводом, реализованного на базе преобразователя частоты ELHART серии EMD-PUMP.

1. Причины отклонения давления от нормативных показателей

Основной причиной отклонения давления от нормативных показателей является переменный характер потребления жидкости при неизменной производительности насоса. Например, в системах отопления, в зависимости от температуры окружающего воздуха, требуется различное количество тепловой энергии, которая передается посредством изменения расхода теплоносителя. Аналогичную ситуацию можно наблюдать в системах водоснабжения, где, в зависимости от времени суток, изменяется расход воды при открывании и закрывании кранов потребителем.

2. Последствия отклонения давления от нормативных показателей

Выход рабочего давления за пределы границ нормативных значений влечет за собой целый ряд негативных последствий:

  • Слишком высокое давление сопровождается чрезмерной нагрузкой на оборудование (котел, трубы, радиаторы, сантехническое оборудование и другие элементы системы), которое имеет свой предел прочности. Это способствует снижению срока службы и выходу системы из строя.
  • Слишком низкое давление вызывает нарушение требуемого режима работы системы. Например, низкое давление в системах отопления приводит к снижению скорости циркуляции теплоносителя и, как следствие, к отклонению температуры воздуха в помещениях от нормативных показателей, необходимых для обеспечения комфортных условий проживания.
  • В системах водоснабжения низкое давление является причиной снижения напора из-за чего, потребитель, открыв кран у себя в квартире, наблюдает слаботекущую струю воды. При большом разборе ситуация ухудшается кардинально, например, в многоквартирных домах в вечерние часы, когда потребление воды максимально, на верхних этажах напор может отсутствовать вообще.

3. Центробежный насос

Оборудованием обеспечивающим подачу жидкости требуемого уровня давления в системах отопления и водоснабжения являются центробежные насосы с асинхронными электродвигателями (см. рисунок 1).

Система водоснабжения
a) Система водоснабжения
Система отопления
б) Система отопления

Рисунок 1 — Примеры применения центробежных насосов

Центробежный насос представляет собой гидравлическую машину, создающую напорное перемещение жидкости при сообщении ей энергии. Перемещение жидкости в центробежном насосе происходит через рабочее колесо от центра к периферии (см. рисунок 2).

Устройство центробежного насоса
Рисунок 2 — Центробежный насос

Основными параметрами, характеризующими режим работы насоса, являются напор и подача.

Напор (Н) — это прирост энергии потока за время прохождения жидкости через рабочие полости насоса, выраженный в метрах столба жидкости. Понятие напор равноценно термину давление. Напор и давление связаны между собой следующим соотношением:

H = P ρ ⋅ g , H= {P} over { %rho cdot g },

где: Р — давление насоса, [Па];
ρ — плотность жидкости, [кг/м³];
g=9,8 — ускорение свободного падения [м/с²].

Подача (Q) — объем жидкости, перекачиваемый насосом за единицу времени, выражается
в (м³/ч) или (м³/с).

Зависимость напора насоса от его объемной подачи при постоянной частоте вращения рабочего колеса называется напорной характеристикой насоса. Напорная характеристика может быть построена с помощью установки с открытой трубой за насосом (см. рисунок 3).

Способ построения напорной характеристики насоса
Рисунок 3 — Способ построения напорной характеристики насоса

Напор, создаваемый насосом, равен высоте столба жидкости в открытой трубе, при этом высота подъема жидкости измеряется от уровня входа в насос.

Анализируя напорную характеристику насоса, представленную на рисунке 3, у читателя может возникнуть вопрос: «А как же обеспечить требуемый уровень давления при переменном расходе? Ведь увеличение расхода ведет к снижению напора, а значит и давления, либо наоборот, снижение расхода будет способствовать росту давления в системе».

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к уравнениям подобия центробежного насоса [2]:

Q ном Q перем = n ном n перем , {Q_ном} over {Q_перем} = {n_ном} over {n_перем} ,
H ном H перем = ( n ном n перем ) 2 , {H_ном} over {H_перем} = ({n_ном} over {n_перем})^2,
P ном P перем = ( n ном n перем )</