Циркуляционные насосы. Характеристика. Виды.
Циркуляционный насос – это специализированный насосный агрегат, который предназначается для закрытых систем горячего/холодного водоснабжения и отопления. Циркуляционный насос позволяет жидкости обращаться в замкнутом контуре «по кругу», что благоприятно сказывается на теплоотдаче теплоприемников в системах отопления. Насосы данного типа помогают поддерживать постоянство температуры воды в замкнутых системах горячего водоснабжения. Поскольку циркуляционные насосы работают непрерывно, то к ним предъявляются достаточно высокие требования, такие как: надежность, простота, малое энергопотребление, бесшумность.
Циркуляционные насосы функционально отличаются от обычных насосов, предназначенных для перекачивания жидкости. Связано это с тем, что в циркуляционных системах закрытого типа не допускается присутствие каких-либо вредных примесей. Циркуляционные насосы в системах применяются для отопления зданий, включая высотные, для охлаждения технологического оборудования, а также для повышения давления и напора циркулирующей воды.
Основным назначением циркуляционного насоса является увеличение скорости протекания воды, либо другой жидкости в системе подачи или отвода тепла. Благодаря этому, повышается коэффициент теплопередачи, а система эффективнее реагирует на температурные колебания теплоносителей, т.е. происходит упрощение процесса регулирования.
Дополнительным положительным эффектом при установке циркуляционного насоса является возможность использования труб в системе меньшего диаметра с меньшим условным проходом, а это значит, что в трубопроводе замкнутой системы будет находиться меньшее количество воды, что приведет к снижению инерционности всей системы в целом, снижению затрат на поддержание температуры воды.
Вообще, существует принципиальная разница между работой насосов при обычном перекачивании воды, и работой насосов в замкнутых системах.
При перекачивании воды из емкости в емкость (т.е. простом перекачивании), насос должен преодолеть не только потери на трение в трубопроводах, но и затратить энергию напора на то, чтобы «продавить» различные местные сопротивления, такие как: столб жидкости в трубе, фильтрующие нагрузки, создание противодавления.
Для циркуляционного контура характерно постоянное движение воды в трубопроводе. При этом, потеря напора в такой системе складывается лишь из потерь, связанных с трением в трубопроводах и местных потерь на сопротивление отдельных элементов циркуляционных сетей. Таким образом, на протяжении всего времени работы насоса, потери напора остаются практически постоянными, при условии, что не берется в расчет сопротивление, которое возникает в результате постепенного нарастания отложений в трубопроводе. Т.е. скорость движения жидкости в трубопроводе, в первую очередь, будет зависеть от работы циркуляционного насоса.
Для регулирования скорости потока воды в системе, электродвигатели циркуляционных насосов оборудованы ступенчатыми регуляторами скорости вращения двигателя.
Среди насосов для повышения давления в циркуляционных системах, отдельно можно выделить бустерные насосы серии БА. Принцип действия этих насосы немного отличается от обычных циркуляционных насосов. Насосы серии БА предназначаются для повышения давления в циркуляционных системах промышленных предприятий и высотных зданий.
История появления циркуляционных насосов достаточно интересна.
После изобретения инженером Г. Баукнехтом закрытого герметичного электродвигателя, в 1929 году В.Оплендером была разработана конструкция «ускорителя циркуляции». Такой ускоритель представлял собой пропеллер (рабочее колесо аксиального типа), установленный в колене трубы и приводившийся в движение при помощи вала электродвигателя. Вал, при этом, герметизировался путем использования сальниковых уплотнений. Впоследствии, тип уплотнений изменялся, а подобные «ускорители» изготавливались вплоть до 1995 года. Это были первые «насосы с сухим ротором».
Слабым местом конструкции «ускорителя циркуляции» Оплендера являлось сальниковое уплотнение, которое, из-за материала самого сальника и из-за износа вала, приходилось постоянно набивать, шлифовать или менять. Решение проблемы с сальниками предложил швейцарский инженер Рютчи, который изобрел «бессальниковый» насос для применения в системах циркуляции. Здесь, установка электродвигателя производилась непосредственно в корпус колена трубы, по которому проходила вода.
При этом, конструкиця герметизировалась, а вода выполняла роль смазки. Таким образом, был изобретен первый «насос с мокрым ротором», который производился с 1952 года.
Впоследствии, вместо колена трубы, как в первой, так и во второй конструкции насоса стала использоваться так называемая «улитка», которая дала толчок для развития и определила конструкцию современных циркуляционных насосов.
Итак, развитие циркуляционных насосов шло по двум направлениям и вылилось в два принципиально разных типа насосов:
1. Насосы циркуляционные с «мокрым ротором».
Главная особенность конструкции насосов данного типа состоит в том, что закрепленный на валу ротор электродвигателя (3) работает при полном погружении в воду. Благодаря этому, смазываются графитовые или керамические подшипники (4), а двигатель охлаждается. Опорный подшипник крепиться к ротору при помощи фиксатора (6). Однако, статор, который находится по напряжением, отделен от перкачиваемой воды специальной гильзой (2), которая изготавливается из ненамагничивающейся нержавеющей стали толщиной от 0,1 до 0,3мм.
Сама гильза прикреплена к корпусу насоса через уплотняющую прокладку. На торце корпуса (7) электродвигателя устанавливается заглушка, которая предназначается для удаления воздуха из гильзы. Изготавливаемое из полимерных композитных материалов рабочее колесо (5) устанавливается на валу при помощи шпильки или штифта. Вал, который приводит в действие рабочее колесо, может быть изготовлен либо из нержавеющей стали, либо из металлокерамики. Схема насоса с мокрым ротором в разрезе представлена на рисунке 2.
Сейчас, все большее распространение получают насосы с мокрым ротором, у которых вал, подшипники и ротор собраны в единый блок, который называется «картуш». Такая конструкция исключает места застоя воздуха в корпусе и помогает удалить его при запуске насоса.
Насосы циркуляционные с мокрым ротором практически не требуют технического обслуживания, отличаются бесшумной работой, оптимальным соотношением подачи и напора. Однако, такие насосы ограничены в производительности.
Это связано с тем, что при больших диаметрах ротора становится сложно герметизировать гильзу, отделяющую статор от жидкости.
Насосы с мокрым ротором могут быть оснащены, в зависимости от желаемой мощности, однофазным или трехфазным электродвигателем. В зависимости от производительности они могут иметь либо резьбовое, либо фланцевое крепление к трубопроводу.
Классическими представителями насосов «с мокрым ротором» являются насосы серий: ЦВЦ-Т, «Циркуль», иностранные Grundfos UPS и Wilo-Stratos-D.
ВАЖНО! Устанавливать циркуляционные насосы с мокрым ротором необходимо так, чтобы вал насоса находился в строго горизонтальном положении.
2. Насосы циркуляционные «с сухим ротором».
Насосы данного типа чаще всего используются для перекачивания больших объемов воды под большим напором. Принципиальное их отличие от насосов с мокрым ротором состоит в том, что здесь существует необходимость использования уплотнения двигателя, отделяющее его от перекачиваемой жидкости.
Уплотнения, на момент написания статьи, могут быть двух видов:
— Сальниковое уплотнение – самое распространенное уплотнение вала. Недостатком такого уплотнения является срок годности, который составляет, при активной эксплуатации, не более двух лет. Однако, при низкой нагрузке на сальниковое уплотнение и вал, срок службы можно увеличить.
— Скользящее торцевое уплотнение – по сути представляет собой два кольца с тщательно пришлифованными поверхностями, при помощи пружин прижатые друг к другу. Эти кольца вращаются относительно друг-друга при вращении вала. Под действием давления воды, находящейся в системе циркуляции, между поверхностями скольжения колец образуется тонкая пленка воды, благодаря которой и происходит герметизация насоса. В качестве материала для изготовления колец применяют графит, керамику либо нержавеющую сталь. Стоит отметить, что при использовании таких насосов, особое внимание нужно обращать на условия эксплуатации (перегрев, сухой ход, повышенные обороты электродвигателя), степень загрязненности воды и запыленность окружающего воздуха.
Микроскопические частицы грязи и пыли способны повредить поверхности колец, что приведет к разгерметизации.
ВАЖНО! Для всех насосов с сухим ротором характерно разрушение уплотняющих поверхностей при работе в режиме «сухого хода». Не допускайте отсутствия жидкости в циркуляционной систем, её засорения или разгерметизации.
Насосы с сухим ротором по типу исполнения могут быть:
— Вертикальными (насосы «in line») – насосы, которые имеют расположенные на одной оси и имеющие одинаковый проход всасывающий и нагнетательный патрубки. Электродвигатель, приводящий в движение рабочее колесо здесь расположен вертикально. Это, например, насосы серии 1КМЛ.
— Горизонтальными – насосы, всасывающий патрубок которых располагается на торце так называемой «улитки», а нагнетательный патрубок радиально размещен на обейчатке её корпуса. Здесь, двигатель прикреплен к насосу в горизонтальном положении. Как пример, приведем насосы серии 1КМ.
Теперь рассмотрим насос вертикального типа с торцевым уплотнением более подробно (рисунок 4):
Здесь, вал насоса (6), на котором находится рабочее колесо (7), приводится в движение электродвигателем через муфту (3).
Вода, поступающая через горловину рабочего колеса в осевом направлении, меняет его на радиальное в каналах рабочего колеса. При этом, центробежные силы, воздействующие на каждую частицу жидкости, вызывают повышение статического давления и скорости. После прохождения рабочего колеса жидкость собирается в корпусе насоса (4), выполненном в виде спирали («улитка»). Благодаря спиральной конструкции корпуса, скорость движения жидкости замедляется, а статическое давление возрастает.
Принципиально, теми же словами можно описать работу любого современного центробежного насоса.
Циркуляционный насос – виды, характеристики, производительность
Циркуляционный насос — оборудование для обеспечения обогрева жилья и не жилых помещений. При отсутствии центральной котельной станции с помощью циркуляционного насоса через систему автономного отопления осуществляется подача теплоносителя — горячей воды, во все комнаты квартиры или частного дома.
Циркуляционные насосы создают принудительную циркуляцию теплоносителя в трубопроводе, усиливают напор при недостаточном давлении, обеспечивают удаленные точки обогревательной системы, помогают преодолевать сопротивление установленных труб и батарей, необходимы при установке теплого пола.
Для эффективного обогрева жилой/нежилой площади и исправной работы системы автономного отопления важно выбрать подходящий циркуляционный насос. В этой статье мы расскажем про особенности, виды и характеристики такого оборудования, поможем подобрать и приобрести циркуляционный насос для обогрева различных помещений.
Конструкция и принцип действия циркуляционного насоса
Конструкция циркуляционного насоса включает в себя: электрический двигатель, вал для передачи крутящего момента, крыльчатку, которая находится в камере типа «улитка». Механизмы прибора заключены в металлический корпус, устойчивый к коррозии.
Принцип работы насоса основывается на интенсивном движении лопастей, которые прогоняют теплоноситель через трубы и батареи контура системы отопления. В самой простой реализации замкнутый контур системы отопления состоит из следующих элементов: котла, подачи теплоносителя, прогоняемого по трубам и батареям, обратки — остывшего теплоносителя, который возвращается назад в котел.
Циркуляционные насосы приобретают для улучшения систем отопления в жилых и не жилых помещениях, при большой протяженности трубы в несколько десятков метров с теплоносителем, при частых перепадах уровня в системе отопления и при наличии теплого пола.
Циркуляционный насос является обязательным при монтаже котла в подвале и подачи теплоносителя к удаленным точкам водоразбора, на второй этаж здания и выше. Циркуляционные насосы препятствуют созданию воздушных пробок в трубах, продлевают срок эксплуатации котла, позволят полностью удовлетворить потребности пользователя в обогреве помещений. При этом такое оборудование отличается экономичным расходом электроэнергии. Стандартная маркировка помогает быстро выбрать наиболее подходящий насос под определенную систему отопления.
Пример маркировки циркуляционного насоса — UPS 25-40 180. Где UP — тип насоса, S — несколько рабочих режимов. Если буква S в маркировке отсутствует — это обозначает, что насос имеет одну скорость.
Виды циркуляционных насосов
Циркуляционные насосы отечественных и зарубежных производителей можно разделить на два вида: с мокрым ротором и сухим ротором. Конструкция насоса является ключевым классификационным признаком. Оборудование подходит для различных условий эксплуатации.
Циркуляционные насосы с мокрым ротором, в которых ротор и крыльчатка контактируют с теплоносителем, а статор расположен в герметичном стакане. Отличаются долгим сроком эксплуатации, просты в монтаже и легки в использовании. Способствуют удалению воздушных пробок в системе. Охлаждение двигателя, предотвращает его перегрев. Такое оборудование не создает шума, широко применяется в квартирах и частных домах.
Насос с сухим ротором состоит из двух раздельных узлов. В контакте с тепловым носителем находятся только лопасти колеса, которые предназначены для продвижения горячей воды по системе.
Насосы с сухим ротором считаются более сложными по конструкции и в обслуживании, отличаются высоким уровнем шума, требуют отведения специального помещения. Применяются, как правило, на предприятиях и производствах, где протяженность трубопровода превышает 200 метров. Плюсы насосов с сухим ротором: мощность и производительность, высокий напор теплоносителя, низкое энергопотребление, перекачка жидкости с температурой до 115 градусов. Из минусов: насосы с сухим ротором чувствительны к качеству теплового носителя.
Выбираем циркуляционный насос
Сделать правильный выбор и приобрести подходящую модель циркуляционного насоса совсем не сложно. Главное, правильно рассчитать расход и напор теплоносителя, а также не забыть про потребление электроэнергии.
Выбор циркуляционного насоса следует производить, учитывая следующие характеристики:
Место установки прибора. Циркуляционный насос устанавливается на трубы контура обратки, по которым прогоняется носитель с пониженной температурой. Этот помогает снизить износ деталей прибора, тем более, если лопасти крыльчатки выполнены из пластика. Устанавливается прибор на участок системы, где есть место для удобного ремонта или замены насоса, в случае необходимости.
Монтаж прибора осуществляется после расширительного бака, чтобы избежать возникновения вихревых потоков в системе отопления. При установке агрегата перед радиатором, может образоваться значительная разность температур теплоносителя. Для обеспечения теплого пола горячей водой, предусмотрены насосы с повышенной мощностью.
Мощность — ключевая характеристика оборудования, от которой зависит производительность прибора и эффективное обеспечение помещений теплоносителем. Циркуляционные насосы с избыточным значением мощности для определенной системы отопления могут послужить причиной возникновения аварийных ситуаций.
Слишком малая мощность приведет к недостатку КПД оборудования и плохому обогреву. Значение мощности определяется по следующей формуле: мощность котла делят на разницу температур подачи и обратки.
Температурный диапазон — температура, при которой оборудование сможет исправно функционировать. Нарушения заявленного диапазона способны привести к преждевременной поломке рабочих элементов насоса. Данная величина указывается в паспорте прибора.
Формула расчета производительности прибора и напора теплоносителя
Производительность прибора — это величина, обозначающая объем теплоносителя, который насос перекачивает за определенное время.
Формула расчета производительности: Qpu = Qn/(dt*1,165)
Qn — это мощность источника, условно считается 1 кВт на 10 квадратных метров площади помещения.
dt — разница температур на подаче теплоносителя в систему и на обратке, при выходе из системы.
В большинстве случаев эта температура составляет 15 градусов.
1,165 — это стандартный коэффициент теплоемкости воды.
Рассчитаем необходимую производительность прибора для дома, площадь которого составляет 120 м2.
Qn = 120/10 = 12 кВт
12/(15*1,165) = 0,68 м3/час
Необходимый напор для циркуляции теплоносителя в системе и эффективного обогрева рассчитывается по следующей формуле:
Hpu = R*L*ZF/10000
R — стандартная величина, показатель потерь скорости трения, равен 150.
L — общая протяженность труб в системе теплоснабжения.
ZF — стандартный коэффициент сопротивления запорной арматуры с термостатическим вентилем, равен 2,2.
Рассчитаем необходимый напор для снабжения системы теплоносителем, если общая протяженность труб составляет 45 метров:
150*45*2,2 = 14850
Данное значение переведем в метры, разделим 14850 на 10000.
Материал рабочего колеса
В зависимости от модели циркуляционного насоса рабочее колесо, которое предназначено для транспортировки теплоносителя, может быть выполнено из пластика, чугуна, нержавеющей стали и латуни.
Рабочее колесо из пластика — менее прочное по сравнению с другими вариантами. Интенсивное движение лопастей в процессе работы, приводит к их деформации и выходу насоса из строя.
Чугун является более износостойким материалом. Прибор с рабочим колесом из чугуна подходит для работы в системах малой и средней мощности.
Рабочее колесо из нержавеющей стали отличается своей долговечностью и устанавливается на аппараты с высокой производительностью.
Детали из латуни отвечают необходимым параметрам для длительного использования. На латунных поверхностях не образуется коррозия, не скапливаются органические или неорганические отложения.
Дополнительные функции циркуляционных насосов
Циркуляционные насосы — это автономное оборудование, пользователю необходимо лишь иногда проверять состояние прибора, изредка проводить обслуживание. Насосы имеют удобные панели управления, дисплеи для контроля функционирования системы и диагностики оборудования. Существуют модели со сдвоенной конструкцией, которая подразумевает наличие в корпусе второго рабочего блока.
Также насосы могут оснащаться рядом вспомогательных функций, значительно улучшающих эксплуатацию оборудования:
Автоматический режим — автоматика прибора самостоятельно контролирует давление и скорость циркуляции носителя по системе.
Таймер — для установки времени запуска привода, который производится, учитывая работу котла отопления.
Защита от перегрева и сухого хода — термодатчики определяют температуру электродвигателя и наличие воды в системе.
Где приобрести циркуляционный насос?
В магазинах и на сайте ТМК Инструмент представлен широкий выбор циркуляционных насосов. Вы сможете подобрать и приобрести наиболее подходящее оборудование для эффективного обогрева жилья, рабочих, производственных и других помещений. Ждем вас в магазинах и на сайте ТМК Инструмент!
ЧРП для насосов в системе с переменным расходом воды
Система с переменным расходом воды сыграла важную роль в области энергосбережения, поскольку ЧРП широко используется в практических проектах. Как правильно управлять частотно-регулируемым приводом, является важным вопросом, который мы должны сначала решительно решить. Технология управления частотно-регулируемым приводом тесно связана с характеристиками насосов. На основе математической модели насосов с частотно-регулируемым приводом или без него в статье подробно обсуждаются некоторые вопросы, такие как конфигурация частотно-регулируемых приводов, регулирование расхода и перегрузка.
Это ключевые вопросы технологии управления системой переменного расхода воды. Для этих водяных систем с несколькими насосами инженеры могут выбрать технологию управления синхронным преобразованием частоты или технологию управления насосами Add-Sub для достижения максимальных преимуществ энергосбережения.
Введение
В последние годы в системах отопления и кондиционирования воздуха стали использовать технологию переменного расхода. Двигатели циркуляционных насосов приводятся в действие частотно-регулируемыми приводами для снижения энергопотребления, и преимущества, которые дает технология переменного расхода, очевидны.
Многочисленные исследования, проведенные многими исследователями, выявили значительный потенциал экономии энергии за счет регулирования скорости потока в соответствии с потребностями процесса. Но характеристики насосов с частотно-регулируемым приводом сильно отличаются от характеристик насосов без частотно-регулируемых приводов, а параллельное подключение насосов к системе из нескольких насосов может усложнить эту ситуацию.
С другой стороны, есть еще много вопросов, заслуживающих обсуждения, например, как настроить частотные преобразователи для водяных насосов, как правильно изменить расход системы и как избежать перегрузки насосов? В данной статье эти вопросы будут рассмотрены на основе моделей насосов.
Математическая модель насоса
1. Модель насоса без частотно-регулируемого привода
Основные параметры водяного насоса включают подачу насоса и напор насоса. В нормальных условиях мы можем использовать кривую характеристик насоса, чтобы выразить модель водяного насоса. На Рисунке 1 показана взаимосвязь между напором насоса и расходом насоса, кривая характеристик одного насоса показана кривой 1, а кривая 2 иллюстрирует кривую характеристик двух параллельных насосов на Рисунке 1. Кривая 3 на Рисунке 1 иллюстрирует кривую напора системы трубопроводов.
Рабочей точкой штуцера водяного насоса является точка A при расчетных рабочих условиях, а рабочей точкой одиночного насоса является точка C.
На рис. 1 ниже схематически показаны эти взаимосвязи. Когда все два насоса включены в работу, общий расход составляет 2Q 0 (Q 0 — номинальный расход одного насоса), а расход, обеспечиваемый каждым насосом, составляет Q 0 . Мы также можем использовать формулу для выражения математической модели без частотно-регулируемого привода водяного насоса:
1) Н = А + В + Q + С + Q 2
2) H n = A + B + Q/n + C x (Q/n) 2
В приведенных выше формулах (1) и (2) переменная – это напор одного насоса, переменная – напор параллельных насосов, – расход водной системы, переменная – количество параллельных насосов, а также постоянные коэффициенты.
| Рис. 1 Модель насоса без ЧРП | Рис. 2 Модель насоса с ЧРП |
2.
Модель насоса с частотно-регулируемым приводом
Для реализации технологии переменного расхода двигатели водяных насосов приводятся в действие частотно-регулируемыми приводами. По этой причине математическая модель насоса с новыми характеристиками будет более сложной.
Подобно рисунку 1, кривая характеристик одного насоса показана кривой 1, а кривая 2 иллюстрирует кривую характеристик двух параллельных насосов на рисунке 2, и насосы работают на частоте сети. В соответствии с законом гидравлического подобия насоса мы можем получить различные кривые характеристик насоса при различной частоте, а формула (3) ниже иллюстрирует закон гидравлического подобия насоса.
3) f 1 /f 2 = n 1 /n 2 = Q 1 /Q 2 = (H 1 /H 2 ) 1/2
Математическая формула водяного насоса с частотно-регулируемым приводом по-прежнему представляет собой уравнение (1), но постоянные коэффициенты А, В и С не являются исходными значениями. Кроме того, имеется аналогичное уравнение с другими коэффициентами, соответствующее насосу, работающему на любой рабочей частоте.
На рисунке 2 кривая 4 может быть получена на основе кривой 1, а кривая 5 может быть получена на основе кривой 2. Кривая 4 иллюстрирует кривую характеристик одиночного насоса, кривая 5 иллюстрирует кривую характеристик параллельных насосов, все рабочие частоты которых 25 Гц, управляемый частотно-регулируемым приводом.
Анализ перегрузки насоса
1. Кривая напора трубопроводной системы
Перегрузка насоса является распространенной неисправностью, которая может быть вызвана многими причинами. Основной причиной является неразумный дизайн и неразумное регулирование эксплуатации. Прежде чем приступить к дальнейшему изучению вопроса, узнаем о характеристиках трубопроводной системы. Обычно мы используем формулу (4), которая ниже иллюстрирует модель трубопроводной системы:
4) △P = S x Q 2
В формуле (4) △P – потери напора трубопроводной системы, S – числа сопротивления трубопровода, переменная Q – расход трубопроводной системы. Мы знаем, что переменная S является константой, когда структура сети трубопроводов не меняется. Графическое представление характеристик показано кривой 3 на рисунке 1.
2. Анализ перегрузки насоса
Как упоминалось выше, одной из основных причин, вызывающих перегрузку насоса, является необоснованное регулирование работы, система отопления или кондиционирования воздуха использует технологию переменного расхода. Скорость потока необходимо регулировать путем изменения количества работающих насосов или рабочей частоты насосов при изменении нагрузки на отопление или охлаждение здания, особенно для таких систем с несколькими насосами.
Принимая во внимание рис. 2 выше (насос с частотно-регулируемым приводом) в качестве объекта обсуждения, номинальный расход водяной системы составляет 2 кв. 0 при расчетных рабочих условиях, когда все два параллельных насоса включены в работу. Единой рабочей точкой двух параллельных насосов является точка A, а единственной рабочей точкой каждого насоса является точка C, очевидно, что каждый насос работает нормально со своим номинальным расходом Q 0 . Точка B является рабочей точкой одиночного насоса, когда работает только один насос. На Рисунке 2 видно, что фактический расход водяного насоса намного превышает его номинальный расход, насос был перегружен. Напор насоса превышает сопротивление трубопроводной системы, когда расход системы уменьшается, и это основная причина, вызывающая перегрузку насоса.
Технология управления системой водоснабжения с переменным расходом
1. Конфигурация преобразователя частоты
Для системы с одним насосом конфигурация частотно-регулируемого привода проста: один ЧРП — только один двигатель насоса. Но как настроить частотно-регулируемые приводы для системы с несколькими насосами? Какой метод является правильным выбором: один ЧРП с одним двигателем насоса или один ЧРП с несколькими двигателями насоса? Правильный метод заключается в том, что один ЧРП имеет один двигатель насоса, поэтому количество насосов равно количеству частотно-регулируемых приводов. На Рисунке 3 ниже показан этот принцип. На рисунке 3 кривые 1, 2 и 3 представляют собой кривые характеристик одного насоса при различной частоте. Существует три различных ситуации для водяных насосов, работающих параллельно на разной частоте. Кривая 4 представляет собой объединенную кривую рабочих характеристик двух насосов, работающих на одной частоте, и это идеальный полный параллельный режим. Теперь мы уменьшаем частоту одного насоса до более низкой частоты, которая соответствует кривой 2. Кривая рабочих характеристик объединения двух насосов, работающих на разных частотах, меняется на кривую 5, и это частичный параллельный режим. Если продолжить снижение частоты до частоты, соответствующей кривой 3, мы увидим, что два насоса не могут работать параллельно, насос, работающий на более низкой частоте, не будет работать эффективно. Так что может быть неразумно, чтобы один ЧРП качал больше двигателей.
Рис. 3 Конфигурация ЧРП
2. Технология преобразования частоты синхронизации
Теперь мы можем предположить, что скорость потока системного требования изменена на 50% от номинального потока, как мы можем достичь этой цели? Самый простой способ — использовать технологию синхронного преобразования частоты, при которой все насосы работают на одной частоте. Как показано на рис. 2, рабочая частота всех насосов снижается до 25 Гц за счет частотно-регулируемого привода, а характеристики параллельных насосов изменяются с кривой 2 на кривую 5, в то же время рабочая точка объединения параллельных насосов изменяется с точки А на точка B. Все насосы включены параллельно путем одновременного изменения рабочей частоты, как один насос.
3. Технология защиты от перегрузки
Синхронный преобразователь частотно-регулируемого привода является хорошей технологией для удовлетворения потребностей системы водоснабжения с переменным расходом; он также может эффективно избежать перегрузки водяного насоса и частотно-регулируемого привода. Этот метод подходит для системы водоснабжения с небольшим количеством насосов. Однако, когда система водоснабжения с большим количеством насосов нуждается в меньшем потоке, лучшим выбором будет технология управления насосами Add-Sub. Тогда жизнеспособной технологией является изменение числа работающих насосов, но ненадлежащее применение этого подхода приведет к перегрузке водяных насосов и частотно-регулируемых приводов. Как мы можем этого избежать? Возьмем рисунок 4 в качестве примера для анализа.
Рис. 4 Анализ перегрузок насоса
Теперь мы можем предположить, что расход системы изменяется на 50% от номинального расхода, как мы можем достичь этой цели? Самый простой способ — использовать технологию синхронного преобразования частоты, при которой все насосы работают на одной частоте. Как показано на рис. 2, рабочая частота всех насосов снижается до 25 Гц с помощью частотно-регулируемого привода, а характеристики параллельных насосов изменяются с кривой 2 на кривую 5, в то же время рабочая точка объединения параллельных насосов изменяется с точки A на точку B. , Все насосы параллельно, одновременно изменяя рабочую частоту, как один насос.
На рис. 4 кривая характеристик одиночного насоса представлена кривой 1 и насосом, работающим на частоте сети. Кривая 2 иллюстрирует кривую характеристик двух параллельных насосов, а также всех двух параллельных насосов, работающих на частоте сети. Кривая 3 иллюстрирует кривую напора трубопроводной системы. Мы по-прежнему предполагаем, что расход воды в системе изменяется на 50% от номинального расхода. Прежде всего, что произойдет, если будет запущен только один насос? Рабочей точкой насоса является точка B, а фактический расход водяного насоса намного превышает его номинальный расход, насос и частотно-регулируемый привод перегружаются или даже перестают работать. Мы можем изменить кривую характеристики отдельного насоса с кривой 1 на кривую 4, изменив рабочую частоту, а затем рабочая точка насоса изменится с точки B на точку D. Фактический расход насоса точно равен его номинальному расходу, что хорошо видно. из рисунка 4. Теперь остается вопрос, как решить значение частоты, соответствующее кривой 4. Следующий пример иллюстрирует метод расчета.
В приведенной ниже таблице 1 показаны параметры насоса, данные слева представляют собой процент от номинального расхода (%), а данные справа — напор насоса (кПа).
Таблица 1. Рабочие параметры насоса
| Список | Процент номинального расхода (%) | Напор насоса (кПа) |
| 1 | 0 | 380 |
| 2 | 70 | 350 |
| 3 | 100 | 330 |
| 4 | 120 | 310 |
Производительность насоса может быть выражена формулой (1) выше, все коэффициенты A,B,C могут быть рассчитаны путем подгонки кривой данных в таблице. Расчетный результат: A = 380 B = -0,2619.и С = -0,00238. Затем полная формула для выражения списка характеристик насоса выглядит следующим образом:
5) Н = 380 — 0,2619 х Q — 0,00238 х Q 2
Для этой системы водоснабжения, когда расход системы является номинальным расходом, сопротивление системы трубопровода составляет 330 кПа, поэтому характеристики напора системы трубопроводов перечислены в формуле (6) ниже.
6) △P = S x Q 2 = (330/200 2 ) x Q 2 = 0,00825x Q 2
Фактически формула (5) является выражением кривой 1, а формула (6) является выражением кривой 3. Точка D является точкой пересечения кривой 1 и кривой 3. Значение точки D можно получить, решив формулу ( 5) и формула (6).
7) 380 — 0,2619 х Q — 0,00238 х Q 2 = 0,00825 х Q 2
Ответ Q B = 177,15.
Переменная f 1 – рабочая частота соответствует кривой 1, а Переменная f 4 – рабочая частота соответствует кривой 4. Таким образом, по закону гидравлического подобия насоса можно получить:
8) ф 1 / ф 4 = Q B / Q D
9) 50/ф 4 = 177,15/100
Решая уравнение (9), мы можем получить f 4 = 28,2. Можно сделать вывод, что при работе насоса на частоте 28,2 Гц подача насоса достигла своего номинального расхода. Если рабочая частота насоса превышает это значение, это обязательно вызовет перегрузку водяного насоса и преобразователя частоты.
4. Контроллер переменного расхода
Автор разработал интеллектуальный контроллер на основе одноплатного компьютера, как показано на рис. 5 ниже, в котором используется технология переменного расхода. Основной ЧРП включает в себя модуль ЦП, часы реального времени, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), модуль цифрового ввода с оптической изоляцией, цифровой выход с оптической изоляцией, а также интерфейсы RS232 и Коммуникационный модуль RS485. ЧРП завершает сбор данных через каналы цифрового ввода и аналогового ввода и выполняет анализ данных, а затем управляет насосами и ЧРП для правильной работы через каналы цифрового вывода и аналогового вывода.
Рис. 5 Контроллер для технологии переменного расхода
Для частотно-регулируемого привода разработаны специальные алгоритмы управления и стратегии управления для систем переменного расхода воды. Алгоритмы управления включают обычный алгоритм ПИД-регулирования и алгоритм нечеткого управления для различных целей управления. Практика показала, что нечеткий алгоритм более приемлем, чем ПИД-алгоритм, для управления большинством переменных потоков. Специализированные стратегии управления включают технологию синхронного преобразования частоты, технологию управления насосами Add-Sub и технологию защиты от перегрузки. Многие проекты достигли очевидных экономических результатов при минимальных затратах.
Заключение
Насосы являются наиболее распространенными инженерными сооружениями в сфере строительства, но нам еще предстоит выяснить, как заставить их работать правильно. Что наиболее важно, частотно-регулируемые приводы стали широко использоваться в настоящее время с развитием технологии переменного расхода. Совместное применение частотно-регулируемых приводов и водяных насосов дает нам не только хорошие преимущества в плане энергосбережения, но и некоторые новые проблемы, такие как конфигурация частотно-регулируемых приводов, перегрузка и т. д. В данной статье представлено теоретическое исследование для решения этих проблем.
Чтобы понять характеристики насоса, необходимо создать математическую модель водяного насоса. Формула (1) и формула (2) иллюстрируют производительность насоса и являются основными уравнениями для насоса без инверсии. Мы можем вывести математическую модель водяного насоса с частотно-регулируемым приводом, объединив основную формулу насоса с законом гидравлического подобия.
Очевидно, что для таких систем с несколькими насосами количество частотно-регулируемых приводов должно быть равно количеству насосов. Это определяется характеристиками параллельно включенных насосов. Технология синхронного преобразования частоты может быть хорошим выбором для системы водоснабжения с меньшим количеством насосов.
В документе также обсуждались вопросы, связанные с перегрузкой. Из обсуждения можно сделать вывод, что наиболее важной причиной, вызывающей перегрузку, является превышение напора насоса, требуемого системой трубопровода. Для этих систем с несколькими насосами эта проблема часто возникает, когда в работу вводится только часть насосов. Технология переменной частоты является действенным методом преодоления перегрузки. Метод расчета рабочей частоты более сложен, и статья иллюстрирует метод расчета на примере. Для этого метода нужны не только математические формулы, но и фактические рабочие параметры насоса.
Для применения проектов необходимо выбрать подходящий VFD. ЧРП со специальными алгоритмами управления и стратегиями управления для технологии переменного расхода может решить все проблемы, описанные выше.
Сердце и система кровообращения (для подростков)
Что делает сердце?
Сердце представляет собой насос, обычно сокращающийся от 60 до 100 раз в минуту. С каждым ударом сердце посылает кровь по всему телу, доставляя кислород к каждой клетке. После доставки кислорода кровь возвращается к сердцу. Затем сердце направляет кровь в легкие, чтобы получить больше кислорода. Этот цикл повторяется снова и снова.
Что делает система кровообращения?
Кровеносная система состоит из кровеносных сосудов, несущих кровь от сердца и к сердцу. Артерии несут кровь от сердца, а вен несут кровь обратно к сердцу.
Система кровообращения переносит кислород, питательные вещества и
гормонов в клетки и удаляет продукты жизнедеятельности, такие как углекислый газ. Эти дороги движутся только в одном направлении, чтобы все шло туда, куда нужно.
Какие части сердца?
Сердце состоит из четырех камер — двух верхних и двух нижних:
- Две нижние камеры — это правый желудочек и левый желудочек. Они выкачивают кровь из сердца. Стенка, называемая межжелудочковой перегородкой , находится между двумя желудочками.
- Две верхние камеры — это правое предсердие и левое предсердие. Они получают кровь, поступающую в сердце. Стенка, называемая межпредсердной перегородкой , находится между предсердиями.
Предсердия отделены от желудочков атриовентрикулярными клапанами :
- Трехстворчатый клапан отделяет правое предсердие от правого желудочка.
- Митральный клапан отделяет левое предсердие от левого желудочка.
Два клапана также отделяют желудочки от крупных кровеносных сосудов, несущих кровь, выходящую из сердца:
- 9Легочный клапан 0005 находится между правым желудочком и легочной артерией, которая несет кровь в легкие.
- Аортальный клапан находится между левым желудочком и аортой, по которой кровь поступает в организм.
Какие части системы кровообращения?
Два пути идут от сердца:
- Малый круг кровообращения представляет собой короткую петлю от сердца к легким и обратно.
- системный кровоток переносит кровь от сердца ко всем остальным частям тела и обратно.
В малом круге кровообращения:
- Легочная артерия — это крупная артерия, отходящая от сердца. Он разделяется на две основные ветви и приносит кровь от сердца к легким. В легких кровь поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Затем кровь возвращается к сердцу по легочным венам.
В большом круге кровообращения:
- Затем кровь, возвращающаяся к сердцу, получает много кислорода из легких. Так что теперь он может выйти в тело. Аорта — это большая артерия, которая выходит из сердца и несет эту насыщенную кислородом кровь. Ответвления от аорты направляют кровь к мышцам самого сердца, а также ко всем другим частям тела. Подобно дереву, ветви становятся все меньше и меньше по мере удаления от аорты.
В каждой части тела сеть крошечных кровеносных сосудов, называемых капиллярами , соединяет очень маленькие ветви артерий с очень маленькими венами. Капилляры имеют очень тонкие стенки, и по ним к клеткам доставляются питательные вещества и кислород.
Продукты жизнедеятельности попадают в капилляры.Затем капилляры переходят в мелкие вены. Маленькие вены ведут к большим и большим венам по мере того, как кровь приближается к сердцу. Клапаны в венах обеспечивают движение крови в правильном направлении. К сердцу впадают две крупные вены: верхняя полая вена и нижняя полая вена. (Термины «верхний» и «нижний» не означают, что одна вена лучше другой, но что они расположены выше и ниже сердца.)
Как только кровь возвращается в сердце, она должна снова попасть в малый круг кровообращения и вернуться в легкие, чтобы избавиться от углекислого газа и получить больше кислорода.
Как бьется сердце?
Сердце получает сообщения от тела, которые сообщают ему, когда нужно перекачивать больше или меньше крови, в зависимости от потребностей человека. Например, когда вы спите, он качает достаточно, чтобы обеспечить меньшее количество кислорода, необходимого вашему телу в состоянии покоя. Но когда вы тренируетесь, сердце работает быстрее, поэтому ваши мышцы получают больше кислорода и могут работать усерднее.
То, как бьется сердце, контролируется системой электрических сигналов в сердце. Синус (или синоатриальный) узел представляет собой небольшой участок ткани в стенке правого предсердия. Он посылает электрический сигнал, чтобы начать сокращение (накачку) сердечной мышцы. Этот узел называют водителем ритма сердца, потому что он задает частоту сердечных сокращений и заставляет остальные части сердца сокращаться в своем ритме.
Эти электрические импульсы заставляют предсердия сокращаться в первую очередь. Затем импульсы идут вниз к атриовентрикулярный (или АВ) узел , который действует как своеобразная ретрансляционная станция. Отсюда электрический сигнал проходит через правый и левый желудочки, заставляя их сокращаться.
Одно полное сердцебиение состоит из двух фаз:
- Первая фаза называется систолой (произносится: SISS-tuh-lee). Это когда желудочки сокращаются и перекачивают кровь в аорту и легочную артерию. Во время систолы атриовентрикулярные клапаны закрываются, создавая первый тон (луб) сердцебиения. Когда атриовентрикулярные клапаны закрываются, кровь не возвращается обратно в предсердия. В это время аортальный и легочный клапаны открыты, чтобы пропустить кровь в аорту и легочную артерию. Когда желудочки заканчивают сокращаться, аортальный и легочный клапаны закрываются, чтобы предотвратить обратный ток крови в желудочки. Закрытие этих клапанов создает второй звук (даб) сердцебиения.
- Вторая фаза называется диастола (произносится: die-AS-tuh-lee). Это когда атриовентрикулярные клапаны открываются и желудочки расслабляются. Это позволяет желудочкам наполниться кровью из предсердий и подготовиться к следующему сердечному сокращению.
Как я могу помочь сохранить свое сердце здоровым?
Чтобы сохранить здоровье сердца:
- Делайте много упражнений.
- Соблюдайте питательную диету.
- Добейтесь и поддерживайте здоровый вес.