Дросселирование и частотное регулирование позволяют изменять подачу насосной системы, но делают это разными способами. При дросселировании расход ограничивают регулирующей арматурой, увеличивая гидравлическое сопротивление. При частотном регулировании изменяют скорость вращения насоса и его рабочую характеристику. Выбор зависит от требуемого расхода, допустимого напора, особенностей трубопроводной сети и продолжительности рабочих режимов.
Частотное управление может уменьшать потребление электроэнергии при переменной подаче, если снижение скорости позволяет выполнить ту же гидравлическую задачу с меньшими энергетическими затратами. Однако оно не всегда эффективнее дросселирования: в системах с преобладающим статическим напором возможности изменения скорости ограничены, а для локального распределения потоков регулирующая арматура может оставаться необходимой.
Как дросселирование и частотное регулирование изменяют рабочую точку
Рабочая точка насоса — сочетание подачи и напора, возникающее при взаимодействии насоса с трубопроводной сетью. Она определяется характеристикой насоса и характеристикой сети, отражающей необходимый напор при различных расходах жидкости.
При дросселировании частота вращения насоса сохраняется, а регулирующий клапан создаёт дополнительное сопротивление. Характеристика сети изменяется, и рабочая точка смещается в сторону меньшей подачи. При этом часть создаваемого насосом напора расходуется на преодоление сопротивления арматуры.
При частотном регулировании изменяется характеристика самого насоса. Снижение скорости вращения позволяет уменьшить подачу и создаваемый напор без обязательного увеличения сопротивления регулирующего клапана.
Энергетическое преимущество одного способа перед другим устанавливают не по факту изменения скорости или положения клапана, а по потребляемой электрической мощности при выполнении одинаковой полезной гидравлической задачи.
Какие данные необходимы для сравнения
Основу оценки составляют гидравлические характеристики насоса и системы, а также сведения об изменении требуемой подачи. По ним определяют рабочие точки, которые должны обеспечиваться при разных условиях эксплуатации.
Данные о регулирующих клапанах позволяют установить, какое дополнительное сопротивление создаётся при дросселировании. Сведения о частоте вращения необходимы для определения характеристик насоса при частотном управлении.
Отдельно учитывают статический напор — составляющую необходимого напора, связанную с условиями системы и не исчезающую при уменьшении расхода. Его величина влияет на допустимые пределы снижения скорости насоса.
Для энергетического сравнения необходим временной профиль работы: сколько времени система должна обеспечивать каждый характерный расход. Без этих сведений можно сопоставить мощность в отдельных рабочих точках, но нельзя обоснованно определить суммарное энергопотребление за цикл эксплуатации.
Сравнение двух способов при одинаковой подаче и напоре
Сначала устанавливают гидравлическое задание: требуемый расход и минимально допустимый напор в соответствующем режиме. Затем для этого задания определяют рабочую точку при дросселировании и рабочую точку при изменении частоты вращения.
Для варианта с дросселированием оценивают режим насоса с учётом дополнительного сопротивления регулирующего клапана. Для частотного варианта проверяют, при какой скорости насос обеспечивает необходимую подачу и достаточный напор.
После определения рабочих точек сопоставляют электрическую мощность двух вариантов. При частотном управлении учитывают также электрические потери преобразователя частоты. Сравнивать только механическую мощность на валу насоса недостаточно, если задача заключается в определении расхода электроэнергии всей установки.
Принципиально важно сохранять одинаковую полезную подачу. Если после установки частотного привода мощность снизилась одновременно с уменьшением количества перекачиваемой жидкости, нельзя всю разницу приписывать повышению эффективности управления.
Итоговое сравнение должно показывать, сколько электроэнергии требуется каждому способу для выполнения одной и той же гидравлической задачи при одинаковом временном профиле.
Когда частотное управление имеет ограниченное преимущество
При существенной переменной составляющей гидравлического сопротивления снижение скорости насоса может заметно уменьшать необходимую мощность. Но при преобладании статического напора насос должен сохранять способность преодолевать соответствующую составляющую даже при уменьшенном расходе.
Поэтому в сети с большим статическим напором допустимый диапазон снижения скорости может быть ограничен. Вместе с ним уменьшается и потенциальный энергетический эффект частотного управления.
Для таких систем нельзя автоматически использовать правило кубической зависимости мощности от скорости вращения. Эта зависимость применима при определённых гидравлических условиях и не является универсальным способом расчёта экономии.
Дополнительно проверяют требования к минимальному расходу через насос. Если предполагаемая скорость или рабочая точка не обеспечивает допустимого режима агрегата, соответствующий вариант исключают из технически приемлемых решений независимо от расчётного снижения мощности.
Когда дросселирование остаётся необходимым
Дросселирование не всегда можно полностью заменить изменением частоты вращения. В трубопроводной системе регулирующие клапаны могут обеспечивать локальное распределение потоков между потребителями.
Изменение скорости насоса воздействует на его общую характеристику, тогда как отдельный клапан позволяет регулировать расход в соответствующей ветви сети. Поэтому при выборе способа управления необходимо установить, какую именно функцию выполняет арматура.
Если клапан обеспечивает требуемое распределение потоков, его исключение только ради снижения сопротивления может нарушить гидравлический режим системы. В такой ситуации рассматривают совместимость частотного управления насосом с необходимым локальным регулированием.
Решение должно сохранять требуемые расходы и допустимые напоры у потребителей. Снижение энергопотребления за счёт нарушения этих условий не является обоснованным преимуществом выбранного способа.
Выбор управления по суммарному расходу электроэнергии
После определения технически допустимых рабочих точек сравнивают энергопотребление за полный рассматриваемый цикл. Для каждого характерного режима учитывают электрическую мощность и продолжительность работы, затем суммируют расход по всем режимам.
Такой подход позволяет учитывать различие между кратковременной и продолжительной работой при уменьшенной подаче. Способ, обеспечивающий наименьшую мощность в одной рабочей точке, не обязательно создаёт наименьшее суммарное потребление за весь цикл.
Результатом становится сопоставление двух схем управления при одинаковом гидравлическом задании и временном профиле. По нему выбирают технически допустимый вариант с меньшим совокупным расходом электроэнергии.
Если исходные характеристики насоса, сети или режимов работы отсутствуют, сравнение остаётся предварительным. Для подтверждения предполагаемого преимущества необходимы достоверные данные о подаче, напоре, потребляемой мощности и продолжительности рабочих режимов.
Таким образом, выбор между дросселированием и частотным регулированием определяется не общим предпочтением одной технологии, а результатами сопоставления двух конкретных способов управления. Обоснованным считается решение, которое обеспечивает одинаковую необходимую гидравлическую функцию, соблюдает ограничения оборудования и требует меньшего расхода электроэнергии за фактический цикл эксплуатации.