Практическая работа № 25
Тема: Дефектация узлов и деталей. Анализ надежности.
Цель: Изучение дефектационной ведомости. Анализ надежности.
НАДЕЖНОСТЬ НАСОСОВ
Следствием работы насоса в нерасчетных режимах является также значительное снижение его надежности, а именно возникновение таких механических проблем, как:
• выход из строя подшипников;
• выход из строя торцовых уплотнений;
• поломка валов;
• повышенная вибрация.
Наиболее частые причины выхода оборудования из строя и соответствующая кривая надежности насосов в зависимости от расположения рабочей точки показаны на рис. 1.
Вследствие работы насоса в режиме, находящемся вне пределов рабочего диапазона, происходит:
• значительное повышение температуры (точка 1, рис. 1);
• снижение ресурса работы подшипников и уплотнений (точка 2, рис. 1) из-за вибрации по причине: возможной кавитации (точка 2.1), возникновения рециркуляции потока на входе (точка 2.2) и выходе (точка 2.3) рабочего колеса;
• снижение ресурса работы подшипников и уплотнений из-за вибрации, вызванной отрывом потока в проточной части (точка 3);
• кавитация, перегрузка электродвигателя (точка 4).
В связи с возникновением указанных проблем у потребителей часто складывается ложное мнение о ненадежности и неэффективности насосов, при этом упускается из виду, что причина неполадок заключается в неверной эксплуатации на нерасчетных режимах, а поскольку значительную долю насосного оборудования, которое эксплуатируется на объектах водоснабжения составляют насосы отечественного производства, то плохая слава распространяется именно о них. В связи с этим еще раз подчеркнем, что одним из главных условий эффективной и надежной работы насоса является нахождение рабочей точки в пределах его допустимого рабочего диапазона.
РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ НАСОСА ПУТЕМ ДРОССЕЛИРОВАНИЯ
К сожалению, в настоящее время наиболее широко распространен самый энергозатратный способ регулирования режима работы насосов - с помощью дроссельной задвижки.
Преследуя цель снижения подачи или уменьшения напора насоса, потребитель при помощи задвижки, установленной на напорном патрубке насоса, создает дополнительное сопротивление. При этом суммарная характеристика системы переходит из положения 1 в положение 2. Одновременно потери мощности на задвижке составляют площадь, пропорциональную произведению величины подачи и разницы напоров до и после задвижки. Таким образом, регулирование можно осуществлять с помощью задвижки, но только в качестве вынужденной меры для увеличения напора и смещения рабочей точки в диапазон рабочих режимов насоса.
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НАСОСНОЙ СИСТЕМЫ
Снизить энергопотребление можно разными способами (табл. 1).
Как видно из таблицы, значительного снижения энергопотребления можно добиться даже малозатратными методами, например подрезкой рабочего колеса. Эффективность того или иного способа регулирования определяется характеристикой системы и ее изменением во времени. В каждом конкретном случае необходимо принимать решение в зависимости от условий эксплуатации и характеристики системы. При выборе способа регулирования весьма важно не попасть под влияние сложившихся в последнее время стереотипов. Так, согласно одному из них снизить энергопотребление помогает применение частотного преобразователя. Однако регулирование частоты вовсе не всегда приводит к снижению энергопотребления, а иногда даже дает обратный эффект. Применение частотного регулирования целесообразно при работе насосов в той системе, где преобладают потери на трение (потери трения в трубопроводах и запорно-регулирующей арматуре). Это подтверждает график на рис. 3.
Как видно из графика, при уменьшении частоты вращения рабочая точка находится в зоне максимального КПД. В то же время при регулировании частоты вращения при работе насоса в системе с преобладанием статической составляющей в характеристике системы рабочая точка смещается влево от оптимальной при соответствующем значительном снижении КПД. Это можно проследить на рис. 2.
При большой статической составляющей рекомендуется применять каскадное регулирование, при котором расход насосной станции регулируется путем включения необходимого количества насосов. Характеристика насосной станции с тремя насосами показана на графике на рис. 4.
при проведении мероприятий по снижению энергопотребления основной отправной точкой является характеристика сети с учетом ее изменения во времени.
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕРОПРИЯТИЯ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ ОБЪЕКТАХ
Основная проблема при разработке энергосберегающих мероприятий связана с тем, что реальные параметры сети часто неизвестны либо даны не в полном объеме и сильно отличаются от проектных параметров. Различия, как правило, связаны с коррозией трубопроводов, изменением схем водоснабжения, объемов водопотребления и пр. Для определения реальных режимов работы насосов и параметров сети возникает необходимость в осуществлении замеров непосредственно на объекте с использованием специального контрольно-измерительного оборудования, т. е. технического аудита гидравлической системы. Для успешного проведения мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности установленного оборудования, необходимо располагать как можно более полной информацией о работе насосов. В процессе аудита насосного оборудования можно выделить несколько последовательных этапов.
Этап 1. Сбор предварительной информации об установленном на объекте оборудовании, в частности, сведений о технологическом процессе, в котором оно задействовано. Например, режимы работы насосов станций первого и второго подъема, как правило, значительно отличаются друг от друга.
Этап 2. Уточнение собранной информации и получение дополнительных данных, проверка наличия имеющихся на объекте средств проведения измерений, анализ системы управления и т. д. Предварительное планирование проведения испытаний.
Этап 3. Проведение испытаний на объекте.
Этап 4. Обработка и оценка результатов.
Этап 5. Подготовка технико-экономического обоснования для различных вариантов модернизации. При планировании мероприятий можно определить наиболее проблемные в части энергопотребления насосы.
В табл. 2 приведены основные признаки, свидетельствующие о неэффективной эксплуатации насосного оборудования, а также типовые мероприятия, которые помогут исправить положение с указанием ожидаемого срока их окупаемости.
Располагая результатами проведенных испытаний и характеристикой системы, зная ее изменения с течением времени (часовой, суточный, недельный и прочие графики), определив действительные рабочие характеристики насосов и режимы их работы для каждого из характерных видов нагрузки (наиболее продолжительный режим, максимальная/минимальная подача), можно разработать один или несколько вариантов модернизации насосного оборудования. Оценка различных вариантов модернизации проводится на основании расчета стоимости жизненного цикла оборудования LCC (от англ. life cycle cost). Данный критерий позволяет оценить затраты на начальном этапе и в течение определенного периода эксплуатации нового оборудования и сравнить их с установленными в последнее время. Описание расчета LCC подробно описано в соответствующей литературе, например, в Руководстве по анализу стоимости жизненного цикла насосных систем и Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems.
Основную долю в общих затратах жизненного цикла любой насосной системы составляют затраты на электроэнергию, поэтому на этапе предварительной оценки различных вариантов необходимо воспользоваться критерием удельной мощности, т. е. мощности, потребляемой насосным оборудованием, отнесенной к единице расхода перекачиваемой жидкости.
Задание.
На основе выше изложенного сделать выводы.