Избыточный напор как причина повышенного энергопотребления

Избыточный напор повышает энергопотребление насосной системы тогда, когда оборудование создаёт давление выше фактически необходимого потребителям, а дополнительный перепад не выполняет полезную гидравлическую функцию. Но высокий напор сам по себе ещё не доказывает перерасход: он может быть необходим для преодоления реального сопротивления сети.

Поэтому проверка строится от потребителей к насосам. Сначала определяют требуемый расход и давление в характерных режимах, затем сопоставляют их с фактическим напором, перепадами давления, характеристикой сети, положением регулирующей арматуры, электрической мощностью и числом работающих агрегатов. Только после локализации лишнего перепада можно выбирать способ регулирования.

Что считать избыточным напором

Избыточным нельзя считать любое высокое значение давления. Практический критерий — наличие части создаваемого насосом напора, которая превышает подтверждённую гидравлическую потребность системы в конкретном режиме.

Для этого необходимо разделить:

напор, необходимый для доставки требуемого расхода;
перепады давления, обусловленные реальным сопротивлением сети;
давление, необходимое у потребителей;
перепад на регулирующей арматуре;
дополнительный запас, который не объясняется полезной функцией.

Только последнюю часть можно рассматривать как потенциальный резерв для корректировки режима.

Почему проверку нужно начинать с потребителей

Насос работает ради обеспечения требуемого режима в конечных точках системы. Поэтому невозможно определить избыточность напора, не зная, какое давление действительно необходимо потребителям.

Для характерного режима проверяют:

какой расход должен быть обеспечен;
какое давление или перепад требуется в контрольных точках;
какие потребители находятся в наиболее неблагоприятных условиях;
как меняется потребность при изменении нагрузки;
достаточен ли фактический режим для выполнения функции системы.

Если давление снижать без этой проверки, можно уменьшить энергопотребление одновременно с нарушением требуемого гидравлического режима.

Какие исходные данные нужны

Для анализа необходимы данные, связывающие насос, сеть и потребителей в одной измерительной границе.

Основные параметры:

расход рабочей среды;
напор насосов;
перепады давления на значимых участках;
электрическая мощность насосов;
характеристика сети;
положение регулирующей арматуры;
графики работы оборудования;
число одновременно работающих агрегатов;
описание периода и режима, к которым относятся измерения.

Схемы и журналы режимов нужны там, где без них невозможно определить границу сети, расположение регулирующих элементов или последовательность включения насосов.

Первый аналитический шаг — определить рабочую точку

Рабочая точка показывает фактическое сочетание расхода и напора в конкретном состоянии системы. Именно в ней необходимо сравнивать гидравлическую нагрузку и электрическую мощность.

Для каждого характерного режима фиксируют:

расход;
напор;
перепады давления;
электрическую мощность;
положение арматуры;
число работающих насосов;
продолжительность режима.

Одна измеренная точка может быть недостаточна, если нагрузка заметно меняется в течение периода.

Как определить, где расходуется создаваемый напор

Для диагностики важно не только знать общий напор насоса, но и разложить его по участкам системы.

Необходимо определить:

какой перепад требуется потребителям;
какая часть приходится на трубопроводы и другие элементы сети;
какая часть возникает на регулирующей арматуре;
где находятся наиболее значимые локальные сопротивления;
какой остаточный запас сохраняется в характерных режимах.

Так можно понять, является ли высокий напор объективной потребностью сети или результатом выбранной рабочей точки и способа регулирования.

Почему положение регулирующей арматуры является важным признаком

Если насос создаёт значительный напор, а регулирующая арматура длительно ограничивает поток, необходимо проверить, не используется ли дросселирование для поглощения давления, которое система сначала создаёт насосом.

Для такой проверки сопоставляют:

положение арматуры;
перепад давления на регулируемом участке;
расход;
напор насоса;
электрическую мощность;
продолжительность этого режима.

Сам факт неполного открытия арматуры не является доказательством перерасхода. Необходимо определить величину перепада и его роль в регулировании.

Как отличить избыточный напор от высокого сопротивления сети

Это принципиально разные причины. Если сеть действительно требует значительного напора, простое уменьшение режима насоса может привести к недостаточному давлению у потребителей.

Для разделения необходимо:

локализовать основные перепады давления;
проверить характеристику сети;
сопоставить разные значения расхода;
проверить положение арматуры;
оценить давление в контрольных точках;
проследить изменение рабочей точки при смене нагрузки.

Если значительная часть напора уходит на неизбежное сопротивление сети, причина энергопотребления отличается от ситуации, когда давление искусственно поглощается регулированием.

Почему избыточный напор может сопровождаться дросселированием

Эти механизмы часто связаны: насос создаёт давление, превышающее требуемое в текущем режиме, а регулирующий элемент увеличивает сопротивление, чтобы ограничить расход.

Практическая цепочка выглядит так:

насос формирует рабочую точку с повышенным напором;
расход необходимо уменьшить;
арматура создаёт дополнительное сопротивление;
часть перепада давления теряется на регулировании;
электрическая нагрузка насоса остаётся связанной с этим режимом.

Чтобы подтвердить именно такую картину, необходимы фактические измерения расхода, напора, перепада и мощности.

Как параллельная работа насосов может создавать лишний напор

В многонаносной системе режим определяется не только отдельным агрегатом, но и числом одновременно работающих насосов.

Необходимо проверить:

сколько агрегатов работает при каждом уровне нагрузки;
какой общий расход они обеспечивают;
какой напор формируется;
какова общая электрическая мощность;
когда включается следующий насос;
насколько это соответствует фактической потребности.

Если дополнительный агрегат включён в режиме, где его гидравлический вклад не требуется, это может изменить рабочую точку всей системы. Но такой вывод необходимо подтверждать фактическими параметрами.

Как частичная загрузка влияет на избыточный напор

Система, рассчитанная на более высокую нагрузку, может длительно работать при сниженном расходе. В такой ситуации необходимо проверить, уменьшается ли одновременно требуемый напор и адаптируется ли к этому насосный режим.

Для частичных нагрузок анализируют:

требуемый расход;
фактический расход;
требуемое давление у потребителей;
фактический напор насоса;
положение регулирующей арматуры;
электрическую мощность;
число работающих насосов.

Если расход снизился, а создаваемый напор остался неоправданно высоким, появляется основание для проверки способа управления.

Почему один высокий перепад давления ещё не доказывает причину

Локальный перепад может возникать по разным причинам. Он может быть:

частью нормальной характеристики сети;
результатом дросселирования;
следствием конкретного режима потребителя;
связан с изменённой конфигурацией системы;
следствием работы нескольких агрегатов;
результатом неверно выбранной границы измерения.

Поэтому перепад давления необходимо привязывать к конкретному элементу и сопоставлять с расходом и режимом.

Как связать напор с электрической мощностью

Для энергетической оценки недостаточно обнаружить высокое давление. Необходимо показать, как соответствующая рабочая точка связана с электрической нагрузкой насосов.

Для каждого режима сопоставляют:

расход;
напор;
перепад давления;
электрическую мощность;
число агрегатов;
продолжительность работы.

Так можно отделить увеличение мощности, обусловленное реальной гидравлической задачей, от режима, в котором дополнительный напор не даёт необходимого результата у потребителей.

Почему сравнение только по мощности насоса некорректно

Одинаковая электрическая мощность может соответствовать разным расходам, напорам и конфигурациям сети. Поэтому сама мощность не показывает, является ли рабочий режим избыточным.

Особенно опасно делать вывод на основании:

паспортной мощности двигателя;
единичного измерения электрической нагрузки;
сравнения насосов без учёта расхода;
разных периодов с различной гидравлической потребностью.

Сравниваемые режимы должны выполнять одинаковую или сопоставимую полезную функцию.

Как определить требуемое давление у потребителей

Для проверки избыточного напора необходимо найти контрольные точки, по которым можно судить о выполнении гидравлической функции системы.

Практически оценивают:

давление или перепад в значимых точках;
работу наиболее неблагоприятных потребителей;
изменение этих параметров при разных расходах;
реакцию системы на изменение числа насосов;
реакцию на изменение положения арматуры.

Если даже в наиболее требовательной точке сохраняется устойчивый запас давления, его происхождение необходимо анализировать дальше.

Как проверить диапазон режимов, а не одну точку

Избыточный напор может проявляться только в части эксплуатационного диапазона. Поэтому полезно построить режимную таблицу.

Для каждого характерного состояния фиксируют:

расход;
требуемое давление;
фактический напор;
перепады по сети;
мощность;
число насосов;
положение арматуры;
продолжительность.

Это позволяет увидеть, является ли проблема постоянной или возникает только при частичной нагрузке, определённой последовательности агрегатов или конкретном способе регулирования.

Когда имеет смысл менять способ регулирования

Выбор способа управления становится обоснованным только после того, как подтверждён механизм лишнего напора.

Если данные показывают, что:

расход заметно меняется во времени;
частичные нагрузки длительны;
напор регулярно превышает подтверждённую потребность;
лишний перепад поглощается регулирующей арматурой;
существующий режим не адаптируется к нагрузке,

можно переходить к сравнению вариантов регулирования на фактической характеристике сети.

Почему нельзя заранее считать величину экономии

Даже при подтверждённом избыточном напоре величина будущего снижения энергопотребления зависит от того, как изменится рабочая точка после корректировки режима.

Для оценки нужны:

фактическая характеристика сети;
диапазон расходов;
продолжительность режимов;
требуемое давление;
существующий способ управления;
электрическая мощность в характерных точках.

Экономию от регулирования нельзя принимать по номинальным данным насоса без фактической характеристики сети и диапазона расхода.

Как проверить результат после снижения напора

После изменения режима недостаточно зафиксировать уменьшение мощности. Необходимо подтвердить, что полезная гидравлическая функция системы сохранилась.

Сравнивают:

расход до и после изменения;
давление у потребителей;
напор насосов;
перепады давления;
электрическую мощность;
положение арматуры;
число работающих агрегатов;
фактическую нагрузку системы.

Если вместе с настройкой изменилась сама потребность, энергетический эффект необходимо отделить от изменения нагрузки.

Какие ошибки чаще всего приводят к неверному выводу

Основная ошибка — считать высокий напор автоматически избыточным.

Также некорректно:

не определять требуемое давление у потребителей;
не измерять фактический расход;
игнорировать характеристику сети;
не локализовать перепады давления;
не учитывать положение регулирующей арматуры;
игнорировать параллельную работу насосов;
сравнивать несопоставимые режимы;
принимать весь перепад на арматуре за гарантированный резерв экономии;
оценивать результат по номинальным данным оборудования.

Практический порядок проверки избыточного напора

Определить границу насосной системы.
Выбрать характерные режимы работы.
Определить требуемый расход в каждом режиме.
Определить требуемое давление у потребителей.
Получить фактический расход.
Измерить напор насосов.
Зафиксировать перепады давления по значимым участкам.
Определить положение регулирующей арматуры.
Получить электрическую мощность насосов.
Зафиксировать число работающих агрегатов.
Уточнить характеристику сети.
Определить фактические рабочие точки.
Разложить создаваемый напор по полезной нагрузке и сопротивлениям.
Проверить роль дросселирования.
Проверить влияние параллельной работы и частичной загрузки.
Определить, в каких режимах подтверждается избыточный напор.
Только после этого сравнивать способы регулирования.
После изменения режима подтвердить результат повторными измерениями.

Какой результат нужен для принятия решения

Практически полезный результат — гидравлическая и энергетическая модель насосной системы, в которой для каждого характерного режима показаны требуемое давление у потребителей, фактический напор насосов, расход, распределение перепадов давления, положение регулирующей арматуры, электрическая мощность и число работающих агрегатов.

Такая модель позволяет отличить действительно избыточный напор от необходимого сопротивления сети, определить роль дросселирования, уточнить рабочую точку и выбрать обоснованный способ регулирования или последовательность работы насосов.

Граница вывода принципиальна: высокий напор нельзя автоматически считать резервом энергосбережения. Если не подтверждены требуемое давление у потребителей, фактическая характеристика сети и диапазон расхода, корректным результатом является перечень необходимых измерений и режимов для проверки, а не неподтверждённая величина экономии.

Вернуться к разделу «Материалы»