Влияние на размера на акумулатора върхуконсумация на електроенергия във водоснабдителната система
Влияние на размера на хидроакумулатора върху потреблението на електроенергия във водоснабдителната система
Целта на тази статия е да покаже зависимостта на обема на акумулатора на налягане и потреблението на електроенергия в помпена водоснабдителна система с диференциално управление, което регулира обема на натрупване на вода в резервоара (обема на съхранената енергия под налягане).
Стандартните системи за надземна вода (водни кули с различни конструкции) са оборудвани с помпи, чиято задача е да пълнят и поддържат обема на водата в надземния резервоар в рамките на долното и горното ниво. Такива водоснабдителни системи са известни от древни времена, широко се използват в целия свят и осигуряват гравитационно (гравитационно) водоснабдяване за битови, общински или промишлени нужди. Принципът на тяхното действие се основава на един от основните закони на хидростатиката - законът за съобщаващите се съдове.
Надземните системи за водоснабдяване под налягане осигуряват много икономична и надеждна работа в условия на ограничено потребление на вода. Уместността на надземните хидростатични системи за водоснабдяване в момента не е загубена, особено за райони с недостиг на енергия. Високата ефективност в такива системи се постига чрез непрекъсната работа на захранваща помпа с ниско налягане, работеща с оптимална производителност при ниска честота на превключване, което се постига благодарение на големия обем съхранявана вода, значителна разлика в нивата на включване / изключване на помпата и ограничена консумация на вода в системата. Въпреки това, гравитационните системи за водоснабдяване с ниско налягане не могат да бъдат поставени наравно с помпените системи с високо налягане. Гравитационните системи позволяват да се получат ограничени нива на налягане, определени от височината на резервоара за съхранение. ПриВ този случай максималното налягане в гравитационната система е ограничено от височината на резервоара. Такива гравитационни системи могат да се използват ефективно за натрупване на вода само при условия на ниска консумация на вода. За да се сравнят тези системи със системи под налягане, е необходимо използването на помпа. Тъй като системата за водоснабдяване под налягане се контролира от работата на помпата, може да се счита, че системите за надземно водоснабдяване под налягане с помпа също са обхванати от тази статия.
Първоначално се приема, че гравитационните водни системи са най-икономични. Потвърждението на това предположение е, че помпата извършва минимална работа и само за преместване на водата до горното ниво в резервоара. Работата, извършена от помпата, се съхранява като потенциална енергия и се изразходва под формата на налягане като функция от надморската височина. Съхранената енергия се използва най-добре чрез използване на съхранената вода при максимално налягане без използването на допълнителна бустерна помпа. При използване на натрупаната вода във всяка точка от интервала между "нулевото" ниво на земната повърхност и нивото на водата в надземния резервоар се изразходва само част от енергията (енергия на позицията). Предимството на надземната резервоарна система е енергийният разход за поддържане на нивото на водата в резервоара. Размерът на резервоара е избран така, че да се постигне минимален брой стартирания на помпата (загуба на електроенергия при стартирания) и максимална продължителност на помпата (съхранена енергия в резервоара) за презареждане на резервоара. Една проста оценка показва, че колкото по-голям е резервоарът, толкова по-голямо е количеството съхранена енергия, толкова по-рядко се включва помпата и колкото по-енергийно ефективен е режимът на помпата, базиран на факта, чепомпата се избира с по-малка мощност, като се има предвид по-дълъг режим на работа. Това твърдение се отнася и за работата на помпени станции за поддържане на налягане във водоснабдителните системи.
В системи за водоснабдяване под налягане с контрол на нивото на диференциално налягане, помпата се използва за подаване на вода директно към точката на анализ. Акумулаторът на налягане, действащ като водна "кула", акумулира енергия под формата на течност под налягане, докато енергията на позицията (височината) се заменя с енергията на противоналягането на въздуха в акумулатора. Не е необходимо да се създава разлика във височината за акумулатор на налягане. Помпата е проектирана да осигурява директно подаване на достатъчно вода към системата. Най-високата ефективност на помпата се постига при оптимален поток в съответствие с графика "напор-изход" в зоната на най-висока ефективност. Енергията, необходима за стартиране на помпата, се изразходва за преодоляване на инертното състояние на покой на помпата, губи се като загуба на топлина и не може да се използва повторно. Консумацията на енергия при пускане на помпата е най-малко ефективна по отношение на основното предназначение на помпената система - подаване на вода под налягане. Тази неефективност се състои на първо място в прекомерното и непродуктивно потребление на електроенергия при стартиране на помпата, което също води до нагряване на намотките на двигателя на помпата и вреди на електродвигателя - причинява необратими физични и химични промени в свойствата на изолацията, водещи до нейното принудително стареене и термично разрушаване. По принцип разрушаването на изолацията на намотките на двигателя по време на пускане на помпата възниква по две причини: механични претоварвания и намаляване на изолационните характеристики поради термичнипретоварвания. Първата причина е свързана с въздействието върху намотките на двигателя на електродинамични сили, пропорционални на квадрата на тока в намотките на двигателя. Динамичните сили причиняват механични движения в слота и челните части на намотката, които в крайна сметка нарушават целостта на изолацията. Втората причина е разсейването на топлината в намотките на двигателя, пропорционално на квадрата на тока.
Ограниченията на производителя за броя стартирания на помпата на час имат за цел да поддържат живота на двигателя на помпата разумен, но не и да намалят консумацията на енергия. В помпените системи се използва акумулатор на налягане, за да се намали броят на стартиранията на помпата и да се задоволят нуждите на системата от малки водни потоци без стартиране на помпата. Помпата в системи с контрол на диференциалното налягане е проектирана за пиково потребление на вода. Неговата най-висока енергийна ефективност се постига при почти пикови нива на потребление на вода. Често потреблението на вода в системата е променливо както по продължителност, така и по количество. Акумулаторът на налягане се превръща в устройство, което акумулира енергия и осигурява работата на помпата в оптимален режим, като абсорбира излишната енергия на помпата при неоптимални нива на потребление на вода в системата. При оптимално ниво на потребление на вода помпата работи енергийно ефективно, като непрекъснато доставя вода директно до точките на потребление на вода. Когато се консумира под оптималното ниво, хидроакумулаторът съхранява излишната енергия под формата на вода под налягане (точно като резервоар за вода над подпочвен водопровод).
В помпени системи с контрол на диференциалното налягане размерът на акумулатора се избира така, че броят на стартиранията на помпата да не надвишава установенияграничен производител на помпи, гарантиращ приемливо ниво на издръжливост и надеждност на помпеното оборудване. Пусковата енергия на помпата се изразходва за отделяне на топлина и създаване на непродуктивна енергия. Логично е, че има проста връзка между броя на стартиранията на помпата, генерирането на топлина и непроизводителните енергийни разходи. Броят на стартиранията може да бъде намален чрез повече съхранявана вода под налягане, осигурявайки по-продължителна консумация на вода без изпомпване и погълната повече излишна енергия на помпата при работа в условия на недостатъчно натоварване с ниска консумация на вода.
Например, помпа във водоснабдителната система е проектирана да доставя вода със скорост 40 l / min, а обемът на акумулатора позволява периодична работа на помпата със скорост 1 минута работа и 1 минута престой в режим на недотоварване. Такъв работен график осигурява максимална честота на превключване не повече от 30 стартирания на час, независимо от скоростта на потребление на вода. Енергията от 30 стартирания на помпата ще бъде загубена под формата на разсейване на топлина, пропорционално на квадрата на стартовия ток в намотката. При пикова консумация в системата, помпата ще работи непрекъснато след стартиране, при частична консумация, излишната енергия на помпата ще се акумулира от акумулатора. Чрез удвояване на размера на акумулатора, честотата на превключване ще бъде намалена наполовина, а стартовата топлинна енергия ще бъде разпределена към по-голямо количество енергия, съхранявана в резервоара под формата на вода под налягане. Повече енергия, съхранена преди всяко рестартиране на помпата, ще доведе до по-малко потребление на енергия поради намалената честота на генериране на топлина при стартиране и също ще увеличи живота на двигателя на помпата.