Энергосберегающие методы управления режимами работы насосных установок систем водоснабжения и водоотведения

• Автор: Николаев, Валентин Георгиевич
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 375 с. : ил.

1.1. Режимы работы насосных установок и способы их регулирования.

1.2 Энергопотребление насосных установок

1.3 Способы снижения потребления энергии насосными

установками.

Выводы но главе 1

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

Выводы по главе 2

Глава 3. РАБОТА ЛОПАСТНОГО НАСОСА В НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ И ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЕГО РАБОТЫ .
3.1. Условия работы лопастного нагнетателя при поддержании нестационарных процессов и составление целевой функции оптимизации минимизации потребления энергии.
3.2. Аппроксимация характеристик лопастного нагнетателя и их пересчет в зависимости от частоты вращения рабочего колеса

3.2.1. Аппроксимация характеристик лопастного нагнетателя

при постоянной частоте вращения рабочего колеса.
3.2.2. Пересчет характеристик лопастного насоса в зависимости от частоты вращения рабочего колеса.
3.3. Построение математической модели виртуального лопастного насоса
3.4. Исследование влияния статической составляющей требуемого напора и способа управления лопастным насосом на текущее значение КПД
3.5. Оценка влияния отклонения текущей частоты вращения рабочего колеса от номинальной на снижение КПД насоса вдоль кривых подобных режимов и на КПД частотнорегулируемого привода ЧРП
3.6. Потенциал энергосбережения и его реализация для оценки эффективности работы лопастных нагнетателей с переменной
нагрузкой.
Выводы по главе 3
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ВЫБОРА СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ ЛОПАСТНЫМ НАСОСНЫМ АГРЕГАТОМ И ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ВО ВРЕМЕНИ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ.
4.1. Теоретическое определение энергоэффективных параметров
насоса при переменной нагрузке путем определения положения
оптимума характеристики его КПД.
4.2. Теоретическое определение оптимальных параметров насоса при переменной нагрузке с использованием кривых подобных
режимов.
4.3. Определение оптимальных параметров лопастного насоса по минимуму затрат энергии численными методами с использованием математической модели виртуального насоса
4.4. Сопоставление теоретических и расчетных значений оптимальных параметров при подборе насосных агрегатов, а также сравнение энергоэффективности для традиционного и рекомендуемого способов их выбора в системах водоснабжения
4.5. Особенности технологических условий работы насосного оборудования канализационных насосных станций КИС и
разработка математической модели их функционирования.
4.5.1. Построение математической модели системы приемный резервуар КЫС нерегулируемый насос напорный
трубопровод при работе с переменным уровнем воды в
резервуаре .
4.5.2. Построение математической модели системы приемный резервуар КС регулируемый насос напорный трубопровод
при стабилизации уровня воды в резервуаре.
Выводы по главе 4
Глава 5. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ С ОДНИМ НАСОСНЫМ АГРЕГАТОМ И РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРИВОДОМ
5.1. Дросселирование трубопроводной системы.
5.2. Стабилизация давления на выходе насосного агрегата.
5.3. Минимизация избыточных напоров в трубопроводной системе
5.4. Минимизация избыточных напоров с предварительной оптимизацией параметров насосного оборудования оптимизация
5.5. Сопоставление энергоэффективности различных способов управления
5.6 Сравнительный анализ энергоэффективности различных способов управления насосными установками при откачке сточных масс из
приемных резервуаров КИС
Выводы по главе 5
Глава 6. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ГРУППЫ ПАРАЛЛЕЛЬНО ПОДКЛЮЧЕННЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРИВОДОМ ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКЕ.
6.1. Особенности условий работы насосных агрегатов в составе группы при их параллельном подключении
6.2. Теоретическое определение оптимальных параметров лопастных насосов в зависимости от их числа и характера распределения нагрузки
6.3. Исследование области возможных режимов работы лопастных насосов и оценка влияния ограничений на энергию, потребляемую насосным агрегатом.
6.4. Оптимальное распределение нагрузки между агрегатами методом неопределенных множителей Лагранжа
6.5. Определение минимума потребляемой энергии с использованием оптимизационного метода проекций градиента
6.6. Сравнительный анализ энергоэффективности различных способов управления работой группы параллельно
подключенных насосных агрегатов
Выводы по главе 6
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Затраты мощности при минимизации напоров без учета влияния были рассчитаны по методике Минтопэнерго РФ и приведены на рис 1. Из приведенных на рис. Минтопэнерго без учета влияния статической составляющей напора на КПД насоса, будет значительно завышенной. Кроме того, из рис. Непринятие во внимание этого фактора при пересчете характеристик насосов ведет к завышению значений КПД, а, следовательно, оказывает существенное влияние на результаты вычисляемой экономии энергии. Кроме того, снижение избыточных напоров в трубопроводных системах ВиВ при использовании РЭП достигается путем понижения текущей частоты вращения рабочих колес насосов пт. НОм. Анализ универсальных характеристик насосных агрегатов показывает, что отклонение текущей частоты от номинальной также ведет к снижению КПД лопастного насоса. КПД от своего максимума будет более существенным. Фактические режимы работы насосных установок в системах ВиВ при колебании нагрузки в большинстве случаев даже при отсутствии регулируемого привода выходят за пределы области рекомендуемой заводом изготовителем, а установка на насосах регулируемого привода приводит к ее существенному расширению. Поэтому отклонение частоты рабочего колеса насосного агрегата от номинальной, с одной стороны, позволяет снизить избыточные напоры в трубопроводных системах и, тем самым, создает благоприятные возможности для получения экономии энергии, однако, с другой стороны, оно приводит к снижению КПД и, следовательно, к увеличению потребления энергии. Вопросы снижения КПД при отклонении текущей частоты вращения лопастного насоса от номинальной требуют более глубокого изучения и проведения дополнительных исследований. Рост цен на энергоносители на мировом и отечественном рынках и дефицит резерва свободных генерирующих мощностей для большинства регионов России ставят проблему экономии энергии в разряд первостепенных. Значительная часть производимой в стране энергии более потребляется насосными установками, работающими в системах водоснабжения и водоотведения ВиВ предприятий ЖКХ, промышленности и сельского хозяйства, поэтому проблема экономии энергии при работе насосных установок является актуальной. Технологические процессы, протекающие в системах ВиВ, как правило, носят случайный, вероятностный характер, поэтому основные параметры этих процессов расходы и давление подвержены существенным изменениям во времени. Это значительно затрудняет выбор оптимальных параметров насосных установок и способов управления ими. Подбор параметров насосов, работающих с переменной нагрузкой, осуществляется по устаревшим эпергозатратным методикам. Подача и напор насоса подбирается по максимальной пиковой нагрузке, вероятность появления которой незначительна и составляет всего несколько часов в год. Поэтому большую основную часть времени насосное оборудование работает в недогрузочных режимах, в области низких значений КПД, с поддержанием в трубопроводных системах значительных избыточных напоров, что приводит к существенному возрастанию потребляемой энергии. Одним из наиболее перспективных направлений экономии энергии в насосных установках является применение регулируемого электропривода РЭП. Указанный метод технически наиболее просто реализуем, поскольку не требует проведения глубокого инструментального обследования объекта, однако, с точки зрения экономии энергии, является наименее энергоэффективным. Периодическая печать постоянно подпитывается примерами высокой энергоэффективности применения РЭП, которая по данным публикаций составляет от до . Ы X с и стсм. Сравнение результатов потребления энергии даже для однотипного насосного оборудования не может быть объективным, поскольку технологические условия их работы, оказывающие решающее влияние на энергопотребление насосов, как правило, значительно отличаются друг от друга. Попытки введения для них единых норм потребления энергии не дали положительных результатов. Отсутствие объективного критерия и методики для установления потенциала энергосбережения для насосных установок не позволяет объективно оценивать проводимые энергосберегающие мероприятия.