Частотный преобразователь как средство повышения эффективности насосов

Частотный преобразователь как средство повышения эффективности насосов

Оптимизация процессов и сокращение издержек важны на любом уровне — от крупного предприятия до частного индивидуального хозяйства. Существенно повысить эффективность помогает модернизация насосного оборудования. Включение в систему частотного преобразователя для управления насосами улучшает качество работы и заметно экономит денежные средства на обслуживание и ремонт.

Что такое преобразователь частоты, зачем он нужен

Частотный преобразователь (ПЧ, преобразователь частоты, частотник, частотный регулятор) — современное высокотехнологичное устройство с микропроцессорным управлением, множеством функций и гибкими настройками.

Частотники созданы для качественного контроля скорости и/или момента электродвигателей переменного тока любого назначения, методом согласованного изменения выходной частоты и напряжения. Современные модели способны преобразовывать 50 Гц входящей электросети в необходимые значения. Встроенный инвертор формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках контролируемого электродвигателя. Благодаря этому можно плавно запускать и останавливать двигатель, поддерживать его обороты в нужном диапазоне и оперативно изменять их до нужных значений.

В насосных системах функцию привода выполняет электродвигатель. Поэтому для управления насосом частотник подходит наиболее оптимально. Практически любой электронасос можно дооснастить преобразователем.

Разновидностей ПЧ существует множество. Для управления однофазными и трехфазными электронасосами используют универсальные общепромышленные (например, «Веспер» из линейки EI-7011), которые управляют любыми электродвигателями в широком диапазоне мощностей.

Но выгоднее купить для насосов специализированный частотный преобразователь (например, «Веспер» E5-Р7500. Такие модели ПЧ настроены на выполнение конкретного круга задач, заранее оснащены всем необходимым — переплачивать за лишний функционал не нужно.

Помимо опций и функционала, преобразователь частоты для насоса должен соответствовать мощностным характеристикам управляемого привода. Производители насосов в техническом паспорте указывают, какой преобразователь подойдет к данной модели оборудования. Если таких рекомендаций нет, за помощью по подбору можно обратиться к специалистам компании «Веспер».

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом

Классическая водопроводная насосная система, без ПЧ в контуре, работает по принципу дросселирования. Электродвигатель в этой схеме постоянно работает на максимальных оборотах, а давление в системе регулируется запорной арматурой, управление в лучшем случае осуществляется с помощью реле или же вручную.

Метод имеет ряд существенных недостатков:

• быстрый износ оборудования;
• высокий расход электроэнергии;
• частые аварийные ситуации;
• низкое качество работы.

Лишь в периоды пикового потребления воды насос работает в режиме максимальной нагрузки. Во всех остальных случаях повышенная мощность оборудования не оправдана. Это учитывается в продвинутой классической схеме, за остановку и старт электронасоса отвечает автоматика (реле). Но так как реле не способно регулировать обороты привода, по сигналу происходит резкий старт на максимальные обороты. Это приводит к гидроударам и перегрузкам в электросети, в результате система быстро изнашивается.

Частотные преобразователи «Веспер» для управления насосами оснащены микропроцессорами с обратной связью. С их помощью можно интеллектуально и бережно регулировать работу оборудования в соответствии с текущими потребностями системы.

Алгоритм работы прост. Когда датчики фиксируют, что уровень давления в трубопроводе либо уровень в резервуаре упал ниже минимума, передается сигнал на преобразователь. Тот плавно запускает электромотор насоса, ударные нагрузки на трубопровод и электросеть исключаются. Подходящее время разгона электродвигателя можно выставить самостоятельно.

Датчики в режиме реального времени передают на преобразователь информацию в процессе разгона насоса. После того, как требуемые величины достигаются, ПЧ прекращает разгон и поддерживает частоту оборотов электромотора. Если уровень снова начнет падать или расти, микропроцессор автоматически отрегулирует давление, изменив производительность насоса. Параллельно частотник выполняет функции защиты (отключает оборудование при сильных колебаниях тока в электросети).

Где используются насосные пч, плюсы и минусы применения

Частотники можно использовать с насосными установками самого различного назначения. Особенно важны частотные преобразователи для насосов систем горячего и холодного водоснабжения, отопления. Результат модернизации конечный потребитель ощутит и оценит сразу же. Водонапорная система с ПЧ в составе функционирует полностью в автономном режиме. При этом качество подачи воды остается неизменным в любое время суток.

Масштаб системы не имеет значения. ПЧ способны заметно поднять эффективность промышленных насосных станций и бытовых колодезных и артезианских миниводокачек на один дом.

Преимущества управления насосами с преобразователем частоты:

• экономия электроэнергии (до 30–40%);
• исключена ситуация «сухого хода» (без воды в системе);
• нет температурных скачков при подаче горячей воды;
• стабильная сила напора;
• отсутствует избыточное давление в трубах;
• продлен ресурс электронасоса и трубопровода;
• снижен уровень шума;
• можно упростить систему, убрать из схемы гидроаккумулятор и др. ненужные узлы и агрегаты.

Минусы схемы с ПЧ:

• начальные вложения на покупку прибора;
• необходим специалист для подключения и настройки оборудования.

Эти недостатки быстро компенсируются за счет удешевления обслуживания. В результате сокращаются издержки на поддержание работоспособности и ремонт, стоимость владения в целом уменьшается, а комфорт заметно повышается.

Насосы для ГВС в частном доме и их назначение

Циркуляционные агрегаты для горячей воды выполняют важнейшую функцию. Они создают полноценное функционирование всей системы, являются едва ли не основными стимуляторами для её качественной работы. Они применяют рециркуляционный принцип действия, когда жидкость в системе водоснабжения греется за счёт вращения спецэлементов, тем самым повышая напор и скорость движения носителя по всей трубе.

Большинство рециркуляционных насосов имеют схожую конструкцию

Рециркуляционный принцип первостепенно нужен для систем отопления в частном доме, так как там нужно обеспечивать нормальные условия для качественной перекачки теплоносителя по трубопроводу. Большее количество отопительных систем функционирует за счёт теплоносителя, что отдаёт свое тепло в пространство.

Согревается он непосредственно в:

• Нагревателе воды;
• Бойлере;
• Котле.

Оттуда теплоноситель выходит по трубопроводу контура отопления и идет по всему зданию. Проблема в том, что часто для полноценной работы всей системы нужно создать условия для рециркуляции и увеличения давления в трубопроводе, это важно. Иначе теплоноситель будет транспортироваться очень медленно либо вообще застопорится. Подобное часто происходит, если есть серьезная надобность повышения давления и рециркуляции, но она не полноценна. В результате теплоноситель встречает серьезнейшее сопротивление в трубопроводе и все время минимизирует свою энергию. Без высококачественной рециркуляции он будет греть трубы неравномерно и растрачивать тепло стремительнее, чем это нужно. А помещение не будет согреваться. А всё потому, что в трубе отопления попросту не удалось создать хорошие условия для перекачивания и рециркуляции воды.

Когда и как целесообразно использовать циркуляционный насос для горячей воды

Такая схема горячего водоснабжения в доме не всегда целесообразна – говоря коротко, в небольших домах на 3-5 комнат она неоправданна. Для таких случаев подходит обычный двухконтурный котел отопления – небольшая протяженность магистралей горячего водоснабжения не заставит вас долго ожидать, пока нагретая вода потечет из крана. Другое дело – большие дома с несколькими санузлами и сложной отопительной системой. Вот здесь и показывает себя на все сто процентов система горячего водоснабжения с циркуляционным насосом. Какие задачи решаются таким образом?

1. В первую очередь, наличие горячей воды в кране постоянно – ни секунды ожидания, пока вы получите нагретую воду.
2. Второй момент – это увеличение давления в системе. В больших домах, как правило, трубы тянутся на большое расстояние – результатом большой протяженности труб является ослабевание давления в системе, что и компенсирует рециркуляционный насос для горячей воды.

Это основные задачи кольцевого контура горячего водоснабжения. В качестве бонуса он предоставляет еще парочку преимуществ.

1. Экономия воды – то есть в канализацию не сливается холодная вода. Та, которая стекает из крана, пока вы ждете появления горячей воды в стандартной системе с использованием двухконтурного котла или обычного бойлера.
2. Экономия топливных ресурсов. Для нагрева горячей воды используется тот же теплоноситель, что отапливает ваш дом. Естественно, эта экономия происходит только зимой – в принципе, летом она тоже работает экономично, только с первого взгляда этого не видно. Экономия летом происходит благодаря накопительному баку, а не прямому нагреву воды в водопроводе.

Насос для горячего водоснабжения фото

Кроме всего прочего, экономить ресурсы позволяет и сам насос. Делать это он может исключительно благодаря возможности программирования времени включения. Скажем так – ночью горячая вода не используется, значит в работе циркуляционного насоса для ГВС необходимости нет. Следовательно, запрограммировать его нужно так, чтобы он включался за полчаса до того, как вы пойдете в ванную комнату. В чем здесь экономия? В прекращении циркуляции – вода в контуре быстро нагревается, и теплообменник перестает отбирать тепло из отопительного контура. В свою очередь, теплоноситель в нем меньше остывает, в результате чего меньше топлива понадобится для его подогрева до заданной температуры.

Как рассчитать параметры насоса?

Циркуляционный насос должен обеспечивать напор достаточный для создания комфортного давления при одновременном включении кранов, во всех точках водоразбора. Конечно, точный расчет параметров всей системы водоснабжения и непосредственно самого насоса лучше доверить специалистам, но можно и «прикинуть». Для этого существует множество онлайн калькуляторов.

Расчет систем ГВС с циркуляционными насосами в промышленных помещениях, и домах большой площади должна выполнять проектно-монтажная организация, которая будет нести ответственность за работоспособность системы.

Дополнительные возможности частотного насоса

Насосы с частотным преобразованием имеют специальный дисплей, на котором отображается информация об объёме перекачиваемого теплоносителя — в час. Также насосы данного типа имеют органы управления в виде кнопок, с помощью которых можно задавать вручную режимы работы насоса. Частотный насос, с помощью кнопок управления, можно настроить на обычный режим, что позволит использовать это устройство, как обычный нерегулируемый насос. Это делается по желанию пользователя, а также при необходимости установки частотного насоса в системах отопления, где не используется термостатические вентили. Режимы работы частотного насоса также отображаются на светодиодном дисплее.

Ротор

В первую очередь циркуляционные насосы различают по принципу работы ротора, который бывает сухим и мокрым.

У моделей первого типа ротор спрятан в герметичном корпусе и не контактирует жидкостью. Приборы с “сухим” обладают высоким КПД (около 80%), поэтому активно используются в отопительных системах жилых домов с большой площадью, однако требуют регулярных поверок, обслуживания и сильно шумят.

При “мокром” принципе работы жидкость проходит через всю внутреннюю часть насоса, охлаждая двигатель и смазывая трущиеся детали. Такие установки менее эффективные, чем с “сухим” ротором”, чувствительны к грязной и жесткой воде, однако почти не шумят и не вибрируют, а потому чаще используются в быту.

Повысительные насосы

Задача повысительного (нагнетательного) насоса — поднятие давления на определенном участке. Это узкопрофильное оборудование, из-за чего производители не могут похвастаться огромным количеством моделей. Впрочем, ассортимент достаточен, и даже есть лидеры:

-UPA 15-90 GRUNDFOS.

Наибольшим спросом пользуется оборудование, способное поднять давление с 0,2 до 1 атм (то есть минимум на 0,8 атм). Для поднятия до 3,5 атм используют повысительные станции, превосходящие насос по размерам и обладающие несколько иной конфигурацией (накопительный бак зачастую входит в комплект).

Принцип работы

Крыльчатка, установленная на валу напротив всасывающего патрубка, размещенного в нижней части корпуса, задает воде радиальное движение (с минимумом гидравлических потерь) в направлении от центра. В процессе этого движения посредством работы внутренних радиальных лопастей крыльчатки происходит преобразование механической энергии в кинетическую. Скорость потока увеличивается. На выходе из крыльчатки установлена спираль, направляющая воду в диффузор. В нем часть кинетической энергии преобразуется в давление, то есть энергию напора.

Струйные устройства

Особенность — всасывающий эффект, создаваемый эжектором, установленным в корпусе и соединенным с камерой всасывания. Одна часть перекачиваемой воды проходит к нагнетательному патрубку, вторая — рециркулирует. Рециркуляция обеспечивает возникновение разрежения в камере всасывания. Струйные центробежные приборы выпускают в двух конфигурациях: цельные и с отдельным блоком, где расположены эжектор и камера всасывания. Эти модели используют в организации автономного водоснабжения от внешнего источника (колодец).

Вихревые устройства

Особенность — наличие множества радиальных лопаток на периферии крыльчатки. Лопатки передают механическую энергию воде, одновременно обеспечивая ее радиальную рециркуляцию между самими лопатками и двойными каналами, расположенными по обе стороны крыльчатки. В передаче энергии принимает участие каждая лопатка — давление наращивается постепенно. Итог: ровный и сильный поток, высокое давление на выходе.

Циркуляционные насосы

Задача оборудования — обеспечение непрерывного движения воды. Циркуляционные насосы используют в отопительных системах и системах горячего водоснабжения (включая теплые полы). Устройство приводит воду в движение, но давление в системе не меняет. Приборы подразделяют по типу ротора на мокрые и сухие.

«Сухие» циркуляционные насосы

В устройствах «сухого» типа ротор напрямую с жидкостью не контактирует. Рабочая поверхность ротора и двигатель отделены друг от друга уплотнительными кольцами (нержавейка). Находящаяся между этими кольцами пленка воды в процессе работы устройства герметизирует соединение за счет разницы давления (внешнего и системного). Кольца самоподгоняемые (подгонку обеспечивает прижимная пружина).

Одно из достоинств «сухих» насосов — высокий КПД (до 80 %), недостаток — столь же высокий шумовой фон, создаваемый охлаждающим вентилятором. «

Мокрые» циркуляционные насосы

В устройствах «мокрого» типа ротор контактирует с жидкостью напрямую. Он состоит из корпуса (материалы: алюминий, бронза, нержавейка, чугун) с расположенным внутри керамическим или стальным двигателем и зафиксированной на валу крыльчатки. Статор и ротор разделены специальным стаканом, обеспечивающим изоляцию элементов, находящихся под напряжением. Все детали прибора работают в перекачиваемой среде (кроме изолированных).

Вода играет роль охладителя и смазки. Вентилятора нет, что сводит к нулю шумовой фон, но при этом значительно падает КПД — до 55 %.

«Мокрые» насосы применяют в индивидуальных системах, сухие — в промышленных и других, требующих мощности, а не тишины.

Чем отличается циркуляционный насос от повысительного

Циркуляционный и повысительный насосы отличаются принципиально. У них разные задачи, разные решения этих задач: циркуляционный — устройство, обеспечивающее движение теплоносителя в системе, нагнетательный — насос, повышающий давление на определенных ее участках.

Циркуляционный насос приводит жидкость в движение путем ее всасывания с одной стороны и выброса с другой за счет центробежной силы. Этот же принцип — основа работы дренажных насосов. Давление остается статичным.