Влияние насосов избыточной или недостаточной мощности

Инженеры часто опасаются быть слишком консервативными в своих проектах систем. В процессе проектирования существует множество неопределенностей, включая вариации фактических условий эксплуатации, изменения характеристик жидкости, старение оборудования с течением времени и образование накипи в трубах. Инженеры используют проектные коэффициенты для учета этих факторов и предотвращения выбора/покупки оборудования недостаточной мощности. Они также учитывают влияние старения на систему.

Однако некоторые инженеры не учитывают, что применение чрезмерных запасов прочности при проектировании может фактически увеличить износ проточных компонентов и сократить срок службы системы, особенно при определении размера насоса.

При выборе насосов и трубопроводных систем основной задачей обычно является достижение требуемого давления (напора) и расхода для конкретного применения, будь то система охлаждения воды, топливопровод, химический завод или одно из многих других применений. Требуемый расход системы используется для определения полного динамического напора насоса, который затем используется для сравнения рабочих характеристик всех доступных типов насосов. Насосы слишком большой или слишком малой мощности могут иметь серьезные последствия для системы, поэтому использование точной рабочей точки имеет решающее значение в этом процессе.

Влияние насосов избыточной или недостаточной мощности

Если выбранный насос имеет недостаточную мощность, расход в системе будет ниже требуемого. Это потребует установки дополнительного насоса или регулировки системы, например, открытия сливного клапана (что позволит насосу работать с большей производительностью). Насос избыточной мощности обеспечит больший расход, чем требуется системе. В зависимости от области применения, это может потребовать использования дроссельного клапана или регулировки рабочего колеса для уменьшения расхода. Если рабочую точку насоса можно скорректировать простым изменением параметров клапанов в системе, это может показаться незначительным влиянием на систему. Однако влияние избыточной или недостаточной мощности насоса становится более заметным при рассмотрении эффективности насоса.

Точка оптимальной эффективности (ТЭИ) — это идеальная рабочая точка насоса, в которой максимальный процент энергии, затрачиваемой на работу насоса, передается жидкости. Когда рабочая точка насоса отклоняется от ТЭИ, происходит несколько изменений. Наиболее очевидным эффектом является снижение эффективности, и насосу требуется больше мощности привода. Эта энергия, не переданная жидкости, должна быть выведена в других формах, таких как тепло или вибрация. Следовательно, по мере снижения эффективности насоса увеличивается вибрация и тепло, выделяемые насосом. В некоторых случаях это оказывает незначительное влияние на насос, но чем дальше насос находится от ТЭИ, тем сильнее это влияние.

Стандарты для центробежных насосов (например, стандарт Гидравлического института HI 9.6.3) обычно рекомендуют эксплуатировать насосы с производительностью примерно от 80% до 110% от базовой оптимальной мощности (БЭП), чтобы избежать этих эффектов. Превышение 110% от БЭП может подвергнуть операторов риску кавитации из-за низкого запаса чистого положительного напора на всасывании (NPSH), а также повреждениям от вибрации и тепла. При производительности ниже 80% от БЭП могут возникнуть негативные последствия, такие как заклинивание насоса, кавитация при малом расходе, внутренний обратный поток и высокие температуры. Со временем эксплуатация таких насосов приводит к высоким затратам на техническое обслуживание, высоким затратам на электроэнергию и сокращению срока службы насоса. Таким образом, возникает вопрос: как инженеры могут эффективно использовать конструктивные факторы, чтобы избежать использования в системе насосов недостаточной или избыточной мощности?

Тщательное определение общих факторов проектирования

Одним из важных моментов является количество проектных факторов, необходимых для насоса, и когда следует применять этот запас прочности. Как правило, следующие стороны могут учитывать добавление проектных факторов в проект: инженер-проектировщик определяет габариты системы, руководитель проекта проверяет проект, а производитель насоса рекомендует насос. Следует проявлять осторожность при понимании допущений и граничных условий, используемых для определения размеров системы, чтобы избежать непреднамеренного определения необоснованных проектных факторов.

Учитывайте ограничения по эксплуатации.

Учитывают ли расчеты размеров и выбранные конструктивные факторы экстремальные условия эксплуатации? Даже если для системы была разработана эффективная конструкция с учетом пикового расхода, изменяет ли это исходную рабочую точку? Важно выбирать насосы с характеристиками, позволяющими им приближаться к оптимальной рабочей точке (BEP) при любых условиях, а не только при экстремальных режимах работы. Если требования системы часто меняются, может потребоваться рассмотреть такие варианты, как добавление частотно-регулируемого привода (VFD) к насосу, чтобы поддерживать его работу в желаемом диапазоне.

Выберите правильные инструменты

Определение размеров системы, особенно крупных систем, — сложный процесс. Использование инструментов, упрощающих этот процесс, снижает вероятность ошибок. Автоматизированные инструменты корректировки позволяют сделать методы моделирования более понятными при передаче и представлении информации другим. Эффективный автоматизированный инструмент расчета размеров позволяет инженерам быстро вводить информацию от производителя в проект и проверять, будет ли предлагаемое оборудование работать должным образом. Такая избыточность предотвращает потенциально дорогостоящие ошибки. Кроме того, эффективный автоматизированный инструмент расчета размеров позволит пользователям быстро сравнивать различные условия эксплуатации и даже рассматривать несколько связанных сценариев проектирования при выполнении расчетов размеров.

Краткое содержание

Разработка системы, отвечающей эксплуатационным требованиям, имеет решающее значение. Однако, когда дело доходит до проектирования системы, очевидно, что больший размер не всегда означает лучшее качество. Эффективное проектирование не только помогает снизить затраты на материалы и монтаж при создании системы, но и предотвращает дополнительный износ компонентов внутри системы, таких как насосы.