bbk 000000

УДК 628.292

Редит М.

Энергосберегающие насосы для перекачивания сточных вод

Аннотация

Даны рекомендации по подбору насосов для перекачивания сточных вод и соблюдения оптимального баланса между энергосбережением и минимальным риском засорения.

Ключевые слова

производительность , насос , рабочее колесо , двигатель , энергоэффективность , оптимизация конструкции

 

Скачать статью в журнальной верстке PDF

Традиционно принято считать, что для сокращения энергопотребления достаточно установить более производительное оборудование. Однако высокая производительность часто сопровождается повышенным риском засорения насосных агрегатов. Это связано с тем, что большинство производителей избирают простейший путь увеличения гидравлического КПД насосного оборудования: наращивают количество лопастей рабочего колеса насоса, уменьшают диаметр свободного прохода твердых включений, используют лопасти с геометрическими параметрами, которые неприемлемы для перекачивания необработанных стоков, содержащих куски ткани и другие волокнистые включения.

Анализ усредненных данных по муниципальным канализационным насосным станциям показывает, что причиной аварийных ситуаций почти в 60% случаев являются неисправности в работе насосов. Сбои, вызываемые неисправностями насосов, являются результатом засорения в 60% случаев (рис. 1, 2).

Вышеизложенное свидетельствует о том, что проблема засоров по-прежнему остается главной для предприятий по перекачке сточных вод. Это побуждает пользователей делать выбор в пользу несовершенных конструкций рабочего колеса насоса, отличающегося низкой эффективностью, но вместе с тем низкой вероятностью засоров, что в итоге оборачивается повышенными энергозатратами и негативным воздействием на окружающую среду.

Основным параметром, определяющим эффективность насосного оборудования, является величина общего (полного) КПД (рис. 3). КПД определяется величиной потребляемой мощности (кВт), т. е. фактическим потреблением электроэнергии. Вместе с тем необходимо знать, из чего складывается полный КПД и каким образом он влияет на опасность засорения.

У пользователя традиционного насосного оборудования есть возможность отдельно выбрать КПД двигателя и КПД насоса. Как правило, он выбирает оба компонента независимо друг от друга, причем двигатель может относиться практически к любой категории энергоэффективности – от самого низкого уровня IE1 до высшего IE3.

В попытках найти оптимальный баланс между риском засорения и энергосбережением всегда следует отталкиваться от наиболее производительных и рентабельных моделей двигателей. Дело в том, что двигатель с высоким КПД – это двойная выгода, поскольку он обеспечивает более высокий совокупный КПД и при этом не влияет на риск засоров.

К сожалению, большинство производителей погружных насосов крайне медленно осваивают современные конструкции двигателей и новые стандарты производительности и по-прежнему опираются на устаревшие технологии, в результате чего насосы часто оснащаются двигателями с чрезвычайно низкими показателями энергоэффективности на уровне IE1 (EFF 3).

Уже появились насосы нового поколения, оснащенные двигателями высшего класса энергоэффективности IE3. Высокий КПД двигателя служит для предприятий водоснабжения и канализации первым шагом на пути к сокращению энергопотребления без каких-либо последствий для риска засорения насосных агрегатов (рис. 4).

Преимущества увеличения КПД двигателя:

сокращение вероятности засоров;

наличие общепринятых международных стандартов, в том числе касающихся методики испытаний;

отсутствие перегрева и дополнительного охлаждения двигателей повышенной надежности;

удобство сравнения моделей двигателей разных поставщиков;

возможность ускоренной амортизации.

Преимущество, которым не следует пренебрегать при оценке двигателей с более высоким КПД, заключается в меньшей опасности перегрева, что сокращает потребность в охлаждении и существенно увеличивает надежность работы агрегата благодаря оптимальным условиям эксплуатации двигателя, подшипников и торцевых уплотнений.

При выборе двигателя с высоким КПД не следует забывать и о производительности самого насоса. Важна не только высокая эффективность двигателя, но и высокий гидравлический КПД. Для выбора насоса с оптимальным гидравлическим КПД нельзя просто воспользоваться специальным программным обеспечением для подбора оборудования. Следует провести анализ особенностей области применения и самой насосной станции – каков размер станции, далеко ли находится служба технической поддержки и быстро ли она среагирует в случае засорения, к каким последствиям приведет засорение, готовы ли вы регулярно проводить техническое обслуживание, велико ли содержание волокнистых включений в стоках, много ли быстроизнашивающихся компонентов в конструкции станции и т. д.

Если учесть все эти факторы слишком сложно, можно воспользоваться удобными программными инструментами для оценки насосных станций либо обратиться за консультацией в отдел программного обеспечения. После сбора всей необходимой информации можно приступать к выбору рабочего колеса и оценке гидравлического КПД насоса.

В настоящее время состав сточных вод постепенно меняется. Сокращение расхода воды, изменение отношения к вопросам личной гигиены – все эти факторы приводят к увеличению содержания тряпичного утиля и других волокнистых включений в сточных водах. Увеличиваются случаи так называемой «мягкой блокировки» (т. е. забивания рабочего колеса волокнистыми материалами); увеличивается и количество насосных станций, подверженных риску засорения из-за большого содержания в стоках волокнистых включений.

Поэтому при выборе рабочего колеса насоса следует учитывать два главных фактора: производительность рабочего колеса и его устойчивость к засорению (как твердыми, так и мягкими волокнистыми включениями).

Наш опыт показывает, что при диаметре свободного прохода рабочего колеса менее 75 мм риск засорения твердыми включениями всегда увеличивается (за исключением тех случаев, когда на насосной станции установлены сетчатые фильтры). Зачастую именно этим показателем (диаметром свободного прохода) жертвуют ведущие производители погружного насосного оборудования, стараясь обеспечить высокую гидравлическую эффективность.

Но существуют и другие виды рабочих колес: с высоким гидравлическим КПД и в то же время с диаметром свободного прохода не менее 75 мм. И именно в пользу такого оборудования следует делать выбор. Если предлагаются две конструкции рабочих колес, – одна с диаметром свободного прохода более 75 мм, а другая – менее 75 мм, то разумеется, нет никакого смысла выбирать колесо с повышенным риском засорения твердыми частицами.

Изучение имеющейся информации по погружным насосам для сточных вод показывает, что чуть ли не все производители, по их словам, выпускают рабочие колеса, способные перекачивать волокнистые материалы. Однако не существует ни одного общепринятого метода, который бы позволил проверить истинность этих утверждений, так что в итоге все сводится к личному опыту и исключительно субъективному выбору.

Однако прогрессивные компании, и ABS в их числе, не пожалели времени на разработку и согласование методов испытаний, обеспечивающих сравнение различных конструкций рабочих колес и дающих количественную оценку степени их устойчивости к засорению. Этот параметр можно анализировать в сочетании с диаметром свободного прохода и гидравлическим КПД. Такой подход позволит убедиться, что выбранная модель рабочего колеса по всем позициям подходит для конкретной области применения.

Обширные испытания также показывают, что при сравнении различных конструкций рабочих колес, имеющихся сегодня на рынке оборудования для перекачки сточных вод, наблюдаются значительные различия в степени устойчивости к засорам.

Метод количественных испытаний и прогрессивные технологии численного моделирования в области вычислительной гидродинамики также использовались для разработки рабочих колес нового поколения. Рабочие колеса этого типа отличаются улучшенными геометрическими параметрами лопастей и усовершенствованной конструкцией, что позволяет достичь оптимального баланса между гидравлическим КПД и устойчивостью к засорам.

Выбор модели рабочего колеса насоса зависит не только от производительности, но и от того, удастся ли сохранить его рабочие характеристики на длительный срок (таблица). Погружные насосы для сточных вод устанавливаются в чрезвычайно агрессивной среде, способствующей быстрому износу деталей, и если не уделить должного внимания этим факторам, удержать производительность насоса на изначально высоком уровне вряд ли удастся. Готовы ли вы вкладывать силы и средства в техническое обслуживание, чтобы не допустить падения производительности? Не следует выбирать рабочее колесо с высоким КПД, если оно требует регулярного технического обслуживания, которое вы не планируете проводить. Пренебрежение этим правилом оборачивается в итоге еще большим энергопотреблением и большей опасностью засорения, чем если бы вы остановили свой выбор на конструкции рабочего колеса с меньшим КПД, но обладающей большей устойчивостью к засорам.

При подборе небольших насосов (D_N ≤ 150 мм) следует также учитывать особенности рабочих колес, оснащенных режущим механизмом. Как следует из названия, для использования режущего механизма необходима острая режущая кромка, а значит, требуется постоянно следить за ее заточкой. Если не обратить на это должного внимания, крупные куски материи и другие волокнистые включения не смогут проходить через рабочее колесо (рис. 5).

Конструкция небольших рабочих колес нового поколения для перекачивания сточных вод основана на принципе прохождения волокнистых материалов через рабочее колесо без режущего механизма (рис. 6). Это достигается за счет оптимизации конструкции рабочего колеса и геометрических параметров лопастей, что обеспечивает беспрецедентную устойчивость к засорению и в то же время позволяет сохранить высокий гидравлический КПД.

Выводы

При выборе рабочих колес насоса для перекачивания сточных вод для оптимального баланса между энергосбережением и минимальным риском засорения необходимо пройти несколько важных этапов:

выбрать наиболее производительный, самый рентабельный двигатель среди представленных на рынке моделей, желательно высшего класса энергоэффективности IE3;

проанализировать особенности конкретной области применения и эксплуатационные требования;

подобрать рабочее колесо, которое проектировалось на основе количественных испытаний на засорение, с диаметром свободного прохода для твердых включений не ниже 75 мм и с высоким гидравлическим КПД;

оценить требования к текущему техническому обслуживанию и при необходимости выбрать насос с легко регулируемыми параметрами.