Increasing the level of environmental safety of pumping units by energy saving during regulation

Abstract

Обґрунтовано актуальність вдосконалення методів розрахунків насосних установок гідравлічних систем задля енергозбереження і відповідного підвищення їх рівня екологічної безпеки. Для прискорення гідравлічних розрахунків та підвищення їх точності запропоновано апроксимувати наявні характеристики відцентрових насосів, що зазвичай подаються у паспорті обладнання у графічній формі, квадратичною параболою. Отримано загальні рівняння для аналітичного визначення параметрів робочої точки, побудови напірної характеристики насоса при новій частоті обертання та формулу геометричного місця вершин напірних характеристик для різних частот обертання робочого колеса. Доведено, що при частотному регулюванні характеристика насоса зміщується еквідистантно вздовж параболи пропорційності. Аналогічним чином на характеристики насоса впливає обточка робочого колеса. Отримано рівняння, яке дозволяє, не звертаючись до графоаналітичного методу, розрахувати зміну характеристик насоса при пропорційній зміні усіх його розмірів і постійній частоті обертання та рівняння кривої подібних режимів. Цю криву запропоновано називати кривою подібності. Показано, що вздовж кривої подібності коефіцієнт швидкохідності є постійною величиною. На підставі отриманих результатів запропоновано метод порівняльного аналізу енергоефективності регулювання насосної установки шляхом зміни частоти обертання та пропорційної зміни розмірів робочого колеса. Застосування методу продемонстровано на конкретних прикладах. Досягнення найвищого ККД насосної установки забезпечує найменші енергозатрати, отже мінімізує викиди шкідливих речовин в атмосферу.

The relevance of improving calculation methods for pumping units of hydraulic systems in order to save energy and correspondingly increase their level of environmental safety is substantiated. To speed up hydraulic calculations and increase their accuracy, it is proposed to approximate the existing characteristics of centrifugal pumps, which are usually presented in the equipment passport in graphic form, with a quadratic parabola. The general equations for the analytical determination of the working point parameters, the construction of the pressure characteristics of the pump at a new rotation frequency and the formula for the geometric location of the tops of the pressure characteristics for different rotation frequencies of the impeller were obtained. It has been proven that with frequency control, the pump characteristic shifts equidistantly along the parabola of proportionality. In a similar way, the characteristics of the pump are affected by the casing of the impeller. An equation has been obtained that allows, without resorting to the grapho-analytical method, to calculate the change in the characteristics of the pump with a proportional change in all its dimensions and a constant frequency of rotation and the equation of the curve of similar modes. This curve is proposed to be called the similarity curve. It is shown that the velocity coefficient is a constant value along the polynomial curve. On the basis of the obtained results, a method of comparative analysis of the energy efficiency of the regulation of the pumping unit by changing the rotation frequency and proportionally changing all dimensions of the impeller is proposed. The application of the method is demonstrated on concrete examples. Achieving the highest efficiency of the pumping unit ensures the lowest energy consumption, thus minimizing emissions of harmful substances into the atmosphere.