КПД центробежного насоса в зависимости от частоты? Опции

[Lexman]

Товарищи.

А кто сталкивался с боле-мене вменяемой аналитикой по зависимости КПД насоса (пусть даже общего, без учёта кпд ЭД) в зависимости от частоты вращения?
Кое-где в литературе говорится, что при снижении частоты менее чем вдвое, КПД остаётся приблизительно постоянным. Но современные средства позволяют снизить частоту сильнее, и что-то мне не верится, что КПД будет постоянным, чесслово.

[Lexman]

Товарищи.

А кто сталкивался с боле-мене вменяемой аналитикой по зависимости КПД насоса (пусть даже общего, без учёта кпд ЭД) в зависимости от частоты вращения?
Кое-где в литературе говорится, что при снижении частоты менее чем вдвое, КПД остаётся приблизительно постоянным. Но современные средства позволяют снизить частоту сильнее, и что-то мне не верится, что КПД будет постоянным, чесслово.

[KYV86]

Вы зачем интересуетесь? КПД - показатель эффективности насоса (системы), в практике применения ЧРП необходимы другие показатели: напор и давление. Их изменение при изменении частоты. А это зависит еще и от системы, на которую работает насос в целом. Так что Вас интересует?

[LordN]

кпд это потери. как бы очевидно, что, чем ниже обьороты, тем ниже линейная скорость, чем ниже скорость, тем ниже потери. квадрат же, как ни крути..

[Vano]

Таки крути.
Рабочее колесо насоса рассчитано на свою скорость.
На скорости вдвое ниже расчетной - непонятно что там с КПД будет.

[Галиев]

На форуме эта тема уже обсуждалась подробно, поиском воспользуйтесь.
А по сути вопроса, при снижении частоты КПД ЦЕНТРОБЕЖНОГО насоса стремится к нулю и чем выше номинальные обороты машины при 50 Гц, тем сильнее падает КПД на меньшей частоте.

Сообщение отредактировал Галиев - 25.5.2017, 15:11

[ceril]

N2=N1 умножить на отношение (n2/n1) возведенное в третью степень, соответственно. т.е. мощность на валу пропорциональна третей степени отношения частот. КПД это отношение N на валу к N эл. двигателя. (n это частота, N мощность). В общем надо смотреть уравнения подобия насосов, там КПД нет.

[испытатель]

Если вы заговорили о частоте (скорости вращения), то имеет смысл говорить уже о КПД схемы прокачки. О КПД нерегулируемого центробежного насоса говорят, выбирая между дросселированием и байпассированием насосной установки. КПД насоса - конструктивная характеристика. Напор от частоты изменяется по простой формуле центробежной силы F=m*w2*R. Уменьшив угловую скорость вдвое - получите производительность вчетверо меньшую. В практическом смысле - если раньше, без регулирования скорости вы гасили производительность вдвое, то при применении РЧВ и "удаления дросселирования" - получите выигрыш в мощности расходования энергии - в четыре раза. Или Вас какая-то космическая аналитика интересует?

[Смит]

Мне вот, что встретилось:



"АНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ"

 NT_4_8__2012__________________________________.pdf ( 1,61 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 1027


Сообщение отредактировал Смит - 25.5.2017, 19:38

[Смит]

Кое-где в литературе говорится, что при снижении частоты менее чем вдвое, КПД остаётся приблизительно постоянным.

По графику из этой статьи видно, что уменьшение частоты от 100 до 30% приводит к понижению максимального КПД насоса (или агрегата?) всего лишь где-то на 1%...

Сообщение отредактировал Смит - 25.5.2017, 19:47

[испытатель]

Чушь голимая в этих графиках. КПД привязано к прокачке жидкости и потреблению энергии приводом. Механическая энергия переданная потоку сравнивается с потреблением электроэнергии. Причем тут частота?

[KYV86]

От частоты вращения зависят потери энергии в подшипниках. Остальные потери практически неизменны (муфта, сальник (то же немного влияет), в самом двигателе). Я ответ так и не получил. Зачем автору изменение КПД? С точки зрения расчета экономии при применении ЧРП этот параметр не считается. Или вопрос ради вопроса?

[Смит]

Товарищи.

А кто сталкивался с боле-мене вменяемой аналитикой по зависимости КПД насоса (пусть даже общего, без учёта кпд ЭД) в зависимости от частоты вращения?

Никто, наверное...

[Stalone]

Смит, эти ваши графики не вызывают доверия. Походу какие-то рекламные графики для презентации на строительном рынке. К ним должно прилагаться ведро звёздочек и сносок.
Во первых ваши графики слишком уж линейные. На верхнем графике при нулевой относительной частоте вращения КПД будет дольше 60% ????

По нижнему графику. При некоторой частоте вращения вала перекачка жидкости остановится. Так как есть противодавление. Даже если насос работает на излив, то патрубок у него вверх глядит, и из него вода уже никуда не денется. Будет насос "воду в ступе толочь". Хоть и вращается. Электричество тратится. Не может линия выходить из начала координат, она должна быть смещена вправо по абсциссе.

Да похоже вопрос ради вопроса.
Это как если плыть в бассейне. Один мощный гребок вас отталкивает и вы двигаетесь. А если только пальцами трепыхаться на то же количество энергии, то все эти трепыхания рассеятся в вязкой среде.

[Vano]

От частоты вращения зависят потери энергии в подшипниках. Остальные потери практически неизменны (муфта, сальник (то же немного влияет), в самом двигателе). Я ответ так и не получил. Зачем автору изменение КПД? С точки зрения расчета экономии при применении ЧРП этот параметр не считается. Или вопрос ради вопроса?

как это
а объемные потери?
С уменьшением частоты вращения от номинального будут всяко паразитные перетоки жидкости возрастать - насос то динамический и все зазоры и конфигурация лопаток под определенную скорость заточены.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Галиев]

http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3189
Там, что-то умное про ЧРП написано. Не осилил.

[tiptop]

http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3189
Там, что-то умное про ЧРП написано. Не осилил.

Есть там одна простая фраза:

КПД насоса для частотного регулирования η_нч при различных режимах может приниматься равной величине КПД в точке, соответствующей характеристике насоса с номинальной частотой при постоянном гидравлическом сопротивлении сети

Возможно, имеется в виду постоянный "коэффициент сопротивления"?

[Галиев]

Возможно, имеется в виду постоянный "коэффициент сопротивления"?

И-к! Тоже не осилил...

[Arkadii]

По графику из этой статьи видно, что уменьшение частоты от 100 до 30% приводит к понижению максимального КПД насоса (или агрегата?) всего лишь где-то на 1%...

1. При идеальных испытаниях насосов на стендах (ГОСТ 6134-2007 насосы динамические. методы испытаний) - допуск по суммарной погрешности КПД - плюс минус 3%
2. Непонятно какая статистика нужна автору топика. Все описано в учебниках по конструированию лопастных машин.
 Doc1.pdf ( 147,73 килобайт ) Кол-во скачиваний: 313

3. Фактические значения КПД насоса при различных частотах вращения есть у каждого производителя.


Сообщение отредактировал Arkadii - 29.5.2017, 9:56

[tiptop]

Все описано в учебниках по конструированию лопастных машин.
 Doc1.pdf ( 147,73 килобайт ) Кол-во скачиваний: 313

На Ваших диаграммах максимальный КПД при разных частотах одинаков (почти одинаков)?

[LordN]

От частоты вращения зависят потери энергии в подшипниках. Остальные потери практически неизменны (муфта, сальник (то же немного влияет), в самом двигателе). Я ответ так и не получил. Зачем автору изменение КПД? С точки зрения расчета экономии при применении ЧРП этот параметр не считается. Или вопрос ради вопроса?

а потери в насосной камере от частоты вращения не зависят?
а перетоки из области высокого в область низкого давления внутри камеры тоже?

[tiptop]

Сейчас смотрю характеристики осевых вентиляторов: там тоже КПД не зависит от частоты.




Аэродинамические характеристики вентилятора ВО 06-300 5

Сообщение отредактировал tiptop - 30.5.2017, 9:16

[По самые по...]

Сейчас смотрю характеристики осевых вентиляторов: там тоже КПД не зависит от частоты.




Аэродинамические характеристики вентилятора ВО 06-300 5

Там частота питающей сети одна и та же. Мощности движков разные и число полюсов (скоростей вращения об.мин.) разные

[KYV86]

Зависят и потери в насосной камере и с перетоками. Только кто их считал, да и зачем? При снижении частоты вращения снижается и перепад давления между напором и всасом. Соответственно перетоки снижаются. Относительно производительности насоса при сниженной частоте эти потери (в%) практически не изменятся от потерь при полной нагрузке. Мы можем тут рассусоливать все, что угодно. Но практического смысла считать КПД при частотном регулировании не вижу. Доказано, что во многих системах (я не раз внедрял и результат видел) применение ЧРП экономически оправдано и выгодно. В системах центрального водоснабжения (переменный расход) окупаются довольно быстро (1 - 2 года). В системах теплоснабжения чуть дольше, 2 - 4 года, в зависимости от схемы. На мой вопрос так и не ответили. В чем практический смысл считать КПД при ЧРП?

[tiptop]

Там частота питающей сети одна и та же. Мощности движков разные и число полюсов (скоростей вращения об.мин.) разные

O'K. Там, у осевого вентилятора, КПД тоже не зависит от скорости вращения.

Сообщение отредактировал tiptop - 30.5.2017, 9:54

[Arkadii]

...В системах центрального водоснабжения (переменный расход) окупаются довольно быстро (1 - 2 года)....

При высокой статической составляющей напора - может вообще никогда не окупится.
В зависимости от условий водоразбора - дросселирование или подрезка рабочего колеса могут оказаться существенно выгодней.

Именно поэтому КПД нужно учитывать, чтобы сравнивать варианты и принимать оптимальное решение.

[tiptop]

Именно поэтому КПД нужно учитывать, чтобы сравнивать варианты и принимать оптимальное решение.

С КПД более-менее понятно. Затраты денег надо учитывать.

[pit-stop]

Вопрос изменения КПД ЦН от частоты достаточно сложен и обращение к классикам (Г.Ф. Проскура, К. Пфлейдерер, Ломакин, Степанов) здесь вряд ли поможет.
Все зависит от составляющих КПД.
Основной является потеря на гидроудар на нерасчетных режимах работы спирального или лопастного отвода центробежного насоса.
Поэтому многие производители вводят огромный кольцевой зазор между боковой поверхностью рабочего колеса и "языком" спираольного отвода (Например насосы Молдавгидромаша типа БЭН (бессальниковые) выполнены вообще с боковым отводом и кольцевой камерой!). При этом их общий КПД снижается до 20%, но зато становится практически нечувствительным не только к изменению числа оборотов, но и практически постоянен в большом диапазоне подач !.

[Гость_Blade runner_*]

Дело имхо не в самом высоком кпд

Сообщение отредактировал Blade runner - 31.5.2017, 11:26

[tiptop]

общий КПД снижается до 20%, но зато становится практически нечувствительным не только к изменению числа оборотов, но и практически постоянен в большом диапазоне подач !.

Сомнительное достижение...

[KYV86]

При высокой статической составляющей напора - может вообще никогда не окупится.
В зависимости от условий водоразбора - дросселирование или подрезка рабочего колеса могут оказаться существенно выгодней.

Именно поэтому КПД нужно учитывать, чтобы сравнивать варианты и принимать оптимальное решение.

При чем здесь статическая составляющая? Насосы все равно подбираются по максимальному расходу и требуемому напору. А мощность, затрачиваемая на перекачку воды и есть основная доля потребления средств (денег). Замерьте ток на двигателе при максимальном расходе и на закрытую задвижку (максимальный напор) и поймете разницу. Смысл в ЧРП - экономия электроэнергии, т.е. денег. В эксплуатации коммуналки больше 30-ти лет. И КПД в расчетах эффективности вообще не считали, ибо за первичное (начальное) потребление брали фактическое потребление эл. двигателя. Т.е. уже с учетом всех составляющих. Ибо КПД современных насосов примерно в одних пределах. Принимать решение (по расчетам, или по другим признакам) о применении или не применении ЧРП на насосе по критерию разницы в КПД 2 - 3 %, когда минимальная экономия достигает 10-12% считаю неправильным. И главный параметр здесь - это удельное потребление эл. энергии на куб. метр поданной в сеть воды (за час, сутки, год). Это просто анализ всех данных. Именно с него начинается, например энергетическое обследование.

[pit-stop]

... А мощность, затрачиваемая на перекачку воды и есть основная доля потребления средств (денег). ...

Полностью согласен с предыдущим оратором.
По этой причине рекомендю использовать следующий алгоритм включения частотника для цирксистем ГВС:

Частотник работает в зоне "Б". Алгоритм управления частотником реализован на простейшем релейном ПЛК "AL-2 10MR-D" можно "Siemens LOGO!"
А что касается "dP" - это перепад статических давлений до и после языка спирального отвода.

[Arkadii]

При чем здесь статическая составляющая? Насосы все равно подбираются по максимальному расходу и требуемому напору. А мощность, затрачиваемая на перекачку воды и есть основная доля потребления средств (денег). Замерьте ток на двигателе при максимальном расходе и на закрытую задвижку (максимальный напор) и поймете разницу. Смысл в ЧРП - экономия электроэнергии, т.е. денег. В эксплуатации коммуналки больше 30-ти лет. И КПД в расчетах эффективности вообще не считали, ибо за первичное (начальное) потребление брали фактическое потребление эл. двигателя. Т.е. уже с учетом всех составляющих. Ибо КПД современных насосов примерно в одних пределах. Принимать решение (по расчетам, или по другим признакам) о применении или не применении ЧРП на насосе по критерию разницы в КПД 2 - 3 %, когда минимальная экономия достигает 10-12% считаю неправильным. И главный параметр здесь - это удельное потребление эл. энергии на куб. метр поданной в сеть воды (за час, сутки, год). Это просто анализ всех данных. Именно с него начинается, например энергетическое обследование.

Наверное в школу пора.
При высокой составляющей статического напора при регулировании (снижении подачи) например на 30%, КПД может стать не 80%, а только 15% (все цифры условные). Ток конечно ниже, но он не будет отличаться при ПЧ и дросселировании.
Писать долго (все есть в учебниках), но в 90% случаев правильный подбор насосов (с учетом их количества по условиям водоразбора) будет точно эффективней и дешевле любого ПЧ с учетом эксплуатационных затрат.

Удивительно конечно, что КПД в расчетах эффективности Вы никогда не считали ибо "из песни слов не выкинешь" -

А насчет частотника для циркуляционных систем ГВС - во первых не понятно какое отношение пост имеет к данной теме, а во вторых в алгоритме ключевым параметром должна быть температура, а не перепад.

[pit-stop]

... в алгоритме ключевым параметром должна быть температура, а не перепад.

Если вспомнить составляющие КПД (Степанов ЛИ стр.199):



то области 5 и частично 3, определяющие вид характеристики суммарного КПД ЦН без КПД привода, как раз и оцениваются |dP| статики в отводе при осесимметричном входе в рабочее колесо.
И зависимость эта сохраняется при снижении частоты вращения, но смещается в сторону меньших подач.

[Arkadii]

Если вспомнить составляющие КПД

Ну и какое это имеет отношение к циркуляции ГВС?

И зависимость эта сохраняется при снижении частоты вращения, но смещается в сторону меньших подач.

- Такой вид зависимости только для определенного интервала быстроходности.

Фактические значения потребляемой мощности и естественно КПД зависят от положения рабочей точки (пересечение с характеристикой сети), а дальше стандартная формула Мощность прямопропорциональна произведению подачи на напор и обратнопропорциональна КПД.

[pit-stop]

Ну и какое это имеет отношение к циркуляции ГВС?

Для ИТП - никакого, стоимость оборудования (частотник и контроллер) съест любую экономию.
для ЦТП можно получить экономию 5-10% если рабочая точка гуляет в широком диапазоне
для ПНС здесь большой эффект дает оптимизация конфигурации включаемых насосов (особенно, если их больше 4-х), дополненная насосом с частотником
для ТЭЦ последнее время многие озабочены заменой приводов сетевых насосов на частотник или гидромуфту.

Сообщение отредактировал pit-stop - 2.6.2017, 12:05

[KYV86]

Цитата Arkadii:
Наверное в школу пора.
При высокой составляющей статического напора при регулировании (снижении подачи) например на 30%, КПД может стать не 80%, а только 15% (все цифры условные). Ток конечно ниже, но он не будет отличаться при ПЧ и дросселировании.

Может и пора, но только не мне. Поздно уже.
Автор озадачился зависимостью КПД от частоты. Я задал вопрос "зачем". Ответа не получил. Если брать ЧРП как снижение затрат, то КПД тут ни при чем вообще.
К примеру сеть водоснабжения. ЧРП ставим с датчиком давления и выставляем нужное. При любом изменении расхода насос будет давать ровно столько кубов в сеть, сколько в текущий момент надо при сохранении нужного давления. В отличие от дросселирования (по Вашей рекомендации), где потери (ПОТЕРИ, т.е. тупо нагрев воды) напора компенсируют расход, ЧРП позволяет (или дает команду) двигателю потреблять столько энергии, сколько надо на текущий момент. И связь здесь следующая: необходимая работа - КПД - затраченная энергия. КПД в этой цепочке в середине. И его не убрать никак. И если оно и меняется, то повлиять на это мы не можем. Это конструктив насоса. А вот на затраченную энергию - можем. Почитайте литературу про ЧРП в насосном приводе. Там про дросселирование много написано. Не считал изменение КПД в данной ситуации, но потери на задвижке (клапане) при дросселировании съедят все сохраненное КПД двигателя.

[pit-stop]

Вот именно - съедят.
Регулирующий клапан Ду100 стоит 200-300 УЕ
Частотник на 2 квт для асинхронника ЦН на эту трубу тоже стоит 200-300 УЕ
Что лучше купить ? - ну конечно клапан, тут и в школу не ходи: частотник же не смещает характеристику сети, как тогда добиться максимума КПД ?

Сообщение отредактировал pit-stop - 2.6.2017, 17:21

[Twonk]

... ну конечно клапан, тут и в школу не ходи: частотник же не смещает характеристику сети, как тогда добиться максимума КПД ?

Надеюсь это сарказм такой? Как будто что-то хорошее изменять характеристику сети

[Lexman]

Прошу прощения, что пропал - замотался по работе совсем.
Про зависимости мощности подачи и напора от частоты всё понятно, это на каждом заборе нарисовано.
Интересно стало именно с позиции удельных (в %!) затрат ээ при перекачке жидкости в случае глубокого (более 50%, скажем) регулирования частоты.
Я не спец в области гидравлики, однако из теории ЦН видно, что гидравлический КПД - штука комплексная, и интуитивно мне кажется, что там будет достаточно серьёзная зависимость.
Подозреваю, что она не может быть изложена аналитически в доступном виде (типа, как учесть форму колеса и т.д.), но это только моё подозрение. Потому и спросил.
PS и давайте не будем в ключе "аффтар, тебе это не надо, тебе надо вот то"
Давайте оставаться в рамках темы
Сейчас почитаю ссылки, которые тут приводились - тыресно.

[Lexman]

Полистал. Вот тут интересно:

http://www.radintech.com/attachments/artic...umps_gulich.pdf
Начиная с 114 страницы.
Правда они там приводят графики относительно непривычного "nq", но в целом, если я правильно понимаю, то:
а) зависимость КПД от частоты сильно зависит от конструкции насоса
б) действительно "лавинообразного" падения КПД нет (ожидал чего-то такого).

Вот ещё:
"In Fig. 3.23, overall efficiencies of single-stage radial pumps are shown as
functions of the specific speed with the design flow rate as parameter. The overall
efficiency reaches a maximum in the range from nq = 40 to 50 for a given pump
size. The maximum is caused by two tendencies: (1) To the left of the maximum
the secondary losses increase exponentially with falling nq according to
Eqs. (T3.5.10 to 3.5.12). (2) At high specific speeds (nq > 70) the hydraulic losses
increase with growing nq due to increasing mixing losses mainly caused by non-
uniform flow distributions over the blade height and by secondary flows."

[tiptop]

Полистал. Вот тут интересно:

http://www.radintech.com/attachments/artic...umps_gulich.pdf
Начиная с 114 страницы.
Правда они там приводят графики относительно непривычного "nq"

...И, следовательно, нет никакого смысла рассматривать эти графики.
n_q - это коэффициент быстроходности, конструктивная особенность насоса (константа).

[tiptop]

А вот на Fig. 4.18 видно, что при понижении частоты вращения максимальный КПД от 0,85 переходит к 0,82, затем - к 0,8 и так далее, в сторону уменьшения:

[tiptop]

Вот, ещё пример универсальной характеристики насоса:

[Lexman]

Действительно интересно. А источник графиков? С удовольствием полистал бы.

[Twonk]

Тоже хотел запостить графики с полями КПД.Шарил паспорта и литературу, но tiptop опередил

[pit-stop]

Ну, таких характеристик можно наделать много - поставил насос на стенд и ...
А где же аналитика ?
Лично я встречал только эмпирику.

[LordN]

Вот, ещё пример универсальной характеристики насоса:

это характеристика именно самого насоса/компрессора, или х-ка насоса как устройства, состоящего из привода, насоса, и т.д.
?

[Arkadii]

Цитата Arkadii:
Если брать ЧРП как снижение затрат, то КПД тут ни при чем вообще.
К примеру сеть водоснабжения. ЧРП ставим с датчиком давления и выставляем нужное.
При любом изменении расхода насос будет давать ровно столько кубов в сеть, сколько в текущий момент надо при сохранении нужного давления.

А теперь нарисуйте на этот пример характеристику сети с высокой составляющей статического напора. Ну и график КПД. Надеюсь все поймете

Полистал. Вот тут интересно:

http://www.radintech.com/attachments/artic...umps_gulich.pdf
Начиная с 114 страницы.

Думаю целесообразней, в данном случае читать отечественную литературу, в которой есть ответы на все эти вопросы. В свое время учился по Михайлову и Малюшенко. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструироваине.

[pit-stop]

Надеюсь это сарказм такой? Как будто что-то хорошее изменять характеристику сети

А кто сомневается?

[Lexman]

Вспомнил про старую тему.
Вот, нашёл картинку от производителя - группа насосов с характеристиками на разных частотах.
Как и утверждали учёные мУжи, подобие кривых сохраняется, максимум КПД не имеет видимого снижения.
Получил в своих расчётах то же самое, а после увидел это.
Теперь спокоен и доволен

[eugene.raynor]

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»)[1]. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.
Таким образом, КПД является отношением механической мощности на валу двигателя к потребляемой электроэнергии из сети. Величина постоянна для конкретно взятой электроустановки и обусловлена конструктивными особенностями.
В бытовых (однофазных) циркуляционных электронасосах применяется механическое переключение обмоток для изменения производительности (скорости вращения ротора) насоса, в промышленных (трёхфазных) - частотные регуляторы скорости (ЧРС), у которых имеется ещё и свой КПД.
С оглядкой на диалог в теме, стоит обратить внимание на конструктивную особенность насоса, применительно к напору/производительности: на приведённом ниже графике видно, что насос того же мощностного номинала (BPS 20-4S), но с меньшим диаметром патрубков, имеет лучшие характеристики, чем следующий в линейке (BPS 25-4S).

Эскизы прикрепленных изображений