Насос повышения давления управляемый преобразователем частоты Danfoss

Насос повышения давления управляемый преобразователем частоты

По своему назначению и расположению в общей системе водоснабжения насосные станции подразделяют на станции первого подъема, станции второго подъёма и станции последующих подъёмов.
Важным элементом системы водоснабжения являются повысительные насосные станции (ПНС).

Применение преобразователей частоты (ПЧ) с насосными агрегатами дает возможность автоматизировать технологический процесс.

Автоматизация технологического процесса в свою очередь ведет к:

• снижению утечек перекачиваемой жидкости за счет стабилизации давления в системе;
• устранению гидроударов в системе, возникающих при прямом пуске от сети электродвигателей насосов;
• снижению износа насосного агрегата, исполнительных механизмов запорно-регулирующей аппаратуры, инженерной системы в целом;
• снижение износа коммутационной аппаратуры;
• снижению мощности источника питания и сечения кабеля электропитания.

ПНС транспортируют воду потребителям, обеспечивая требуемый напор в точках разбора, преодолевая гидравлическое сопротивление системы. Причиной установки ПНС является недостаточное для потребителя значение напора в системе центрального водоснабжения.

Примером может служить подключение высотного дома к уже имеющимся коммуникациям. Основным режимом работы таких станций является стабилизация давления в напорном коллекторе при переменном расходе. При низком давлении жильцы не получат требуемого напора при значительном разборе. В то же время, если держать высокое давление в системе может пострадать запорная арматура (краны, фитинги и пр), возрастает риск утечки.

Преобразователь частоты обеспечивает оптимальное управление повысительным насосом и, помимо этого, снижается энергопотребление повысительной насосной станции.

Преобразователь частоты по датчику давления поддерживает заданное значение давления в системе.

Электрическая схема предусматривает ручное переключение преобразователя частоты на байпас, а также переключение рабочего и резервного насосов для обеспечения равномерной наработки. Осуществляются данные переключения с помощью реверсивного рубильника QS2, QS4 («работа от ПЧ» – «работа Напрямую от сети»). Переключение между насосом M1 и M2 – c помощью реверсивного рубильника QS3, QS4. Рекомендации по эксплуатации приведенной схемы даны в примечаниях

При работе от Преобразователя частоты – QS2 – замкнут, QS4 автоматически размыкается. Далее осуществляется выбор насоса. Для работы с насосом M1 – замыкается рубильник QS3 (при этом QS4 разомкнут). Для работы с насосом M2 – замыкается рубильник QS4 (при этом QS3 разомкнут).
При работе от Напрямую от сети – QS4 – замкнут, QS2 автоматически размыкается.

Ввод в эксплуатацию

Ввод в эксплуатацию и монтаж преобразователей частоты также рассмотрены в следующих разделах: серии VLT Micro Drive FC51 и VLT HVAC Basic FC101.

Преимущества применения преобразователей частоты

Пример расчета экономии потребления электроэнергии повысительным насосом в жилом доме

Повысительный насос мощностью 22 кВт обеспечивает подачу воды в жилом доме.
Насос работает на номинальной мощности только в утренние и вечерние часы (с 6 до 10 часов и с 16 до 24 часов) в остальное время расход воды снижается и скорость составляет 80% от номинала (40 Гц).
Учитывая, что потребляемая мощность электродвигателя прямо пропорциональна кубу производительности насоса и КПД насосной установки приблизительно равно 0.8, получим:

Потребляемая Мощность = 22 кВт x (0.83)/КПД установки (0.8) = 14 кВт = 64 % (номинальной).
Стоимость преобразователя серии VLT HVAC Basic FC 101 мощностью 22 кВт ≈ 73 300 руб.
Стоимость 1 кВт/ч электроэнергии ≈ 3 руб.
Экономия за сутки = (22 кВт – 14 кВт) * 12часов = 96 кВт.
Экономия за сутки = 3 * 96 = 288 руб.
Экономия за год = 288 руб * 365 дней ≈ 105 000 руб.

Отдельно посчитаем экономию, которая достигается за счет энергосберегающих функций «Данфосс».
Напомним, что функция АЕО дает 5% экономии, автоматическая адаптация двигателя добавляет 5%, а функция «Сон» дополнительно экономит 5% энергии.

Общая дополнительная экономия составит 15%.

Экономия за сутки = 3 * 0,15 *22 * 12 = 119 руб.
Экономия за год = 365 * 119 = 43 435 руб.
Общая экономия электроэнергии = 105 000 + 43 435 = 148 435 руб.
Экономия на дополнительном конвертере шлюзов может составить = 6000 руб.
Экономия достигаемая за счет встроенного дросселя на звене постоянного тока может составить около 8000 руб (это стоимость внешнего дросселя для такой мощности).
Экономия за счет встроенного логического контроллера составит 4000 руб (это стоимость внешнего контроллера).
Экономия за счет бесплатного обучения в учебном центре «Данфосс» основам работы с преобразователям частоты 24 000 руб (это стоимость обучения для двух человек).
Заметим, что приведенный расчет учитывает не все преимущества преобразователей частоты «Данфосс», итоговая экономия может оказаться более значительной.

Сведем все расчеты применения преобразователей частоты с повысительным насосом в таблицу

Покупка преобразователя частоты в данном случае окупится менее чем за год.

Реле давления. Что это? Для чего и зачем?

Весьма важной деталью в системе подачи воды насосной станцией в частном доме, является реле давления. Данное устройство, имея сравнительно небольшие габариты, регулирует уровень давления во всей системе водоснабжения путем включения и отключения электрических контактов, в случае превышения допустимого отклонения фактических показателей от номинальных данных.

Устройство и принцип работы механизма

По своему устройству, реле давления могут быть механическими или электронными. Приборы механического типа более распространены, за счет своей надежности, износоустойчивости и простоты. Механическое реле требует минимума усилий при настройке и выполняется при подключении на месте.

Реле представляет собой небольших размеров коробку с пружинными механизмами, отвечающими за допустимые колебания давления. В корпусе устройства расположены контакты электродвигателя и регулировочные элементы (Рис 1). К ним относятся: большого размера гайка со шпилькой, которая отвечает за удерживание большой пружины и маленькая гайка со шпилькой для небольшой пружины. Силой натяжения большой пружины устанавливается минимальное допустимое давление. При помощи небольшой пружины, регулируется разница.

Фактическое давление воды передается в устройство при помощи специальной мембраны. При минимально допустимом значении, она ослабляет натяжение пружины. Впоследствии замыкается электрическая цепь и включается двигатель насоса. Он работает вплоть до достижения максимально допустимого значения, после чего цепь размыкается, а двигатель автоматически отключается.

Электронное реле, является полноценным устройством управления работой насоса. Прибор включает в себя элемент плавного запуска, защиту срабатывания сухого хода, а также настройку верхнего и нижнего порога включения насоса в режиме эксплуатации. Из преимуществ перед механическим реле, можно выделить лишь меньшие габариты электронного прибора, а также принцип регулировки. Регулировочные болты расположены на корпусе электронного реле и имеют маркировку величины показателей.

Рис SEQ Рисунок * ARABIC 1 . Устройство прибора реле давления

Проблема сухого хода

Весьма часто, причиной сбоев и поломок в работе насосных станций, является недостаток или полное отсутствие воды в системе. Работа вхолостую приводит к деформации деталей и выходу из стоя всего устройства.

Во избежание таких поломок, при выборе реле необходимо учитывать особенности системы, а также номинальные допустимые величины для работы прибора. Саму возможную проблему сухого хода можно устранить двумя способами:

• приобрести устройство оборудованное защитой сухого хода. Данные приборы стоят несколько дороже, однако они весьма эффективны, поскольку способны реагировать на падение уровня давления от 0,2 до 1,2 бар, в зависимости от производителя;

• дополнительная установка контроллера, который способен не только следить за напором, но и включать насос в случае падения фактических значений ниже установленного минимума.

Выбор прибора

При выборе оптимального устройства, следует обращать внимание на паспортные данные. Стоит использовать приборы, предназначенные для бытовых нужд. Оптимальными показателями являются: максимальное давление в 4 бар, а рекомендуемый диапазон работы, составляющий от 1,4 до 2,8 атмосферы.

Стоит знать, что чем выше заявленная разница между минимальным и максимальным показателями, тем реже необходимо включение насоса, поскольку в гидроаккумуляторе будет находиться больший объем воды.

Для обеспечения качественной и продолжительной работы прибора и всей системы, при установке реле, на трубопровод необходимо смонтировать манометр, и периодически контролировать давление в системе.

Проверка и настройка показателей

Номинальные величины регулируются от 1 до 8 бар. В большинстве устройств, при выпуске установлено максимальное значение для отключения двигателя насоса на показателе от 2,8 до 4 бар. Допустимый минимум выставлен на 1,4-1,5 бар.

Важно помнить, что в большинстве случаев, покупка происходит спустя некоторое время после выпуска устройства. За это время натяжение пружин в реле и мембраны могут ослабнуть. Поэтому обязательно необходимо произвести проверку насосного оборудования на величину давления в гидроаккумуляторе, а также максимальные и минимальные заводские настройки.

Проверка значений

Для проверки выставленных значений используют любой манометр. Вполне возможно применение автомобильного. Его присоединяют к ниппелю бака или аккумулятора. Стрелка прибора покажет величину давления при пустом накопителе. Эти данные должны быть в рамках 1,2-1,5 атмосфер.

В случае превышения допустимого отклонения значений применяются меры по стабилизации давления пустого бака. Если на манометре зафиксированы недостаточные показатели, их увеличивают путем подкачки автомобильным насосом. При избыточном давлении, его спускают до необходимого.

После проверки необходимо сверить фактические показатели максимального и минимального давления с установленными заводскими настройками. Для этого необходимо:

• прикрепить манометр к коллектору;

• открыть кран и опустошить накопитель, доведя его до минимально допустимого значения в 1,4-1,5 атмосфер;

• закрыть кран, и включить насос.

В результате этих действий, давление в баке поднимется до установленного максимального показателя, а насос автоматически отключится. Данные, полученные на манометре необходимо сравнить с заявленными паспортными. В случае несовпадения показателей или индивидуальной необходимости, реле давления можно перенастроить.

Настройка допустимых показателей

При применении индивидуальных настроек необходимо учитывать, что увеличение минимальной заводской настройки в 1,5 бар не рекомендуется, поскольку влечет за собой серьезные нарушения в работе мембраны гидроаккумулятора.

В ходе установки разницы, важно ориентироваться на паспортные показатели прибора. Также, важно знать, что давление, превышающее 6 бар, способствует разрушению уплотнителей кранов. Поэтому верхний предел в 4-5 атмосфер увеличивать категорически не рекомендуется.

Для самостоятельной регулировки необходимо (Рис 2.):

• отсоединить защитный кожух, открыв корпус реле;

• настройка минимального давления производится в пустом накопителе. Для этого выключается насос, и открывается кран. Далее, гайка большой пружины откручивается против часовой стрелки до полного ослабления пружины. После этого, включив насос необходимо медленно закручивать гайку. Если насос начал качать воду, манипуляции с большой пружиной прекращают. Таким образом, минимум за мембраной выставлен на 1,2-1,3 атмосферы. Для установки большего минимума, перед манипуляциями необходимо нагнать давление в накопитель;

• для регулировки разницы необходимо выключить насос и спустить воду. Затем, для изменения номинала в сторону повышения давления, маленькую гайку необходимо немного закрутить, а для уменьшения – открутить. После этого, включив насос, проверяется новое верхнее давление.

Более подробно можно ознакомиться со способом регулировки реле давления, посмотрев видео.

Настройка реле давления насосной станции

Механическое реле давления РМ5 часто поставляется в составе насосных станций и полностью автоматизирует их работу, управляя включением и отключением насоса. С завода реле поставляется уже настроенным в соответствии со стандартными настройками: давление отключения 2,5 (3), а включения 1,5 (1,8). Измеряется давление в атмосферах (Атм.) или в барах (бар). Изменяя эти стандартные настройки, можно корректировать режим работы насосной станции.

Если насосная станция поставляется в собранном виде, то, вероятнее всего, она уже настроена оптимальным образом и в большинстве случаев не требует дополнительной подстройки. Если же станция собирается из отдельных элементов (насос, бак и т.д.), то настройка реле давления является обязательной, потому что существует прямая взаимосвязь между объёмом гидроаккумулятора, напором насоса и настройками реле. Регулировка реле давления осуществляется путём вращения в ту или иную сторону двух прижимных гаек, обозначенных «P» и «ΔP». Первая отвечает за давление отключения, так называемый верхний предел. Вторая регулирует «дельта Р» — разницу между давлениями отключения и включения, то есть, фактически, позволяет выставлять нижний предел или давление включения.

Чтобы понять, что и куда вращать — рассмотрим упрощённый принцип работы насосной станции:
1. насос накачивает воду в гидроаккумулятор;
2. давление воды в баке увеличивается, что можно увидеть по манометру, входящему в состав любой насосной станции;
3. при достижении определённого давления происходит отключение насоса благодаря размыканию контактов в реле давления. Это «определенное давление» и есть то самое «P» — верхний предел;
4. по мере использования воды, накопленной в баке, происходит уменьшение давления и при достижении нижнего предела (ΔP) насос снова включается и цикл повторяется.

Настройку реле давления начинают с определения давления воздуха в пустом баке гидроаккумулятора и при отключенной от сети насосной станции. Чаще всего для этого используют обычный автомобильный насос с манометром. Ниппель расположен в верхней части бака и прикрыт декоративным колпачком. В баке воздух должен быть всегда и его давление нужно периодически проверять — это позволит станции работать в выставленных параметрах и увеличит продолжительность службы мембраны гидроаккумулятора.

По распространенному мнению, давление воздуха нужно проверять раз в квартал и подкачивать в случае необходимости. Однако, можно поступить проще: настроив верхний и нижний пределы и начав эксплуатацию насосной станции, нужно периодически наблюдать по водяному манометру за значениями включения и отключения. Так как пределы реле находятся в прямой зависимости от давлений воздуха и воды в баке, то самопроизвольное изменение значения отключения свидетельствует об изменении давления воздуха. Например, если давление отключения насосной станции составляет 3 Атм., а через время этот предел изменился до 4 Атм., значит, уменьшилось давление воздуха и бак нужно подкачать насосом.

По этой же причине бесполезно настраивать реле при накачанном водой баке. Ведь, настраивая верхний предел реле, по сути, настраивается определенное суммарное давление воды и воздуха, поэтому при заполненном гидроаккумуляторе нельзя достоверно сказать, в баке 3,5 Атм. воды и 1,5 воздуха, или же 4 Атм. воды и 1 Атм. воздуха. После определения давления воздуха насосную станцию подключают к сети, насос начинает накачивать воду и отключается при достижении установленного давления. Если нужно поднять давление отключения, то гайку «P» вращают по часовой стрелке, а если нужно уменьшить — против (обычно рядом есть обозначения «+» и «-«). Вращать следует постепенно — оборот, пол-оборота. Чем выше значение «P», тем больше воды накачает насос и тем реже будет включаться повторно.

Выставляя верхний предел, нужно понимать, что:
— гидроаккумулятор рассчитан на свое предельное давление и его не следует превышать;
— резиновые шланги кранов и иной сантехники также имеют допустимое расчетное давление; сама механика реле давления имеет свой «потолок»;
— насос должен суметь выдать желаемое давление, да и чрезмерно высокое давление в системе попросту может являться некомфортным.
Затем открывают кран и сливают воду из насосной станции. По мере расхода воды давление постепенно падает и при достижении нижнего предела насос снова включается. Для регулировки этого параметра вращают гайку «ΔP»: если нужно понизить давление включения, то по часовой стрелке, а если повысить — против. Выставляя это значение, следует помнить, что давление воздуха в гидроаккумуляторе всегда должно быть меньше на 10%, чем давление включения насоса. Несоблюдение такой зависимости вызывает ускоренный износ мембраны бака. Чем меньше нижний предел — тем больше воды сможет выдать гидроаккумулятор до включения насоса, но при этом её давление в системе будет падать по мере приближения к моменту включения и может оказаться слишком низким для комфортного использования. В любом случае, давление воздуха в гидроаккумуляторе не должно быть ниже 0,8-0,9 Атм.

Какие же значения «P» и «ΔP» выбрать? Каждый для себя определяет это индивидуально. Высокое давление отключения и низкое для включения — много воды в баке и редкие включения насоса, но возможные неудобства из-за большого перепада давлений при полном и почти пустом баке. А у кого-то разница ΔP мала и насос часто подкачивает воду в бак, зато давление в системе ровное и комфортное. Также следует обратить внимание, что при всех настройках, связанных с манометрами, необходимо учитывать их возможную погрешность. Трущиеся части подвижной пластмассовой рамки реле давления изначально имеют заводскую смазку, но ее, как правило, крайне мало, поэтому разумным решением будет нанесение дополнительной смазки.

Как повысить давление воды в доме

Вы открываете кран, а вода течет лениво. Газовая колонка не включается, стиральная машина не работает. Принять душ — проблема. Причина всех этих неприятностей — отсутствие напора, или, говоря техническим языком, недостаточное избыточное давление воды. В статье мы рассмотрим способы повышения давления воды в доме.

По нормативам водоснабжения в дома малоэтажной застройки вода должна поступать с избыточным давлением более 1 атмосферы (атм), и это при максимальном запланированном объёме водоразбора. На каждый этаж выше первого добавляется по 0,4 атм избыточного давления. Таким образом, если по генплану ваш район застройки числится одноэтажным, то вы имеете право требовать от коммунальных служб не меньше 1 атм при вводе в дом, если двухэтажным — 1,4 атм, если трёхэтажным — 1,8 атмосфер и так далее — чем выше, тем избыточное давление должно быть больше. В реалии всё это зачастую не соблюдается. И потребовать от коммунальных служб выполнения этих нормативов в частном секторе затруднительно. Коммунальные службы обязаны подавать воду для бытового потребления, а вода для полива в проектах водоснабжения не учитывается. Соответственно, её и не хватает.

Но не только избыточное водопотребление становится причиной низкого напора. В старых водопроводных сетях трубы обрастают внутри отложениями солей, которые выпадают в осадок из воды, и реальное пропускное сечение трубопроводов уменьшается. Иногда давление в посёлке обеспечивается водонапорной башней, и её высота оказывается недостаточной для создания нормального давления на участках, расположенных выше по рельефу. Кроме того, бывает, что гидравлическое сопротивление магистрали слишком велико, например, если водозабор и его трубопроводы строились давно, а потом населённый пункт увеличился, и расстояние подачи стало больше. Износ оборудования центральной насосной станции также становится причиной низкого напора.

Все причины низкого избыточного давления делятся на две категории:

1. Воды объективно в достатке, но давление её низкое. Это случается при недостаточной высоте водонапорных башен и дефектных насосах станции водоснабжения.
2. Воды поступает мало. Такая ситуация возникает при разборе воды на полив, засоренных трубопроводах, скважинах с низким запасом воды и т. д.

Решение зависит от вашего конкретного случая. Рассмотрим оба варианта.

Воды достаточно. Как повысить давление

Самый простой и дешёвый вариант — установка проточного дожимающего насоса. Он использует расположенную перед ним водопроводную сеть как резервуар с водой. Если мы открываем водоразборный кран, через насос самотёком начинает протекать вода. Датчик потока обнаруживает это и включает дожимной насос. Для потребителя это выглядит так: сперва из крана течёт слабая струйка воды, но через 2–3 секунды напор возрастает до необходимого. Проточные насосы можно устанавливать на весь дом, а также на отдельные краны и приборы, например, перед газовой колонкой.

Дожимной проточный насос недорог и прост в установке, но если у вас есть стиральная машина, то он не поможет. У автоматической стиральной машины на патрубке ввода воды установлен клапан, настроенный под соответствующее давление. Когда давления нет, клапан не срабатывает, через насос не протекает вода, и он не включается. Так же устроены посудомоечные машины и некоторые типы газовых колонок и накопительных нагревателей. Для работы таких приборов необходимо постоянное высокое давление воды в системе. Для этого применяется гидроаккумулятор. Иногда его ещё называют «гидробак» или «расширительный бак», но это неправильное название.

Устройство гидроаккумулятора: 1 — резьбовой присоединительный патрубок; 2 — фланец; 3 — корпус; 4 — опорные ножки; 5 — эластичная мембрана; 6 — воздушный клапан; 7 — вода; 8 — сжатый воздух; 9 — несущая плита для насоса

Гидроаккумулятор состоит из прочного стального корпуса, внутри которого находятся две полости — воздушная и водяная, разделённые эластичной мембраной. В воздушной полости находится сжатый воздух (1,5–2 атмосферы). В водяную полость насосом нагнетается вода, её давление больше, чем у сжатого воздуха. Воздух сжимается ещё сильнее, а вода занимает часть объёма гидроаккумулятора. Обратный клапан, отрегулированный на 6–7 атмосфер, не даёт воде вернуться обратно в систему. Реле давления связывает гидроаккумулятор с нагнетающим насосом.

Как это работает: насос через обратный клапан нагнетает в гидроаккумулятор воду, пока избыточное давление в системе не достигнет нужной величины (обычно 6–7 атмосфер). Когда вы открываете кран или включаете водяной бытовой прибор, начинает поступать вода под высоким давлением. Вода из гидроаккумулятора расходуется, давление в нём падает. По достижении минимального давления, которое устанавливают на 0,6–1 атмосферу выше первичного давления сжатого воздуха, срабатывает реле давления, оно включает насос. Насос работает, пока давление воды вновь не достигнет максимума, а потом отключается. Затем цикл повторяется.

Насос подключается менее часто, если объём гидроаккумулятора достаточно велик, и помпа прослужит вам дольше. При выборе гидроаккумулятора следует учесть, что реально для водоснабжения используется не более половины его номинального объёма.

Мало воды. Что делать

Если воды объективно мало, чтобы обеспечить нормальный напор и необходимый расход — нет другого варианта, кроме включения в схему водоснабжения промежуточной накопительной ёмкости. Целесообразный объём ёмкости равен потреблению воды в вашем доме в течение одних-двух суток. Посчитать его довольно просто: на мытьё посуды и приготовление пищи расходуется до 100 литров воды в сутки, одно принятие душа — 70–120 литров, на унитаз уходит 50–60 литров на человека, принять ванну — 150–350 литров. В большинстве случаев достаточным объёмом накопительной ёмкости оказывается 1–1,5 кубометра.

Подходящий материал для накопительного резервуара — пищевая нержавеющая сталь, пищевой алюминий или пищевые пластики. Устанавливают резервуары обычно или на чердаке дома или в подвальном помещении. Плюс при установке на чердаке — вода будет поступать самотёком даже при отключении электроэнергии. Минус — высокая нагрузка на строительные конструкции и необходимость тщательного утепления. Кроме того, протечки чреваты серьёзными последствиями, поскольку слиться может весь бак. Если же ёмкость расположена в подвале, в случае отключения электричества придётся наведываться к ней с ведром.

Водоснабжение с накопительной емкостью: 1 — скважинный насос; 2 — обратный клапан; 3 — запорный вентиль наполнения емкости; 4 — сетчатый фильтр; 5 — электрический клапан; 6 — поплавковый клапан; 7 — вентиль водозабора с обратным клапаном; 8 — насосная станция с гидроаккумулятором; 9 — сетчатый фильтр; 10 — электрический поплавок; 11 — вентиль отключения насосного узла; 12 — вентиль для прямой подачи воды

Накопительный резервуар при магистральном водоснабжении оборудуется поплавковым клапаном — примерно таким же, как бачок унитаза. При водоснабжении из собственной скважины устанавливается поплавковое реле уровня жидкости, которое включает скважинный насос при низком уровне воды в баке и выключает его по достижении максимального уровня. Если скважина имеет маленький дебет, подключают второй контур управления, позволяющий скважинному насосу включаться по команде с резервуара только при достаточном уровне воды в скважине, и выключающий его, если зеркало воды опустится ниже допустимого. Обе релейные ветви заводятся в коммутатор, который обеспечивает правильную работу системы. Обычно наполнение резервуара происходит ночью, а днём резервуар опорожняется.

Надеемся, теперь вы сможете определить необходимую вам систему и построить ее самостоятельно.