Возьмите под контроль переходные процессы в насосе: запуски и отключения

Apr 06, 2024

Центробежные насосы рассчитаны на оптимальную устойчивую работу; однако неизбежные отклонения от установившегося состояния при запуске и остановке насосов могут привести к резким и часто опасным реакциям давления в системе трубопроводов. Переходные процессы насоса могут быть такими же рутинными, как запуск во время первоначального ввода в эксплуатацию или остановка для технического обслуживания.

Часто гидравлический удар или помпаж связаны с реакцией высокого давления после быстрого закрытия клапана. Проще говоря, закрытие клапана преобразует импульс жидкости в давление, когда жидкость врезается в закрывающийся клапан. Возникающее в результате давление может превысить номинальное давление трубопровода или оборудования.

Затем движущаяся жидкость врезается в остановленную жидкость, вызывая волну высокого давления, которая передается обратно через систему, вызывая неуравновешенные силы. Эти события также могут вызвать низкое давление, что приводит к обратному потоку, вакууму или испарению жидкостей в высоких точках системы.

В то время как клапаны являются основной причиной преобразования импульса жидкости в давление (и наоборот), насосы аналогичным образом вызывают помпаж, поскольку они влияют на поток посредством создаваемого ими давления. Внезапное добавление или удаление источника давления насоса приведет к передаче волн высокого и низкого давления через систему трубопроводов.

Как и закрытие клапанов, быстрые изменения в работе насоса приводят к более резким реакциям давления и расхода. Программное обеспечение для моделирования может количественно оценить эти эффекты при передаче и взаимодействии волн, предоставляя инженерам гибкость в моделировании широкого спектра причин переходных процессов в насосе.

Многие переходные процессы в насосе можно предсказать. Это может произойти во время первоначального ввода системы в эксплуатацию, при планировании и выполнении планового технического обслуживания или при удовлетворении изменяющейся потребности с помощью дополнительных насосов. Эти обычные переходные процессы должны следовать процедуре, позволяющей минимизировать отрицательные переходные эффекты путем сглаживания перехода между рабочими режимами.

Существуют также реактивные события, когда насос реагирует на незапланированную проблему, например, отказ оборудования или чрезвычайную ситуацию. Потеря мощности часто является наихудшим сценарием, поскольку любые процессы, предназначенные для сглаживания перехода насоса между состояниями, недоступны. Проблемы потери мощности усугубляются, если питание восстанавливается и внезапно перезапускает насос.

При использовании нескольких насосов в одной системе возникают дополнительные проблемы, например, параллельные насосы вызывают захлопывание обратного клапана в случае отключения одного насоса. Одновременное отключение или запуск всех насосов также вызовет проблемы с перенапряжением, хотя несколько насосов могут служить преимуществом для постепенного перехода системы из одного рабочего режима при постепенном включении/выключении.

Переходные процессы насоса можно разделить на две категории: контролируемые и неконтролируемые.

В управляемых переходных процессах насоса используется внешний контроллер, например преобразователь частоты (ЧРП), чтобы облегчить переход насоса между состояниями путем управления его скоростью. Это позволяет оператору постепенно ускорять жидкость, чтобы вызвать менее резкую реакцию давления. Постепенные изменения в системе также облегчают работу систем защиты, таких как обратные клапаны, что позволяет избежать вторичных переходных эффектов. Контролируемые переходные процессы могут быть смоделированы как зависимость скорости насоса от времени для имитации ЧРП.

Контролируемые переходные процессы требуют питания для управления насосом. Однако после потери мощности скорость насоса определяется системой. Отключение насоса из-за потери мощности демонстрирует неконтролируемый переходный процесс насоса.

Неконтролируемость не означает, что переходные процессы насоса непредсказуемы, а то, что поведение насоса диктуется системой, а не точно настроенным электронным контроллером. Например, обычный запуск насоса может начаться при частично закрытом клапане или обратном клапане, чтобы избежать биения, а затем клапан будет постепенно открываться для достижения заданной рабочей точки. Хотя в целом процесс является рутинным, насос просто включается и создает поток в зависимости от окружающей системы.

Хотя частотно-регулируемые приводы предлагают один из подходов к снижению выбросов, инженеры могут аналогичным образом снизить выбросы, понимая основную механику неконтролируемых переходных процессов насоса. Это понимание имеет решающее значение в случае потери мощности, когда нет альтернативы управлению насосом.