Удельные технико-экономические показатели и их определение

Основными экономическими показателями работы насосной станции являются коэффициент полезного действия насосной станции и удельный расход электроэнергии (или условного топлива). Коэффициентом полезного действия насосной станции называется отношение полезной энергии, передаваемой перекачиваемой жидкости, к энергии, потребляемой электродвигателями всех агрегатов. Определяется этот коэффициент по формуле

(46)

где N_пл – полезная мощность станции, кВт∙ч;

N_пт – потребляемая мощность насосной станции, кВт∙ч.

Если насосная станция работает равномерно в течение суток, подавая расход Q, м³/с, при давлении р, кПа, то полезную мощность насосной станции можно вычислить по выражению

N_пл= Q ∙ p ∙ t, (47)

где t – время работы насосных агрегатов

Потребляемая мощность насосной станции находится по формуле

(48)

Коэффициент полезного действия насосного агрегата

η_а = η_н ∙ η_пр∙ η_дв.

Из выражений (46)–(48) получим: η_н.с = η_а. Это выражение справедливо, если на насосной станции установлены однотипные насосные агрегаты, работающие в одинаковом режиме в течение времени t. Если на станции установлены разнотипные насосы, имеющие различные КПД насосов и электродвигателей, то КПД насосной станции следует определять по зависимости

(49)

где Q₁, Q₂, Q_i – подачи насосных агрегатов,

η_a1, η_a2 ,η_ai – КПД насосных агрегатов;

η_a1= η_н1∙ η_дв1; η_a2= η_н2 ∙ η_дв2; η_ai=η_нi ∙ η_двi (здесь η_пр принимается равным 1).

При ступенчатой работе насосной станции полезная мощность станции равна отношению суммы полезных мощностей всех ступеней работы к сумме израсходованной энергии при всех ступенях работы насосной станции.

Предположим, что на насосной станции II подъема с трехступенчатым режимом работы установлены три однотипных насосных агрегата (рис. 50).

Один насос работает t₁ ч в 1 сут с подачей Q₁ м³/с при давлении p₁, кПа, имея η_a1= η_н1∙η_дв1; два насоса работают параллельно в течение t₂ ч в 1 сут с подачей Q₂ м³/с при давлении р₂, кПа, имея η_a1+II = η_н1+II ∙ η_дв1+II ; три насоса работают параллельно в течение t₃, ч, в 1 сут с подачей Q₃, м³/с, при давлении р₃, кПа, имея η_a1+II+III=η_н1+II+III ∙ η_дв1+II+III; причем t₁ + t₂ + t₃ = 24 ч.

В этом случае получим КПД станции как частное от деления полезной энергии, кВт∙ч, на энергию, затраченную электродвигателями насосных агрегатов при перекачивании жидкости, кВт∙ч:

Рис. 50. График ступенчатой работы насосной станции с тремя рабочими агрегатами

При работе разнотипных насосов КПД насосной станции определяют по формуле

где η_a1 – КПД первого агрегата при одиночной работе, η_a1 = = η_н1 ∙ η_дв1; η’_a1+II – КПД первого агрегата при параллельной работе со вторым агрегатом, η’_a1+II = η_н1+II ∙ η_дв1+II; η’’_a1+II – КПД второго агрегата при параллельной работе с первым агрегатом; η’’_a1+II = η_н1+II ∙ η_дв1+II; η’_a1+II+III – КПД первого агрегата при параллельной работе с третьим и вторым агрегатами, η’_a1+II+III = = η_н1+II+II ∙ _Iη_{дв1+II +III}; η’’_a1+II+III – КПД второго агрегата при параллельной работе с первым и третьим агрегатами, η’’_a1+II+III = = η_н1+II+III ∙ η_{дв1+II +III}; η’’’_a1+II+III – КПД третьего агрегата при параллельной работе с первым и вторым агрегатами, η’’’_a1+II+III = = η_н1+II+III ∙ η_{дв1+II +III}.

При определении КПД насосной станции большое значение имеет правильный учет расходования электроэнергии, который, как правило, производят отдельно по каждому насосному агрегату. Результаты учета записывают в журнал работы агрегата, где отмечают и режим его работы, т.е. подачу воды и манометрический напор.

Фактический расход электроэнергии, кВт∙ч, за время t можно определить из выражения

(50)

Обычно стоимость подачи воды водопроводными и канализационными насосными станциями определяют, исходя из годовых эксплуатационных расходов и годового объема поданной воды. Поэтому Т принимают равным 365 дням. Однако первый член равенства (50) представляет собой расход электроэнергии в сутки максимальной подачи, а насосная станция в течение года в отдельные дни может подавать минимальный или средний объем воды. Для определения фактического годового расхода электроэнергии М.С. Заневский предложил ввести коэффициент, равный 0,85, т.е. A^год = 0,85

Вторым, наиболее важным экономическим показателем работы насосной станции является удельный расход электроэнергии – отношение фактически израсходованного количества электроэнергии к полезной работе, совершаемой насосами за то же время, т.е. , или

(51)

Если расход энергии определить в киловатт-часах (кВт∙ч) и отнести его к полезной работе в виде произведения тысячи тонна-метров поданной воды, то удельный расход электроэнергии станет числом именованным:

, ,

и будет называться теоретической удельной нормой расхода электроэнергии.

Теоретической удельной нормой расхода электроэнергии является расход электроэнергии, кВт∙ч, на подачу 1000 т перекачиваемой жидкости на высоту 1 м при режиме работы насоса и электродвигателя с максимальным КПД.

Удельную норму расхода электроэнергии для насосного агрегата можно определить по формуле

(52)

Анализ равенства (52) показывает, что удельная норма расхода электроэнергии обратно пропорциональна КПД насосного агрегата. Известно, что КПД насосного агрегата уменьшается при применении способа регулирования подачи насоса дросселированием на напорном патрубке. Уменьшение КПД насосного агрегата приводит к увеличению расхода электроэнергии и, следовательно, к ухудшению экономических показателей работы насосной станции.

Принимая паспортные значения η_н и η_дв можно получить теоретическую удельную норму расхода электроэнергии для насосного агрегата. Сравнение фактического удельного расхода электроэнергии в данных условиях работы агрегата с теоретическим удельным расходом позволяет судить об экономическом эффекте работы агрегата. Например, из выражения (52) можно определить КПД насоса:

(53)

Из опыта эксплуатации насосных агрегатов известно, что электродвигатель мало изменяет КПД с течением времени и его значение можно принимать по паспорту. Зная фактическую удельную норму расхода электроэнергии, можно определить фактический КПД насоса. Сравнение определенного КПД насоса с паспортным покажет, насколько изменилась энергетическая характеристика насоса. КПД насоса необходимо определять после окончания монтажа насоса перед сдачей его в эксплуатацию, так как бывают отклонения фактического КПД насоса от паспортных данных.

Для выявления изменений КПД насоса рекомендуется периодически (на станциях I подъема – 2 раза в 1 год; на станциях II подъема – 1 раз в год или в 2 года) производить испытания работы агрегата с определением энергетических характеристик насоса.

Удельная норма расхода электроэнергии является основным показателем для планирования подачи электроэнергии на питание насосной станции. Пользуются и еще одним показателем – коэффициентом использования рабочей мощности, которым называется отношение фактически израсходованной энергии А_ф в течение рассматриваемого периода к той энергии, которую могли израсходовать рабочие агрегаты, если бы они работали в течение 24 ч в оптимальном режиме А_р.а.опт, т.е. при подаче Q_oпт и давлении р_опт, соответствующих максимальному КПД:

(54)

где и (здесь m– число рабочих агрегатов, t – период работы агрегатов).

(55)

Коэффициентом использования установленной мощности называется отношение фактически израсходованной энергии А_ф к энергии, которую израсходуют все установленные насосы, если будут работать с максимальным КПД в течение 24 ч:

(56)

где n – число всех установленных насосов (рабочих и резервных); η_{a макс} – максимальный КПД агрегата при Q_опт.