Термодинамические испытания насоса - Thermodynamic pump testing

Термодинамические испытания насоса это форма проверка насоса где для определения эффективности насоса необходимо измерить только повышение температуры, потребляемую мощность и перепад давления. Эти измерения обычно выполняются с помощью вставных датчиков температуры и датчиков давления, установленных в точках отбора на входе и выходе насоса.[1] По этим измерениям можно определить расход, производимый насосом.[2] Термодинамический метод был разработан в начале 1960-х годов и с тех пор используется все шире. Это описано в стандартах высокоточных гидравлических испытаний, таких как ISO 5198.

Термодинамический метод используется для проверки производительности насосов, калибровки расходомера, тестирования кривой системы и других приложений. Он может достигать результатов с погрешностью менее 1% по эффективности насоса и менее 1,5% по расходу.[3] имея возможность тестировать конфигурации трубопроводов, в которых другие традиционные методы тестирования насосов не могут обеспечить точные результаты.[4]

История

Термодинамический метод был разработан одновременно в 1960-х гг. Университет Глазго и Стратклайдский университет в Шотландии, а также Национальной инженерной лабораторией во Франции (Electricite de France) и Остином Уиллиером (Горная палата, Йоханнесбург, Южная Африка). Уиллиер опубликовал статью под названием «Определение эффективности насоса по измерениям температуры» в выпуске журнала South African Mechanical Engineer за октябрь 1967 г., в котором описал этот метод.[5]

С тех пор термодинамический метод был тщательно проверен во многих случаях различными компаниями, в том числе:[4][6]

Метод испытания термодинамических насосов теперь включен в стандарты испытаний насосов, такие как BS ISO 5198: Центробежные, смешанные и осевые насосы - Кодекс испытаний гидравлических характеристик - Класс точности.[2]

Метод и оборудование

Неэффективность насосов передается через среду температуры. Таким образом, почти вся энергия, теряемая из-за неэффективности насоса, вызывает повышение температуры перекачиваемой жидкости. Термодинамический метод использует этот факт и точно измеряет разность температур в насосе для расчета его эффективности. Измерения давления используются для расчета напора насоса, а измеритель мощности используется для измерения входной мощности насоса. Используя измерения температуры, мощности и давления, можно рассчитать расход с помощью уравнения насоса.[4]

Измерение температуры имеет решающее значение, и поэтому коммерческие дистрибьюторы оборудования для испытаний термодинамических насосов часто указывают точность более 0,001 ° C.[8][9][10] Такая точность необходима, поскольку повышение температуры в насосе может быть менее 0,05 ° C.[11] Обычно датчики температуры вставляются непосредственно в поток, а измерения давления снимаются с кранов на всасывающем и нагнетательном участках трубы. Затем напор на насосе изменяется посредством какой-либо регулировки, такой как дросселирование нагнетательного клапана, параллельное использование различных комбинаций насосов или регулировка уровней в скважине.[4] Это позволяет проверить производительность насоса во всем рабочем диапазоне, так как его напор и, следовательно, расход варьируются.

Термодинамический метод по сравнению с традиционным методом

Измеренные и рассчитанные количества

Традиционный метод тестирования насосов - это метод, который полагается на измерения расхода, а не измерения температуры, для получения кривых производительности насосов. Следовательно, термодинамический метод отличается от обычного метода тестирования насосов в основном тем, что измеряется и как эти значения рассчитываются.[6] В таблице ниже показано, какие параметры измеряются испытательным оборудованием, а какие рассчитываются.

МетодГоловаПотокЭффективностьМощность
Термодинамический методизмеренныйрассчитанныйизмеренныйизмеренный
Обычный методизмеренныйизмеренныйрассчитанныйизмеренный

Как видно из таблицы выше, основное различие между двумя методами заключается в том, что традиционный метод вычисляет эффективность и измеряет другие переменные напрямую, в то время как термодинамический метод вычисляет расход и измеряет другие переменные напрямую. По этой причине точность вычисленного КПД традиционного метода зависит от точности измерений напора, расхода и мощности. Точно так же в термодинамическом методе точность вычисленного расхода зависит от точности измерений напора, эффективности и мощности.

Требования к тестированию

Еще одно ключевое различие между этими двумя методами - требования к настройке тестирования. Традиционный метод требует более строгих требований к трубопроводам, обычно требующих более 5 диаметров прямой трубы перед расходомером, чтобы обеспечить указанную точность потока.[12] Однако термодинамический метод обычно требует только 1-2 диаметров прямой трубы перед оборудованием.[10] для достижения указанной точности. Следовательно, термодинамический метод часто позволяет проводить полевые испытания, которые невозможно выполнить с помощью обычных испытаний.

Приложения

Термодинамический метод используется для тестирования насосов для воды, сточных вод и других насосов, но из-за его способности точно проверять расход он также используется для таких приложений, как тестирование кривой системы, проверка и калибровка расходомера, а также постоянный мониторинг эффективности.[13] Этот метод особенно полезен в ситуациях, когда к трубопроводам не предъявляются требования традиционных методов испытаний. Его можно, как и обычное испытание насосов, использовать для измерения производительности насосов для профилактического обслуживания и для принятия решений о замене и ремонте. Кроме того, этот метод можно распространить на испытания производительности воздуходувки и турбины.[13]

Известные проекты, использующие термодинамический метод

В ряде проектов использовался термодинамический метод для крупномасштабных испытаний насосов и анализа производительности. Ниже перечислены несколько проектов.

Мельбурн (Великобритания) оптимизация сети насосов и турбин в реальном времени

Проект между Riventa и британской компанией Severn Trent Water (STW) в сети водоснабжения Melbourne Area Network, которая всегда страдала от больших различий в использовании энергии. Многочисленные исторические исследования не выявили причин или наилучшей операционной политики. Сложные алгоритмы, разработанные как часть работы, позволили STW точно планировать работу на заданном горизонте, удовлетворяя спрос с очень заметным сокращением затрат на энергию - процесс, который слишком сложен для оперативного персонала, чтобы выполнить его на собственном опыте. Две ключевые технологии были объединены для обеспечения методологии оптимизации сети: термодинамическое измерение производительности насоса для анализа эффективности отдельных насосов и станций и гидравлическое моделирование в реальном времени для оценки маршрутов сети и их гидравлических профилей.[14][15]

Пилотное исследование по оценке эффективности насосов и повышению осведомленности о них (Канада)

Этот проект был спонсирован Энергетическим управлением Онтарио для тестирования более 150 водяных насосов в Онтарио, Канада, в восьми географически разных муниципалитетах. Для демонстрации эффективности термодинамического метода использовался метод тестирования термодинамического насоса, а также ряд традиционных тестов, проведенных наряду с термодинамическим методом. Проект испытал ряд насосов мощностью от 30 до 4000 л.с. и был завершен в мае 2013 года.[4][16][17]

Контроль и управление эффективностью насосов в Мельбурн-Уотер (Австралия)

Стремясь минимизировать затраты на электроэнергию и связанные с ними выбросы парниковых газов, компания Melbourne Water в Австралии применила термодинамические испытания насосов для контроля работы насосов на четырех основных насосных станциях. В течение 2003 и 2004 годов в рамках этого проекта были испытаны 23 насоса для воды и сточных вод.[18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Расширенные измерения термодинамических характеристик насосов и насосных систем, Малкольм Робертсон, семинар IMechE по испытаниям на месте, Лондон, июнь 2013 г.
  2. ^ а б BS ISO 5198: 1999 Центробежные, осевые и смешанные насосы - Правила для гидравлических испытаний производительности - Класс точности.
  3. ^ Тестирование и мониторинг термодинамических характеристик Журнал pumpindustry, апрель 2013 г.
  4. ^ а б c d е На пути к сохранению муниципального сектора: экспериментальное исследование эффективности насосов и осведомленности Hydratek & Associates Inc, май 2013 г.
  5. ^ ftp://140.98.193.80/uploads/pes/PowerAfrica2007/PowerAfrica-32-cattaeae.pdf.pdf
  6. ^ а б [1] Проверка КПД насоса термодинамическим методом.
  7. ^ [2] КРАН
  8. ^ [3] Беспроводной термодинамический мониторинг насоса
  9. ^ [4] Система тестирования портативных насосов Freeflow
  10. ^ а б [5] P22 Эффективность насоса и расходомер
  11. ^ [6] Проверка КПД насоса термодинамическим методом - независимый взгляд
  12. ^ [7] Требования к трубопроводам расходомера
  13. ^ а б [8] Услуги по тестированию и мониторингу AEMS
  14. ^ Клиффорд, Том. «Конференция Pump Center 2016 - основной доклад» (PDF).
  15. ^ «Новаторский технологический проект получил награду Pump Center 2016». www.riventa.com. Получено 2016-09-29.
  16. ^ [9] Термодинамический метод, используемый для программы тестирования производительности и эффективности насоса
  17. ^ [10] Реальность энергоэффективности и производительности насосов: Канада подает пример характеристики фактической энергоэффективности водяных насосов с помощью программы испытаний в масштабах всей провинции.
  18. ^ [11] Мониторинг и управление эффективностью насосов в Melbourne Water