Информация к размышлению: заблуждения о соотношении номинальной мощности и сервис-фактора

Информация к размышлению: заблуждения о соотношении номинальной мощности и сервис-фактора

При выборе вакуумных насосов проектировщики технологического оборудования часто стремятся обойтись приводными двигателями с минимально возможной номинальной мощностью. Они рассматривают это как способ сэкономить электроэнергию. Но когда дело доходит до фактической эффективности использования энергии, количество киловатт, указанное на шильде, может быть довольно обманчивым. Все дело в том, что фактическое потребление энергии лишь частично отражается в значении номинальной мощности двигателя. Дальнейшая путаница вызвана сервис-фактором, который указан на некоторых шильдах и отражается на фактической номинальной мощности. Его значение часто понимается неправильно. Наибольшая энергоэффективность может быть достигнута только при систематическом анализе.

Существенными факторами при выборе вакуумного насоса являются предельное остаточное давление и скорость откачки. Эти факторы определяют уровень вакуума, который достигается за определенный промежуток времени, или значение производительности вакуума, доступное для имеющейся системы.
Сопоставимая производительность может быть достигнута благодаря вакуумным насосам, которые имеют очень разные принципы работы. При этом скорость может также сильно различаться. Например, это становится очевидным, если смотреть на скорость двигателя: пластинчато-роторный вакуумный насос, который в настоящее время является наиболее распространенной технологией, применяющейся для создания вакуума, при скорости 1000 об/мин обеспечивает такую же производительность, как и масляный винтовой вакуумный насос при скорости 7000 об/мин.

Номинальная мощность ≠ энергопотребление
Еще одно несоответствие может возникнуть, если посмотреть на шильд насоса. Например, винтовой вакуумный насос может указывать на более низкую номинальную электрическую мощность, чем пластинчато-роторный вакуумный насос. При выборе оборудования зачастую допускается ошибка, которая заключается в предположении о том, что потребляемая мощность равна номинальной мощности. В действительности меньшая цифра, указанная в графе кВт, ни в коем случае не означает, что двигатель обязательно потребляет меньше энергии, чем более мощный привод. Часто на практике имеет место прямо противоположное. На шильдах американских производителей вакуумного оборудования фактическая номинальная мощность иногда замаскирована под термином «сервис-фактор».
Акцент только лишь на номинальной мощности исключает из поля зрения КПД вакуумного насоса и двигателя.

Зависимость между энергопотреблением и производительностью (мощность на валу) для электродвигателей не является линейной. Обычно они достигают оптимальной производительности при 50–100 процентах от их номинальной мощности. В общем, можно предположить, что идеальная производительность или самый высокий уровень КПД достигается в более или менее широком диапазоне при около 75 процентах от номинальной мощности. Ниже этого диапазона двигатель потребляет больше энергии по отношению к предоставленной производительности; относительная потребляемая мощность увеличивается.

Обманчивый сервис-фактор
Также возможно превышение оптимального диапазона, в результате чего может использоваться более 100 процентов номинальной мощности. Именно здесь вступает в действие сервис-фактор (SF). Данный показатель определен стандартом Американской национальной ассоциации производителей электротехнических изделий в руководстве NEMA MG1-2011. Сервис-фактор указывается на шильде насоса (рис. 1). Он указывает степень, в которой двигатель может быть нагружен выше пределов номинальной мощности. Для расчета допустимой степени перегрузки номинальная мощность умножается на значение SF. Например, если номинальная мощность 15,0 кВт указана с сервис-фактором SF 1,25, максимальная допустимая номинальная мощность составляет 15 × 1,25 = 18,75 кВт. То есть она на 25 процентов выше, чем кажется на первый взгляд.
 

Рис. 1. На шильде указан сервис-фактор 1,25. Таким образом, номинальная мощность может быть временно превышена на 25 процентов

Несмотря на то что в NEMA указано, что диапазон SF должен использоваться только временно, на практике он часто включается в расчеты для нормальной работы систем генерации вакуума. Это связано с тем, что быстрый запуск вакуумного насоса из режима ожидания или короткие пиковые нагрузки, даже если они регулярно достигаются при быстрых циклах, могут быть представлены как временные перегрузки. Относительно низкая номинальная мощность без расчетного сервис-фактора предполагает низкое энергопотребление. Но имеет место не только повышение фактической производительности; КПД двигателя в диапазоне SF обычно также значительно отличается от оптимального КПД. Регулярная перегрузка также может сократить срок эксплуатации двигателя.

Проверка фактического энергопотребления
Чтобы иметь возможность реально сравнивать фактическую эффективность использования энергии для различных вакуумных насосов, энергопотребление и производительность должны быть измерены на практике. Компания Busch, как производитель вакуумных насосов, выполняла это сравнение между масляным винтовым вакуумным насосом с регулировкой скорости стороннего производителя с номинальной мощностью 15 кВт и сервис-фактором SF 1,25 и пластинчато-роторным вакуумным насосом собственного производства с указанной на фирменной табличке номинальной мощностью 18,5 кВт. Результатом данного теста было то, что энергопотребление менее мощного (в соответствии с номинальной мощностью) двигателя в диапазоне основной нагрузки было почти в два раза выше, чем у второго двигателя. Пластинчато-роторный вакуумный насос, который работает на более низкой скорости, обеспечивает значительно лучшую эффективность использования энергии, несмотря на его более мощный двигатель (рис. 2).


Рис. 2. Практическое сравнение масляного винтового вакуумного насоса с регулировкой скорости, имеющего номинальную мощность 15 кВт/SF 1,25, и пластинчато-роторного вакуумного насоса с номинальной мощностью 18,5 кВт. В наиболее важном рабочем диапазоне (около 10 мбар) двигатель насоса с более низкой номинальной мощностью потребляет больше энергии, чем более мощный двигатель пластинчато-роторного вакуумного насоса.

Вывод
Полный КПД подачи вакуума требует более сложного анализа, чем просто сравнение потребления энергии. В дополнение к предельному остаточному давлению и скорости откачки вакуумного насоса или системы необходимо тщательно проанализировать принцип действия установки, будь то масляный насос или насос с сухим сжатием, а также проверить его совместимость с технологическим процессом. Кроме того, на энергоэффективность и экономическую эффективность вакуумной системы могут влиять также такие параметры, как местоположение установки, система управления и сопряжение между технологическим процессом и системой генерации вакуума. Во многих случаях для выбора соответствующего насоса необходим квалифицированный специалист по вакуумным технологиям. Однако в этом процессе основное внимание всегда должно уделяться критическому рассмотрению уровня фактического потребления энергии.

Источник: klartext: von pekker!


также доступно в виде информационного письма

Подпишитесь, чтобы регулярно получать новости и интересную информацию по эффективности систем генерирования вакуума.

ПОДПИСАТЬСЯ

Хотите узнать больше?
Свяжитесь с нами (Busch Россия):
+7 495 648 67 26 Связаться