Поскольку насосные системы крайне важны для многих производственных операций, необходимо обеспечивать их эффективную защиту. Начать можно с защитных устройств, отслеживающих снижение мощности.
Обнаружение давления нулевой подачи
Если насос работает без расхода из-за того, что закрыт выпускной клапан или линия засорена, возникает давление нулевой подачи. Одна и та же вода рециркулирует в насосе, что приводит к постоянному повышению ее температуры. Если насос продолжает работать в условиях давления нулевой подачи слишком долго, избыточный нагрев может привести к повреждению уплотнения и сокращению срока службы насоса.
Поскольку в этом состоянии на жидкость в насосе приходится значительно больше энергии, давление нулевой подачи в центробежном насосе может привести к взрыву. Избыточное давление в гидравлической системе и возможные химические реакции в насосе также могут быть вызваны перегрузкой давлением. Аналогичные последствия могут быть вызваны работой насоса всухую в течение длительного времени; это может привести к кавитации.
Хотя кажется, что нет ничего проще, чем обнаружить эти проблемы и устранить их, давление нулевой подачи крайне сложно обнаружить. Поплавковое реле насоса не обнаружит давление нулевой подачи, поскольку уровень воды не опускается. Ключевым фактором для надежной защиты насоса от повреждений из-за давления нулевой подачи является контроль нагрузки двигателя и обнаружение ее снижения. Существует два метода для определения нагрузки двигателя: по току и входной мощности двигателя.
Контроль тока на предмет условий неполной нагрузки недостаточно эффективен, поскольку ток остается относительно постоянным, даже если нагрузка двигателя составляет 50%. Даже при небольшой нагрузке ток и коэффициент мощности достаточно высоки, поскольку ток подается на двигатель, но не выполняет полезную работу. Поскольку входная мощность линейно меняется на всем диапазоне нагрузок двигателя, обнаружение низкой мощности — это весьма надежный метод обнаружения даже незначительного снижения нагрузки двигателя. Таким образом, защитные устройства, отслеживающие ток двигателя, могут и не отличить «нормальные» условия от условий давления нулевой подачи, однако устройства, отслеживающие входную мощность, на это способны.
Инструменты
Так как же пользователю защитить свой насос? В идеале, желательно распознать условия неполной нагрузки, например, давление нулевой подачи, до того, как возникнут повреждения. Традиционные методы диагностики насосов (например, поплавковое реле) неэффективны в обнаружении давления нулевой подачи, поскольку уровень воды не опускается. В основе быстрого и точного обнаружения этого состояния лежит возможность определять понижение нагрузки двигателя.
Наилучший метод для обнаружения условий неполной нагрузки — это использование инструментов, контролирующих мощность. Разница между изменениями мощности и тока при разных нагрузках делает защиту от пониженной мощности надежным методом обнаружения даже небольшого снижения нагрузки из-за давления нулевой подачи. При небольших нагрузках контроль входной мощности в 10 раз более чувствителен, чем методы обнаружения по току.
К примеру, такие инструменты, как реле управления двигателем, обеспечивают наилучшую регулируемую защиту по току, напряжению и мощности в промышленности. Защита от пониженной мощности способствует точному обнаружению снижения мощности при возникновении давления нулевой подачи, отключая двигатель до возникновения серьезных повреждений. Защита от пониженной мощности настраивается на определенный процент от номинальной мощности и запускает предупредительные отключения или приостановки. Таким образом, реле управления двигателем обеспечивает единое компактное решение для защиты насоса, а также защиту от тепловых перегрузок, коротких замыканий на землю и другие средства защиты по току или напряжению.
Как защитить насос
Следующие 11 рекомендаций помогут защитить оборудование от повреждений, требующих дорогостоящего ремонта.
- Используйте для контроля состояния насоса не только поплавковые реле: поскольку уровень воды не опускается, поплавковые реле не являются надежным методом обнаружения давления нулевой подачи.
- Одного контроля тока недостаточно: в условиях давления нулевой подачи ток двигателя остается высоким даже при небольшой нагрузке. Коэффициент мощности также может быть высоким, поскольку ток подается на двигатель, но не выполняет полезной работы. Таким образом, защитное устройство, отслеживающее только ток, не может отличить «нормальные» условия от условий давления нулевой подачи.
- Тщательно контролируйте нагрузку двигателя насоса: обнаружение снижения нагрузки двигателя может быть критически важным для определения давления нулевой подачи.
- Изучите возможные условия неполной нагрузки: при контроле тока обратите внимание, остается ли ток двигателя относительно постоянным, даже если нагрузка составляет 50%. Входная мощность должна меняться линейно при различных нагрузках двигателя.
- Постоянно следите за понижением мощности: даже небольшое понижение нагрузки двигателя может быть существенным; даже при небольших нагрузках контроль по мощности в 10 раз чувствительней, чем по току. Таким образом, обнаружение пониженной мощности — это весьма надежный метод обнаружения даже незначительного снижения нагрузки двигателя.
- Настройте реле управления двигателем для оптимальной защиты: реле управления двигателем обеспечивает контроль и защиту по току, напряжению и мощности, включая защиту от пониженной мощности, для наиболее всеобъемлющей защиты от давления нулевой подачи и условий неполной нагрузки.
- Отключите двигатели, как только обнаружится снижение мощности: выбирайте реле управления двигателем, которые надежно реагируют без необходимости установки дополнительных реле. Если в насосе возникает давление нулевой подачи, эти инструменты быстро и точно обнаружат снижение мощности; они также предотвратят дальнейшие повреждения, автоматически отключив двигатель.
- Не используйте отдельные реле для откачки или защиты от давления нулевой подачи или обновите их: качественные современные реле управления двигателем уже включают в себя возможность обнаружения пониженной мощности напрямую через подключение к устройству. Наилучшие решения предполагают настройку на определенный процент от номинальной мощности и другие параметры с запуском предупреждений, отключений и приостановок.
- Используйте надежные решения с расширенными защитными функциями: настраиваемые возможности защиты обеспечивают полную защиту насоса, при этом обладая дополнительными возможностями защиты, например, от тепловых перегрузок, а также защиты по току и напряжению.
- Оптимизируйте жизненные циклы оборудования, выбирая решения для прогностического анализа: долговечная защита насоса способствует оптимизации жизненных циклов оборудования. Решения, обеспечивающие эффективную настройку удаленного контроля и устранения неисправностей, помогают выполнять задачи по техническому обслуживанию автоматически. Эти задачи снижают необходимость в плановом техническом обслуживании и его объем, при этом минимизируя используемую рабочую силу и поездки на удаленные объекты.
- Рассмотрите комплексные решения для достижения наибольшей эффективности, надежности и защиты: некоторые производителя также предлагают продукты, которые легко устанавливаются в уже существующие средства защиты, с простым вводом в эксплуатацию, повышающие защиту и срок полезной службы. К примеру, реле управления двигателем в сочетании с частотно-регулируемым приводом обеспечивает управление рекуперированной энергией. Это сочетание позволяет распознавать изменения в напряжении на шине и накапливать энергию для поддержания оптимальной работы двигателя. Частота привода динамически подстраивается для сброса избыточного напряжения на шину постоянного тока.
Заключение
Качественные средства защиты насоса, обеспечивающие инженеров и специалистов по техническому обслуживанию необходимыми данными, способствуют стабильной работе, повышению производительности и снижению расходов. В жестких условиях защитные устройства являются основой превентивной диагностики, повышенной стабильности и контроля, долговечности и длительного срока службы, что также сказывается на безопасности оборудования, людей и окружающей среды.
Об авторе
Джим Роснер работает инженером в области промышленного управления и автоматизации заводов более 41 года. Его специализация — это применение ПЛК, промышленных сетей, управление и защита двигателя. За эти годы он помог многим клиентам решить проблемы с эксплуатацией их оборудования.
