Кроме того, иногда нет необходимости выбирать насос, соответствующий оптимальной рабочей точке, так как требования системы постоянно меняются или с течением времени меняется характеристика системы. Поэтому лучшим вариантом может быть регулирование параметров насоса таким образом, чтобы они обеспечивали эксплутационные потребности системы. Наиболее популярные методы изменения параметров насоса следующие:
Метод регулирования выбирается исходя из величины начальных инвестиций в оборудование и расходов на эксплуатацию. В течение срока службы системы можно опробовать все методы регулирования, кроме одного — коррекции диаметра рабочего колеса. Очень часто для системы используется переразмеренный насос, мощность которого намного выше требуемой, и, следовательно, необходимо ограничить его производительность — прежде всего расход, и в некоторых случаях — максимальный напор.
Дроссельное регулирование. Задвижка устанавливается последовательно после насоса, позволяя регулировать рабочую точку. Она увеличивает сопротивление системы и снижает в ней расход. Без задвижки расход будет $Q_2$. С задвижкой, установленной последовательно с насосом, расход понижается до значения $Q_1$. Задвижки могут использоваться для ограничения максимального расхода. Например, расход никогда не будет выше значения $Q_3$, даже если характеристика системы будет абсолютно пологой, что означает отсутствие в системе какого-либо сопротивления. При регулировании параметров дроссельным методом насос будет обеспечивать более высокий напор, чем необходимо для данной системы. При замене насоса с задвижкой на меньший насос, последний обеспечит желаемый расход $Q_1$, но при более низком напоре и, следовательно, с меньшим энергопотреблением.
Регулирование байпасом. Задвижка байпасного (перепускного) трубопровода устанавливается параллельно с насосом и используется для регулирования его параметров. По сравнению с обычной задвижкой, устанавливаемой за насосом, байпасирование обеспечит определенный минимальный расход $Q_{бп}$ насоса, независимо от характеристик системы. Расход насоса $Q_Н$ равен сумме расхода системы $Q_С$ и расхода через байпасный трубопровод $Q_{бп}$. Задвижка на байпасе будет обеспечивать максимально допустимый напор в системе $Н_{макс}$. Даже если требуемое значение расхода в системе равно нулю, насос никогда не будет работать на закрытую задвижку. Как и в случае с дроссельным регулированием, требуемое значение расхода системы $Q_С$ может быть обеспечено меньшим насосом и без перепуска; в результате расход через насос будет ниже и, следовательно, потребление электроэнергии тоже снизится.
Коррекция диаметра рабочего колеса. Другим способом регулирования параметров центробежного насоса является коррекция диаметра рабочего колеса: при его уменьшении происходит снижение рабочих характеристик. Очевидно, что уменьшение диаметра рабочего колеса не может быть произведено во время работы насоса. По сравнению с дроссельным и байпасным методами регулирования, которые можно проводить во время работы насоса, коррекция диаметра рабочего колеса должна быть выполнена до монтажа насоса или во время проведения ремонтных работ.
$$\frac{Q_{H1}}{Q_{H2}} = \left(\frac{D_{H1}}{D_{H2}}\right)^2;$$ $$\frac{H_{H1}}{H_{H2}} = \left(\frac{D_{H1}}{D_{H2}}\right)^2;$$ $$\frac{P_{H1}}{P_{H2}} = \left(\frac{D_{H1}}{D_{H2}}\right)^4.$$
Последний способ регулирования — регулирование скорости. Регулирование скорости с помощью преобразователя частоты, вне всяких сомнений, является наиболее эффективным способом регулирования характеристик насоса. Расход насоса $Q$ прямо пропорционален его скорости вращения $n$. Напор насоса $Н$ прямо пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность его прямо пропорциональна кубу скорости вращения. На практике снижение скорости вращения насоса приводит к уменьшению его КПД.
Сравнение методов регулирования.
Регулирование по постоянному давлению. Насос должен подавать воду из резервуара в различные части здания. Требования к расходу воды в данном случае будут постоянно меняться, следовательно, и характеристика системы будет меняться в соответствии с потребным расходом. Для экономии энергии и удобства потребителя необходимо, чтобы в системе было постоянное давление. Решением в этом случае будет установка регулируемого насоса с PI-регулятором. PI-регулятор сравнивает установленное значение давления руст с фактическим значением $p_1$, измеренным с помощью датчика давления РТ. Если же фактическое давление выше, чем установленное значение, PI-регулятор снижает скорость насоса и, следовательно, его параметры, до тех пор, пока не установится равенство $p_1 = p_{уст}$. PI-регулятор изменяет скорость от значения $n_{H1}$ до $n_{H2}$, гарантируя при этом, что давление на выходе системы $p_1 = p_{уст}$. Такая насосная система гарантирует постоянное давление в диапазоне расхода от $0$ до $Q_{макс}$. Давление воды в точке водоразбора не зависит от ее уровня $h$ в резервуаре. Если происходит изменение уровня воды $h$, PI-регулятор изменяет скорость насоса таким образом, что давление $p_1$ всегда соответствует установленному значению.
Регулирование по постоянной температуре. Изменение параметров системы с помощью регулирования скорости насоса используется во многих областях промышленности. На рисунке представлена система формовочной машины, которая должна непрерывно охлаждаться водой для получения продукта высокого качества. Эта машина охлаждается водой с температурой 15°С, поступающей из холодильной установки. Чтобы данная формовочная машина работала качественно и охлаждалась достаточным образом, температура в обратном трубопроводе должна поддерживаться на постоянном уровне — $t_{обр} = 20$°С. Для этого необходимо установить регулируемый по температуре насос, управляемый с помощью PI-регулятора. PI-регулятор сравнивает установленную температуру $t_{уст}$ с фактической температурой в обратном трубопроводе $t_{обр}$, которая измеряется с помощью датчика температуры ТТ. Такая система имеет фиксированную характеристику, и, следовательно, рабочая точка насоса находится на характеристике между значениями расхода $Q_{мин}$ и $Q_{макс}$. Чем выше потери тепла в установке, тем больший расход холодной воды необходим для поддержания температуры воды в обратном трубопроводе на уровне 20°С.
Регулирование по постоянному перепаду давления в циркуляционной системе. Регулируемые насосы широко используются в циркуляционных (закрытых) системах. Если система оснащена регулируемыми по перепаду давления циркуляционными насосами, она будет обладать определенными преимуществами. На рисунке представлена система обогрева, в которую входит теплообменник, где вода в системе нагревается и доставляется к трем потребителям (например, радиаторам) с помощью регулируемого насоса. Регулировочный вентиль соединен с каждым радиатором последовательно для регулирования расхода через радиатор в зависимости от того, какая температура необходима потребителю. Насос регулируется по постоянному перепаду давления, измеряемому на насосе. Это означает, что система обеспечивает постоянный перепад давления на насосе в Q-диапазоне от $0$ до $Q_{макс}$.
Применение насосов со встроенным преобразователем частоты является оптимальным решением во многих производственных отраслях.
Стоимость жизненного цикла насоса — это выражение, определяющее общую стоимость насоса на протяжении его срока службы: сколько стоит покупка, установка, работа, обслуживание, утилизация и т.д. В абсолютном большинстве случаев энергопотребление является основной составляющей стоимости жизненного цикла насосной системы, если насос работает более чем 2000 часов в год.
Фактически около 20% от мирового потребления электроэнергии используется в насосных системах.
