РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОГО І АЛГОРИТМІЧНОГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИСТЕМИ ВІБРАЦІЙНОГО ДІАНОСТУВАННЯ НАСОСНОГО АГРЕГАТУ

1. СУЧАСНИЙ СТАН ВИКОРИСТАННЯ НАСОСНИХ АГРЕГАТІВ ТА ПРОБЛЕМА ЇХ ДІАГНОСТУВАННЯ

1. Загальні відомості про насоси.

      Насоси відносять до так званих проточним машин, оскільки їх функціонування безпосередньо пов'язано з постійним припливом будь-якої рідини чи газу. Завдяки їх роботі можливе перетворення і отримання енергії. Насос служить для перекачування рідин з більш низького рівня на більш високий, а також перерозподілу її між обсягами з різними показниками тиску [1].

 Устаткування насосне застосовується в різних галузях промисловості, теплоенергетиці, сільському господарстві, будівництві, в системах опалення і водопостачання міського комунального господарства, на транспорті. Широко використовується в побутових цілях.

 Насосне обладнання в даний  час класифікується за двома  принципами: функціональним та конструктивної.

 Функціональний принцип був створений для зручності і закріплений загальносоюзним класифікатором промислової та сільськогосподарської продукції (ОКП). Відповідно до нього всі загальнопромислове та насосне обладнання підрозділяється на: насоси відцентрові, насоси поршневі, насоси вакуумні та високовакуумні.

 За принципом дії насоси  підрозділяються на дві основні  групи: насоси динамічні та об'ємні. Поділ здійснюється в залежності від характеру впливу робочих органів насоса на рідину.

 Динамічні підрозділяються на: відцентрові насоси, діагональні, осьові, тертя і комбіновані.

 Відцентрові насоси - насоси, в яких рідка середу переміщується від центру до периферії, під силовим впливом на неї робочого колеса в камері. Даний процес відбувається під дією відцентрових сил, що створюються робочим органом насоса. Звідси і назва "відцентровий". У насосів даної групи більш низький ККД (коефіцієнт корисної дії) у порівнянні з насосами об'ємного типу. Перевага відцентрових насосів - їх порівняно низька ціна в порівнянні з насосами інших груп.

 До об'ємним насосів відносять: насоси поршневі, плунжерні, роторні, інерційні.

 Відповідно зі сформованим  у системі матеріально-технічного  постачання порядком, насоси підрозділяються  на: насоси консольні, насоси двостороннього входу , секційні насоси , артезіанські насоси , хімічні насоси , нафтові насоси , бензинові насоси , піскові насоси , грунтові насоси , відцентрові шламові насоси , шестеренні насоси , живильні насоси , мережеві насоси , конденсатні насоси , насоси для паперової маси [1,2].

 Виходячи з функціонального  призначення насоса, визначальними  технічними параметрами є подача і напір (тиск).

 Подача - це об'єм рідини, що подається насосом у одиницю часу, виражається в м ³ / год (позначається "Q").

 Тиск - це висота, на яку насос здатний доставити рідиною, що перекачується, виражається в метрах водяного стовпа (позначається "Н").

    Використовуються також  така характеристика, як потужність насоса (N) - потужність, що передається від приводу (електродвигуна) на вал насоса (компресора), вимірюється в кВт.

   Наазва "горизонтальні насоси" є умовною (по горизонтальному гнізду корпусу).

       За конструкцією горизонтальні насоси випускаються двох видів: одноступінчаті з колесом двостороннього входу й багатоступінчасті.

• Одноступінчасті насоси - рідина подається одним комплектом робочих протилежних органів.
• Багатоступінчасті насоси - рідина подається двома і більш послідовно сполученими комплектами робочих органів.
• Вертикальні насоси - вісь обертання робочих органів розташована вертикально.
• Консольні насоси - робочі органи розташовані на консольної частині валу.
• Моноблочні насоси - робочі органи розташовані на валу двигуна.
• Насоси з осьовим входом - рідина підводиться в напрямку осі робочих органів.
• Насоси з боковим входом - рідина підводиться в напрямку перпендикулярному осі робочих органів.
• Насоси двостороннього входу - рідина підводиться до робочих органів з двох протилежних сторін.
• Заглибний насос - працюють при частковому або повному зануренні корпусу насоса у воду.
• Напівзанурений - насосний агрегат з занурювальним насосом, двигун якого розташований над поверхнею рідини.
• Герметичний - повністю виключено контакт подається рідини з навколишнього атмосферою.
• Самовсмоктуючими називаються насоси, які можуть відкачувати повітря з всмоктувального трубопроводу. Это значит, что им не требуется полная заливка системы и обратный клапан на всасывающем трубопроводе. Це означає, що їм не потрібна повна заливка системи і зворотний клапан на всмоктуючому трубопроводі.

         Виходячи з викладеного, а також те, що темою дипломного проекту є розробка інформаційно - вимірювальної системи контролю стенду для дослідження роботи відцентрового насосу К-65-50-160, який також відноситься до консольних одноступеневих насосів, далі по тексту будемо використовувати поняття- насосна установка. Нижче розглянемо сучасний стан розвитку насосних установок.

1.2 Сучасний стан розвитку відцентрових насосних агрегатів

        Сучасні умови експлуатації   систем водопостачання пред'являють підвищені вимоги до їх елементів, зокрема до циркуляційних насосів. Перші в основному використовуються в системах опалення великих і середніх об'єктів, другі - в невеликих системах. Причому, якщо в асортименті зарубіжних виробників присутні широкі модельні лінійки обох класів, то вітчизняні підприємства в більшості своїй вперто продовжують виробляти техніку «сухого» типу. Як правило, ці моделі випускають за старими типовими проектами, з тими чи іншими удосконаленнями [3].

        Це, перш за все, насоси серій К, КМ і КМЛ. Їх виготовляють десятки вітчизняних підприємств. Найбільш відома на вітчизняному ринку продукція таких підприємств, як Херсонський електромеханічний завод, «Апостоловагромаш», «Промелектро» (м. Харків), ВАТ «Гідросила» (м. Кіровоград), Сумській насосний завод, АТЗТ «Харьковмаш», Севастопольський завод комунального устаткування «Молот», Бердянський Південний завод гідравлічних машин, ВО «Кристал» (м. Харків), «Насосмаш» (м. Бердянськ), ВАТ «Будмаш» (м. Київ) та інші. На думку фахівців, слабкими сторонами даного обладнання є двигуни, а також те, що вітчизняні компанії не використовують сучасні торцеві ущільнювачі, обмежуючись застосування сальникової набивки. Як відомо, традиційна сальникова набивка не забезпечує такої герметичності, як ковзаючі торцеві ущільнення і потребує підводу води для змащування і охолодження, а також  регулярного обслуговування. Тому зазвичай провідні виробники обладнують сальниками тільки великі консольні насоси, що встановлюються на фундаменті. Термін служби сальникової набивки становить приблизно 1-2 роки залежно від умов експлуатації насоса.

     Зарубіжні розробники широко застосовують ковзаючі торцеві ущільнення в насосах з сухим ротором. Основні елементи ковзаючого торцевого ущільнення - два кільця: ковзне і відповідь. Кільця притиснуті один до одного пружиною. Вони забезпечують високий ступінь герметичності насоса і не вимагають обслуговування протягом всього терміну служби (2-4 роки). Залежно від виду теплоносія і його температури матеріалом для ковзаючого торцевого ущільнення служать графіт, кераміка, нержавіюча сталь, карбід вольфраму, оксид алюмінію і т. д. Якщо говорити про побутове циркуляційне обладнання, тобто насоси «мокрого» типу, то у нас вони практично не виробляються. Відомо, що в дуже невеликій кількості (дві-три моделі «циркуляційників» марки ЦВЦ для гарячого водопостачання) випускають у Молдові, однак вони значно програють у співвідношенні ціна / якість своїм зарубіжним аналогам. Такі насоси представляють близько десятка зарубіжних виробників, найбільш популярними з яких є міжнародний концерн Grundfos, штаб-квартира якого знаходиться в Данії, а також транснаціональна корпорація Wilo (штаб-квартира в Німеччині). Спеціалізуючись у виробництві насосів, ці фірми мають найширші модельні ряди, а за якістю та ціною їх вироби займають позицію елітного класу.

           Втім, крім Grundfos і Wilo багато європейських виробники представляють свою продукцію для різних сегментів споживання. Міцні позиції у своєму ціновому сегменті на нашому ринку з недавніх пір утримують компанії DAB, Calpeda, Nocchi Pumps, Speroni (Італія), Salmson (Франція), Halm, Deutsche Vortex (Німеччина), Smedegaard (Данія), Wester (Англія) та ін . Причому DAB належить концерну Grundfos, а Salmson повністю належить Wilo. Незважаючи на те, що вартість насосів цих виробників дещо нижче, ніж у лідерів ринку, це техніка високого класу з застосуванням автоматизації і, відповідно, не найдешевша.

      Український споживач дуже «чутливий» до цін, тому багато фахівців скептично ставляться до переваг використання дорогого імпортного обладнання, не розуміючи, чим визначається різниця в цінах. Якщо насос з 3-ступеневим регулюванням Wilo Top-S 40/10 коштує у роздріб близько 500 у.о., то насос з електронним управлінням Wilo Тор-Е 40/1-10 продається приблизно за 800 у.о. Втім, просунуті моделі дозволяють економити 40-60% електроенергії в порівнянні зі стандартними насосами. Те, що лідери насосного ринку не встановлюють надвисоку ціни на свою продукцію, видно з наступного прикладу. 3-швидкісний насос Wilo Star-RS 25 / 2 в роздріб можна придбати в середньому за 65 у.о., а насос Grundfos UPS 25-40 - за 60-62 у.о. Перші цифри у маркуванні насосів показують номінальний діаметр патрубків у мм, а другі - максимальний напір насоса в м або дм (2 - 2 м, 40 - 4 м).

    В даному огляді проаналізовано обладнання з найпростіших моделей, просуваючись вперед і закінчуючи найбільш сучасним високоефективним, а значить і більш дорогим насосним обладнанням.

   Як вже було сказано, циркуляційні насоси різних виробників не відрізняються один від одного за принципом роботи, хоча залежно від виробника різняться рівнем організації виробництва, технологіями і матеріалами і як наслідок - якістю. У безсальниковим насосах з «мокрим» ротором камера ротора знаходиться безпосередньо в перекачується середовищі і герметично відокремлена від статора гільзою з нержавіючої сталі. Вал ротора зазвичай буває керамічним, а підшипники виконуються з кераміки або графіту. Бренд Calpeda, в групі «мокрий» ротор пропонує насоси з робочим колесом з нержавіючої сталі. Для опалення, як правило, використовуються насоси з корпусом з чавуну.

    При виборі насоса важливо знати, що насоси конструкції «мокрий» ротор мають чітке розділення: насоси для гарячого водопостачання (ГВП) і звичайні циркуляційні насоси для опалення. У системах ГВП, як правило, застосовуються насоси, корпус яких виготовлено з бронзи, нержавіючої сталі або латуні (UP N, UP B - Grundfos і Star Z - Wilo, VS - DAB). Насоси для ГВП відрізняються тим, що мають в назві літеру «Z» або «B», наприклад Star-Z, TOP-Z, UPS-B. Існує помилкова думка, що літера «Z» у маркуванні Wilo вказує на бронзовий корпус насоса і всі відміну насосів для опалення та ГВП полягає саме в матеріалі корпусу. Насправді це не зовсім так. Підтвердженням цього є те, що компанія Wilo виробляє насоси серії «Z» з корпусом з бронзи, нержавіючої сталі і навіть чавуну! Для виготовлення гідравлічної частини циркуляційних насосів Grundfos також використовуються різні матеріали. Також для систем ГВС деякі виробники випускають насоси з незвичайною формою роторів, виконаних у формі півсфери з вбудованим робочим колесом. Така конструкція максимально полегшує промивку та очищення насоса від накипу, а також виключає можливість заклинювання. Правда, при цьому дещо знижується ККД. Так звані «кульові» насоси для гарячого водопостачання випускають сьогодні фірми Deutsche Vortex, Німеччина, і Grundfos, Данія.

         Великою популярністю на ринку України користується циркуляційний насос Grundfos Соmfort. Також серед цікавих ноу-хау слід згадати розробку датської компанії Smedegaar, яка пропонує особливу систему клапанів (TUT-ущільнення), що перешкоджають соляного засмічення ротора безсальниковим насоса для ГВП при перекачуванні жорсткої води. Моделі, де застосовано таке рішення, позначені буквою «V» наприкінці маркування. Що стосується новинок, то оригінальна інженерна думка все ще знаходить прояв головним чином в області автоматики, а також підвищення енергоефективності. Так, найпростішими приладами з точки зору автоматизації роботи та енерго ефективності є стандартні насоси малої та середньої потужності в одно швидкісниому, двошвидкісному і трьохшвидкісному виконанні.

      Одношвидкісні насоси обмежені постійною швидкістю обертання двигуна, постійною витратою теплоносія і, отже, не здатні ефективно підлаштовуватися під реальні потреби системи опалення. Більш просунутими в цьому плані є насоси зі змінною швидкістю обертання (двох-, трьох-, чотиришвидкісні агрегати). Ця технологія забезпечує узгодження кількості перекачуємого обсягу тепло / холодоносія зі зміною гідравлічного опору системи в даний момент часу, а також дозволяє істотно знизити рівень споживаної потужності та експлуатаційних витрат, особливо у випадках часткової або слабкою навантаження, наприклад, у нічний час.

          Найпростішим способом зміни частоти обертання двигуна є метод регулювання «вручну», за допомогою перемикання числа обмоток двигуна, який застосовується в насосах UPS 25 - 40 (Grundfos), RS 25 / 2, TOP SV (Wilo), а також і в насосах VA 35 / 180 (DAB), R2S 25-40 (Nocchi Pumps), HZ 401-25 (Deutsche Vortex), WP 425 (Wester Line). Але говорити в цьому випадку про кардинальне рішення техніко-економічних проблем не доводиться, тому що це вимагає постійного втручання людини. Традиційно параметри системи постійно змінюються і, відповідно, змінюється потрібний витрата теплоносія.

     Згідно статистичному аналізу графіка навантаження опалювальних систем, повна потужність насоса потрібна лише для 6% часу усього опалювального сезону. На час, що залишився для задоволення потреб системи опалення вистачило б і 40% потужності насоса. Виходить, що інші 60% потужності не використовується, залишаючись у резерві, або просто «вилітають у трубу».

       Сьогодні все більшої популярності завойовує автоматичний спосіб регулювання частоти обертання двигуна насоса за допомогою ступеневого або безступінчатого контролю. Ступеневу зміна числа обертів двигуна здійснюється автоматично за допомогою контакторів або реле та забезпечує невелику свободу у виборі робочого режиму. Набагато більш практичні насоси з плавним (безступінчатим) регулюванням швидкості обертання ротора за рахунок зміни частоти струму (UPE, Magna, Alpha від Grundfos; STRATOS, TOP-E від Wilo, HZA від Deutsche Vortex, VEA від DAB). Такий метод регулювання в 1988 р. був вперше реально впроваджений в області насосної техніки інженерами німецької фірми Wilo і застосований в насосах серії TOP-E. У 1991 р. компанія Grundfos виустила насос серії Magna з частотним регулюванням і ротором на постійних магнітах.  Теоретично метод пропорційного регулювання, при якому відбувається зниження напору зі зменшенням подачі, заснований на просте математичної залежності, яка існує між частотою обертання двигуна й основними робочими характеристиками насоса - об'ємним витратою (Q), перепадом тиску (напором) на насосі (Н) і потужністю на валу електродвигуна. Тому через зниження швидкості руху теплоносія значно знижується шум у трубопроводах та терморегулювальних вентилях.

      Компанія Wilo реалізує цей принцип наступним чином. По-перше, насос з частотним перетворювачем конструкції мокрий ротор не вимагає додаткових датчиків (наприклад, датчик перепаду тиску). Насос самостійно відслідковує стан гідравліки, і реагує на зміни, що там відбуваються. Зовнішні датчики не потрібні, через те, що насос отримує інформацію (витрата теплоносія, гідравлічний опір), через навантаження на вал робочого колеса, а саме через величину струму, яка діагностується. Далі ці дані обробляються в електронному блоці, і насос відпрацьовує відповідні зміни. Мікрокомп'ютер порівнює дійсні значення з заздалегідь заданнимівелічінамі, і проводиться корегування робочої точки насоса за рахунок збільшення або зменшення частоти обертання валу. Циркуляційні насоси серії з електронним управлінням ідеальні для систем з термостатичним регуляторами (автоматичними, ручними регулюючими вентилями на радіаторах) та іншими елементами регулювання потоку. Коштують вони приблизно в 1,4 рази дорожче насосів з кроковим перемиканням. Вони розрізняються приводом, або системою управління, а сама «насосна» частина - практично без змін. Але їх витрату і напір постійно коректуються залежно від часу доби і кліматичних умов, а також під гідравлічні характеристики системи в кожний момент часу, що дозволяє уникнути надмірного завищення параметрів вибираного насоса, і таким чином підвищуючи ефективність роботи всієї опалювальної системи.

        Завдяки застосуванню нових технологій стає реальним зниження енергоспоживання насоса до 50% (Grundfos Alpha, Wilo Star E, DAB VEA). Доречно зауважити, що чим потужніший насос, тим більше він дозволяє заощадити. Підраховано, що при потужності 8-10 кВт різниця у вартості звичайного насоса та насоса з частотно-регульованим приводом окупається менш ніж через 1 рік. Потім такий насос просто починає економити гроші. У масштабах виробництва мова може йти про десятки, а то й сотнях насосів різної потужності і призначення, що працюють на одному тільки підприємстві. Економія від використання регульованого приводу стає дуже помітною. Розгорнута інформація про ефективні електронно-регульованих насосах з «мокрим» ротором виробництва фірм, що працюють на українському ринку, представлена в табл. 1.1 і 1.2.

         Наступний прогресивний стрибок у розвитку насосної техніки - дворазове збільшення ефективності, був зроблений компанією Grundfos в 2005 р. з появою насосів Grundfos Alpha Pro і компанією Wilo з появою Wilo-Stratos-Eco (побутові циркуляційні насоси з безступінчатим регулюванням), що доповнив ряд малих частотно- регульованих насосів UPE 2000 і ProfiStar. Головна ідея полягає в застосуванні новітніх електронно-керованих синхронних електродвигунів, що дозволяють заощаджувати до 80% споживаної енергії. Вперше електродвигун насоса для побутових систем опалення забезпечений постійними магнітами, що знижує втрати енергії. Так, максимальна споживана потужність моделі Alpha Pro 25-40 становить від 6 до 25 Вт, а Wilo-StratosEco - від 5,8 до 59 Вт За рахунок поєднання цієї технології із частотними перетворювачами, інноваційними методами виробництва, а також оптимізацією конструктивних особливостей насосів, вдалося отримати максимально високі результати.

       У насосах Wilo була виконана оптимізація гідравлічної частини насоса. Робоче колесо і спіральна збірка насоса мають тривимірну форму, що зменшує сумарні втрати тиску при протіканні рідини через гідравлічну частину, і тим самим підвищує гідравлічний ККД насоса. При цьому також максимально зменшений зазор між статором і ротором, а розділюючий стакан виконаний з принципово нового матеріалу, за рахунок чого зменшуються сумарні  втрати в електродвигуні і збільшується значення його електричного ККД. Все це дозволяє досягти високого значення сумарного ККД, сумісного в ряді випадків з ККД насосів з сухим ротором великих потужностей. Все це, у поєднанні з новим фільтром і функцією деблокування, забезпечує гарантований швидкий запуск і надійну роботу насоса. Насос швидко монтується, а основні параметри, як і в попередніх моделях, можуть легко бути задані за допомогою лише однієї «червоної кнопки». У насосах Grundfos Alpha Pro окрім застосування високоякісного постійно-намагніченого ротора, виготовленого з використанням унікальних технологій, велика увага приділялася зменшенню втрат в гідравлічній частині. Для цього використовувалися новітні комп'ютерні 3D технології, що дозволили розробити і виготовити оптимальну конструкцію. Вал з якнайтоншим отвором, отриманим за допомогою лазерного свердлення, запобігає попаданню домішок, що знаходяться у воді, в рухомі частини електродвигуна. Розділений на окремі сегменти статор сприяє ефективнішій роботі, знижуючи таким чином енергоспоживання.

          Окрім вищепереліченого, ці насоси володіють здатністю автоматичного переходу на нічний режим роботи — функція Autopilot у Wilo і Automatic Night Time Duty у Grundfos. А застосування передової електроніки, повно функціонального програмного забезпечення і сучасних методів виробництва гарантують тривалий термін служби і високоефективну експлуатацію устаткування. Безшумна робота, наявність вбудованої электро- і термозахисту, можливість контролю за енергоспоживанням завдяки вбудованому індикатору — переваги нових насосів. З останніх досягнень світових лідерів у виробництві насосного устаткування використовуєтся IR-монітор, який дозволяє проводити дистанційне керування і контроль функціонування насосів, а за допомогою додаткового роз'єму насос можна підключити до центральної системи автоматизації будівлі.

Моделі з бронзовим корпусом також можуть бути використані для  систем ГВС ( Grundfos Alpha Pro, Wilo-Stratos-Eco-Z ). А Wilo-Stratos — це єдиний насос з двигуном на постійних магнітах, який можна застосовувати не тільки в системах опалювання, але і в системах кондиціонування повітря. Високоефективні насоси з синхронними двигунами на постійних магнітах також виготовляються в здвоєного виконання — Grundfos Magna D, Wilo-Stratos-D. Особливо в середніх і великих системах опалювання і кондиціонування насоси «в здвоєній упаковці» забезпечують надійність і безпеку роботи, а також мінімізацію енергетичних витрат.  
Річ у тому, що такі насоси з електронним управлінням автоматично підстроюються під конкретні вимоги системи в кожен момент часу. Включення насоса пікового навантаження також відбувається автоматично, і притому в робочій крапці, а не з перевищенням заданих параметрів. І в цьому випадку два насоси, що працюють з меншою швидкістю, споживають енергії менше, ніж одиночний насос з великою частотою обертання мотора. При роботі в режимі резервування відбувається автоматична зміна насосів і рівномірний розподіл завантаження між ними. Окрім випуску нових високоефективних насосів, провідні виробники паралельно здійснюють модернізацію і удосконалення старих моделей з метою відповідності вищому рівню энегопотребления по класифікації Energy Labeling. Даний процес був ініційований асоціацією європейських виробників насосів Europump для розповсюдження і адаптації загальної класифікації, що існувала в Європейському Союзі, за енергоспоживанням також і на циркуляційні насоси. В результаті угоду про добровільну класифікацію своєї продукції в 2005 році підписали чотири компанії: Grundfos (Данія), Wilo (Німеччина), Circulating Pumps (Великобританія) і Smedegaard (Данія). Критерій, використовуваний для класифікації, припускає зіставлення енергоспоживання конкретного досліджуваного насоса з енергоспоживанням середнього насоса, що володіє такою ж гідравлічною потужністю. Нове маркування розподіляє ефективність енергоспоживання по класах, що позначаються буквами від «А» (вищий клас) до «G», і таким чином чітко видно енергозберігаючі властивості насосів.  
      Класифікація енергетичної ефективності опалювальних насосів проводиться на підставі вимірювань. Вимірюється споживана потужність насосів в чотирьох різних робочих точках відповідно до профілів завантаження. Результатом обчислень є індекс енергоефективності (EEI). Чим він нижчий, тим менше електроенергії споживає насос і тим вище його енергетичний клас. Діапазони значень індексу енергоефективності для всіх енергетичних класів приведені в

таблиці. 1.3.

        Різниця у витраті енергії між двома сусідніми класами складає близько 20% прийнятого за основу енергоспоживання класу «D». Тобто насос класу «А» споживає біля третини електроенергії рівня споживання насоса класу «D». Економічність насоса вищого енергетичного класу може бути, таким чином, обчислена за допомогою усереднених значень споживання енергії. Наприклад, якщо насос класу «D» з середньою споживаною потужністю P = 400 Вт замінити насосом однакової з ним гідравлічної потужності класу «А», то він споживатиме біля P = 0,33 . 400 Вт = 132 Вт.

        Таким чином, фахівці і кінцеві користувачі опалювальних насосів зможуть за допомогою відомої класифікаційної системи самостійно визначити енергетичну ефективність вживаного ними устаткування. Дана угода примушує виробників постійно удосконалювати свою продукцію, що приносить відчутну вигоду споживачеві (особливо зважаючи на зростаючі тарифи на електроенергію).  
        Нові насоси Grundfos Magna і Alpha Pro відповідають класу «А» за шкалою енергоефективності. А після проведеного удосконалення більшість циркуляційних насосів перейшло у вищий клас енергоефективності. Так, насоси Grundfos UPS 100 з напором 4 м і насоси Grundfos Alpha+ відповідають класу «B», а насоси Grundfos UPS 100 з напором 6 м — класу «C».

        До класу ефективності енергоспоживання  «В» віднесені енергозберігаючі насоси Wilo TOP-E . Стандартні ж насоси Wilo TOP-S, RS забезпечуватимуть ефективність енергоспоживання не нижче класу «С». На думку експертів, зараз середнє енергоспоживання нерегульованих циркуляційних насосів зарубіжних виробників, представлених на ринку України, відповідає в основному класам «С» і «D». Устаткування вітчизняних виробників має нижчий клас енергозбереження.

1.3 Причини і фактори,  що зумовлюють виникнення дефектів  та відмов насосних агрегатів.

       Для кращого розуміння процесів що відбуваються у насосних установках, які   знайшли широке застосування в тепловій і атомній енергетиці, нафто видобутку і трубопровідному транспорті, хімічною і інших галузях промисловості, комунальному і сільському господарствах,  потрібно знати причини та фактори які впливають на їх нормальну роботу та призводять до виникнення відмов та дефектів [4].

Причини появи дефектів механічного походження в роторних машинах досить добре висвітлені в технічній літературі стосовно водяних насосів.  Перелічимо їх стосовно   порядку зменшення частоти відмов насосів у зв’язку з підвищеною вібрацією, яка може бути викликаною наступними причинами [1]:

-розцентруванням агрегату в  процесі експлуатації (порушення співвісності валів електродвигуна і насоса);

-ослабленням жорсткості опорної  частини системи ротор - опори  (підшипники, місця посадки підшипників,  рама, фундамент), що відбувається  через збільшення зазорів у  підшипниках, зміни їх форми; розточення, ослаблення кріплення вкладишів у гніздах, ослаблення кріплення стійок підшипників до рами і рами до фундаменту, поганої заливки рам і відставання рам від фундаменту;

-дефектами підшипників ковзання  і цапф валів (надмірний або  недостатній натяг вкладишів у гніздах, перекіс вкладишів, погане прилягання валу до внутрішньої шийки підшипника, недостатній або надмірний зазор у підшипниках, нерівномірний знос шийок валів - биття, овальність, конусність шийок і т.п.);

-дефектами зубчатих муфт (забоїни, биття, нерівномірний знос, підвищені зазори між зубами);

-незрівноваженістю роторів електродвигуна  і  насоса, що виникла як  наслідок низької якості балансування  при виготовленні або ремонті  ротора або розбалансуванні ротора  в процесі експлуатації;

-іншими причинами: зачіпанням в ущільненнях і елементах проточної частини через малі зазори, порушенням в роботі системи змащування (“масляна” вібрація), ослабленням посадки роторних деталей, впливом стороннього джерела й ін.

В роботі [5] наводиться схожа класифікація причин що викликають дефекти та відмови насосів. До них відносять:

- дисбаланс мас, що  обертаються, викликаних неякісною  обробкою підшипникових шийок  ротора, ексцентричною посадкою  коліс на роторі, вигином ротора  та іншими дефектами, що призводять  до зсуву центру мас ротора.

- розцентровка або  неспіввісність з’єднаних валів двигуна-редуктора-насоса (і т.п.).

- елліпсність цапф  в підшипнику ковзання.

- масляна вібрація, що  викликається невідповідністю динамічних  якостей ротора і змащуючих  властивостей в підшипниках ковзання.

- неправильна установка  вкладишів в підшипниках ковзання.

- знос вкладишів в  підшипниках ковзання.

- зачіпання валу за  бабіт в підшипниках ковзання.

- дефекти зчеплення  зубчатих передач.

- дефекти зборки агрегатів.

- дефекти муфт.

Цей перелік був визначений з аналізу статистичних даних  відмов і включає лише причини, що викликають механічні дефекти, пов'язані з обертанням валів агрегату, які, в основному, й виникають на практиці в процесі експлуатації агрегатів. Потрібно сказати, що майже всі ці причини є зумовлені рядом конструктивних  та режимних факторів експлуатації насосів. Розглянемо та детальніше проаналізуємо фактори, що призводять до виникнення їх відмов і дефектів.

Згідно з [6], ефективність роботи насосів залежить від чотирьох факторів: правильної конструкції, точності виготовлення, якісного монтажу та правильної експлуатації з дотриманням нормального режиму та забезпеченням нормальних умов роботи насоса.

Серед режимних факторів при експлуатації насоса виділяють  три основні, які призводять до погіршення його робочих характеристик та до появи причин виникнення дефектів: знос внаслідок впливу абразивних домішок, корозійне та кавітаційне руйнування. Розглянемо детальніше їх вплив на агрегат.

Як правило, при роботі насосів на прісній воді фактором зносу внаслідок впливу абразивних домішок можна знехтувати, проте  він  є  одним з найбільш значимих при роботі на підтоварній воді яка, навіть пройшовши цикл очистки, все одно містить значну кількість твердих механічних домішок.

До основних чинників,  що впливають на інтенсивність зносу  деталей насосів природними водами абразивною суспензією, відносять фізико-механічні властивості твердих частинок суспензії (вага,  твердість, скругленість граней) і їх розміри;  кількість твердих частинок,  що потрапляють на одиницю поверхні тіла, що зношується,  і час їх дії; швидкість руху частинок; фізико-механічні властивості поверхні, що зношується, та її стан;   геометричні форми   тіл,   обтічних рідиною з суспензією; конструкцію вузлів і деталей, дотичних  з абразивною  суспензією [5]

Абразивний знос поверхонь  каналів насосів пропорційний третій степені значення швидкості, тобто відповідно і кубу частоти обертання. При роботі насоса з сталою подачею знос  поверхонь   пропорційний  квадрату частоті обертання. Відповідно, чим більший напір, тим більший абразивний знос колеса. Найшвидше в осьових насосах розробляється зазор між торцями лопатей робочого колеса та камерою. Це місце найбільшої величини окружної швидкості і  найбільшого зносу. Згідно з [4] допустиме зменшення товщини лопаток та дисків робочого колеса становить не більше 15% від початкових розмірів, зменшення його зовнішнього діаметру - не більше 1.5 %

Вплив фактору корозійного  руйнування спостерігається в усіх випадках, незалежно від характеристик води, що перекачується. Особливо схильні до корозійного руйнування вхідні ділянки всмоктуючої сторони лопатей коліс і лопаток направляючих апаратів.

Активність корозійних процесів залежить від ступеня насичення  перекачуваної води киснем з повітря, сірководнем і іншими газами.   Швидкість корозії ВНА значно знижується при вмісті у воді кисню не більше 1 мг/л, вільного вуглекислого газу — 1 мг/л і повній відсутності сірководню. Тому одним із заходів, направлених на зниження інтенсивності корозії, є підготовка, транспортування і закачування стічних вод за закритою системою.