E-čerpadla Grundfos
Čerpadla s vestavěným frekvenčním měničem
50/60 Hz
Úvod k E-čerpadlům
Obecné údaje 4
Výrobní program E-čerpadel Grundfos 5
Funkce 5
Otáčková regulace E-čerpadel 8
Použití 11
Vícestupňová E-čerpadla
Úvod 16
Čerpadla CRE, CRIE, CRNE 16
Čerpadla MTRE, SPKE, CRKE 17
Čerpadla CHIE 17
Přehled funkcí 18
Režimy 20
Způsoby regulace 20
Nastavení čerpadla 21
Nastavování na ovládacím panelu 21 Nastavení dálkovým ovladačem R100 23 Nastavení pomocí programu PC Tool E-products 34
Priorita nastavení 34
Externí signály režimu nuceného řízení 35 Externí signál požadované hodnoty 36
Bus signál 36
Jiné normy pro bus komunikaci 36
Signální světla a signální relé 37
Kontrola izolačního odporu 39
Další dokumentace výrobků 39
TPE, TPED, NKE, NBE
Úvod 40
TPE, TPED série 1000 40
Čerpadla NKE a NBE 40
Přehled funkcí 41
Režimy 43
Řídící režimy 44
Nastavení čerpadla 44
Nastavování na ovládacím panelu 44 Nastavení dálkovým ovladačem R100 45 Nastavení pomocí programu PC Tool E-products 55
Priorita nastavení 55
Externí signál režimu nuceného řízení 56 Externí signál požadované hodnoty 57
Bus signál 57
Jiné standardy pro bus komunikaci 58 Signální světla a signální relé 58
Kontrola izolačního odporu 60
Další dokumentace výrobků 60
TPE, TPED série 2000
Úvod 61
Čerpadla TPE, TPED série 2000 61
Přehled funkcí 62
Režimy 64
Řídící režimy 64
Nastavování na ovládacím panelu,
jednofázová čerpadla 66
Nastavování na ovládacím panelu,
třífázová čerpadla 67
Nastavení dálkovým ovladačem R100 69 Nastavení pomocí programu PC Tool E-products 76
Priorita nastavení 76
Externí signál režimu nuceného řízení 77 Externí signál požadované hodnoty 78
Bus signál 79
Jiné standardy pro bus komunikaci 79 Signální světla a signální relé 80
Kontrola izolačního odporu 82
Další dokumentace výrobků 82
Jednofázové MGE motory
E-čerpadla s jednofázovými MGE motory 83
Trojfázové motory MGE
E-čerpadla s trojfázovými motory MGE 86
EMC
EMC a správná instalace 91
E-čerpadla v paralelním zapojení
Řízení E-čerpadel v paralelním zapojení 94
Bus komunikace
Bus komunikace s E-čerpadly 96
Provoz s frekvenčním měničem
Frekvenční měnič - funkce a konstrukce 98
Výhody při užívání motorů MGE
Úvod 103
Monitorování stavu ložisek 103
Stop funkce 104
Snímač teploty 1 a 2 105
Signální relé 106
Vstupy pro analogový snímač 1 a 2 107 Překročení mezních hodnot 1 a 2 108 Čerpadlo pracující na mezní výkon 109
PC Tool E-products 111
Příslušenství
Přehled příslušenství 112
Dálkový ovladač R100 113
Potenciometr 113
Snímače 114
Diferenční tlakové čidlo Grundfos, DPI 115
Snímač teploty, TTA 116
Snímač diferenční teploty HONSBERG 117
EMC filtr 118
G10-LON 120
G100 121
LiqTec 122
Další dokumentace výrobků
WebCAPS 125
WinCAPS 126
Obecné údaje
Tento katalog pojednává o čerpadlech Grundfos s instalovanými motory MGE 0,37 - 22 kW. Jedná se o standardní asynchronní motory s integrovaným frekvenčním měničem a řídící jednotkou. V některých případech se čerpadla dodávají přímo s instalovaným snímačem tlaku. Tato čerpadla se označují jako E-čerpadla (tj. elektronicky regulovaná čerpadla).
V případě požadavku na E-čerpadlo s vyššími výkony na hřídeli (22-250 kW), je nutno připojit ke
standardnímu motoru externí frekvenční měnič Grundfos CUE.
Obr. 1 E-čerpadla Grundfos
E-čerpadlo není jen čerpadlo. Je to systém, který je schopen řešit problémy vzniklé v dané provozní aplikaci nebo přinášet energetické úspory v různých čerpacích soustavách. E-čerpadla jsou ideálním řešením, protože mohou být použita namísto
neregulovaných standardních čerpadel bez jakéhokoliv navýšení nákladů. Stačí pouze instalovat přípojku pro odběr sít’ového napájecího napětí, do trubní soustavy umístit příslušné E-čerpadlo a můžete začít čerpat.
Dodané čerpadlo bylo ve výrobním závodě odzkoušeno a předem nakonfigurováno na předpokládané provozní parametry. Po provozovateli se pouze žádá, aby vyspecifikoval požadovaný provozní bod (tlak) čerpadla a celý systém pak již může být uveden do provozu.
V nových instalacích přinášejí E-čerpadla celou řadu výhod. Frekvenční měniče integrované v těchto čerpadlech plní funkci vestavěné motorové ochrany a chrání tak jak motor tak i řídící elektroniku proti přetížení. Znamená to, že instalace s E-čerpadlem již nevyžadují žádnou motorovou ochranu, ale pouze běžnou zkratovou ochranu přívodního kabelu.
Obr. 2 Komponenty E-čerpadel Grundfos
TM03 0296 0508 TM03 0431 5104
Freq.
conv.
M PI Controller Set point
Požad.
hodnota
PI regulátor
Frekven- ční měnič.
Výrobní program E-čerpadel Grundfos
E-čerpadla Grundfos se dodávají ve třech různých funkčních skupinách:
1. Vícestupňová čerpadla CRE, CRIE, CRNE se snímačem tlaku.
Vícestupňová čerpadla CRE, CRIE, CRNE, MTRE, SPKE, CRKE, CHIE bez snímače tlaku.
2. Jednostupňová čerpadla TPE, TPED série 1000, NKE, NBE bez snímače tlaku.
3. Jednostupňová čerpadla TPE, TPED série 2000 s integrovaným snímačem diferenčního tlaku.
Čerpadla TPE, TPED série 2000 se standardně dodávají se snímačem diferenčního tlaku, který umožňuje řízení od diferenčního tlaku na čerpadle.
Čerpadla CRE, CRIE, CRNE je možno dodat se snímačem tlaku, který umožňuje řízení od tlaku za čerpadlem.
Instalace, jakož i zprovozňování zde uvedených E-čerpadel vybavených snímačem diferenčního tlaku nebo snímačem tlaku, je jednoduchá a rychlá. Všechna ostatní E-čerpadla se dodávají bez snímačů.
E-čerpadla bez snímače se používají všude tam, kde se předpokládá jejich neregulovaný provoz (otevřená smyčka) nebo kde má být snímač instalován v pozdější etapě, kdy má v určitém místě soustavy zajišt’ovat regulaci čerpadla od průtoku, teploty, diferenční teploty nebo diferenčního tlaku.
Obr. 3 Čerpadla TPE, TPED série 2000 se snímačem diferenčního tlaku
Obr. 4 Čerpadla CRE, CRIE, CRNE se snímačem
Obr. 5 E-čerpadla bez snímače
Funkce
Funkce E-čerpadel závisejí na typu čerpadla a na tom, zda se jedná o čerpadlo se snímačem nebo bez snímače.
Rozdílnost funkcí je patrna v možnostech nastavení prostřednictvím dálkového ovladače R100. Struktura menu dálkového ovladače R100 závisí na typu daného čerpadla.
Tabulky na následujících stranách ukazují, které funkce jsou dostupné u různých typů E-čerpadel. Čerpadla CRE, CRIE, CRNE se snímačem a všechna
vícestupňová čerpadla bez snímače mají v dálkovém ovladači R100 stejnou strukturu menu. Všechna jednostupňová čerpadla bez snímače, jako např. NBE, NKE a TPE, TPED série 1000, mají samostatnou strukturu menu. A konečně E-čerpadla TPE a TPED série 2000 mají svou vlastní strukturu menu. Ve výsledném efektu pak v rámci kompletního výrobního programu E-čerpadel dostáváme tři zcela rozdílné struktury.
TM00 7630 1596TM00 7668 1696
2 Hset Hset H
Q Hset
H
Q H
Q
Proporcionální tlak Konstantní tlak Konstantní křivka
Q H
Hset
Q H
Konstantní Konstantní tlak
TM01 0684 0808
Qset Q Q
Konstantní křivka Konstantní průtok
Přehled funkcí
Funkce E-čerpadel
Typ E-čerpadla CRE, CRIE,
CRNE se snímačem
CRE, CRIE, CRNE, SPKE, CRKE, MTRE,
CHIE bez snímače
TPE, TPED série 1000 NBE,
NKE bez snímače
TPE, TPED série 2000 s jednofázovými
motory MGE
TPE, TPED série 2000 s trojfázovými motory MGE
Velikosti motorů [kW] 0,37 - 7,5 11 - 22 0,37 - 7,5 11 - 22 0,25 - 7,5 11 - 22 0,25 - 1,1 0,55 - 7,5 11 - 22 Nastavení na ovládacím panelu:
Požad. hodnota z z z z z z z
Start/stop z z z z z z z
Max. křivka z z z z z z z
Min. křivka z z z z z z z
Vynulování alarmu z z z z z z z
Konstantní/proporcionální tlak z
Odečty na ovládacím panelu:
Požad. hodnota z z z z z z z
Provozní signalizace z z z z z z z
Poruchová signalizace z z z z z z z
Nastavení na ovládacím panelu:
Požad. hodnota z z
Start/stop z z
Max. křivka z z
Min. křivka z z
Vynulování alarmu z z
Konstantní/proporcionální tlak z z
Odečty na ovládacím panelu:
Požad. hodnota z z
Provozní signalizace z z
Poruchová signalizace z z
Provozní režim: MIN, MAX, STOP z z
Průtok v % z z
Externí řízení z z
Nastavení dálkovým ovladačem R100:
Požad. hodnota z z z z z z z z z
Start/stop z z z z z z z z z
Max. křivka z z z z z z z z z
Min. křivka z z z z z z z z z
Vynulování alarmu z z z z z z z z z
Vynulování varování z z z z
Regulovaný/neregulovaný režim z z z z z z
Konstantní/proporcionální tlak,
konstantní křivka z z z
Konstanty řídící jednotky Kp, Ti z z z z z
Externí signál požadované hodnoty z z z z z z z z z
Signální relé 1 z z z z z z z z z
Signální relé 2 z z z z
Tlačítka na čerpadle z z z z z z z z z
Číslo čerpadla (pro bus komunikaci) z z z z z z z z z
Digitální vstup z z z z z z z z z
Stop funkce z z z z
Limitní hodnota z z
Rozsah a signál snímače z1) z1) z z z z
Provoz/záloha z z z z
Provozní rozsah (min./max. otáčky) z z z z z z
Sledování ložiska motoru z z z z
Ložiska motoru vyměněny nebo
Odečty pomocí dálkového ovladače R100:
Požad. hodnota z z z z z z z z z
Provozní režim z z z z z z z z z
Aktuální hodnota snímače z z z z z z z z z
Otáčky čerpadla z z z z z z z z z
Příkon z z z z z z z z z
Spotřeba el. energie z z z z z z z z z
Počet provozních hodin z z z z z z z z z
Stav mazání (ložiska) z z z z
Stav výměny (ložiska) z z z z
Nastavení přes GENIbus:
Požad. hodnota z z z z z z z z z
Start/stop z z z z z z z z z
Max. křivka z z z z z z z z z
Min. křivka z z z z z z z z z
Regulovaný/neregulovaný režim z z z z z z
Konstantní/proporcionální tlak
konstantní křivka z z z
Odečty přes GENIbus:
Požad. hodnota z z z z z z z z z
Provozní signalizace z z z z z z z z z
Provozní stav čerpadla z z z z z z z z z
Nastavení externím signálem:
Požad. hodnota z z z z z z z z z
Start/stop z z z z z z z z z
Min./max. křivka přes digitální vstup z z z z z
Min./max. křivka, externí porucha,
Průtokový spínač přes digitální vstup z z z z Odečty externím signálem:
Poruchová signalizace (relé) z
Porucha, Provoz nebo Signál
připravenosti (relé) z z z z
Porucha, Provoz, Připravenost, Chod čerpadla, Mazání ložisek, Varování,
Překročen limit 1 & 2 z z z z
Funkce zdvojených čerpadel z z z
Funkce E-čerpadel
Typ E-čerpadla CRE, CRIE,
CRNE se snímačem
CRE, CRIE, CRNE, SPKE, CRKE, MTRE,
CHIE bez snímače
TPE, TPED série 1000 NBE,
NKE bez snímače
TPE, TPED série 2000 s jednofázovými
motory MGE
TPE, TPED série 2000 s trojfázovými motory MGE Velikosti motorů [kW] 0,37 - 7,5 11 - 22 0,37 - 7,5 11 - 22 0,25 - 7,5 11 - 22 0,25 - 1,1 0,55 - 7,5 11 - 22
• Dodává se 1) Vybaveno snímačem.
Otáčková regulace E-čerpadel
Regulace výkonu čerpadla je v současné době v mnoha provozních aplikacích zcela nevyhnutelná. Nejlepších výsledků v oblasti regulace výkonu se nepochybně dosahuje pomocí frekvenčního měniče, nebot’ tento způsob s sebou nese následující výhody:
• velké energetické úspory
• vyšší stupeň uživatelského komfortu
• delší životnost soustavy i jejích jednotlivých komponentů
• zcela bezvýznamné ztráty účinnosti
• menší riziko vzniku vodních rázů
• nižší spínací četnost.
E-čerpadlo Grundfos je dobrou volbou všude tam, kde se požaduje regulace výkonu.
Tato část popisuje dopady na výkon a energetickou spotřebu E-čerpadla, jehož otáčky jsou regulovány frekvenčním měničem. Níže uvedený popis rozvádí následující aspekty:
• afinitní rovnice
• provozní křivky otáčkově regulovaných čerpadel
• systémové charakteristiky uzavřených a otevřených soustav.
Afinitní rovnice
Následující afinitní rovnice platí spolu s dobrou aproximací pro změny otáček odstředivých čerpadel:
H = dopravní výška, tlakový rozdíl v m, Q = průtok v m3/h
P = energetický příkon v kW n = otáčky.
Hx, Qx a Px jsou proměnné veličiny příslušející otáčkám nx. Aproximativní rovnice platí za předpokladu, že charakteristika dané soustavy zůstane beze změny pro nn a nx a že vychází z rovnice
H = k x Q2
(k = konstanta), tj. parabola protínající bod 0,0.
Z výkonové rovnice dále plyne, že účinnost čerpadla se při obou uvedených otáčkách nemění. V praxi to tak úplně neplatí. Na závěr je na místě poznamenat, že účinnosti frekvenčního měniče a motoru musejí být brány rovněž do úvahy, pokud požadujeme provedení
Obr. 6 Afinitní rovnice
Z rovnic vyplývá, že průtok čerpadla (Q) je přímo úměrný otáčkám čerpadla (n). Dopravní výška, resp.
tlakový rozdíl (H), je přímo úměrný druhé mocnině otáček (n), zatímco výkon P je přímo úměrný třetí mocnině otáček.
V praxi bude mít redukce otáček za následek mírný pokles účinnosti. To však nic nemění na skutečnosti, že regulace otáček čerpadla s sebou často nese velké energetické úspory.
Vzorec pro výpočet účinnosti (η) je:
Použijeme-li tento vzorec, dostaneme dobrou aproximaci pro otáčky redukované až na 40 % Qn
---Qx nn nx---
= Hn
Hx--- nn ---nx
⎝ ⎠
⎜ ⎟
⎜ ⎟
⎛ ⎞ 2
= Pn
Px--- nn nx---
⎝ ⎠
⎜ ⎟
⎛ ⎞3
=
TM00 8720 3496
H
Eta Q
Q P
Q Qn Qx --- nn
nx ---
= Hn Hx --- nn
nx ---
⎝ ⎠⎛ ⎞2
=
Pn Px --- nn
nx ---
⎝ ⎠⎛ ⎞3
= ηn ηx --- = 1
nn
nx
nn
nx
nn nx
ηx 1 1 ηn( – ) nn nx---
⎝ ⎠
⎜ ⎟
⎛ ⎞0,1
× –
=
Výkonové křivky otáčkově regulovaných čerpadel
Výkonové křivky
Níže uvedený diagram křivek platí pro čerpadlo CRE 15-3. V horní části diagramu jsou uvedeny provozní křivky QH při různých otáčkách. Křivky, které platí pro otáčky v rozsahu 100 % až 50 % jsou vyneseny v intervalech 10 %. Nakonec je uvedena minimální křivka při 25 %.
Dolní část diagramu ukazuje parametr P1 (elektrický příkon z rozvodné sítě). Stejný diagram ukazuje parametr NPSH pro čerpadlo při maximálních otáčkách.
Obr. 7 Výkonová křivka čerpadla CRE 15-3 Účinnost
Celková účinnost E čerpadla ηtotal se vypočítá vynásobením účinnosti motoru MGE účinností čerpadla.
Obr. 8 Účinnost E-čerpadla
Účinnost motoru MGE závisí na velikosti motoru, otáčkách a zatížení na hřídeli.
Obr. 9 Křivky účinnosti pro motor MGE, čerpadlo a kompletní E-čerpadlo při 100 %, 80 % a 60 % otáčkách.
Obr. 9 ukazuje účinnost motoru MGE a čerpadla a konečně výslednou účinnost čerpacího agregátu CRE 15-3 s motorem MGE o výkonu 3 kW. Křivky jsou vyneseny jako funkce průtoku Q pro tři různé hodnoty otáček: 100 %, 80 % a 60 %.
Za předpokladu situace ukázané na obr. 9 s provozním bodem při 100 % otáčkách, který se rovná
Q = 17,4 m3/h
a H = 32 m se změna účinnosti při 80 % a 60 % otáčkách promítá do následující tabulky:
Účinnost čerpadla ηMGE je zredukována ze 71,1 % na 70,4 %, což znamená pokles účinnosti o méně než jeden procentní bod.
Vzhledem k velké redukci otáček a zatížení na hřídeli je účinnost motoru MGE nižší řádově o 7 procentních bodů, což má za následek celkové snížení účinnosti E-čerpadla o 5,3 procentních bodů.
Účinnost je důležitý faktor, avšak významnější zde je energetická spotřeba, protože ta má přímý dopad na náklady na energii.
Ze shora uvedené tabulky je zřejmé, že elektrický příkon P1 se snižuje z 2,65 kW na 0,66 kW, což představuje redukci ve výši 75 %. Za předpokladu, že by se neměnila celková účinnost ηTOT, by toto snížení elektrického příkonu P1 bylo z 2,65 kW na 0,6 kW, což by představovalo 77 % redukci elektrického příkonu.
Závěrem lze konstatovat, že redukce otáček čerpadla hraje nejdůležitější roli ve vztahu k energetickým úsporám a že pokles účinnosti má pouze méně významný dopad na možné energetické úspory
TM03 0433 5104TM00 8720 4996
PH
P1 P2
MGE
P1 = elektrický příkon, motor MGE P2 = el. příkon, čerpadlo PH = hydraulicky výkon
ηMGE
η čerpadlo
TM030434 5104
Otáčky Q H P1 P2 PH ηP ηMGE ηTOT
m³/h m kW kW kW % % %
100 % 17,4 32 2,65 2,13 1,51 71,1 80,4 57,2 80 % 14 21,1 1,47 1,14 0,8 70,5 77,6 54,7 60 % 10,5 12 0,66 0,49 0,34 70,4 73,8 51,9
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0 5 10 15 20 25 30
eta [%]
Q [m3/h]
60% 80% 100%
60% 80% 100%
60% 80% 100%
} }
}
ηMGE
ηp
ηTOT
Charakteristika soustavy
Charakteristika určité soustavy udává požadovanou dopravní výšku čerpadla, která má zajišt’ovat cirkulaci daného množství vody touto soustavou. V následujícím textu jsou uvedeny popisy uzavřených a otevřených soustav.
Uzavřené (oběhové) soustavy
V uzavřených soustavách protéká kapalina
v uzavřeném okruhu. Příkladem zde může být např.
radiátorový systém. Za předpokladu řádného odvzdušnění a uzavření soustavy nemusí čerpadlo překonávat žádný statický tlak.
Dopravní výška = ztráty třením v celé uzavřené soustavě. V uzavřené soustavě bude charakteristika systému parabola vycházející z bodu Q/H 0,0. Křivka ukazuje, že ztráty třením v soustavě se zvyšují s druhou mocninou cirkulovaného množství vody.
Proměnná hodnota "k" je konstanta. Čím vyšší je konstanta "k", tím strmější je parabola a obráceně, čím nižší je konstanta "k", tím plošší je parabola. Konstanta
"k" je určena polohou uzavírací armatury a ztrátami třením.
Obr. 10 ukazuje systémovou charakteristiku v uzavřené soustavě (oběhová soustava).
Obr. 10 Systémová charakteristika, uzavřená soustava
Otevřené soustavy (zvyšovací systémy)
V mnoha provozních aplikacích spojených s čerpáním kapalin v otevřených soustavách musí být překonávána určitá statická výška (H0). To je také případ znázorněný na obr. 11, kde má čerpadlo přečerpávat vodu z otevřené nádoby do nádrže. H0 zde představuje rozdíl mezi hladinou v nádobě, z níž čerpadlo čerpá, a hladinou v nádrži, do níž je kapalina čerpána.
Dopravní výška = rozdíl hladin + ztráty třením v soustavě.
Systémová charakteristická křivka bude za normálních okolností vycházet z bodu na ose H, který odpovídá danému rozdílu hladin. Jakmile dosáhne tohoto bodu, bude charakteristická křivka dále pokračovat ve tvaru paraboly.
kde "k" představuje odpor v soustavě (potrubí, fitinky, armatury atd.).
Obr. 11 Systémová charakteristika + statická výška, otevřená soustava
TM00 8724 3496
H = k Q× 2
H
Q TM00 87
25 3496
H = H0 k Q+ × 2
H
Q
H0 H0
Provozní bod
Provozní bod v čerpacím systému je vždy průsečík systémové charakteristické křivky a provozní křivky čerpadla.
Obr. 12 ukazuje provozní křivku a systémovou charakteristickou křivku uzavřené a otevřené soustavy.
Obr. 12 Provozní bod uzavřené a otevřené soustavy
Výhody otáčkové regulace
Jak již bylo uvedeno dříve, je otáčková regulace čerpadel účinným způsobem přizpůsobení výkonu čerpadla požadavkům soustavy:
Úspora energie
E-čerpadla využívají pouze energii, která je potřeba pro dané čerpání. Ve srovnání s jinými regulačními metodami, frekvenční regulace otáček je metoda nabízející nejvyšší účinnost a tak nejúčinnější využití energie. V závislosti na použití a typu čerpadla jsou reálné úspory až 50 %, nebo i více.
Nízké provozní náklady
Efektivní využití energie znamená pro zákazníka atraktivní pozitivní dopad v podobě nižších provozních nákladů. Redukce provozních nákladů je zřejmá nejen z nižších každodenních nákladů na energii, ale také z menšího stupně opotřebení čerpadel a komponentů dané soustavy, díky němuž jsou zase nižší nároky na opravy a výměnu součástí.
Ochrana životního prostředí
Efektivní využívání energie se kladným způsobem projevuje v oblasti ochrany životního prostředí protože znamená jeho menší znečištění. Čerpadla, která ke svému provozu potřebují menší množství energie, vyžadují méně elektřiny z elektráren.
Vyšší uživatelský komfort
Pro konečného uživatele znamená regulovaný provoz čerpacího systému vyšší komfort daný automatickým řízením, nižší provozní hlučností čerpadel, potrubí apod.
Použití
Přehled použití
E-čerpadla je možno s výhodou používat v mnoha oblastech spadajících do jedné či více následujících tří kategorií:
1. Použití E-čerpadel bude obecně velmi přínosné ve všech provozních aplikacích, u nichž se mění požadavky na čerpací výkon. Ve svém důsledku zde použití E-čerpadel přinese energetické úspory, popř. větší uživatelský komfort nebo vyšší kvalitu technologického procesu, v závislosti na dané provozní aplikaci.
2. V některých provozních aplikacích bude nasazení E-čerpadel znamenat nižší potřebu regulačních armatur, příp. jiných nákladných komponentů, jejichž použití s sebou nese tlakové ztráty. V mnoha případech pak E-čerpadla výrazně redukují celkové investiční náklady spojené s realizací dané
soustavy.
3. E-čerpadla jsou rovněž velmi dobrou volbou pro ty provozní aplikace, kde se požaduje komunikace mezi různými systémovými jednotkami jako jsou čerpadla, armatury atd. – jakož i centrální resp.
počítačový řídící systém.
TM00 8726 3496
H
Q H
Q
H0
Níže uvedená tabulka udává nejběžnější oblasti použití E-čerpadel a typy E-čerpadel, které lze pro tu kterou provozní aplikaci použít. Možnosti nasazení E-čerpadel v určitých provozních aplikacích jsou popsány na straně 13.
Soustavy Aplikace
Typ E-čerpadla CRE, CRIE,
CRNE se snímačem
CRE, CRIE, CRNE, SPKE, CRKE, MTRE,
CHIE bez snímače
TPE, TPED série 1000 bez snímače
NBE, NKE bez snímače
TPE, TPED série 2000 se snímačem
Otopná soustava
Hlavní oběhové čerpadlo z z z1)
Podlahové vytápění z1)
Směšovací smyčky z1)
Kotlový okruh z z
Zařízení pro udržení tlaku z2) z2)
Výměník výfukových plynů z
Průtočný filtr z
Výroba teplé vody z
Recirkulace teplé vody z
Vyhřívací povrch z
Rekuperace tepla z
Systém dálkového topení
Oběhové čerpadlo ve výměníkové stanici z z1)
Teplotní okruh z
Zvyšovací čerpadlo z z
Napájení kotle Napájecí čerpadlo z
Klimatizace
Primární oběhové čerpadlo z z
Sekundární oběhové čerpadlo z z z3)
Pásmové oběhové čerpadlo z z3)
Zařízení pro udržení tlaku z2)
Oběhové čerpadlo pro suchý chladič z z
Čerpadlo pro mokrou chladicí věž z z z
Vnitřní oběhové čerpadlo mokré chladicí věže z z
Čerpadlo systému rekuperace tepla z z
Zvyšování tlaku
Zvyšování tlaku vody z přerušovací nádrže z z2)
Zvyšování tlaku vody ze střešní nádrže z z2)
Zvyšování tlaku vody přímo z vodovodního
řadu z z2)
Systémy vyčerpávání vody (vodárny) z z2)
Zvyšovací čerpadlo ve vodovodní síti z z2)
Úprava vody
Zvyšovací čerpadlo na vtoku z z
Čerpadlo upravené vody z z
Zvyšovací čerpadlo v rámci systému reverzní
osmózy z z
Plavecké bazény Oběhové čerpadlo z z
Filtrační čerpadlo z z
Fontány Čerpadlo do suché jímky z z z z
Komerční/průmyslové chlazení
Primární oběhové čerpadlo na solanku z z z
Sekundární oběhové čerpadlo na solanku z z z z
Pásmové oběhové čerpadlo na solanku z z z
Čerpadlo pro chladicí plochy z z z
Zařízení pro udržení tlaku z2)
Oběhové čerpadlo pro suchý chladič z z
Čerpadlo pro mokrou chladicí věž z z z
Vnitřní oběhové čerpadlo mokré chladicí věže z z
Čerpadlo systému rekuperace tepla z z
Čisticí a oplachovací systémy
Zvyšování tlaku kapalin z z2)
Čisticí systém CIP z z2)
Strojní obrábění Čerpadla pro chladicí kapaliny z
Jednotky pro řízení
od teploty Chlazení obráběcích strojů nebo strojů na
vstřikování plastických hmot do forem z z z
• vhodné pro danou aplikaci
Příklady použití
Jak již bylo uvedeno dříve, je otáčková regulace čerpadel účinným způsobem přizpůsobení výkonu čerpadla požadavkům soustavy.
V této části pojednáme o možnostech kombinací otáčkově regulovaných čerpadel s PI regulátory a snímači měřícími parametry soustavy jako je tlak, diferenční tlak a teplota. Na následujících stranách ukážeme různé možnosti na praktických příkladech.
Regulace na konstantní tlak
Čerpadlo má dodávat vodu z vodovodního řadu, akumulovanou v přerušovací nádrži, do různých odběrných míst v rámci budovy.
Odběrné množství vody se mění a stejně tak se podle požadovaného průtoku mění rovněž charakteristika soustavy. K dosažení uživatelského pohodlí
a energetických úspor doporučujeme v tomto případě použití regulace na konstantní tlak.
Obr. 13 Regulace na konstantní tlak
Z obr. 13 plyne, že řešením je použití otáčkově regulovaného čerpadla s PI regulátorem. PI regulátor porovnává požadovaný tlak pset s aktuálním tlakem přiváděné vody p1 měřeným snímačem tlaku PT.
Je-li aktuální tlak vyšší než požadovaná hodnota, bude PI regulátor snižovat otáčky a tím také výkon čerpadla až do okamžiku, kdy p1 = pset. Obr. 13 ukazuje, co se stane, když bude průtok snížen z Qmax na Q1.
Regulátor sníží otáčky čerpadla z nn na nx, aby bylo zajištěno, že požadovaný výtlačný tlak čerpadla bude p1
= pset. Čerpadlo tak bude čerpat při konstantním tlaku v rozsahu průtoku 0 – Qmax. Tlak přiváděné vody není závislý na výšce hladiny (h) v přerušovací nádrži. Jestliže se h změní, přizpůsobí PI regulátor otáčky čerpadla tak,
Regulace na konstantní teplotu
Přizpůsobení výkonu čerpadla pomocí otáčkové regulace je vhodnou metodou použitelnou v celé řadě průmyslových aplikací. Obr. 14 ukazuje schéma soustavy se strojem pro vstřikování plastických hmot do forem, u něhož je k zajištění kvalitních plastových výrobků nutné chlazení vodou.
Obr. 14 Regulace na konstantní teplotu
Čerpadlo bude pracovat podle pevné systémové charakteristiké křivky. Regulátor bude hlídat, aby aktuální průtok Q1 stačil k zajištění vztahu tr = tset. Stroj je chlazen vodou o teplotě 15°C, která je přiváděna z chladicího zařízení. K zajištění správného provozu a chlazení vstřikovacího stroje musí být teplota ve vratné potrubní větvi udržována na konstantní úrovni tr = 20 °C. Ke splnění tohoto úkolu je použito otáčkově regulované čerpadlo řízené PI regulátorem. PI regulátor porovnává požadovanou teplotu tset s aktuální teplotou ve vratné potrubní větvi tr, kterou měří snímač teploty TT. Tato soustava má pevnou
systémovou charakteristiku a provozní bod čerpadla se proto nachází na křivce mezi Qmin a Qmax. Čím vyšší je tepelná ztráta ve stroji, tím vyšší musí být průtok chladicí vody, aby byla zajištěna konstantní teplota vody ve vratné potrubní větvi 20 °C.
TM03 0410 5004
H
Q1 Q
h Qmax
pset
p1
h
Q1
H1
Setpoint pset
Break tank
Actual value p1
Pressure transmitter PI-
controller
Speed controller
Taps
nx
nn
PT Přerušovací
nádrž
Pož. hodn. pset PI regulátor
Regulátor otáček
Aktuální hodnota p1
Snímač tlaku
Odběrná místa
TM03 0412 5004
Požadovaná
hodnota tset Aktuální hodnota tr Požadovaná
hodnota tset
Snímač teploty Chladicí
zařízení
PI regulátor
Regulátor otáček Požadovaná
hodnota tset Aktuální hodnota tr
Vstřikovací stroj
Konstantní diferenční tlak v oběhové soustavě Oběhové (uzavřené) soustavy jsou vhodné pro použití otáčkově regulovaných čerpadel.
U oběhových soustav s proměnnou systémovou charakteristikou je výhodné použití oběhového čerpadla s regulací na diferenční tlak. Viz obr. 15.
Obr. 15 Regulace na konstantní diferenční tlak Obr. 15 znázorňuje otopnou soustavu pozůstávající z výměníku tepla, v němž se ohřívá cirkulovaná voda, která se pak pomocí otáčkově regulovaného čerpadla rozvádí do tří topných těles. U každého topného tělesa je zapojen do série regulační ventil, který reguluje průtok teplonosného média podle okamžité potřeby tepla.
Provoz čerpadla je řízen podle konstantního
diferenčního tlaku měřeného na čerpadle. Znamená to, že čerpací systém lze provozovat na konstantní diferenční tlak v rozsahu 0 – Qmax, což lze znázornit horizontálně vedenou přímkou dle obr. 15.
Regulace na diferenční tlak s kompenzací průtokem Hlavní funkce čerpacího systému znázorněného na obr. 16 je udržovat konstantní diferenční tlak na regulačních ventilech u topných těles. Aby bylo možno tuto funkci realizovat, musí být čerpadlo schopno překonat ztráty třením v potrubí, výměnících tepla, fitincích apod.
Obr. 16 Regulace na diferenční tlak s kompenzací průtokem
Oběhové čerpadlo je řízeno způsobem, který zajišt’uje, že dopravní výška/tlakový rozdíl čerpadla se v případě zvýšeného průtoku také zvýší.
Jak již bylo uvedeno dříve, je tlaková ztráta v soustavě přímo úměrná druhé mocnině průtoku. Nejlepším způsobem regulace oběhového čerpadla v soustavě, která odpovídá příkladu na obr. 16, je nechat čerpadlo, aby si vytvořilo tlak, jenž se zvýší, jestliže se zvýší průtok.
Je-li odběrné množství nízké, jsou také nízké tlakové ztráty v potrubí, výměnících tepla, fitincích apod.
a čerpadlo bude vyvíjet pouze tlak, který se rovná hodnotě požadované regulačním ventilem, tedy Hset – Hf. V případě zvýšení odběrného množství se
TM03 0409 5004
Snímač diferenčního tlaku
Regulátor otáček
Pož. hodn. Hset PI regulátor Aktuální hodnota Hr
TM03 0411 5004
Q1 Qmax
Hset
Hf H1
nx
nn
Q H
Speed controller
Setpoint Hset Actual value H1
Q1
PI- controller
DPT1
DPT2
Regulátor otáček
Pož. hodn.Hset PI regulátor Aktuální hodnota Hr
Takový čerpací systém je možno navrhnout dvěma způsoby:
• Snímač diferenčního tlaku – DPT1 na obr. 16 – je umístěn na čerpadle a soustava pracuje s regulací na diferenční tlak s kompenzací průtokem.
• Snímač diferenčního tlaku – DPT2 na obr. 16 – je umístěn v blízkosti topných těles a soustav pracuje s regulací na diferenční tlak.
Výhoda prvního řešení, které se rovná kompaktnímu řešení s čerpadlem TPE Series 2000, spočívá v tom, že čerpadlo, PI regulátor, systém otáčkové regulace a snímač jsou umístěny blízko sebe, což usnadňuje celkovou instalaci.
Toto řešení umožňuje koncipovat celý systém jako jednu jednotku: čerpadlo TPE série 2000. Aby bylo možno tento systém sestavit a zprovoznit, musejí být data křivky čerpadla uložena v paměti řídící jednotky.
Tato data se používají k výpočtu průtoku a potažmo k výpočtu redukce požadované hodnoty Hset při daném průtoku k zajištění výkonu čerpadla v souladu s požadavky.
Druhé řešení s sebou nese vyšší náklady na instalaci, protože snímač musí být umístěn v blízkosti topných těles a je zapotřebí další kabeláž. Výkonové parametry takto koncipovaného systému jsou víceméně stejné jako parametry systému podle prvního řešení. Snímač měří diferenční tlak na topném tělese a provádí automatickou kompenzaci na zvýšení požadovaného tlaku, aby se překonaly vyšší tlakové ztráty v přívodním potrubí atd.
Úvod
Vícestupňová E-čerpadla Grundfos se dodávají se standardním motorem MGE (s vestavěným
frekvenčním měničem) a s vestavěným PI regulátorem pro jednofázové nebo třífázové připojení.
Vícestupňová E-čerpadla Grundfos zahrnují následující typy čerpadel:
• Čerpadla CRE, CRIE, CRNE s integrovaným snímačem tlaku
• čerpadla CRE, CRIE, CRNE bez snímače
• čerpadla MTRE bez snímače
• čerpadla SPKE bez snímače
• čerpadla CRKE bez snímače
• čerpadla CHIE bez snímače.
Čerpadla CRE, CRIE, CRNE
Obr. 17 Čerpadla CRE, CRIE a CRNE
Čerpadla CRE, CRIE a CRNE se dodávají ve dvou verzích:
• se snímačem tlaku
• bez snímače tlaku.
Čerpadla se snímačem tlaku
Čerpadla CRE, CRIE, CRNE se snímačem tlaku se používají pro regulaci v uzavřené smyčce (konstantní tlak nebo regulovaný provoz). Čerpadla jsou
z výrobního závodu vybavena snímačem tlaku a jsou předem nastavena na regulaci na konstantní výtlačný tlak. E-čerpadla se snímačem tlaku lze rychle nainstalovat a uvést do provozu.
Čerpadla bez snímače
Čerpadla CRE, CRIE, CRNE bez snímače nejsou z výrobního závodu vybavena snímačem, ale vyžadují nastavení při instalaci.
• Mohou být nastavena pro jakýkoliv typ snímače a mohou být provozována v uzavřené smyčce, v řízení procesů nebo dílčích procesů.
• Mohou být nastavena pro provoz v otevřené smyčce podle charakteristické křivky nebo řízena pomocí externího řídícího okruhu.
E-čerpadla řízená vyspělým externím řízením budou fungovat jako akční člen v procesu.
Oblasti použití čerpadel CRE, CRIE, CRNE
Čerpadla CRE, CRIE a CRNE se používají v celé široké škále čerpacích systémů, v nichž výkonové parametry a materiálové provedení čerpadla musí odpovídat určitým specifickým požadavkům.
Níže uvádíme čtyři obecné oblasti použití:
Průmysl
• zvyšování tlaku v procesních čerpacích soustavách
• systémy praní a čištění
• chladicí a klimatizační soustavy (čerpání chladicích médií)
• systémy napájení kotlů a čerpání kondenzátů
• chlazení obráběcích strojů
• aquafarming (chov mořských živočichů)
• přečerpávání olejů, alkoholů, kyselin, zásad, glykolů a chladicích směsí.
Zásobování vodou
• filtrace a přečerpávání vody ve vodárnách
• čerpání upravené vody z vodáren do rozvodné sítě
• zvyšování tlaku vody v síti
• zvyšování tlaku vody pro průmyslové zásobování vodou.
Úpravny vody
• systémy ultrafiltrace
• systémy reverzní osmózy
• systémy změkčování, ionizace a demineralizace vody
• systémy destilace vody
• odlučovače.
Závlaha
• závlahy zemědělských pozemků (přeronem)
• zavlažování postřikem
• systémy kapkové závlahy.
TM02 7397 05080
Čerpadla MTRE, SPKE, CRKE
Obr. 19 Čerpadla MTRE
Čerpadla MTRE, SPKE a CRKE jsou vertikální vícestupňová odstředivá čerpadla určená k instalaci motoru nad víko nádrže a s článkovou sestavou ponořenou v čerpané kapalině.
Tato čerpadla se dodávají v různých velikostech a s různým počtem článků s ohledem na zajištění požadovaného průtoku a tlaku.
Čerpadla tvoří dva hlavní komponenty: motor a vlastní čerpací jednotka.
• Motor je standardní motor Grundfos MGE
s vestavěným frekvenčním měničem navrženým dle norem EN.
Bližší informace o motorech MGE najdete na straně 86.
• Čerpací jednotka má optimalizovanou hydraulickou část, je opatřena volitelným typem přípojek, volitelnou sestavou čerpacích článků a různými jinými prvky.
Čerpadla MTRE, SPKE a CRKE je možno připojit k externímu snímači, který pak podle potřeby umožní provoz čerpadla s regulací tlaku, diferenčního tlaku, teploty, diferenční teploty nebo průtoku.
Oblasti použití čerpadel MTRE, SPKE a CRKE
Čerpadla se používají v široké škále čerpacích systémů, v nichž musejí výkonové parametry a materiálové provedení čerpadla odpovídat určitým specifickým požadavkům.
Níže uvádíme obecné příklady použití:
• elektrojiskrové obráběcí stroje
• brusky
• obráběcí střediska
• chladicí jednotky
• průmyslové pračky
• filtrační systémy.
Čerpadla CHIE
Obr. 20 Čerpadla CHIE
Čerpadla CHIE jsou horizontální vícestupňová odstředivá čerpadla s axiálním sacím hrdlem
a radiálním výtlačným hrdlem. Všechna čerpadla mají průběžný hřídel motoru a čerpadla (bez spojky).
Tato čerpadla se dodávají v různých velikostech a s různým počtem článků s ohledem na zajištění požadovaného průtoku a tlaku.
Čerpadla tvoří dva hlavní komponenty: motor a vlastní čerpací jednotka.
• Motor je standardní jednofázový motor Grundfos MGE s vestavěným frekvenčním měničem navrženým dle norem EN.
Bližší informace o jednofázových motorech MGE najdete na straně 83.
• Čerpací jednotka má optimalizovanou hydraulickou část, je opatřena volitelným typem přípojek
a různými jinými prvky.
Čerpadla CHIE lze připojit k externímu snímači, který pak podle potřeby umožní provoz čerpadla s regulací tlaku, diferenčního tlaku, teploty, diferenční teploty nebo průtoku.
Oblasti použití čerpadel CHIE
Čerpadla CHIE se používají v nejrůznějších čerpacích systémech, v nichž musejí výkonové parametry čerpadla odpovídat určitým specifickým požadavkům.
Níže uvádíme obecné příklady použití:
• zvyšování tlaku kapalin
• systémy zásobování vodou
• úprava vody
• průmyslové praní a čištění
• vytápění a chlazení v průmyslových procesech
• výroba strojených hnojiv
• dávkovací systémy.
TM02 8537 0508 GR7152
Přehled funkcí
Funkce
Typ E-čerpadla CRE, CRIE, CRNE
se snímačem CRE, CRIE, CRNE, SPKE, CRKE, MTRE, CHIE bez snímače
Velikosti motorů [kW] 0,37 - 7,5 11 - 22 0,37 - 7,5 11 - 22
Nastavení na ovládacím panelu:
Požad. hodnota z z z z
Start/stop z z z z
Max. křivka z z z z
Min. křivka z z z z
Vynulování alarmu z z z z
Konstantní/proporcionální tlak Odečty na ovládacím panelu:
Požad. hodnota z z z z
Provozní signalizace z z z z
Poruchová signalizace z z z z
Nastavení dálkovým ovladačem R100:
Požad. hodnota z z z z
Start/stop z z z z
Max. křivka z z z z
Min. křivka z z z z
Vynulování alarmu z z z z
Vynulování varování z z
Digitální vstup z z z z
Sledování ložiska motoru z z
Ložiska motoru vyměněny nebo namazány z z
Vyhřívání motoru v klidovém stavu z z
Regulovaný/neregulovaný režim z z z z
Konstantní/proporcionální tlak, konstantní křivka
Konstanty pro řídící jednotku Up, Ti z z z z
Externí signál požadované hodnoty z z z z
Signální relé 1 z z z z
Signální relé 2 z z
Tlačítka na čerpadle z z z z
Číslo čerpadla (pro bus komunikaci) z z z z
Stop funkce z z z z
Limitní hodnota průtoku z z
Rozsah a signál snímače z1) z1) z z
Provoz/standby z z z z
Provozní rozsah (min./max. otáčky) z z z z
Odečty pomocí dálkového ovladače R100:
Požad. hodnota z z z z
Provozní režim z z z z
Aktuální hodnota snímače z z z z
Otáčky čerpadla z z z z
Příkon z z z z
Spotřeba el. energie z z z z
Počet provozních hodin z z z z
Stav mazání (ložiska) z z
Stav výměny (ložiska) z z
• Dodává se 1) Vybaveno snímačem.
Nastavení přes GENIbus:
Požad. hodnota z z z z
Start/stop z z z z
Max. křivka z z z z
Min. křivka z z z z
Regulovaný/neregulovaný režim z z z z
Konstantní/proporcionální tlak, konstantní křivka Odečty přes GENIbus:
Požad. hodnota z z z z
Provozní signalizace z z z z
Provozní stav čerpadla z z z z
Nastavení externím signálem:
Požad. hodnota z z z z
Start/stop z z z z
Min./max. křivka přes digitální vstup Min./max. křivka, externí porucha,
Průtokový spínač přes digitální vstup z z z z
Odečty externím signálem:
Porucha, Provoz nebo Signál připravenosti (relé) z z z z
Porucha, Provoz, Připravenost, Chod čerpadla,
Mazání ložisek, Varování, Překročen limit 1 & 2 z z
Funkce zdvojeného čerpadla Funkce
Typ E-čerpadla CRE, CRIE, CRNE
se snímačem CRE, CRIE, CRNE, SPKE, CRKE, MTRE, CHIE bez snímače
Velikosti motorů [kW] 0,37 - 7,5 11 - 22 0,37 - 7,5 11 - 22
• Dodává se 1) Vybaveno snímačem.
Režimy
E-čerpadla Grundfos jsou nastavena a řízena na bázi provozních a řídících režimů.
Přehled režimů
1) Pro tento řídící režim je čerpadlo vybaveno snímačem tlaku. Čerpadlo může být vybaveno také snímačem teploty a v tomto případě bude v popisu konstantní teplota v regulovaném režimu.
Provozní režim
Je-li provozní režim nastaven na Normální, může být řídící režim nastaven na regulovaný nebo
neregulovaný.
Ostatní volitelné provozní režimy jsou Stop, Min. nebo Max.
• Stop: čerpadlo je vypnuto.
• Min.: čerpadlo pracuje při svých minimálních otáčkách.
• Max.: čerpadlo pracuje při svých maximálních otáčkách.
Na obr. 21 je schematicky znázorněna min. a max.
křivka.
Obr. 21 Min. a max. křivka
Provoz podle max. křivky může být zvolen např. při odvzdušňování v průběhu instalace.
Provoz podle min. křivky může být aplikován v době, kdy je požadován minimální průtok.
V případě přerušení přívodu elektrického proudu na čerpadlo bude nastavení provozního režimu uloženo do paměti.
Dálkový ovladač R100 nabízí další možnosti
Způsoby regulace
E-čerpadla bez zabudovaného snímače z výrobního závodu
Čerpadla se dodávají s nastavením na neregulovaný řídící režim.
V neregulovaném režimu bude čerpadlo pracovat podle nastavené konstantní křivky. Viz obr. 22.
Obr. 22 Čerpadlo v neregulovaném řídícím režimu (konstantní křivka))
E- čerpadla se snímačem tlaku
Čerpadlo může být nastaveno na jeden ze dvou řídících režimů, tj. regulovaný nebo neregulovaný. Viz obr. 23.
V řídícím regulovaném režimu bude čerpadlo samo přizpůsobovat svůj výkon, tj. výtlačný tlak, požadované hodnotě jako řídícímu parametru.
V neregulovaném řídícím režimu bude čerpadlo pracovat podle nastavené konstantní křivky.
Obr. 23 Čerpadlo v řídícím režimu regulovaném (konstantní tlak) nebo neregulovaném (konstantní křivka)
Provozní režimy Normální Stop Min Max
Řídící režimy Neregulovaný Regulovaný
Konstantní křivka
Konstantní tlak1)
TM00 5547 0995
Q H
Max.
Min.
TM00 7746 1304TM00 7668 0404
H
Q
Q H
Hset
Q H
Neregulovaný režim Regulovaný režim
Hset
