A kutakból vízkivételkor is előfordulhat- elsősorban a kis statikus emelőmagasságú esetekben ok, partisztűrésű kutaknál-, hogy érdemes trisztoros frekvenciaváltós fordulatszám-szabályozást alkalmazni, mert ezzel jól lehet követni a kút vízadó képességének változását, mai folyam vízállásának ingadozásából adódik Itt a megtakarítást azzal lehet elérni, hogy az adott kutakból a szivattyu több vizet termel ki, így megtakarítható többletkút építése.
Mivel a frekvenciaváltóval hajtott búvárszivattyúk üzemeltetése a búvármotor szerkezeti adottságaiból fakadóan eltér a normál levegőben forgó motorok hajtásától, külön kell foglalkoznunk az ilyen üzemnél felmerülő követelményekkel.
Az 50 Hz frekvencia alatt üzemeltetett búvárszivattyúk frekvenciaváltós hajtásánál betartandó követelmények.
A követelmények kierjednek a szivattyúk indítására, a kút indítására és a folyamatos üzemeltetésére. A követelmények felállításakor a Grundfos búvárszivattyúk és a Danfoss VLT 3500 sorozatú frekvenciaváltók együttdolgozását vettük figyelembe.
1. Frekvenciaváltós lágyindítás a villamos hálózat védelme érdekében
A szivattyu inditása abban különbözik a hagyományos motoros indítástól, hogy a búvármotorok és szivattyúk nagyon kis átmérőjűek, hogy beférjenek a kis átmérőjű kutakba. Ezért míg a hagyományos normál motoroknál a forgórész D átmérője és L hossza kb. ugyanakkora, a búvármotoroknál az L hossz sokszor 5-10 szerese az átmérőnek, emiatt nincsenek se a motornak, se a szivattyúnak nagy GD2 –tel jellemzett tehetetlenségi nyomatéka. Emiatt a rövidre zárt motor indítása mindössze 0,1 s idejű, ezalatt felfut a névleges fordulatszámára, ami kétpólusú motorok esetén 2900/min. Ezalatt az áramfelvételi csúcs mintegy 5-szöröse a normál áramfelvételnek, amelynek időtartama nem hosszabb, mint 0,02 s. Ha frekvenciaváltóval lineáris frekvencia felfutással és állandó indítónyomatékot adó feszültségfelfutással indítjuk búvárszivattyút, akkor ahhoz hogy az áramfelvételi csúcs kisebb maradjon, mint a néveleges áramfelvétel kétszeres, mindössze ötszörös időre: 0,5 s-ra van szükség, amikor is a szivattyu úgy indul, mintha indító transzformátorról kapná az egyre növekvő feszültséget.
Azt, hogy a villamos lágyindítás végén milyen frekvenciát kell elérni, az szabja meg, hogy a motorokba beépített vízkenésű talpcsapágyban már az adott tengelyirányú terhelés mellett biztonságosan kialakuljon a kenőfilm, vagyis se szilárd, de vegyes súrlódás ne lehessen benn, hanem folyadéksúrlódás. Miután azonos teljesítményű motorral kisebb térfogatáramost igen nagy szállítómagasságra is emelnek, se ekkor a legnagyobb a tengelyirányú erő, ennek felvételére legalább 35 Hz-re kell a frekvenciát felemelni, mert ez alatt fennáll a veszélye a motor részbeni blokkolásának. Ezért nem szabad a megindításkor pl. 60s alatt felfutni ok 25 Hz-re, mert eközben a talpcsapágy megfogja a motort és az rövidre zárt transzformátorként olyan nagy áramot vehet fel, ami a tekercselést leégetheti.
2. Frekvenciaváltós lágyindítás a kút védelme érdekében.
Ismeretes, hogy a kutakban igen kicsi a víztérfogat, ezért ha a csőkútban megindul a szivattyú, akkor hirtelen csökken benne a vízszint és ezt nem képes követni a talajban az utánáramlást, a talajban kialakul olyan meredek nyomásváltozási lépcső (grandiens), ami egyes talajrészecskéket, homokszemcséket megmozdíthat és így a kút „homokol”. Annak érdekében, hogy ezt elkerüljék, olyan fojtószelepet építettek eddig be, amely fokozatosan nyitotta ki a kutat, így a vízszállítás rántás nélkül indult el a kútból, a kút nem homokolt. A gyakolat azt mutatta, hogy ha a kút üzemét 120-240 s alatt futatták fel fokozatosan a névleges vízáramra, akkor a homokolás már nem következik be. Az eddig fojtószervvel létrehozott kút lágyindítást bizonyos korlátokkal létre lehet hozni a frekvenciaváltóval is. Az első fontos alapadat a kút jelleggörbe, amelynek legalább 2 pontja a Q=0-hoz tartozó nyugalmi és a Q név-hez tartozó leszívott vízszint. Ezek között az indítási periódusban lineárisnak tételezhetjük fel a kút vízadó képességét, hiszen amint a szivattyú megindul és a vízszállítás miatt megkezdődik a kútban a vízszint csökkenése, a kútba is megindul az utánáramlás, vagyis a leszívás mértéke egyre lassul, amint a kút indul. Eközben a szivattyúnak legalább 35 Hz-hez tartozó fordulatszámon kell üzemelnie, s hogy mekkora a kiszívott vízáram, azt az határozza meg, hogy milyen magasra kell szállítani a vizet, vagyis pl. a kút felsízni tartályba szállít, milyen a csővezeték hossza, átmérője, a bele épített szerelvények, amint a kút vízszintje csökken, az hová toja el a rendszer jelleggörbéjét és a szivattyú jelleggörbéjének a metszéspontját, azaz a munkapontot Mindez attól is függ, hogy milyen szivattyú van béepítve a kútba és az eleve a jelleggörbéjének melyik szakaszán üzemel. Nagyon fontos, hogy a szivattyú munkapontja és zárási pontja között mekkora szállítómagasság különbség is, mert pl. ha a szivattyút eredetileg H=70m-e szállítómagasságra választottuk, amikor is a Q= 0-hoz tartozó H 0= 105 m, akkor 35Hz-es fordulaton Hz= 0,5 H0= 53 m lesz a zárási pont s ha a statikus emelőmagasság e felett van, akkor teljes értékű lágyindítást lehet a a kúttal elérni, ha ez alatt, akkor a lágyindítás nem lesz teljes értékű, mert már a ciklus elején bekövetkezik a hirtelen leszívás.
Grundfos szivattyú:
Amint az eddigiekből is látható, hogy pl. a Grundfos szivattyú lágyindításának megtervezéséhez ismerni kell a teljes hidraulikai rendszer minden adatát, s ezek birtokában lehet kiszámítani azt is, milyen jelleggörbe szerint fusson fel a 2-4 percnyi időtartam alatt a frekvencia. Mivel az a célszerű, ha olyan frekvenciát állítunk be kezdetnek, ahol a kút vízhozama éppen nulla, akkor erről a pontról lehet lineárisan felfuttatni a frekvenciát. Például ha az adott és az előző példában szerepelt H g statikus emelőmagasság éppen 53 m, akkor innen indítható a frekvencia felfutása. Ha azonban a statikus emelőmagasság 60 m lenne, akkor célszerű a zárási pontok viszonya gyöke alapján x= 50(60/105) 0,5= 37,8 Hz-re beállítani az 1. pontban tárgyalt indítási végfrekvenciát, s akkor lehet indítani a felfutást, lineárisan. Ha viszont a statikus emelőmagasság pl csak 40 m, akkor minél hosszabb ideig kell a minimális 35 Hz-en időznie a rendszernek, hogy minél inkább elhúzza a kút megrántását. Ilyenkor vagy azt kell beállítani, hogy a két a 120-240s-ig az állandó 35 Hz-en üzemel és csak ezt követően fut fel az 50 Hz-re bármilyen ferdeségű rámpával vagy a leghosszabb viszonylagos lassú felfutást adó sin 3 görbével felfuttatni a gépet
3. Frekvenciaváltós nyomástartó üzem.
Ha a kút felszíni tárolómednecére dolgozik, ahonnan külön vezérelt Grundfos szivattyú ill.telep nyomja a hálózatba a vizet, akkor nem kell megoldani a nyomástartást, hanem akkor elegendő a tartály vízszinttel indítani és leállítani a szivattyút, ahol a leállás is lehet elnyújtott 50-35 Hz-re lecsökkentetett fordulattal, hogy kíméljük a kutat, bár ilyenkor a hirtelen leállásnak sincsen akadálya, hiszen a talajban a kiegyenlítődés úgyis lassan, fokozatosan megy végbe, nem mozdíthatjuk ki a szemcséket.
Ha azonban a Grundfos szivattyú közvetlenül vízhálózatra dolgozik, amelyben a frekvenciaváltó tartja állandó értéken a nyomást, akkor fennállhat a veszélye annak, hogy fogyasztásmentes időszakban annyira lecsökken a frekvencia, hogy a szivattyút forgatja, de vízszállítás nincsen. Ettől a szivattyú motorja túlmelegedhet és leéghet, mert a legtöbb búvármotor mellett fenn kell tartani legalább v= 0,1 m/s áramlási sebességet ahhoz, hogy a motor üzemében keletkező hőt elvezesse. Éppen emiatt sem lehet ilyen motorokkal 40°C-nál melegebb közegben dolgozni, kivéve, ha különleges hőálló kivitelű motort építettek be. A minimális sebességi követelményből ki kell számítani azt a minimális vízáramot, amelyet a kútcső vagy motor köpenycső és motor közötti gyűrűfelületben fenn kell tartani, se ehhez a hidraulika rendszerbe be kell építeni megfelelő vízárammérő műszert, amely egyrészt ez alatti vízhozamnál leállítja a szivattyút, másrészt az ilyen méretű motoroknál előírt óránkénti 20 indításnak megfelelő 3 perc időtartamra letiltja a gép újraindítását. Ezért ha a vízigényt ki kell elégíteni, legalább 3 percnyi fogyasztást fedező légüstöt kell rendszerbe beépíteni és a frekvenciaváltó által tartott nyomást annyival magasabbra beállítani a minimálisan szükséges nyomásnál, hogy a 3 perc végére csökkenjen csak le a nyomás erre az értékre. Ha persze a 3 perc végére még nem csökken le a nyomás erre az értékre, a rendszerrel akkor se kell elindulni, ha az előírt nyomás alatt van a légüst nyomása, mert a fogyasztás olyan kicsi, hogy elegendő a ritka szakaszos üzem.
Ezen óvórendszabályok mellőzése esetén fennáll a veszélye annak, hogy a búvármotort leégetik.
A Grundfos szivattyú által egyes motornagyságokba (6”-os kútba beépíthető 5,5-22,0 kW teljesítményű motorok) beépítettek olyan hőfokvédelmet, amely a motorkábelen nagyfrekvenciás jellel továbbítja a hőfok értékét és megfelelő kiértékelő egységgel túlmelegedés esetén leállítja a motort, megvédve azt. Ezt az egységet azonban a frekvenciaváltós üzem mellett nemcsak nem lehet használni, hanem magát a beépített műszert a frekvenciaváltó egyik beállított frekvenciája tönkreteszi, leégeti és ettől a tekercs is megsérül, vagyis a motor leég. Emiatt a legújabb motorokba beépített Grundfos gyár olyan biztosítékot, amelynek kiégése után nem sült meg a motor, de a hővédelem is hatástalanná válik. A régebben beépített motorok ezért csak akkor szerelhetők fel utólag frekvenciaváltóval, ha ellenőrizték, hogy be van-e építve beléjük a hővédelem, s ha igen, ezeket ki kell cserélni olyan motorra, melybe nincs beépítve. Mindez természetesen csak ezekre a hővédett motorokra vonatkozik, a többi motorra nem. 1995-től szállított ilyen típusú motorok pedig már korlátozás nélkül alkalmazhatók.
Ha a frekvenciaváltós üzemre kívánok utólag áttérni meglévő kutaknál, mindig célszerű megkeresni a Grundfos szivattyú szakembereit, hogy az adott viszonyok mellett megadják az 1. pontbeli felfutás végén beállítandó frekvenciát, a 2. pontbeli célszerű felfutási görbét és véleményezzék a 3. pontbeli tervezett hőfokvédelmet. Jóváhagyva a generáltervező számításait.
További információkért látogasson el a http://www.szivattyu.hu/.
Mivel a frekvenciaváltóval hajtott búvárszivattyúk üzemeltetése a búvármotor szerkezeti adottságaiból fakadóan eltér a normál levegőben forgó motorok hajtásától, külön kell foglalkoznunk az ilyen üzemnél felmerülő követelményekkel.
Az 50 Hz frekvencia alatt üzemeltetett búvárszivattyúk frekvenciaváltós hajtásánál betartandó követelmények.
A követelmények kierjednek a szivattyúk indítására, a kút indítására és a folyamatos üzemeltetésére. A követelmények felállításakor a Grundfos búvárszivattyúk és a Danfoss VLT 3500 sorozatú frekvenciaváltók együttdolgozását vettük figyelembe.
1. Frekvenciaváltós lágyindítás a villamos hálózat védelme érdekében
A szivattyu inditása abban különbözik a hagyományos motoros indítástól, hogy a búvármotorok és szivattyúk nagyon kis átmérőjűek, hogy beférjenek a kis átmérőjű kutakba. Ezért míg a hagyományos normál motoroknál a forgórész D átmérője és L hossza kb. ugyanakkora, a búvármotoroknál az L hossz sokszor 5-10 szerese az átmérőnek, emiatt nincsenek se a motornak, se a szivattyúnak nagy GD2 –tel jellemzett tehetetlenségi nyomatéka. Emiatt a rövidre zárt motor indítása mindössze 0,1 s idejű, ezalatt felfut a névleges fordulatszámára, ami kétpólusú motorok esetén 2900/min. Ezalatt az áramfelvételi csúcs mintegy 5-szöröse a normál áramfelvételnek, amelynek időtartama nem hosszabb, mint 0,02 s. Ha frekvenciaváltóval lineáris frekvencia felfutással és állandó indítónyomatékot adó feszültségfelfutással indítjuk búvárszivattyút, akkor ahhoz hogy az áramfelvételi csúcs kisebb maradjon, mint a néveleges áramfelvétel kétszeres, mindössze ötszörös időre: 0,5 s-ra van szükség, amikor is a szivattyu úgy indul, mintha indító transzformátorról kapná az egyre növekvő feszültséget.
Azt, hogy a villamos lágyindítás végén milyen frekvenciát kell elérni, az szabja meg, hogy a motorokba beépített vízkenésű talpcsapágyban már az adott tengelyirányú terhelés mellett biztonságosan kialakuljon a kenőfilm, vagyis se szilárd, de vegyes súrlódás ne lehessen benn, hanem folyadéksúrlódás. Miután azonos teljesítményű motorral kisebb térfogatáramost igen nagy szállítómagasságra is emelnek, se ekkor a legnagyobb a tengelyirányú erő, ennek felvételére legalább 35 Hz-re kell a frekvenciát felemelni, mert ez alatt fennáll a veszélye a motor részbeni blokkolásának. Ezért nem szabad a megindításkor pl. 60s alatt felfutni ok 25 Hz-re, mert eközben a talpcsapágy megfogja a motort és az rövidre zárt transzformátorként olyan nagy áramot vehet fel, ami a tekercselést leégetheti.
2. Frekvenciaváltós lágyindítás a kút védelme érdekében.
Ismeretes, hogy a kutakban igen kicsi a víztérfogat, ezért ha a csőkútban megindul a szivattyú, akkor hirtelen csökken benne a vízszint és ezt nem képes követni a talajban az utánáramlást, a talajban kialakul olyan meredek nyomásváltozási lépcső (grandiens), ami egyes talajrészecskéket, homokszemcséket megmozdíthat és így a kút „homokol”. Annak érdekében, hogy ezt elkerüljék, olyan fojtószelepet építettek eddig be, amely fokozatosan nyitotta ki a kutat, így a vízszállítás rántás nélkül indult el a kútból, a kút nem homokolt. A gyakolat azt mutatta, hogy ha a kút üzemét 120-240 s alatt futatták fel fokozatosan a névleges vízáramra, akkor a homokolás már nem következik be. Az eddig fojtószervvel létrehozott kút lágyindítást bizonyos korlátokkal létre lehet hozni a frekvenciaváltóval is. Az első fontos alapadat a kút jelleggörbe, amelynek legalább 2 pontja a Q=0-hoz tartozó nyugalmi és a Q név-hez tartozó leszívott vízszint. Ezek között az indítási periódusban lineárisnak tételezhetjük fel a kút vízadó képességét, hiszen amint a szivattyú megindul és a vízszállítás miatt megkezdődik a kútban a vízszint csökkenése, a kútba is megindul az utánáramlás, vagyis a leszívás mértéke egyre lassul, amint a kút indul. Eközben a szivattyúnak legalább 35 Hz-hez tartozó fordulatszámon kell üzemelnie, s hogy mekkora a kiszívott vízáram, azt az határozza meg, hogy milyen magasra kell szállítani a vizet, vagyis pl. a kút felsízni tartályba szállít, milyen a csővezeték hossza, átmérője, a bele épített szerelvények, amint a kút vízszintje csökken, az hová toja el a rendszer jelleggörbéjét és a szivattyú jelleggörbéjének a metszéspontját, azaz a munkapontot Mindez attól is függ, hogy milyen szivattyú van béepítve a kútba és az eleve a jelleggörbéjének melyik szakaszán üzemel. Nagyon fontos, hogy a szivattyú munkapontja és zárási pontja között mekkora szállítómagasság különbség is, mert pl. ha a szivattyút eredetileg H=70m-e szállítómagasságra választottuk, amikor is a Q= 0-hoz tartozó H 0= 105 m, akkor 35Hz-es fordulaton Hz= 0,5 H0= 53 m lesz a zárási pont s ha a statikus emelőmagasság e felett van, akkor teljes értékű lágyindítást lehet a a kúttal elérni, ha ez alatt, akkor a lágyindítás nem lesz teljes értékű, mert már a ciklus elején bekövetkezik a hirtelen leszívás.
Grundfos szivattyú:
Amint az eddigiekből is látható, hogy pl. a Grundfos szivattyú lágyindításának megtervezéséhez ismerni kell a teljes hidraulikai rendszer minden adatát, s ezek birtokában lehet kiszámítani azt is, milyen jelleggörbe szerint fusson fel a 2-4 percnyi időtartam alatt a frekvencia. Mivel az a célszerű, ha olyan frekvenciát állítunk be kezdetnek, ahol a kút vízhozama éppen nulla, akkor erről a pontról lehet lineárisan felfuttatni a frekvenciát. Például ha az adott és az előző példában szerepelt H g statikus emelőmagasság éppen 53 m, akkor innen indítható a frekvencia felfutása. Ha azonban a statikus emelőmagasság 60 m lenne, akkor célszerű a zárási pontok viszonya gyöke alapján x= 50(60/105) 0,5= 37,8 Hz-re beállítani az 1. pontban tárgyalt indítási végfrekvenciát, s akkor lehet indítani a felfutást, lineárisan. Ha viszont a statikus emelőmagasság pl csak 40 m, akkor minél hosszabb ideig kell a minimális 35 Hz-en időznie a rendszernek, hogy minél inkább elhúzza a kút megrántását. Ilyenkor vagy azt kell beállítani, hogy a két a 120-240s-ig az állandó 35 Hz-en üzemel és csak ezt követően fut fel az 50 Hz-re bármilyen ferdeségű rámpával vagy a leghosszabb viszonylagos lassú felfutást adó sin 3 görbével felfuttatni a gépet
3. Frekvenciaváltós nyomástartó üzem.
Ha a kút felszíni tárolómednecére dolgozik, ahonnan külön vezérelt Grundfos szivattyú ill.telep nyomja a hálózatba a vizet, akkor nem kell megoldani a nyomástartást, hanem akkor elegendő a tartály vízszinttel indítani és leállítani a szivattyút, ahol a leállás is lehet elnyújtott 50-35 Hz-re lecsökkentetett fordulattal, hogy kíméljük a kutat, bár ilyenkor a hirtelen leállásnak sincsen akadálya, hiszen a talajban a kiegyenlítődés úgyis lassan, fokozatosan megy végbe, nem mozdíthatjuk ki a szemcséket.
Ha azonban a Grundfos szivattyú közvetlenül vízhálózatra dolgozik, amelyben a frekvenciaváltó tartja állandó értéken a nyomást, akkor fennállhat a veszélye annak, hogy fogyasztásmentes időszakban annyira lecsökken a frekvencia, hogy a szivattyút forgatja, de vízszállítás nincsen. Ettől a szivattyú motorja túlmelegedhet és leéghet, mert a legtöbb búvármotor mellett fenn kell tartani legalább v= 0,1 m/s áramlási sebességet ahhoz, hogy a motor üzemében keletkező hőt elvezesse. Éppen emiatt sem lehet ilyen motorokkal 40°C-nál melegebb közegben dolgozni, kivéve, ha különleges hőálló kivitelű motort építettek be. A minimális sebességi követelményből ki kell számítani azt a minimális vízáramot, amelyet a kútcső vagy motor köpenycső és motor közötti gyűrűfelületben fenn kell tartani, se ehhez a hidraulika rendszerbe be kell építeni megfelelő vízárammérő műszert, amely egyrészt ez alatti vízhozamnál leállítja a szivattyút, másrészt az ilyen méretű motoroknál előírt óránkénti 20 indításnak megfelelő 3 perc időtartamra letiltja a gép újraindítását. Ezért ha a vízigényt ki kell elégíteni, legalább 3 percnyi fogyasztást fedező légüstöt kell rendszerbe beépíteni és a frekvenciaváltó által tartott nyomást annyival magasabbra beállítani a minimálisan szükséges nyomásnál, hogy a 3 perc végére csökkenjen csak le a nyomás erre az értékre. Ha persze a 3 perc végére még nem csökken le a nyomás erre az értékre, a rendszerrel akkor se kell elindulni, ha az előírt nyomás alatt van a légüst nyomása, mert a fogyasztás olyan kicsi, hogy elegendő a ritka szakaszos üzem.
Ezen óvórendszabályok mellőzése esetén fennáll a veszélye annak, hogy a búvármotort leégetik.
A Grundfos szivattyú által egyes motornagyságokba (6”-os kútba beépíthető 5,5-22,0 kW teljesítményű motorok) beépítettek olyan hőfokvédelmet, amely a motorkábelen nagyfrekvenciás jellel továbbítja a hőfok értékét és megfelelő kiértékelő egységgel túlmelegedés esetén leállítja a motort, megvédve azt. Ezt az egységet azonban a frekvenciaváltós üzem mellett nemcsak nem lehet használni, hanem magát a beépített műszert a frekvenciaváltó egyik beállított frekvenciája tönkreteszi, leégeti és ettől a tekercs is megsérül, vagyis a motor leég. Emiatt a legújabb motorokba beépített Grundfos gyár olyan biztosítékot, amelynek kiégése után nem sült meg a motor, de a hővédelem is hatástalanná válik. A régebben beépített motorok ezért csak akkor szerelhetők fel utólag frekvenciaváltóval, ha ellenőrizték, hogy be van-e építve beléjük a hővédelem, s ha igen, ezeket ki kell cserélni olyan motorra, melybe nincs beépítve. Mindez természetesen csak ezekre a hővédett motorokra vonatkozik, a többi motorra nem. 1995-től szállított ilyen típusú motorok pedig már korlátozás nélkül alkalmazhatók.
Ha a frekvenciaváltós üzemre kívánok utólag áttérni meglévő kutaknál, mindig célszerű megkeresni a Grundfos szivattyú szakembereit, hogy az adott viszonyok mellett megadják az 1. pontbeli felfutás végén beállítandó frekvenciát, a 2. pontbeli célszerű felfutási görbét és véleményezzék a 3. pontbeli tervezett hőfokvédelmet. Jóváhagyva a generáltervező számításait.
További információkért látogasson el a http://www.szivattyu.hu/.