Назначение и виды насосных станций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Назначение и виды насосных станций

Насосные станции представляют собой сложный электрогидравлический технический комплекс сооружений и оборудования, в котором осуществляется преобразование электрической энергии в механическую энергию потока жидкости и управление этим процессом преобразования. Основным назначением насосных станций является обеспечение:

1) требуемого графика подачи жидкости для нормальных и аварийных условий;

2) наименьших затрат на сооружение, оснащение и эксплуатацию;

3) требуемой степени надежности и, следовательно, определенной степени бесперебойности работы;

4) долговечности, соответствующей технологической значимости объектов, в состав которых они входят;

5) удобства эксплуатации (широкое применение автоматики и телемеханики);

6) эксплуатации при непрерывно изменяющихся объемах, режимах потребления жидкости и изменяющемся составе потребителей.

Насосные станции находят широкое применение в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Они характеризуются большим разнообразием функций, схем соединения насосов при совместной работе, регулируемых параметров, категории надежности и другими показателями. В зависимости от назначения можно выделить следующие виды насосных станций:

1) хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий;

2) канализационные;

3) систем теплоснабжения;

4) дренажные;

5) противопожарного водоснабжения;

6) мелиоративные;

7) нефтеперекачивающие и др.

По способу объединения насосов можно выделить насосных станций с индивидуальной работой насосов и насосных станций с совместной работой насосов. Первый случай характерен для насосных станций с невысокими единичными мощностями насосов и низкими требованиями к надежности работы. Это характерно, например, для дренажных насосов. Совместно работающие насосы находят широкое применение на всех видах насосных станций. При этом для обеспечения требуемых технологических показателей используется параллельное, последовательное и комбинированное соединение установок. Наиболее характерным является параллельное соединение насосов, применяемое на большинстве типов насосных станций. Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда необходимо создать достаточно высокое давление в системе, например, при транспортировке вязких растворов, таких как нефть, ил и др.

По главному регулируемому параметру насосных станций можно разделить на станции с регулированием давления и станции с регулированием подачи. Согласно требованиям к надежности обеспечения подачи транспортируемой жидкости к технологическому объекту насосные станции могут быть отнесены к 1й, 2й или 3й категории.

Среди рассмотренных выше видов насосных станций преимущественнее использование получили насосные станции с параллельным соединением насосов, которые применяются в системах водоснабжения и водоотведения населенных пунктов, промышленных предприятий, системах оборотного водоснабжения технологических комплексов производственных объектов, в том числе на предприятиях цветной металлургии и нефтеперерабатывающих заводов. На рисунке 1 изображена технологическая схема типовой насосной станции. Жидкость поступает во входной коллектор насосной станции и аккумулируется в резервуаре. Из входного резервуара она откачивается насосами, подается в выходной коллектор насосной станции и далее в магистральный трубопровод, откуда и распределяется по потребителям или поступает к входу следующей насосной станции. Для отделения насоса от трубопровода служат задвижки, размещенные на входном и напорном патрубках насоса. Кроме того, на выходном патрубке насоса установлен обратный клапан, предотвращающий обратный ток жидкости через насос. В качестве приводов насосов и задвижек применяются электрические двигатели. В правой части рисунка 1 размещена таблица, в которой для каждого из объектов насосной станции приведен перечень, контролируемых параметров. Данный перечень, может изменяться в зависимости от назначения насосной станции и мощности насосных установок.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Технологическая схема типовой насосной станции

Насосные установки.

Основным энергетическим элементом насосных станций является насосная установка, содержащая один или несколько насосов, всасывающую и нагнетательную систему трубопроводов, запорную арматуру, приводной двигатель, а также датчики технологических параметров установки. В качестве основного силового оборудования на насосных станциях применяют объемные или динамические насосы. Объемные насосы работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой жидкости повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (аксиально-поршневые и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т.п.) насосы. Динамические насосы работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные). Преимущественное использование получили насосы центробежного типа.

Характеристики насосных станций.

Основными характеристиками насосных станций являются зависимости выходных подачи и давления жидкости от времени и входной подачи, а также от ряда возмущающих воздействий. Эти зависимости отражают изменение режима работы насосной станции. Анализ характеристик насосной станции осуществляется на основе ее математической модели. В общем случае для насосов, соединенных параллельно, уравнения системы имеют вид:

Динамика изменения уровня жидкости в резервуаре:

S х dl / dt=Q_ВХ? - Q_ВЫХ? - Q_Y(P_ВЫХ) (1),

где l и S - уровень и площадь поверхности жидкости в резервуаре соответственно;

Q_ВХ? и Q_ВЫХ?- результирующие подачи жидкости на входе и выходе насосной станции соответственно;

Q_Y(P_ВЫХ)-подача утечек, задаваемая в функции от выходного давления.

Баланс подач жидкости на выходе насосной системы:

A х Q = 0 (2),

где А=[1 1 …1-1-1] - узловая вектор-строка размерностью m + 2

Q = [Qцн1 Qцн2 … Qцнm QвыхУ Qу]Т - вектор-столбец подач всех элементов, соединяющихся на выходе насосной станции.

Условия равенства давлений на выходе параллельно работающих насосов:

B х P = 0 (3),

где B - контурная матрица размерностью m х m - 1;

P = [ДPцн1 ДPцн2 … ДPцнm]Т - вектор-столбец перепадов давления системы насос-задвижка;

0 - нулевой вектор столбец размерностью m - 1;

Матрица В имеет следующий вид:

В=

Перепад давления на соединенных последовательно насосе и задвижке определяется зависимостью, учитывающей регулирование частоты вращения насоса щцнi и изменение положения задвижки xЗi:

ДPцнi= ДPцнi (Qцнi, щцнi)- PЗi (Qцнi, xЗi) (5),

Баланс напоров жидкости на выходе насосных станций:

Рвх (l) + ДPцнi = Pвых = Рст + Рг (Qвых?) (6),

где Рвх (l) - давление на входе насосов, зависящее от уровня жидкости во входном резервуаре;

Рст и Рг (Qвых?) - статическое противодавление и динамический перепад давления в гидравлической сети соответственно.

При решении приведенной системы уравнений следует дополнительно выполнять анализ направления подачи через каждый насос. При получении отрицательного значения подачи через насос, уравнения, описывающие гидравлические процессы в нем, исключаются из рассмотрения, и порядок системы понижается на единицу. Для получения рационального алгоритма управления насосными станциями должен быть выполнен анализ гидравлического режима работы насосного оборудования. Баланс расходов и давлений жидкости для случая трех параллельно работающих насосов описывается математической моделью на основе системы уравнений (1-6). При m = 3 после раскрытия матриц получаем следующие уравнения для балансов подач и напоров:

Qцн1 + Qцн2 + Qцн3 = Q вых? + Qу(Рвых)

ДРцн1 = ДРцн2 = ДРцн3 = ДРцн

ДРцн1 = Рцн1(Qцн1, щцн1) - Рз1 (Qцн1, Хз1)

ДРцн2 = Рцн2(Qцн2, щцн2) - Рз2 (Qцн2, Хз2)

ДРцн3 = Рцн3(Qцн3, щцн3) - Рз3 (Qцн3, Хз3)

Рвх ( l ) + ДPцнi = Pвых = Рст + Рг (Qвых?)

На рисунке 2 показан качественный характер изменения параметров системы из трех насосов, в которой регулируется частота вращения рабочего колеса одного из насосов. Насосы имеют характеристики вида 1, а магистраль - характеристику вида 4. Увеличение давления производится в следующем порядке. На начальном этапе в работу включается один насос с частотно- регулируемым электроприводом. Для обеспечения подачи Q1 его частота вращения увеличивается до значения щ1. Дальнейший рост подачи и давления возможен до величин Q3 и Р3 соответственно. Если необходимо обеспечить дальнейшее увеличение подачи, то происходит переключение питания электродвигателя первого насоса с выхода преобразователя частоты на сеть, а к выходу преобразователя частоты коммутируется электродвигатель второго насоса и частота вращения увеличивается до требуемого значения. Например, для обеспечения подачи и давления Q2' и Р2' соответственно частота вращения второго насоса должна быть увеличена до значения щ2'. Таким образом обеспечивается регулирование параметров насосной станции в области, заключенной между характеристиками 1 и2 . При необходимости дальнейшего увеличения подачи и давления до значения выше Q3' и Р3. Питание электродвигателя второго насоса переключается с выхода преобразователя частоты на сеть и в работу вводится третий насос, управляемый частотно-регулируемым электроприводом. В этом случае регулирование происходит в области, заключенной между характеристиками.

При снижении подачи и давления коммутация и регулирование частоты вращения электроприводов насосов происходит в обратном порядке. Рассмотренный способ регулирования режима работы насосной установки обеспечивает плавное и непрерывное изменение подачи и давления жидкости в широком диапазоне изменения значений регулируемых параметров от Q1 до Q3'' и характеристики сети от 4 до 4'.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Комбинированное регулирование режима работы насосной станции

Принципы автоматизированного управления в насосных станциях.

Введение автоматизации управления насосными станциями является одним из важнейших направлений технического прогресса в области подачи и отведении воды в населенных пунктах и на промышленных предприятиях. Позволяет повышать надежность и бесперебойность водоснабжения, уменьшать затраты труда и эксплуатационные расходы, размеры регулирующих резервуаров. На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т.п.); прием импульсов параметров и передача сигналов на диспетчерский пункт. Применение автоматизированного управления насосными станциями дает значительные преимущества:

1) позволяет уменьшить вместимость баков водонапорных башен и сборных резервуаров за счет увеличения частоты плавного пуска и остановки агрегатов, либо полностью отказаться от применения водонапорных башен за счет частотного регулирования;

2) снижается эксплуатационные расходы вследствие уменьшения числа обслуживающего персонала, а также расходов на отопление и освещение помещений;

3) увеличивает срок службы оборудования и приборов благодаря своевременному выключению из работы агрегатов при возникновении неполадок в их работе.

4) снижает строительную стоимость, так как оборудование концентрируется на меньшей площади машинного зала и отпадает необходимость в устройстве бытовых и вспомогательных помещений;

5) дает возможность сосредоточить управление несколькими автоматизированными насосными станциями в одном пункте, что делает систему более гибкой и надежной;

6) исключает участие персонала станции в технологических операциях, протекающих в антисанитарных условиях.

Для наблюдения за параметрами работы насосной станции служат различные датчики, которые преобразуют контролируемую величину в электрический сигнал, поступающий в исполнительные механизм.

В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:

1) Датчики уровня - для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении давления в трубопроводе;

2) Датчики или электроконтактные манометры - для управления целями автоматики при изменении давления в трубопроводе;

3) Струйные реле - для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе;

4) Реле времени - для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов;

5) Термические реле - для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях - за выдержкой времени;

6) Вакуум реле - для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе;

7) Промежуточные реле - для переключения отдельных цепей в установленной последовательности;

8) Реле напряжения - для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении;

9) Аварийные реле - для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.

Для автоматизации насосных установок кроме аппаратуры общего применения (контакторов, магнитных пускателей, переключателей, промежуточных реле) применяются специальные аппараты управления и контроля, например, реле контроля центробежных насосов, поплавковое реле, электродное реле уровня и др. Автоматизация насосов и насосных станций, как правило, сводится к управлению погружным электронасосом по уровню воды в баке или давлению в напорном трубопроводе.

Рассмотрим примеры автоматизации насосных установок.

На рисунке 3а показана схема автоматизации простейшей насосной установки - дренажного насоса 3а, на рисунке 3б приведена электрическая схема этой установки.

Автоматизация насосной установки осуществляется с помощью поплавкового реле уровня. Ключ управления КУ имеет два положения: для ручного и автоматического управления.

Рисунок 3. Конструкция дренажной насосной установки (а) и ее электрическая схема автоматизации (б)

На рисунке 4 приведена схема автоматизации управления погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на релейно-контактных элементах.

Рисунок 4. Принципиальная схема автоматизации управления погружным насосом по уровню воды в баке водонапорной башни, реализованная на релейно-контактных элементах

Режим работы схемы автоматизации насосом задается переключателем SA1. При установке его в положение А и включение автоматического выключателя QF подается напряжение на электрическую схему управления. Если уровень воды в напорном баке находится ниже электрода нижнего уровня датчика ДУ, то контакты SL1 и SL2 в схеме разомкнуты, реле KV1 обесточено и его контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. В этом случае магнитный пускатель включит электродвигатель насоса, одновременно погаснет сигнальная лампа HL1 и загорится лампа HL2.

Насос будет подавать воду в напорный бак. Когда вода заполнит пространство между электродом нижнего уровня SL2 и корпусом датчика, подключенным к нулевому проводу, цепь SL2 замкнется, но реле KV1 не включится, так как его контакты, включенные последовательно с SL2, разомкнуты. Когда вода достигнет электрода верхнего уровня, цепь SL1 замкнется, реле KV1 включится и, разомкнув свои контакты в цепи катушки магнитного пускателя КМ, отключит последний, а замкнув замыкающие контакты, станет на самопитание через цепь датчика SL2. Электродвигатель насоса отключится, погаснет сигнальная лампа HL2 и загорится лампа HL1. Повторное включение электродвигателя насоса произойдет при понижении уровня воды до положения, когда разомкнется цепь SL2 и реле KV1 будет отключено.

Включение насоса в любом режиме возможно только в том случае, если замкнута цепь датчика «сухого хода» ДСХ (SL3), контролирующего уровень воды в скважине. Основным недостатком управления по уровню является подверженность обмерзанию электродов датчиков уровня в зимнее время, из-за чего насос не включается и происходит переливание воды из бака. Бывают случаи разрушения водонапорных башен из-за намерзания большой массы льда на их поверхности. При управлении работой насоса по давлению электроконтактный манометр или реле давления можно смонтировать на напорном трубопроводе в помещении насосной. Это облегчает обслуживание датчиков и исключает воздействие низких температур. На рисунке 5 приведена принципиальная электрическая схема управления башенной водоснабжающей установкой по сигналам электроконтактного манометра (по давлению).

Рисунок 5. Электрическая схема управления башенной водоснабжающей установкой по сигналам электроконтактного манометра

При отсутствии воды в баке контакт манометра SP1 (нижний уровень) замкнут, а контакт SP2 (верхний уровень) разомкнут. Реле KV1 срабатывает, замыкая контакты KV1.1 и KV1.2, в результате чего включается магнитный пускатель КМ, который подключает электронасос к трехфазной сети (на схеме силовые цепи не показаны). Насос подает воду в бак, давление растет до замыкания контакта манометра SP2, настроенного на верхний уровень воды. После замыкания контакта SP2 срабатывает реле KV2, которое размыкает контакты KV2.2 в цепи катушки реле KV1 и KV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ.

Электродвигатель насоса отключается. При расходе воды их бака давление снижается , SP2 размыкается, отключая KV2, но включение насоса не происходит, так как контакт манометра SP21 разомкнут и катушка реле KV1 обесточена. Таким образом, включение насоса происходит, когда уровень воды в баке снизится до замыкания контакта манометра SP1. Питание цепей управления производится через понижающий трансформатор напряжением 12 В, что повышает безопасность обслуживания схемы управления и электроконтактного манометра. Для обеспечения работы насоса при неисправности электроконтактного манометра или схемы управления предназначен тумблер SA1. При его включении шунтируются управляющие контакты KV1.2, KV2.1 и катушка магнитного пускателя КМ непосредственно подключается к сети напряжением 380 В. В разрыв фазы L1в цепь управления включен контакт РОФ (реле обрыва фазы), который размыкается при неполнофазном или несимметричном режиме питающей сети. В этом случае цепь катушки КМ разрывается, и насос автоматически отключается до устранения повреждения.

Защита силовых цепей в данной схеме от перегрузок и коротких замыканий осуществляется автоматическим выключателем. На рисунке 6 приведена схема автоматизации водонасосной установки, которая содержит электронасосный агрегат 7 погружного типа, размещенный в скважине 6. В напорном трубопроводе установлены обратный клапан 5 и расходомер 4. Насосная установка имеет напорный бак 1 (водонапорная башня или воздушно-водяной котел) и датчики давления 2, 3, причем датчик 2 реагирует на верхнее давление в баке, а датчик 3 - на нижнее давление в баке. Управление насосной станцией обеспечивает блок управления 8.

Рисунок 6. Схема автоматизации водонасосной установки с частотно-регулируемым электроприводом

Управление насосной установкой происходит следующим образом. Предположим, что насосный агрегат отключен, а давление в напорном баке уменьшается и становится ниже Pmin. В этом случае от датчика поступает сигнал на включение электронасосного агрегата. Происходит его запуск путем плавного увеличения частоты f тока, питающего электродвигатель насосного агрегата. Когда частота вращения насосного агрегата достигнет заданного значения, насос выйдет на рабочий режим. Программированием режима работы частотного преобразователя можно обеспечить нужную интенсивность разбега насоса, его плавный пуск и остановку.

Применение регулируемого электропривода погружного насоса позволяет реализовать прямоточные системы водоснабжения с автоматическим поддержанием давления в водопроводной сети. Станция управления, обеспечивающая плавный пуск и остановку электронасоса, автоматическое поддержание давления в трубопроводе, содержит преобразователь частоты А1, датчик давления ВР1, электронное реле А2, схему управления и вспомогательные элементы, повышающие надежность работы электронного оборудования (рисунок 7).

Рисунок 7. Электрическая схема автоматизации погружным насосом с устройством плавного пуска и автоматического поддержания давления

Электродвигатель погружного насоса подключается к выводам U, V и W преобразователя частоты. При нажатии кнопки SB2 «Пуск» срабатывает реле К1, контакт которого К1.1 соединяет входы STF и РС преобразователя частоты, обеспечивая плавный пуск электронасоса по программе, заданной при настройке частотного преобразователя. При аварии частотного преобразователя или цепей электродвигателя насоса замыкается цепь А - С преобразователя, обеспечивая срабатывание реле К2. После срабатывания К2 замыкаются его контакты К2.1, К2.2, а контакт К2.1 в цепи К1 размыкается. Происходит отключение выхода частотного преобразователя и реле К2. Повторное включение схемы возможно только после устранения аварии и сброса защиты кнопкой 8В3.1.

Датчик давления ВР1 с аналоговым выходом 4…20 мА подключен к аналоговому входу частотного преобразователя (контакты 4, 5),обеспечивая отрицательную обратную связь в системе стабилизации давления. Функционирование системы стабилизации обеспечивается ПИД - регулятором преобразователя частоты. Требуемое давление задается потенциометром К1 или с пульта управления частотного преобразователя. При «сухом ходе» насоса в цепи катушки реле К3 замыкается контакт 7-8 электронного реле сопротивления А2, к контактам которого 3-4 подключен датчик «сухого хода». После срабатывания реле К3 замыкаются его контакты К3.1 и К3.2,в результате чего срабатывает реле защиты К2,обеспечивая отключение электродвигателя насоса. Реле К3 при этом становится на самопитание через контакт К3.1.

При всех аварийных режимах зажигается лампа HL1; лампа HL2 зажигается при недопустимом снижении уровня воды (при «сухом ходе» насоса). Подогрев шкафа управления в холодное время года осуществляется с помощью электронагревателей ЕК1…ЕК4, которые включаются контактором КМ1 при срабатывании термореле ВК1. Защита входных цепей преобразователя частоты от коротких замыканий и перегрузок осуществляется автоматическим выключателем QF1.

Схема управления насосом и преобразователь частоты обеспечивают выполнение следующих функций:

1) Плавный пуск и торможение насоса;

2) Автоматическое управление по уровню или давлению;

3) Защиту от «сухого хода»;

4) Автоматическое отключение электронасоса при неполнофазном режиме, недопустимом снижении напряжения, при аварии в водопроводной сети;

5) Защиту от перенапряжений на входе преобразователя частоты А1;

6) Сигнализацию о включении и выключении насоса, а также об аварийных режимах;

7) Обогрев шкафа управления при отрицательных температурах в помещении насосной.

Основной смысл использования автоматизированных систем управления (АСУ) в насосных установках заключается в том, чтобы привести в соответствие режим работы насосов с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Диапазон изменения водопотребления довольно широк. Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки.

Способы управления работой насосной станции.

Тема использования регулируемого электропривода насосных станций в системах коммунального и промышленного водоснабжения в последнее время является предметом пристального внимания со стороны многих эксплуатирующих организаций. В насосных станциях часто используются насосы типа ЭВЦ, которые напрямую подключены к питающей сети и эксплуатируются с постоянной частотой вращения. При этом функции энергосбережения и ресурсосбережения (экономии электроэнергии, перекачиваемой жидкости или воды) невозможно реализовать в принципе, так как регулировка подачи жидкости осуществляется следующими способами:

1) Дросселированием трубопровода;

2) Перепуском части потока жидкости из выходного патрубка насоса во входной;

3) Ступенчатое регулирование.

Дросселирование - весьма распространенный способ управления работой насосной станции. Регулирование напора происходит за счет изменения поперечного сечения трубопровода при помощи таких устройств как: шибер, дроссель-клапан, задвижка и т.п. При этом рост давления на выходе насоса при закрытии задвижки приводит к сокращению срока службы запорных устройств, уплотнений, что в свою очередь приводит к увеличению утечек и потерям перекачиваемой жидкости. Другим недостатком этого способа является очень низкий КПД и однонаправленность (только в сторону уменьшения) напора насосной станции.

Перечисленные выше недостатки имеет и второй способ. Перепуск происходит за счет отведения части потока жидкости с выхода насоса на его вход, так достигается управление напором. При этом энергия, затрачиваемая на циркуляцию жидкости по холостому кругу, не создает полезной работы, что еще больше снижает КПД насосной станции.

Третий способ позволяет обеспечить непрерывное и качественное поддержание напора при изменении потребления жидкости. Однако ступенчатое регулирование вызывает частые пуски и остановки двигателей, что уменьшает срок эксплуатации оборудования и требует наличия промежуточного резервуара для аккумулирования и сглаживания колебаний подачи насосной станции. Данный способ характеризуется простотой управления, так как не требует дополнительных регулирующих устройств. КПД насосных станций с таким управлением очень низкий, так как электроприводы работают не в оптимальном режиме. Броски сетевых токов при пуске и остановки, которые приводят к выходу из строя электродвигателей - являются дополнительными факторами, направленными на сокращение насосных станций с рассмотренными выше способами регулирования. Увеличить срок службы насосов в несколько раз, а также получить существенную экономию электроэнергии (стать высокотехнологичным и энергосберегающим) можно всего лишь управляя скоростью вращения двигателя, которое достигается с помощью частотно-регулируемого электропривода. В зависимости от мощности насосы питаются от трехфазной сети 380 В или высоковольтным (средневольтным) питанием 3-10 кВ. Существует достаточно широкий класс трехфазных преобразователей частоты для электродвигателей на 380 В, а вот управлять высоковольтным двигателем с помощью преобразователя частоты можно лишь двумя способами:

1) через транзисторные высоковольтные преобразователи частоты - прямоточные. Эти преобразователи имеют диапазон регулирования по скорости и высокий КПД. Недостаток - высокая цена и большой срок поставки.

2) по двухтрансформаторной схеме, которая включает следующие компоненты:

1) понижающий трансформатор;

2) трехфазный преобразователь частоты;

3) синусный фильтр;

4) повышающий трансформатор.

Дросселирование напорной задвижкой.

Регулированием частоты вращения насоса его рабочие параметры приводятся в соответствие с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Чтобы изменить частоту вращения насоса, его оснащают регулируемым приводом, то есть подключают электродвигатель насоса через преобразователь частоты. Значение частоты вращения насоса, с которой он должен работать в тот или иной момент времени, определяется АСУ, то есть режимом работы насосной установки. До сих пор наиболее распространенным способом регулирования остается дросселирование напорной задвижкой. Достоинство - простота реализации, а существенным недостатком - неэкономичность. На рисунке 8 приведен график совместной работы насосного агрегата и сети в случае управления изменением параметров сети в случае управления изменением параметров сети. Характеристика сети при этом зависит от степени открытия задвижки (кривая 2 - задвижка открыта, кривая 2' - степень открытия уменьшена). Рабочая точка движется по характеристике насоса.

Рисунок 8. Дросселирование задвижкой

Насосная становка работает с повышенным напором из-за увеличения гидравлического сопротивления системы трубопроводов. Повышение напора в результате изменения гидравлического сопротивления не является постоянным, а зависит от расхода жидкости, то есть влияет на значение динамической составляющей напора, развиваемого насосной установкой, изменяет крутизну характеристики трубопровода. При работе насосной установки с подачей меньше расчетной возникает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым для подачи того или иногоколичества жидкости, то есть превышение напора насоса. Сравнение характеристики центробежных насосов и трубопроводов показывает, что при уменьшении подачи требуемый напор также уменьшается, а развиваемый насосом напор увеличивается. Разность этих напоров и есть превышение напора сверх требуемого. Из графика совместной работы насоса и трубопровода (рисунок 9) видно, что значение превышения напора тем больше, чем круче характеристики насоса и трубопровода, и чем меньше фактическая отдача насоса по сравнению с расчетной. На превышение напора нерационально расходуется дополнительная мощность. Итак, наилучшим является режим работы, при котором развиваемый насосом напор равен напору, требуемому для подачи воды. Такой режим, в частности, может быть реализован при управлении частотой вращения насоса с использованием частотно- регулируемого электропривода.

Рисунок 9. Регулирование режима работы центробежного насоса изменение частоты вращения рабочего колеса

Характеристика насоса зависит от частоты вращения вала электродвигателя. Кривая 1 соответствует номинальной частоте вращения и промышленной частоте сети 50 Гц, кривая 1' - пониженной частоте. Степень открытия задвижки не изменяется. Принципиальным отличием этого метода является движение рабочей точки по характеристике трубопровода 2. Насос работает с переменным напором от Н до Нс'. Очевидно, что в таком режиме работы развиваемый насосом напор меньше, чем в предыдущем. Следовательно, и расход электроэнргии на перекачку одного и того же объема жидкости меньше. Более того, созданный насосом напор, полностью расходуется на перекачку рабочей жидкости по сети трубопроводов (Нн=Нс), а значит излишняя потеря напора и соответственно перерасход электроэнергии минимальны.

Автоматизация насосной станции с частотно-регулируемым двигателем.

Упрощенная структурная схема автоматизированной насосной станции с частотно-регулируемым электроприводом приведена на рисунке 10. Электроснабжение насосной станции осуществляется от трансформаторной постанции ТП. Электроэнергия поступает на распределительное устройство РУ, к которому подключено силовое электрооборудование. Здесь же размещены первичные аппараты для средств учета потребляемой электроэнергии. Силовое электрооборудование размещено в электрощитовой насосной станции. Оно содержит: силовые шкафы управления СШУ, преобразователь частоты ПЧ, и при необходимаости, компенсатор реактивной мощности КРМ. Силовой шкаф управления содержит коммутационный аппарат, с помощью которого осуществляется коммутация питания электродвигателя М центробежного насоса Н либо к выходу ПЧ, либо к секции РУ. В машзале насосной станции размещено основное и вспомогательное оборудование насосной станции.

Основное оборудование включает насосы ЦН1-ЦН3, приводные электродвигатели М1-М3. в состав вспомогательного оборудования входят: дренажные, пожарные, вакуум-насосы, задвижки, вентиляторы, обогреватели и другое оборудование. Управление им производится при помощи исполнительных механизмов ИМ1-ИМn. Для получения информации о значениях регулируемых параметров служат датчики Д1-Дm. Сигналы управления и измерительные сигналы от оборудования насосной станции собираются в шкафу управления ШУ. Здесь происходит их объединение в одну общую информационную линию связи, которая подключается к технологическому контроллеру ТК. Технолонический контроллер реализует общий алгоритм управления насосной станции и обмен информацией с автоматизированной системой управления технологическим комплексом АСУ ТК. Програмное обеспечение технологического контроллера содержит ряд функциональных блоков, реализованных на программном уровне:

1) управление основной насосной установкой;

2) управление дополнительной насосной установкой, например, пожарными насосами;

3) управление дренажными насосами;

4) измерение и обработка параметров оборудования насосной станции;

5) управление отоплением и вентиляцией помещений насосной станции;

6) обслуживание локального терминала;

7) передача информации о параметрах и режимах работы оборудования насосной станции на АСУ ТК и обработка сигналов управления, получаемых от нее.

Рисунок 10. Упрощенная структурная схема автоматизации насосной станции с частотно-регулируемым приводом

Пример системы автоматизации станции второго подъема.

Недостатки системы до внедрения АСУ:

1) повышенное энергопотребление днём;

2) необходимость отключения насосов ночью для энергосбережения;

3) вынужденное отключение насосов лнем на 1…1,5 часа, так как работающий насос опусташает резервуар - глубинные насосы не успевают его напонять;

4) частые порывы трубопровода.

Характеристикисистемы ппосле внедрения локальной АСУ:

1) регулируемое и автоматически поддерживаемое давление 0…6 атм с возможностью задания дневного и ночного давления и времени перехода;

2) автоматический переход в режим ночного пониженного давления;

3) 4 режима работы : автоматический от преобразователя частоты и пускателей, ручной от преобразователя частоты и пускателя;

4) индикация режимов работы, положения рубильников, аварийных ситуаций, установок задания;

5) рабочая температура окружающей среды: ( - 30…+ 45 ) ? С с автоматической вентиляцией и обогревом;

6) независимый учет и индикация потребляемой электроэнергии и ее параметров.

Предусмотренные защиты:

1) логическая защита от опустошения кейсона и сухой работы насосов;

2) логическая защита от переполнения насосов;

3) логическая защита от превышения частоты вращения насоса;

4) аппаратная защита от повреждения грозовыми разрядами;

5) микропроцессорная защита двигателя от превышения тока;

6) тепловая защита от превышения напряжения , от пропадания фазы при работе от преобразователя чатоты;

7) тепловая и электромагнитная защита двигателя при работе от пускателей;

8) аппаратная защита от открытия шкафов при работающем оборудовании;

9) от понижения и повышения температуры в шкафууправления;

10) индуктивная защита от бросков тока на входе преобразователя частоты.

Упрощенная структура АСУ.

Рисунок 11. Упрощенная структура АСУ

1- Резервуар (кессон).

2- Насосная группа (два насоса).

3- Шкаф с перекидным рубильником.

4- Шкаф управления и силовой аппаратуры.

5- Датчики уровня.

6- Датчик давления

Экономический и эксплуатационный эффект:

1) до автомаизации насосы поддерживали завышенное давление 6 атм. После модернизации система автоматически поддерживает оптимальное давление атм, что позволило снизить потребление тока на 15 %.

2) за счет плавного пускаисключены броски тока, перегружавшую систему электроснабжения;

3) средняя частота вращения насосного агрегата снизилась - это повышение ресурса насоса и двигателя в 1,5 раза, исключены резонансные эффекты конструкции;

4) уменьшилась гидравлическая нагрузка на трубопровод на 18 % и полностью исключены гидроудары, вызывавшие ранее частые порывы;

5) за счет снижения давления до оптимального обеспечился меньший расход воды на 14%;

6) после модернизации система обеспечивает круглосуточную подачу воды, автоматически переходя в экономичный режим и расходуя минимум электроэнергии;

7) трудоемкость работ по обслуживанию системы сведена к минимуму.

8) глубинные насосы теперь успевают накачивать воду в кейсон - исключены дневные отключения воды. Время работы глубинных насосов уменьшилось, что привело к дополнительному энергосбережению порядка 8 %.

Список используемой литературы

насосный станция водоснабжение

1. Бакута В.П., Копырин В.С., Бородацкий Е.Г., Ткачук А.А. Модернизация электроприводов технологической фекальной насосной станции Саратовского НПЗ. Материалы научно-практического семинара «Энергосберегающие техника и технологии». Екатеринбург: Уральские выставки. 2002.

2. Бородацкий Е.Г. Разработка систем управления взаимосвязанным электроприводом центробежных турбомеханизмов станции перекачки жидкости. Автореф. дис…канд. Техн. Наук. Омск. 1999.

3. Ковалев В.З., Бородацкий Е.Г. Эффективное использование энергии в насосных установках нефтеперекачивающих станций// Промышленная энергетика. 2000. № 1.

4. Ковалев В.З., Мельников В.Ю., Бородацкий Е.Г. Энергосберегающие алгоритмы управления взаимосвязанным электроприводом центробежных турбомеханизмов. Омск: ОмГТУ. 2000.

5. Копырин В.С., Бородацкий Е.Г., Ткачук А.А. Асинхронный частотный электропривод как регулирующий орган насосной станции системы водооборота глиноземного производства. Екатеринбург: УГТУ, 2001.

6. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции. М: Стройиздат.1990.

7. Попкович Г.С., Гордеев М.А. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. М.: Высш. Шк. 1986.

Размещено на Allbest.ru