Автоматическое управление насосных станций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Московской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

Московской области

«Клинский промышленно-экономический техникум»

Реферат на тему:

«Автоматическое управление насосных станций»

Выполнил

студент гр. ТМ-11

И.С. Карелин

2014

Назначение и принцип работы насосных станций

Насосная станция водоснабжения является обязательной частью системы подачи воды в доме или коттедже в том случае, если та получает ее из автономных источников типа глубинных скважин. В ряде случаев эти агрегаты используют также и при перекачке воды из водопроводной сети, когда давления в ней недостаточно, а также при желании иметь ее запас в накопительных емкостях. Насосные станции для дома и для дачи легко справляются с подъемом и подачей глубинных вод, и при необходимости могут перекачивать воду на значительные расстояния. Все операции, а также контроль над ними, включая и обеспечение безопасной работы системы, устранение гидроударов и пр., выполняются в полностью автоматическом (либо полуавтоматическом) режиме. В отличие от погружных скважинных систем автоматическая насосная станция размещается на поверхности. Она представляет собой насос, соединенный в моноблок с насосом реле и гидроаккумулятором. Вода поступает под давлением, причем, когда последнее падает до некоторого порога, реле автоматически включает насос для повторения цикла. Перед тем как купить насосную станцию, самое пристальное внимание следует уделить подбору гидроаккумулятора. Его объем связан с потреблением воды и должен быть оптимален, так как только в этом случае гарантируется длительная надежная работа всей системы в целом. В отдельную категорию выделяются канализационные насосные станции, в состав которых включается еще специальная емкость для улавливания твердых включений. Еще более эффективно применение специального насоса со встроенным режущим механизмом, который служит для измельчения крупных частиц и волокон.

Общие сведения. Работа насосных установок электроэнергии. В современных отечественных и зарубежных системах регулирование режимов работы насосных установок осуществляется посредством автоматизированного регулируемого электропривода. В таких системах регулируемым параметром является напор жидкости. Современное развитие техники позволяет поддерживать заданный напор с большой точностью. Однако высокая точность влечет за собой непрерывное изменение частоты вращения электродвигателя насосного агрегата и вследствие этого способствует возникновению знакопеременных нагрузок на отдельные элементы насосного агрегата (эластичные муфты, соединяющие насос с двигателем и др.), ведущих к преждевременному их износу. Поэтому в ряде случаев приходится устанавливать повышенную зону нечувствительности системы регулирования, что понижает точность стабилизации напора.

В качестве регулируемого электропривода насосной установки в системе горячего водоснабжения предусматривается использование одного из типов электропривода, в том числе: индукторных муфт скольжения (ИМС) с питанием возбуждения от тиристорных блоков БУ-3509 и им подобных; частотных преобразователей серии ПЧТ, ПЧР-2 SAMI (фирма Stromberg) и других типов; электроприводов по схеме АВК на базе преобразователей ТДП-2 и станций управления ШДУ; электроприводов на базе вентильных электродвигателей с преобразователями ПЧВН, ПЧВС.

Стабилизация напора жидкости осуществляется за счет того, что при уменьшении водоразбора напор в сети увеличивается, а частота вращения электродвигателя насоса в результате действия системы регулирования уменьшается. При увеличении водопотребления, наоборот, напор жидкости в сети падает, а частота вращения увеличивается. Основная цель системы стабилизации напора жидкости в системе трубопроводов заключается в поддержании напора на заданной отметке.

В системах стабилизации напоров в сети, необходимо предусматривать включение дополнительных нерегулируемых насосов при существенных увеличениях притока или водопотребления и отключение их при уменьшении.

Регулируемым приводом должны оснащаться наиболее крупные насосные агрегаты с наиболее пологой характеристикой. В случае использования однотипных насосов во избежание образования мертвых зон рабочие колеса нерегулируемых насосов должны иметь диаметры, меньшие регулируемых. При равенстве диаметров и работе регулируемого насоса в режиме максимальных подач с повышенной частотой вращения (в случае применения частотного электропривода) он должен быть укомплектован двигателем повышенной мощности в соответствии с рекомендациями.

Несмотря на явные преимущества, регулируемый электропривод еще не получил широкого распространения в насосных установках. В настоящее время сложились условия, требующие его более широкого использования. Бурное развитие полупроводниковой техники позволило создать на базе статических преобразователей надежные и сравнительно недорогие регулируемые электроприводы. Кроме того, мировой энергетический кризис наглядно продемонстрировал подлинную ценность энергетических ресурсов и стимулировал меры по их рациональному расходованию. В результате этого расширились работы по исследованию, разработке и созданию насосных установок, оснащенных автоматизированным регулируемым электроприводом.

Системы предназначены для автоматического и ручного управления группой насосных агрегатов с асинхронными электродвигателями, работающих в системах водоснабжения или водоотведения с целью поддержания заданного давления воды в магистрали или уровня в технологических емкостях.

Возможности систем автоматического управления насосными станциями:

· Автоматическое, ручное и дистанционное управление насосными агрегатами;

· Сбор информации о состоянии каждого объекта управления;

· Сбор информации о состоянии параметров входной и выходной магистрали, уровней;

· Управление запорной и регулирующей арматурой в автоматическом, ручном режиме и дистанционно диспетчером;

· Отображения информации о состоянии объектов в графическом редакторе на экране диспетчерского пункта;

· При работе в автоматическом режиме контроль часов наработки по каждому насосу.

· Станции обеспечивают:

· Экономию потребляемой электроэнергии (не ниже 50… 65 %) и снижение потребления воды;

· Ограничение пусковых токов в сети;

· Увеличение ресурса электродвигателей насосов;

· Уменьшение количества дежурного и ремонтного персонала.

Использование эжекторов в насосных станциях

Насосные станции для скважин оснащаются либо встроенными, либо выносными эжекторами, которые соединены со струйно-центробежным насосом. Эжектор -- устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большей скоростью, к другой. Эжектор, работая по закону Бернулли, создаёт в сужающемся сечении пониженное давление одной среды, что вызывает подсос в поток другой среды, которая затем переносится и удаляется от места всасывания энергией первой среды. Первый вариант обладает повышенной надежностью, при этом удается получить большой напор при достаточной для практического применения глубине всасывания. Встроенные эжекторы особенно удобны в скважинах типа «игла», представляющих собой трубу, забитую в землю до водоносного слоя. Во втором варианте насосная станция для воды использует те же типы насосов, однако эжекторы в них не встроенные, а выносные, что позволяет с успехом поднимать воду из скважин, имеющих глубину до 50 метров и более. Основной агрегат располагается снаружи, а двухтрубный эжектор спускается на дно. Чаще всего подобная система водоснабжения используется при значительном удалении скважины от потребителя. Ее недостаток - критичность к загрязнению воды и сравнительно невысокий КПД.

О производителях насосных станций.

Признанными мировыми лидерами, выпускающими лучшие по соотношению цены и функциональности промышленные и бытовые насосные станции, являются итальянские компании Marina и Calpeda. К достоинствам следует отнести:

· надежность;

· бесшумность в работе;

· простоту подключения и использования;

· достаточный модельный ряд;

· завершенную комплектацию;

· компактность;

· простоту и продуманность автоматики;

· наличие эффективных средств защиты;

· значительный моторесурс.

Цена на насосную станцию зависит от ее возможностей. Наибольшим спросом среди покупателей пользуются следующие серии:

Marina

· Серия CAM для водоснабжения из скважин с глубины до 9 м;

· Серия APM для водоснабжения из скважин с глубины до 25 м;

· Серия Idromat автоматическая система на основе регулятора Idromat.

Calpeda

· Серия BS. Бустерные станции, включающие до 6 насосов;

· Серия MINIMAT, TURBOMAT, CENTRIMAT и GETTOMAT. Автоматические системы с мембранным баком;

· Серия EASYMAT. Компактные установки.

Насосная станция перекачки с регулируемым электроприводом на основе ИМС

Целесообразность применения САУ с регулируемым электроприводом в насосных станциях, с учетом существующего у нас в стране соотношения цен на оборудование и электроэнергию и других факторов обоснована в работах ВНИИВОДГЕО. Экспериментальная проверка этих предположений была осуществлена на Ивановской насосной станции г. Москвы. На этой станции два установленных насосных агрегата из шести были оснащены ИМС, изготавливаемыми серийно. Номинальные параметры агрегатов: подача 800 м3/ч (О,22 м3/с), напор 33 м (О,33), мощность 160 кВт, частота вращения 960 об/мин, вращающий момент ИКС 1, 60 кНЧм (160 кгс/м). Регулирование режима работы установки без регулируемого электропривода осуществлялось периодическим включением-отключением: насосных агрегатов. Число включений составляло 30-40 в сутки, а число работающих агрегатов в зависимости от притока изменялось от 1 до 6. Система автоматического регулирования изменяет частоту вращения одного или двух регулируемых агрегатов и общее, число работающих агрегатов в соответствии с изменением притока. Частота вращения изменяется по сигналу отклонения, формируемому при выходе уровня из заданных пределов. Сигнал отклонения, обработанный по ПИ-закону, поступает на вход системы импульсно-фазного управления тиристорного возбудителя ИМС. Тем самым регулируется ее ток возбуждения и соответственно частота вращения электродвигателя насоса. При существенных изменениях притока, когда изменение частоты вращения регулируемого насоса не обеспечивает требуемого изменения подачи насосной установки, возникает необходимость в изменении общего числа работающих на станции агрегатов. Для этого служит блок взаимодействия регулируемых и нерегулируемых агрегатов. Блок отключает спин из нерегулируемых агрегатов и форсирует возбуждение ИКС до максимального значения тока (5 А) в тот момент времени, когда частота вращения регулируемого насоса становится настолько малой, что его обратный затвор закрывается и насос прекращает откачку. Если же частота вращения регулируемого насоса достигает максимального значения, а приток продолжает увеличиваться и установка не справляется с откачкой сточных вод из резервуара, блок включает дополнительно один из нерегулируемых агрегатов и уменьшает возбуждение ИМС до минимума. Система обеспечивает стабилизацию уровня в резервуаре насосной станции с точностью 50 мм и кратковременными отклонениями (до 350 мм) при подключении или отключении нерегулируемого насосного агрегата. Система позволяет регулировать частоту вращения одновременно нескольких, в данном случае двух, агрегатов. Необходимость в таком режиме работы возникает при незначительном превышении притока над подачей одного насоса. В таких условиях параллельная работа регулируемого и нерегулируемого агрегатов неустойчива, так как нагрузка регулируемого агрегата составляет всего 5-10% номинала. Возникающие при этом незначительные изменения притока влекут за собой включение и отключение нерегулируемого агрегата. Вследствие этого создаются значительные возмущающие воздействия, которые не всегда могут быть сняты системой регулирования. Синхронная работа двух регулируемых агрегатов, эквивалентная работе одного агрегата большой мощности, предотвращает возникновение неустойчивых режимов работы. Внедрение системы регулирования позволило сократить потребление электроэнергии примерно на 10%, т.е. на 170000 кВт в год, а также число включений насосных агрегатов с 30 до 3 в сутки.

Повышение эффективности СНУ обеспечивается введением устройства, изменяющего число работающих агрегатов до того, как регулируемый насосный агрегат войдет в зону недопустимо низких КПД. Такое устройство разработано во ВНИИВОДГЕО и прошло проверку на одной из действующих московских насосных станций. Одновременно опыт эксплуатации выявил чрезвычайно низкую надежность ИМС, серийно изготавливаемых нашей промышленностью, что не позволяет рекомендовать их для широкого внедрения до приведения их в соответствие с лучшими образцами ИМС, изготавливаемых зарубежными фирмами. На объекте испытывались несколько систем регулирования: с дискретными и аналоговыми преобразователями уровня различных типов. В условиях насосных станций наиболее надежными оказались аналоговые преобразователи с воздушным колоколом.

Насосная станция с регулируемым электроприводом по схеме АВК

В г. Москва длительное время работает СНУ Кунцевской насосной станции, на которой установлено шесть насосных агрегатов мощностью 800 кВт, в том числе 3-4 рабочих. Система автоматического регулирования состоит из одного асинхронного электродвигателя с фазным ротором мощностью 800 кВт и частотой вращения 740 об/мин, преобразователя АВК, функции которого выполняет агрегат ТДП2ЗО4ОО-Т, состоящий из выпрямителя и инвертора, сглаживающего дросселя ФРОС-800, согласующего трансформатора ТС4ОО, станции управления П3ДУ90248А и пусковых резисторов, преобразователя уровня, состоящего из воздушного колокола и дифференциального манометра; ПИ-регулятора. Система стабилизирует уровень жидкости в резервуаре с точностью 7-10 см. Более высокая точность стабилизации уровня влекла за собой повышенный износ пальцев эластичной муфты, соединяющей электродвигатель с насосом. Повышенный износ обусловлен волнением жидкости в резервуаре (высота волны по 20 см), что потребовало увеличить зону нечувствительности САУ и снизить точность стабилизации уровня. Принцип действия системы регулирования частоты вращения агрегата аналогичен вышеописанной. Изменение числа работающих на станции насосных агрегатов осуществляется оперативным персоналом. Использование этой системы в насосной установке экономит ежегодно 600700 тыс. кВт/ч электроэнергии, таким образом примерно 4-5 % общего энергопотребления.

Дополнительные капитальные затраты, обусловленные применением системы регулирования в насосной установке, составили 15 тыс. руб. Регулируемый насосный агрегат используется в течение года до 5ООО час.

В настоящее время в целях повышения эффективности работы САУ и снижения износа регулируемого насосного агрегата намечено оснащение еще одного насоса регулируемым электроприводом того же типа.

Насосные станции с частотными электроприводами

В насосной станции Мосвокстрой (г. Москва) обычный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель насоса мощностью 110 кВт/ч включен через преобразователь ПЧТ, разработанный в НИИ ХЭМЗ. Система управления электроприводом построена аналогично ранее описанным, за исключением того, что в качестве преобразователя уровня в системе использован ультразвуковой уровнемер ЭХО3. Применение частотного электропривода в этой установке уменьшает потребление электроэнергии на 60 тыс. кВт - ч в год, Т.о. примерно на 5 %.

В насосных станциях г. Москва используются также частотные преобразователи типа ПЧР-2 и производства финской фирмы Stromberg, на основе которых созданы и работают свыше 10 систем автоматического регулирования режима работы насосных станций с агрегатами мощностью от 75 до 160 кВт. Система регулирования с применением частотного преобразователя типа SAMI фирмы Stromberg длительное время эксплуатируется на Ново-Нагатинской станции, обеспечивая экономию электроэнергии 7-8% общего ее потребления.

Частотные преобразователи фирмы Stromberg - высоконадежные и достаточно компактные средства регулирования насосных агрегатов. Для обеспечения равномерного использования насосных агрегатов предусматривается устройство, с помощью которого они могут поочередно подключаться к одному преобразователю.

Известны случаи применения отечественных частотных преобразователей типа ПЧТ в г. Харькове, типа ЭКТ - в г. Ленинграде и др.

Насосная станция с приводом на базе вентильного электродвигателя

насосный станция электропривод

На Филевской насосной станции г. Москва внедрена САУ с использованием электропривода на базе вентильного электродвигателя. Из шести насосов марки 30-ФВ-17, установленных на станции, один из них оснащен таким электроприводом с применением преобразователя ПЧВН, разработанного НИИ ХЭМЗ. Мощность электропривода 1600 кВт, напряжение двигателя 10 кВ. Преобразователь подключен к питающей электросети через понижающий сухой трансформатор мощностью 4000 кВЧА, а двигатель - к преобразователю через такой же повышающий трансформатор. В состав преобразователя входит также тиристорный преобразователь питания системы возбуждения синхронного электродвигателя, который при внедрении электропривода не заменялся. Система управления электроприводом насоса аналогична вышеописанным. В качестве датчика уровня использован воздушный колокол и дифманометр с выходом 0-5 мА. В системе управления использован ПИ-регулятор типа Р-17. Применение САУ с регулируемым электроприводом снизило потребление электроэнергии примерно на 1200 тыс. кВт-ч год, улучшило условия эксплуатации насосного оборудования, облегчило условия работы оперативного персонала. Анализ работы САУ и выполненные расчеты показывают, что оборудование аналогичным электроприводом второго насосного агрегата позволяло бы увеличить экономию электроэнергии почти вдвое. На станции прошло проверку устройство, исключающее работу регулируемого насоса в зоне низких КПД.

Размещено на Allbest.ru