Насосная станция холодного водоснабжения

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………….  7

1 Технологические особенности  работы насосной станции холодного  водоснабжения…………………....................................................................     9

1.1 Режимы работы насосной установки………………………………     9

      1.2 Способ регулирования и технико-экономическая эффективность…14

      1.3 Обоснование и  выбор системы электропривода……………………..23

2 Статические характеристики системы ПЧ-АД…………………………….29   

      2.1 Механические характеристики ПЧ-АД ……………………………..31

    2.1.1 Естественная механическая характеристика АД при U/f=const….31

    2.1.2 Искусственные механические характеристики АД при U/f=const..35

3. Расчет параметров  и элементов силовой схемы  преобразователя

частоты……………………………………………...…………………………    40

     3.1 Расчет и выбор силовых элементов выпрямителя и инвертора……     40

     3.2 Аналитический обзор и выбор серийного преобразователя

частоты………………………………………………………………………..     45

….3.3 Оценка влияния преобразователя частоты на питающую сеть……..    50

   3.3.1 Вопросы качества электроэнергии………………………………         50     

4 Математическое  моделирование системы ПЧ-АД……………………...      54

     4.1 Математическое описание системы ПЧ-АД………………………..      54

    4.2 Модель ПЧ-АД в среде MATLAB……………………………………    58

5 Безопасность жизнедеятельности……………………………...………….     62

    5.2 Обслуживающий персонал и охрана труда работников ……………62    

    5.3 Характеристика асинхронного двигателя электропривода…………70

    5.3 Расчет зануления………………………………………………............     71

6 Экономическая часть………………………………………………………     74

6.1 Цели разработки проекта……………………………………………..     74

6.1.1 Анализ рынка сбыта………………………………………………….    74    

  6.1.2 Тариф на электроэнергию………………………………………..       74

6.1.3 Организационный и юридический план…………………………   74

6.1.4 Экологическая информация………………………………………  75

6.2 Определение капитальных затрат  для варианта (система ПЧ-АД)…  75

6.3 Определение текущих годовых  издержек  на эксплуатацию………..   76

6.4 Показатели финансово-экономической эффективности инвестиций.. 82

Заключение……………………………………………………………………...  86

Список литературы…………………………………………………………….   87

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          ВВЕДЕНИЕ

          Наибольшее количество энергии расходуемой электроприводами в промышленной области расходуется насосами и вентиляторами. В области коммунального хозяйства эта тенденция выражена еще более глубоко.

     Функцией насосной станции является поддержание заданного давления, причем расход перекачиваемой жидкости, как правило, может существенно изменятся в зависимости от конкретных условий. Все насосные станции  рассчитываются по максимальному расходу, который может возникнуть в экстремальной ситуации (например: наводнение, пожар и т.д.) Следовательно, в нормальных условиях, необходимо предусматривать средства регулирования, обеспечивающие нормальную работу систему при разных расходах. При снижении расхода (суточном или сезонном), нерегулируемый насос продолжает вращаться на номинальной скорости и впустую расходует энергию на создание избыточного давления в гидросистеме. Давление при этом становится в несколько раз выше номинального. Вследствие избыточного давления возрастают потери воды, тепла, снижается ресурс оборудования.

     Если насос работает при неизменной скорости, то простейшим способом регулирования его подачи является дросселирование, т.е. неполное открытие задвижки на напорном трубопроводе насоса.

     Характерным примером являются станции горячего и холодного водоснабжения и системы отопления зданий. Механизмы этих станций, выбранные исходя из максимальной производительности, значительную часть времени работают с меньшей производительностью, что определяется изменением потребности в разные периоды времени. По некоторым данным среднесуточная загрузка насосов холодного водоснабжения составляет 50…55% максимальной. Существующие системы водоснабжения с нерегулируемым электроприводом не обеспечивает заметного снижения потребляемой мощности при уменьшении расхода воды, а также обусловливают при этом существенный рост давления (напора) в системе, что приводит к утечкам воды и неблагоприятно сказывается на работе технологического оборудования и сетей водоснабжения.

     В настоящее время регулирование расхода осуществляется за счет изменения эффективного сечения трубопровода с помощью заслонки. В этом случае насос, так же как и при отсутствии регулирования, тратит энергию на преодоление противодавления заслонки, а повышенное давление вызывает утечки жидкости и износ оборудования.

     При прерывистом регулировании изменение расхода обеспечивается коммутацией в гидросистему различного числа насосов. Например, если один насос не обеспечивает необходимый расход, в параллель ему включается второй, третий и т.д.

Недостатком такого регулирования  является именно его прерывистость. Качество такого регулирования нельзя назвать удовлетворительным за счет его слишком грубой дискретности, а это потери энергии и перекачиваемой жидкости. Кроме того, включение и выключение насосов приводит к постоянным  гидроударам в системе, что исключительно вредно влияет на ресурс оборудования, а пусковые токи двигателей насосов вызывают 5-7 кратные, относительно номинала, броски тока в электроцепях, что также вредно сказывается на ресурсе электрооборудования.

     Все сказанное говорит о необходимости внедрения на насосных станциях новых технологий регулирования расхода и давления в водопроводной сети, которые могли бы повысить эффективность работы насосных станций, а именно снизить энергопотребление потери воды, увеличить срок службы технологического оборудования. В выпускной работе рассматриваются вопросы решения этой задачи путем плавного регулирования скорости вращения электропривода насоса с помощью современным преобразователем частоты.

 

 

 

Основная часть.

1.Технологические особенности работы насосной станций холодного водоснабжения.

1.1. Режимы работы насосной  установки.

       Режимы работы  насосной установки существенно  зависят от изменения режимов  водопотребления.

       Режим водопотребления  обычно характеризуется суточными,  недельными и т.п. графиками  водопотребления. На рисунке 1 представлен примерный суточный график водопотребления небольшого населенного пункта.

 

 

       

 

                 Рисунок 1.1- Суточный график водопотребления.

 

Кроме того, режим водопотребления  характеризуется кривой распределения подач, которая дает представление о диапазоне изменения водопотребления за тот или иной промежуток времени (месяц, год и т.п.) и длительности работы системы с тем или иным водопотреблением. (рисунок 1.2)

 

 

Рисунок 1.2. Кривая распределения водоподачи за год крупной водопроводной станций.                                                      

Графики водопотребления характеризуются  коэффициентами неравномерности. Максимальный коэффициент неравномерности:               

K_max=Q_max/Q_cp,                                          (1.1)

где Q_max- максимальное водопотребление;

      Q_cp-   среднее значение водопотребления.

             Минимальный коэффициент неравномерности:

                                                        K_min= Q_min/Q_cp,                                             (1.2)

где Q_min-минимальное водопотребление.

 

Диапазон колебания водопотребления  характеризуется отношением

                                                        = Q_min/ Q_max,                                             (1.3)                 

 

которое может быть также  выражено через коэффициенты максимальной и минимальной неравномерности

                                                   = К_min/ К_max                                        (1.4)

Как правило, каждый трубопровод состоит  из собственно самого трубопровода, насосных и наливных станций. В сетях трубопровода применяют следующие  схемы перекачки:

         1) подстанционную (работа на "емкость"), когда головная или промежуточная насосная станция закачивает воду в емкость последующей;

2) через резервуар, устанавливаемый  на каждой насосной станции;  вода в него заканчивается  предыдущей насосной станцией, из  него же и забирается на  перекачку дальше;

3) с подключенным  резервуаром перекачка воды при этом выполняется транзитная, резервуар выполняет роль буфера;

4) из насоса - в насос;  перекачка воды выполняется по  всему трубопроводу транзитной.

Первые две схемы достаточно просты в технологии перекачки воды, в управлении режимами работы магистрального трубопровода; недостаток  - необходимость больших емкостей на каждой станции, дополнительные потери жидкости.

 Третья схема является промежуточной между первой (второй) и четвертой. Она так же, как и четвертая является транзитной, но не позволяет обеспечить режима подпора давления на входе последующей станции за счет насосов предыдущей.

Четвертая схема наиболее прогрессивна, но она и более сложная в  управлении технологическим процессом  перекачки: требует синхронности подачи воды по всей трассе трубопровода, обеспечение необходимых взаимозависимых напоров на всех насосных станциях.

    Подача насосных установок, работающих непосредственно в сеть без промежуточных емкостей в каждый момент времени, равна водопотреблению (при отсутствии утечек и непроизводительных расходов).

          В действительности в любой системе водоподачи имеются утечки и непроизводительные расходы, значения которых достигают во многих случаях 15-20% общей подачи. Следовательно, подача насосной установки должна быть больше водопотребления именно на это значение.

          При стабильном водопотреблении установки работают с постоянными подачей и давлением или напором, которые между собой связаны соотношением:

                           P_пол = H*Q γ g                                          (1.5)            

где     Н-напор, м; Па;

      Q-подача;

     g- ускорение свободного падения, м/с².

     С ростом водопотребления подачу приходится увеличивать. При этом потери давления в трубах увеличиваются. Чтобы компенсировать эти потери, следует увеличить давление, развиваемое насосной установкой. При уменьшении водопотребления подача и давление должны быть уменьшены. Приведение в соответствие водопотребления и подачи осуществляется в настоящее время чаще всего изменением числа работающих насосных агрегатов или степени открытия задвижек (затворов) на напорных линиях насосов и насосных установок.

  Все насосные станции, работающие в системе «Горводоканала» можно разделить на станции, работающие в автоматическом режиме через аккумулирующую емкость и станции, работающие в постоянном режиме из городского водовода в сеть.

    Режим работы насосной установки, подающей воду потребителю через аккумулирующую емкость, характерен тем, что в отдельные периоды времени подача насосной установки отличается от водопотребления. Если подача больше водопотребления, уровень воды в резервуаре поднимается, если меньше, уровень падает. В случае равенства подачи и водопотребления уровень в резервуаре стабилизируется на одной отметке.

    

    Регулирование режима работы насосной установки, состоящей из одного агрегата, осуществляется включением агрегата при снижении уровня воды до заданного нижнего значения и отключением при достижении заданного верхнего значения. Затем цикл повторяется. Данная станция работает в довольно экономичном режиме энергопотребления в том случае, если нагрузка электродвигателей приближается к номинальной, а мощность не превышает десятков кВт. При больших мощностях и частых пусках возникают дополнительные потери, как электроэнергии, так и потери, связанные с преждевременным износом оборудования.

            Сантехническая схема насосной станции Горводоканала, работающей  в постоянном режиме, представлена на рисунке 1.3,

  где:

          1 – городской водовод;

2,3,4,8,12,13– запорные технологические  задвижки;

7– обратный клапан;

5,6– насосы (основной, резервный);

11–  напорный водовод сети;

9-электродвигатель основной;

10- электродвигатель резервный.

1 2                12              5      13 7 8 11

 

 3            9      4

 

           10

                                           

                                              6