Автоматизированный электропривод

Конструкция и расположение щитов, пультов, должны обеспечить обозримость и простоту обслуживания.

Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту  компонентов системы

Насосная установка  должна размещаться в закрытом помещении, исключающем попадание атмосферных осадков и устанавливаться на специальный фундамент.

 На оборудовании  должны быть установлены таблички  и нанесены обозначения для  обеспечения быстроты монтажа  и ремонта.

Площадь помещения должна соответствовать требованиям предприятий-изготовителей по размещению и обслуживанию технических средств и санитарных норм.

При проектировании электроснабжения и систем искусственного освещения помещений для размещения технических средств необходимо выполнять требования "Правил устройств электроустановок".

Вывод.

В даном разделе дипломного проекта приведены основные требования к разрабатываемой системе автоматизации  насосной установки, которая обеспечивает подачу холодной воды в водопроводную  сеть жилищного комплекса. Согласно требований пункта, проектируемая насосная установка, должна обеспечивать заявленные технические характеристики при максимальном экономическом эфекте, соответствовать требованиям безопасности при монтаже, эксплуатации, обслуживанию и ремонту, отвечать современным требованиям к эргономике и технической эстетике.

 

 

2. Общие сведения о технологическом процессе и задаче автоматизации насосной установки

 

2.1. Назначение и виды насосных станций

Насосные станции (НС) 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[1].

Насосные водопроводные  станции в зависимости от места, занимаемого в общей системе водоснабжения, подразделяют на станции 1-го, 2-го, 3-го и последующих подъемов и канализационные. Их назначение показано в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Назначение и виды насосных станций

Объект	Задача
Насосная станция 1-го подъема	Управление глубинными насосами, расположенными в скважинах Поддержание заданного уровня воды в накопительном резервуаре Применяются в составе водоподъемных технологических сооружений совместно со станциями управления насосами 2-го и 3-го подъемов
Насосная станция 2-го подъема	Создание давления в водопроводной сети, с забором воды из аккумулирующей емкости Давление создается из расчета обеспечения застройки малой и средней этажности Поддержание постоянного значения давления согласно суточному или недельному графику
Насосная станция 3-го подъема и последующих подъемов	Создание и поддержание необходимого давления в трубопроводе с забором  воды из станиии 2-го подъема для  зданий средней и высокой этажности  Поддержание постоянного значения давления или согласно суточному  или недельному графику
Канализационная насосная станиня	В очистных сооружениях для перекачки  дренажных вод, осушения подвалов жилых, производственных и прочих сооружений, котлованов и прочих емкостей во время  строительных, спасательных и тому подобных работ

 

Основным назначением НС является обеспечение:

требуемого графика  подачи жидкости для нормальных и  аварийных условий;

наименьших затрат на сооружение, оснащение и эксплуатацию;

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

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

удобства эксплуатации (широкое применение автоматики и  телемеханики);

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

В зависимости от назначения можно выделить следующие виды НС: хозяйственно-питьевого водоснабжения  населенных пунктов и промышленных предприятий; оборотного водоснабжения  промышленных предприятий; канализационные; систем теплоснабжения; дренажные; противопожарного водоснабжения; мелиоративные; нефтеперекачивающие и др.

По способу объединения  насосов можно выделить НС с индивидуальной работой насосов и НС с совместной работой насосов. Первый случай характерен для НС 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 НС. При этом для обеспечения требуемых технологических показателей используется параллельное, последовательное и комбинированное соединение установок. Наиболее характерным является параллельное соединение насосов, применяемое на большинстве типов НС. Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда необходимо создать достаточно высокое давление в системе, например, при транспортировке вязких растворов (нефть, ил и др.).

По главному регулируемому  параметру НС можно разделить  на станции с регулированием давления и станции с регулированием подачи.

Согласно требованиям к надежности обеспечения подачи транспортируемой жидкости к технологическому объекту НС могут быть отнесены к 1-й, 2-й или 3-й категории [2].

Среди рассмотренных  выше видов НС преимущественное использование  получили НС 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 заводах.

Рис. 2.1 - Технологическая схема типовой насосной станции

 

На рис. 2.1 изображена технологическая схема типовой  НС. Жидкость поступает во входной  коллектор НС и аккумулируется в  резервуаре. Из входного резервуара она  откачивается насосами, подается в выходной коллектор НС и далее в магистральный трубопровод, откуда и распределяется по потребителям или поступает ко входу следующей НС. 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 электроприводов насосов и задвижек применяются электродвигатели. В правой части рис. 2.1 размещена таблица, в которой для каждого из объектов НС приведен перечень контролируемых параметров. Данный перечень может изменяться в зависимости от назначения НС и мощности насосных установок.

 

2.2. Насосные установки

Основным энергетическим элементом НС является насосная установка, содержащая один или несколько насосов, всасывающую и нагнетательную систему трубопроводов, запорную арматуру, электропривод, а также датчики технологических параметров установки. В качестве основного силового оборудования на НС применяют объемные или динамические насосы.

Рис. 2.2 - Принципиальная схема центробежного насоса: 
1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал;  
5 - лопатка рабочего колеса; 6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок; 8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка); 10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник); 11 - всасывающий патрубок.

 

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 (рис.2.2), осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т. п.). Преимущественное использование получили насосы центробежного типа.

 

Основными характеристиками НС являются зависимости выходных подачи и давления жидкости от времени и входной подачи, а также от ряда возмущающих воздействий. Эти зависимости отражают изменение режима работы НС.

 

2.3. Регулирование режимов работы насосных установок

Для обеспечения заданного  режима работы НС при изменении условий работы требуется производить регулирование режимов работы насосных установок. Эта задача может быть разделена на два направления: регулирование гидравлических режимов работы насосов и регулирование энергетической эффективности работы электропривода НС.

Для насосных установок  центробежного типа применяют следующие  способы регулирования подачи жидкости и давления:

дросселированием трубопровода;

перепуском части потока жидкости из выходного патрубка насоса во входной;

отключением или подключением насосов (ступенчатое регулирование);

изменением частоты  вращения рабочего колеса насоса.

Дросселирование трубопровода является весьма распространенным способом регулирования давления и подачи жидкости. Регулирующим элементом в  этом случае является механическое устройство в виде шибера, дроссель-клапана, задвижки, диафрагмы и т. п., которое располагается на напорном патрубке насоса и за счет своего перемещения изменяет поперечное сечение трубопровода [1].

Несмотря на простоту реализации данного способа регулирования он имеет ряд недостатков. Одним из них является снижение КПД НС, особенно при глубоком регулировании подачи. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на преодоление дополнительного сопротивления регулирующего устройства, преобразуется в тепловые потери, что и определяет низкую энергетическую эффективность данного подхода. Помимо этого, рост давления на выходе насоса при закрытии задвижки приводит к сокращению срока службы уплотнений и запорных устройств, а также к увеличению утечек жидкости через стыки и щели. Другим недостатком этого способа является возможность однозонного регулирования в сторону уменьшения подачи или напора насосной установки.

Регулирование напора перепуском основано на отведении части потока жидкости с выхода насоса на его вход через отвод с задвижкой. При этом энергия, затрачиваемая на циркуляцию жидкости по холостому кругу, не создает полезной работы, что снижает КПД установки, особенно сильно при глубоком регулировании. Как и в предыдущем методе, подача НС регулируется только в сторону уменьшения.

Ступенчатое регулирование  подачи насосной станции осуществляется за счет подключения или отключения насоса или группы насосов. Данный способ характеризуется простотой управления, так как не требует дополнительных регулирующих устройств. Однако он не позволяет обеспечить непрерывное и качественное поддержание напора при изменении потребления жидкости и вызывает частые пуски двигателей, что уменьшает срок работы оборудования и требует строительства промежуточного аккумулирующего резервуара для сглаживания колебаний подачи НС. Кроме того, электроприводы работают не в оптимальном режиме, что также снижает КПД всей НС.

Указанные особенности  обусловливают сокращение НС, на которых  применяются рассмотренные выше способы регулирования.

Изменение частоты вращения рабочего колеса насосной установки  позволяет осуществить непрерывное  регулирование производительности НС с меньшими затратами энергии, чем в предыдущих вариантах [2]. Однако оно требует больших затрат на регулирующее оборудование, особенно для установок с мощностью выше средней, и приводит к ухудшению электромагнитной совместимости с питающей сетью. Тем не менее снижающаяся стоимость регулируемых электроприводов делает этот способ наиболее перспективным.

Возможно также сочетание нескольких способов регулирования. Одним из широко применяемых вариантов регулирования является сочетание ступенчатого регулирования с изменением частоты вращения рабочего колеса насосной установки, которое достигается с помощью частотно-регулируемого электропривода. Согласно рекомендациям [3], регулируемым электроприводом следует оборудовать один насосный агрегат в группе из 2–3 рабочих агрегатов.

Для регулирования энергетической эффективности оборудования НС должен быть выбран оптимальный по энергопотреблению режим работы насосов при их совместной работе. Один из путей решения этой задачи приведен в литературе [5–7].

 

2.3.1. Основные функции автоматической системы регулирования НС

Согласно требованиям  СНиП насосные станции всех назначений должны проектироваться, как правило, с управлением без постоянного обслуживающего персонала: автоматическим — в зависимости от технологических параметров (уровня воды в емкостях, давления или расхода воды в сети); дистанционным (телемеханическим) — из пункта управления; местным — периодически приходящим персоналом с передачей необходимых сигналов на пункт управления или на пункт с постоянным присутствием обслуживающего персонала.

Управление регулируемым электроприводом в основном следует  осуществлять автоматически в зависимости от давления в диктующих точках сети, расхода воды, подаваемой в сеть, уровня воды в резервуарах.

В НС следует предусматривать  измерение давления в напорных водоводах  и у каждого насосного агрегата, расходов воды на напорных водоводах, а также контроль уровня воды в дренажных приямках и вакуум-котле, температуры подшипников агрегатов (при необходимости), аварийного уровня затопления (появления воды в машинном зале на уровне фундаментов электроприводов). При мощности насосного агрегата 100 кВт и более необходимо предусматривать периодическое определение КПД с погрешностью не более 3%.

Рис. 2.3 - Структура насосной станции

При автоматическом или  дистанционном (телемеханическом) управлении должно предусматриваться также  местное управление.