ПЗ (Разработка системы автоматического управления насосной станцией повышающего давления)

ВВЕДЕНИЕ

Быт современного человека построен и полностью зависит от воды и электричества. Серьезных проблем с подачей электрической энергии в квартиры нет, чего не скажешь о водоснабжении. Жители много квартирных домов в густонаселенных городах хотя бы раз сталкивались с такими проблемами как слабый напор в гидросистеме, долгая и неэффективная настройка напора горячей и холодной воды, полное отсутствие водоснабжения в вечернее время на верхних этажах высотных домов.

Все это говорит о том, что подача воды в квартиры не простая задача.

На сегодняшний день над решением этой проблемы работают всего три крупные компании «Wilo», «Grundfos», «Danfoss». Потребители, в надежде решить свои проблемы водоснабжения приобретают весьма не дешёвые, готовые проекты и сталкиваются с определенными трудностями, возникающими при использовании насосных станций, преодолеть которые поставщик готов за отдельную плату. В конечном итоге решение проблемы водоснабжения обходится очень дорого.

Рассмотрим разработанную в ДВГУПС станцию SE E3 CM15‑3 и запущенную в эксплуатацию в жилых комплексах:

• объединяет в себе положительные характеристики различных существующих решений;

• обладает повышенной энергоэффективностью;

• дешевле существующих, зарубежных аналогов;

• является российским аналогом, а значит, поддерживает интересы страны в политики замещения импортных товаров;

• намного дешевле в обслуживании.

1 ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ И ПРИНЦИП РАБОТЫ НАСОСНО СТАНЦИИ

1. Описание принципа работы насосной станции

Современная насосная станция – это один или группа насосов с системой управления. Способна работать в автоматическом режиме, поддерживая заданные параметры. Обладает полным набором электрических и технологических защит. В зависимости от условий работы (подача очищенной или не очищенной воды, отведение сточных вод) и способа забора можно выделить пять групп насосных станций.

Насосные станции первого подъема предназначены для подачи воды из источника водоснабжения на очистные сооружения или непосредственно в сеть, резервуары или водонапорную башню, если очистка воды не требуется. В некоторых (чаще всего малых) системах водоснабжения насосная станция первого подъема может быть единственной в данной системе. Тогда ее называют просто насосной станцией. Если в системе имеется несколько таких независимо действующих насосных станций, то их, как правило, нумеруют (насосная станция № 1, № 2 и т.д.). В некоторых случаях на насосной станции первого подъема устанавливают две или более групп насосов, например, для подачи воды на очистные сооружения и непосредственно потребителям (на нужды промышленных предприятий и т. п.).

Насосные станции второго подъема предназначены для подачи очищенной воды из резервуаров в водоводы и распределительную сеть. Иногда насосную станцию второго подъема блокируют с очистными сооружениями или (при благоприятном рельефе местности) с насосной станцией первого подъема.

Повысительные насосные станции (станции подкачки), как это следует из их названия, предназначены для повышения напора в сети отдельных районов города или на некоторых участках районных водопроводов. Эти насосные станции забирают воду из водоводов или распределительной сети.

Циркуляционные насосные станции устраивают в оборотных системах водоснабжения промышленных предприятий и тепловых электростанций. Как правило, на таких насосных станциях устанавливают две группы насосов: первая подает воду на охлаждающие устройства, а вторая забирает ее из резервуаров охлажденной воды и подает в сеть потребителя.

Пятая группа – это канализационные насосные станции. Предназначены для подачи сточных вод на очистные сооружения. Используются для того чтобы избежать засорения самотечного коллектора. И если рельеф местности не позволяет передавать эти воды самотеком

В зависимости от характера обслуживаемых объектов различают насосные станции хозяйственно-питьевых водопроводов и производственные насосные станции, подающие воду на промышленные предприятия, электростанции, железнодорожные узлы и т. п. По надежности действия водопроводные насосные станции согласно нормам подразделяют на три категории.

Станции первой категории—перерыв в подаче насосной станции недопустим, так как это может привести к значительному материальному ущербу (повреждению технологического оборудования, расстройству сложного технологического процесса и т.д К этой категории относятся станции, работающие на снабжение районов с большим количеством потребителей (больше 50000 человек), подающие воду в систему противопожарного водопровода.

Станции второй категории — перерыв в подаче воды допустим на время, за которое обслуживающий персонал успеет включить резервные агрегаты. Ко второй категории по надежности относят насосные станции, имеющие в системе водоснабжения емкость с необходимым противопожарным запасом воды и обеспеченным расчетным напором, а также населенных пунктов с числом жителей более 3000 человек при расходе воды на наружное пожаротушение 20 л/с.

Станции третьей категории — перерыв в подаче воды допустим для ликвидации аварии (но не более 24 ч). К третьей категории относят насосные станции хозяйственно-противопожарных водопроводов и населенных пунктов с числом жителей менее 3000 человек при расходе воды на пожаротушение до 20 л/с. Так же насосные станции, подающие воду на орошение, поливочные нужды, во вспомогательные цехи промышленных предприятий и т. п.

Число резервных агрегатов в насосных станциях зависит от категории станции, числа рабочих агрегатов в каждой группе насосов, подающих воду в одну и ту же сеть или водоводы, и принимается по данным таблицы 1.1.

Например, если на насосной станции первой категории установлены две группы насосов: три рабочих насоса хозяйственно-питьевого водопровода и два насоса для подачи воды на производственные нужды, то общее число резервных насосов составит четыре (по два в каждой группе).

Для гарантированной надежной работы насосной станции необходимо обеспечить ее бесперебойное электроснабжение. Это достигается подключением силовой установки станции двумя фидерами от двух независимых источников питания.

В некоторых особо ответственных случаях предусматривают так называемый тепловой резерв, т. е. привод резервных насосов от паровых турбин или двигателей внутреннего сгорания. Тепловой резерв вступает в действие автоматически при прекращении подачи электроэнергии.

В тех случаях, когда допускается снижение или некоторый перерыв подачи, можно устанавливать лишь один резервный агрегат, а второй хранить в полностью укомплектованном виде на складе при насосной станции.

Непродолжительные перерывы в подаче воды допускаются в системах с водонапорными башнями и напорными резервуарами. Чем больше вместимость бака (резервуара), тем больше может быть перерыв в подаче воды. В таких случаях, например, при трех рабочих насосах, допускается установка одного резервного агрегата. Пожарные насосные агрегаты также должны иметь один резервный агрегат.

Канализационные насосные станции классифицируют также по нескольким признакам. По назначению различают насосные станции для перекачки бытовых сточных вод и насосные станции для перекачки производственных сточных вод.

В свою очередь насосные станции для перекачки бытовых сточных вод в зависимости от системы канализации подразделяются на насосные станции общесплавной, полураздельной и раздельной систем канализации, а также насосные станции для перекачки атмосферных вод. Как в системах хозяйственно-бытовой, так и производственной канализации применяют насосные станции для перекачки илов и осадка. В системе очистных сооружений таких станций может быть несколько.

По функциям, которые насосные станции выполняют в общей системе канализации, насосные станции подразделяют на главные и районные. Главные насосные станции служат для перекачивания сточных вод со всего населенного пункта или промышленного предприятия на очистные сооружения или в головной магистральный коллектор. Районные насосные станции служат для перекачивания сточных вод из отдельных районов населенного пункта или промышленного предприятия на очистные сооружения или в расположенный выше коллектор другого бассейна сточных вод.

По расположению приемного резервуара относительно машинного зала различают насосные станции с раздельным расположением резервуара и совмещенные, когда в одном здании размещен резервуар с решетками и прочим оборудованием и машинный зал.

По высоте расположения оборудования относительно уровня земли как водопроводные, так и канализационные станции подразделяют на наземные, полузаглубленные, заглубленные и шахтного типа, т. е. расположенные на большой глубине.

По степени автоматизации различают насосные станции с ручным управлением, полуавтоматизированные, в которых некоторые операции по управлению насосными агрегатами выполняет обслуживающий персонал, автоматизированные и управляемые на расстоянии (так называемые телеуправляемые станции). Автоматизированные и телеуправляемые насосные станции могут быть включены в АСУ водоснабжения или водоотведения.  [1]

1. Основные узлы существующих станций

Насосная станция это довольно сложный электрогидравлический технический комплекс, используемый для подачи необходимого количества воды потребителю. Поэтому из используемого в ее работе оборудования можно выделить четыре группы:

• основное электромеханическое оборудование;

• механическое оборудование;

• вспомогательное оборудование;

• энергетическое оборудование.

К основному электромеханическому оборудованию относят насосы и приводные двигатели. Наиболее удобны для использования асинхронные двигатели, из-за их простоты и небольшой стоимости. Но также можно использовать и синхронные двигатели. Их главное преимущество перед асинхронными двигателями это:

• работа с коэффициентом мощности приблизительно равным одному;

• экономия энергии;

• улучшенный коэффициент мощности сети.

В зависимости от конструкции станции и способа водозабора могут использоваться:

• центробежные вертикальные или горизонтальные насосы;

• осевые, диагональные горизонтальные, наклонные или вертикальные насосы;

• объемные насосы.

Насос, соединенный с электродвигателем - насосным агрегатом. Число агрегатов зависит от расчетных значений подачи, режимов работы станции и мощности насосного агрегата.

К механическому оборудованию относят сороудерживающие устройства, затворы и подъемно транспортные механизмы.

Сороудерживающим устройства - это средства, предохраняющие насос от попадания мусора, плавающих предметов, которые могут привести к поломке насосов.

Затворами называют устройства перекрывающие поток воды. Их использование позволяет выполнять осмотр, замену, ремонт агрегатов трубопровода.

В состав вспомогательного оборудования входят системы технического водоснабжения, дренажно-осушительной системы, масляного и пневматического хозяйства, вакуум системы.

Системы технического водоснабжения осуществляют смазку оборудования (направляющих подшипников, сальниковых уплотнителей и т.д.) путем подведения технически чистой воды к устройствам.

Дренажно-осушительная система используется для удаления воды при затоплении помещения где расположена насосная станция.

Система маслоснабжения подает смазку к элементам насосной станции

(подшипники электродвигателей, механические системы регулирования, сервомоторы, силовые трансформаторы и т.д.).

Система пневматического хозяйства осуществляет питание узлов сжатым воздухом. Состоит из компрессоров, воздухоприемников (ресиверов) и воздухопроводов.

Вакуум система используется для заливки водой насосов установленных выше уровня воды.

Контрольно-измерительная система используется для контроля параметров работы станции и обеспечения автоматизации и диспетчеризации (удаленное управление агрегатами, сигналы об авариях, индикация параметров).