Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра "Электротехника, электроника и электромеханика"

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

_______________ Малышева О.А.

"____"___________2015 г.

ЭЛЕКТРОПРИВОД УНИВЕРСАЛЬНОЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

Пояснительная записка к дипломному проекту

ДП 140604.65. ПЗ – 658

Студент	Д.С. Шкуратов
Руководитель	Р.Х. Сайфутдинов
Консультант по экономике	О.В. Мироненко
Консультант по безопасности жизнедеятельности	А.И. Андреев
Нормоконтроль	Е.В. Константинова

Хабаровск – 2015

Введение

В данном дипломном проекте произведена разработка универсальной многофункциональной системы управления насосной станцией.

В наши дни прогресс в области микропроцессорной техники привел к широкому разнообразию средств и способов управления технологическими процессами. Благодаря этому современные системы водоснабжения обладают большим набором функций, позволяющих выполнять любые задачи поставленные потребителями.

На рынке приборы управления представлены такими фирмами как «Wilo», «Grundfos», «Danfos», «ABB», «Овен». Большинство фирм работающих в этой области является иностранными. А так как политика страны направлена на замещение иностранных разработок отечественными, разработка такой системы становится актуальной.

Это позволит ориентировать систему под российские стандарты, под которые не всегда подходят зарубежные аналоги, снизить стоимость приборов за счет: использования дешевых отечественных приборов, независимости от курса доллара.

Система управления предназначена для управления узлами водоснабжения. Ее задача это подача воды потребителю. Отличием от аналогов является возможность применения системы в разных режимах работы, основными из которых являются:

• режим циркуляции;

• режим повышения давления.

Помимо этого как и любая система управления она должна обладать набором функций, а именно:

• автоматический и ручной режим работы насосов;

• программно задаваемые параметры насосов, давления (перепада) и

других параметров системы;

• отображение технологических параметров во время работы системы;

• сигнализация неисправности;

• подключение резервных насосов при выходе из строя работающих;

• циклическое переключение насосов для обеспечения равномерного износа;

• защита двигателей от перегрева;

• возможность работы с аналоговыми датчиками 4-20мA (0-10В);

• дистанционное отключение;

• выходы на внешнее устройство сигнализации или сбора информации;

• автоматический «пробный пуск» основных насосов;

• подключение резервного насоса при выходе из строя основного;

• автоматическое управление насосом подпитки;

• программно задаваемые параметры таймеров;

• выходы на внешнее устройство диспетчеризации.

Впоследствии разработанная система будет применена в жилом доме по адресу улица лейтенанта Орлова дом 8, где требуется установка системы повышения давления в водопроводе холодной воды для снабжения верхних этажей.

1 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

1. Описание принципа работы насосной станции водоснабжения

Насосная станция - это комплекс устройств, обеспечивающий подачу или отвод воды. Исходя из того какую воду будут подавать (очищенную, не очищенную, горячую, холодную или сточную) и откуда будет проводиться водозабор можно выделить пять групп насосных станций.

Первая группа - это насосные станции первого подъема. Они предназначены для подачи воды на очистные сооружения или в аккумулирующие емкости, если не требуется очистка. Чаще всего вода забирается из ближайшего водоема и попадает на очистные сооружения.

Вторая группа - это насосные станции второго подъема. Предназначены для подачи потребителям очищенной воды. Источником для таких станций служат резервуары чистой воды.

Иногда насосные станции первого и второго подъема устанавливают в одном помещении. Это позволяет снизить затраты на строительство и эксплуатацию. Такое решение зависит от расположения и вида источника воды.

Третья группа – это повысительные насосные станции (станции подкачки). Обеспечивают поддержание напора в водопроводной сети. Вода в них поступает из труб, а не непосредственно из источника. Примерами таких станций является водоснабжение отдельных районов города, отдаленных от сети общего водоснабжения, и подача воды на верхние этажи высотного здания.

Четвертая группа - это циркуляционные насосные станции. Их задача, как это следует из названия, обеспечение циркуляции воды в замкнутых трубопроводах. Они передают отработанную воду в нагревающие или охлаждающие устройства, и затем снова возвращают ее потребителю.

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 [1].

Также важным признаком различия насосных станций является надежность подачи (откачки). Можно выделить 3 категории:

• 1 категория надежности - это станции в которых при аварийных ситуациях допускается перерыв в работе не более 10 минут или снижение подачи воды не более чем на 30% на срок не более 3 суток. К этой категории относятся станции, работающие на снабжение районов с большим количеством потребителей (больше 50000 человек), подающие воду в систему противопожарного водопровода;

• 2 категория допускает прекращение подачи на срок не более 6 часов. снижение подачи на срок не более 10 суток;

• К этой категории относятся:

• станции, снабжающие водой населенные пункты с количеством человек от 500 до 50000;

• станции, работа которых не мешает работе станций пожаротушения;

• станции водоотведения, аккумулирующая емкость которых способна обеспечить прием стоков на время остановки насосной станции;

• 3 категория - это станции, допустимое время остановки которых не более 24 часов, снижение подачи не более 15 суток. Примером являются насосные станции, обслуживающие населенные пункты с количеством человек не превышающим 500, системы поливочных водопроводов [2].

К станциям разных категорий применяются разные требования по надежности энергообеспечения (для насосных станций 1 и 2 категории требуется подключение не менее чем к 2-м независимым ЛЭП), а также по капитальности сооружений и резервности оборудования. Зависимость резервных агрегатов от категории насосной станции представлена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Число резервных агрегатов, установленных в водных насосных станциях [1].

Количество работающих агрегатов одной группы насосов	Число резервных агрегатов в насосной станции
	1 категория	2 категория	3 категория
До 6	2	1	1
6-9	2	1	-
свыше 9	2	2	-

1. Устройство насосных станций

Насосные станции являются звеном систем водоснабжения и представляют собой довольно сложный электрогидравлический технический комплекс, обеспечивающий подачу воды в необходимом количестве. Поэтому используемое в ее работе оборудование можно разделить на группы:

• основное электромеханическое оборудование;

• механическое оборудование;

• вспомогательное оборудование;

• энергетическое оборудование.

К основному электромеханическому оборудованию относят насосы и приводные двигатели. Наибольшее распространение получили асинхронные двигатели благодаря их простоте и небольшой стоимости. Но также могут применяться и синхронные двигатели. Их главное преимущество перед асинхронными двигателями это работа с коэффициентом мощности приблизительно равным 1, что экономит расход энергии, так как улучшает 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 называют насосным агрегатом. Число агрегатов зависит от расчетных значений подачи, режимов работы станции, мощности насосного агрегата.

Механическое оборудование включает в себя сороудерживающие устройства, затворы и подъемно транспортные механизмы.

К сороудерживающим устройствам относят средства, предохраняющие насос от попадания мусора, плавающих предметов, которые ведут к поломке насосов.

Затворы - это устройства перекрывающие поток воды. Позволяют выполнять осмотр агрегатов трубопровода.

Вспомогательное оборудование состоит из систем технического водоснабжения, дренажно-осушительной системы, масляного и пневматического хозяйства, вакуум системы.

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

Дренажно-осушительная система предназначена для удаления воды при затоплении здания насосной станции.

Система маслоснабжения подводит масло к элементам насосной станции

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

Система пневматического хозяйства предназначена для питания узлов сжатым воздухом. Состоит из компрессоров, воздухоприемников (ресиверов) и воздухопроводов.

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

Контрольно-измерительная система предназначена для измерения параметров при работе станции и обеспечения автоматизации (удаленное управление агрегатами, сигналы об авариях, индикация параметров).

Энергетические устройства - системы электроснабжения станции. Включают в себя силовые трансформаторы, распределительные устройства, системы защиты, токопроводы.

Противопожарные и санитарнотехнологические устройства необходимы для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с оборудованием, имеющим повышенную взрывоопасность и пожароопасность (электродвигатель, силовой трансформатор, масляное хозяйство и т.д.).

1.2.1 Управление насосными станциями

Во время работы насосной станции потребление воды не постоянно, а значит необходимо изменять величину подачи и напора насоса. Это изменение называется управлением.

Чтобы управлять режимами работы насосных станций, необходимо производить регулирование насосных установок. Существует два способа управления ими. Первый это регулирование гидравлических режимов работы, а второй – это регулирование энергетической эффективности работы оборудования насосной станции.

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

• дросселирование трубопровода;

• перепуск части потока жидкости;

• отключение или подключение насосов (ступенчатое управление);

• изменение частоты вращения рабочего колеса насоса. [3]

Дросселирование – процесс регулирования давления, изменением диаметра трубопровода. Достигается за счет использования регулируемых гидроаппаратов (дроссели, задвижки, диафрагмы), которые перемещаясь, меняют пропускную способность трубы, создавая сопротивление потоку воды. Этот способ имеет низкий КПД, так как энергия проходящей жидкости затрачивается на нагревание гидроаппарата, из-за создаваемого им сопротивления. Кроме этого имеется еще два недостатка. Это снижение срока службы уплотнителей и запорных устройств, вследствие увеличения давления в насосе при закрытии дросселя, что так же ведет к утечкам жидкости. И то, что регулирование осуществляется только в сторону уменьшения давления. Несмотря на это, способ находит свое применение благодаря простоте исполнения и низкой стороне.

Еще одним способом регулирования давления является перепуск части потока жидкости с выхода насоса на его вход. В этом случае достигается уменьшение давления в трубопроводе. При отводе жидкости через водовод полезная работа не производится, и как следствие - низкий КПД. Особенно при глубоком регулировании.

Способ ступенчатого регулирования заключается в отключении и подключении насосов. Тем самым создается необходимое давление. Для осуществления этого метода не требуется наличия каких-либо дополнительных регулирующих устройств. Однако для выравнивания колебаний подачи воды необходимо использование промежуточного аккумулирующего резервуара. Этот способ значительно сокращает срок службы насосной станции и снижает КПД системы, так как при его осуществлении насосы работают в опасных для их эксплуатации режимах.

Также возможна регулировка подачи впуском воздуха. Впуск воздуха применяется в том случае, когда допустимая высота всасывания намного больше фактической. Это условие необходимо для того, чтобы не ухудшать работу насосов и уменьшить воздействие кавитации. Данный способ экономичнее остальных, но значительно снижает срок службы рабочих колес, и почти не применяется.