ПЗ (1231563), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Принцип работы насосов основан на силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. В центробежном насосе поток жидкости имеет радиальное направление, а потому создаются условия для работы центробежных сил. Схема центробежного насоса предоставлена на рисунке 1.8.

Рис. 1.8. Схема центробежного насоса

а – продольный разрез; б – поперечный; 1 – рабочее колесо; 2 – лопасти рабочего колеса; 3 – вал; 4 – корпус; 5 – всасывающий патрубок; 6 – всасывающий трубопровод; 7 – напорный патрубок; 8 – напорный трубопровод.

Жидкость поступает через отверстия в переднем диске рабочего колеса по всасывающему патрубку и всасывающему трубопроводу. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и в центральной области колеса. Для отвода жидкости в корпусе насоса имеется расширяющаяся спиральная камера, куда и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Центробежные насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях КПД. Относительно не сложное устройство обеспечивает высокую их надежность и долговечность.

Насосы, работают в режиме длительной нагрузки, нарабатывая за год большое количество часов, перегрузок не возникает, наиболее совершенным способом регулирования подачи насосов является изменение частоты вращения их двигателей.

Применение электродвигателей переменного тока в качестве приводов для насосов систем водоснабжения связано с компактностью их конструкций, простотой соединений с насосом, легкой автоматизацией управления относительно низкими эксплуатационными затратами. К электродвигателям насосных агрегатов применяется ряд требований: необходимость пуска двигателя под нагрузкой; конструкция двигателя должна допускать вращение ротора в обратную сторону, возможность частых пусков.

Синхронные электродвигатели переменного тока применяются для привода мощных насосов, работа которых характеризуется большой продолжительностью. Для насосов с горизонтальным валом используют синхронные двигатели серий СД-2, СДН-2,СДНЗ-3, СД3 (с диапазоном мощности 132-4000 кВт, частотой вращения 100-1500 об/мин). Для привода вертикальных насосов применяют двигатели серий ВСДН (мощностью 630-3200 кВт, частотой вращения 375-750 об/мин) и ВДС (мощностью 4000-12500 кВт, частотой вращения 250-375 об/мин).

1.2. Существующие системы водоснабжения при неавтоматизированном управлении насосными станциями

Для осуществления подачи воды (главная функция насосной станции) предназначено различное оборудование подбор типов и параметров которых является наиболее важным в системе городского водоснабжения. Взаимосвязи различного оборудования насосных станций представлены технологической блок схемой (рисунок 1.9).

Рис. 1.9. Технологическая блок-схема насосной станции

1 - сороудерживающая решетка; 2 - плоский затвор; 3 -козловой кран; 4 - мостовой кран; 5 - привод электродвигателя; 6 -силовой трансформатор; 7 - напорный трубопровод; 8 - дисковый затвор; 9 - насос; 10 - задвижки; 11 - всасывающая труба; 12 и 13 – направление движения соответственно воды и масла.

Насосные станции различают по степени автоматизации: полностью автоматизированные; полуавтоматизированные и станции, управляемые с диспетчерского пункта.

Станции со сложным оборудованием, с большим числом задвижек и агрегатов, не приспособленных для автоматизации, эксплуатируются как полуавтоматические с дежурным персоналом.

В силу экономического и человеческого факторов значительное количество насосов по прежнему управляются вручную, а насосы включаются через автоматический выключатель, контактор, или рубильник. В ряде случаев не реализуется даже тепловая защита насоса. Естественно, что при этом не реализованы и защиты от «перекоса фаз», обрыва, смены чередования фаз, от пониженного и повышенного напряжения сети, износа опорного подшипника и рабочих колес. Низкая стоимость такой системы управления насосом приводит к ежемесячным затратам на оплату труда персонала, к периодическим затратам на ремонт насоса, его замену, затраты от вынужденных пауз в подаче воды.

В самых простых системах водоснабжения скважинные насосы подают воду непосредственно потребителям. При этом регулирование давления либо не производится, либо оно осуществляется задвижками или ступенчатым пуском нескольких насосов. Работа подобных систем сопровождается значительными колебаниями давления, в том числе высоким давлением в ночное время. Результатом является быстрый износ запорной арматуры, частые порывы и повышенные ежемесячные затраты на обслуживание гидросистемы, перерасход электроэнергии.

Основным недостатком действующих неавтоматизированных водозаборов является отсутствие экономичного регулирования давления в напорном коллекторе. Регулирующая функция реализуется созданием дополнительного гидравлического сопротивления (прикрытием задвижек, затворов) или ступенчатым пуском насосов. Это неоправданный расход электроэнергии. К тому же при нулевом или малом разборе воды задвижки не снижают давление. Это тем более опасно, что вследствие наклонной Q(H) характеристики насоса он создает максимальное давление именно при малом расходе воды. Например, в ночное время давление в системе достигает критического максимума. Системы со ступенчатым регулированием (поочередным пуском насосов) более экономичны, однако и на них эксплуатационные затраты могут быть существенно снижены путем исключения периодических режимов работы с повышенным давлением (например когда с ростом разбора воды в течение дня производительности одного насоса уже недостаточно, а одновременная работа двух насосов избыточна). Кроме того, частые пуски и остановы насосов резко сокращают срок службы гидросети (гидроударами) и электросети (пусковыми токами).

1.3. Существующие системы автоматического управления насосными станциями

Автоматизация машин, установок и производственных процессов является в настоящее время одним из важнейших направлений технического прогресса. Автоматизация обеспечивает управление насосными агрегатами без постоянного присутствия обслуживающего персонала, повышает надежность работы станции, обеспечивает экономичные режимы работы оборудования.

В промышленности насосами расходуется основное количество энергии, потребляемое электроприводами. Назначение насосной станции - поддержание заданного давления. При этом расход перекачиваемой жидкости может существенно изменяться в зависимости от конкретных условий. При снижении расхода (суточном или сезонном), нерегулируемый насос продолжает вращаться на номинальной скорости и впустую расходует энергию на создание избыточного давления в гидросистеме. Вследствие избыточного давления возрастают потери воды, тепла, снижается ресурс оборудования. Так как все насосные станции рассчитываются по максимальному расходу (который может возникнуть в экстремальной ситуации), то в нормальных условиях необходимо предусматривать средства регулирования, обеспечивающие нормальную работу системы в зависимости от технической потребности.

Отсутствие регулирования, или использование устаревших методов, приводит к существенным потерям электроэнергии и снижает ресурс оборудования, так как увеличиваются потери энергии на создание избыточного давления; потери перекачиваемой жидкости (за счет утечек на негерметичных стыках) дополнительные затраты на эксплуатацию; количество аварии на трубопроводах. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов.

Регулирование расхода с помощью дросселирования осуществляется за счет изменения эффективного сечения трубопровода с помощью заслонки. Насос тратит энергию на преодоление противодавления заслонки, повышенное давление вызывает утечки жидкости. Таким образом, при дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы. Дроссельное регулирование экономически невыгодно и имеет возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи. Регулирование перепуском части потока жидкости из выходного порубка насоса в выходной. Наиболее экономичным является регулирование режима работы насоса изменением частоты вращения рабочего колеса. Наиболее простым способом изменение частоты вращения ротора является изменение частоты тока.

При прерывистом регулировании изменение расхода обеспечивается включением в гидросистему (если один насос не обеспечивает необходимый расход) различного числа насосов. Недостатком этого регулирования - его грубая дискретность и гидроудары в системе (связанные с этим потери энергии и перекачиваемой жидкости), что вредно влияет на ресурс оборудования. Кроме того, на ресурсе электрооборудования вредно сказываются пусковые токи двигателей насосов, вызывающие 5 - 7 кратные броски тока в электроцепях.

Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра (задается необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снизит потери транспортируемого вещества.).

_{Применение электродвигателей переменного тока в качестве приводов для насосов определяется компактностью конструкций, простотой соединения с насосом, легкой автоматизации управления и относительно низкими эксплуатационными затратами. К электродвигателям применяется ряд специфических требований: необходимость пуска двигателя под нагрузкой; довольно продолжительное вращение ротора в обратную сторону (связанно со сливом воды из напорных трубопроводов после отключения); возможность частых повторных пусков (что предъявляет повышенные требования к конструкции обмоток электродвигателя).}

_{Регулирование работы электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это насос – можно поддерживать давление или регулировать производительность.}

_{Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. но сегодня доступным становится частотное регулирование двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата.}

Наиболее современным способом регулирования насосов является регулирование с помощью преобразователя частоты, который поддерживает заданное давление в системе водоснабжения независимо от расхода. Следовательно, при малых расходах насос вращается на малой скорости, необходимой только для поддержания номинального давления и не тратит лишней энергии. Экономится электроэнергия, а так же вода, тепло и ресурс оборудования.

1.4. Цель и задачи разработки системы автоматического управления электроприводов насосной станции

Выполненный анализ систем водоснабжения и управления ее работой показывает, что устранение выявленных недостатков в их работе лежат на пути внедрения регулируемого электропривода на основе применения частотного преобразователя и синхронных двигателей 3-х фазного переменного тока.

Появление регулируемого электропривода позволило поддерживать постоянное давление непосредственно у потребителя. Широкое применение получил частотно-регулируемый электропривод общепромышленного назначения. Частотное регулирование скорости вращения вала электродвигателя осуществляется с помощью электронного устройства (частотного преобразователя). Меняя параметры питающего напряжения (частоты и амплитуды трёхфазного напряжения, поступающего на электродвигатель), можно делать скорость вращения двигателя как ниже, так и выше номинальной.

Современный преобразователь частоты имеет компактное исполнение, пыле- и влагозащищённый корпус, удобный интерфейс, что позволяет применять его в самых сложных условиях и проблемных средах. Диапазон мощности весьма - от 0,18 до 630 киловатт. Применение частотных преобразователей на насосных станциях позволяет:

Характеристики

Список файлов ВКР