28 Способы заливки насосов.
28 Вопрос
Основные способы заливки насосов
Способы заливки насосов условно можно разделить на постоянные и предпусковые.
Рис. 2.1. Постоянные способы заливки
Рис. 2.2. Предпусковые способы заливки
Как видно из самого названия, предпусковые способы заливки используются для заливки трубопроводов, на практике обычно используется подпитывающий насос малой мощности и его цель состоит только в создании столба жидкости необходимого для успешной работы насоса.
Постоянные способы заливки используются в процессе работы насосов. Очень большой интерес представляет использование погружных насосов, струйных аппаратов и подкачивающих насосов, более подробно данную методику рассмотрим при работе водоотливной установки с подпором на входе. Суть данного способа состоит в создании напора на входе в насос менее мощным насосом, при этом он имеет аналогичную производительность что и основной насос. При постоянных способах заливки достигается уменьшение кавитации. Из практики кавитация - это не что иное, как "закипание воды", в трубопроводах возникает образование воздушных пузырьков, как следствие в зоне образования пузырьков происходит их схлопывание и скол материала со стенок трубопроводов.
При заливке погружными вертикальными насосами вода к рабочим колесам поступает с подпором, что создает благоприятные условия для их эксплуатации. Способ заливки прост и надежен, но уход и контроль за насосами несколько затруднены.
Автоматизированные водоотливные установки с погружными насосами нашли широкое применение на участковых и перекачных водоотливах шахт и рудников.
При сифонном способе - вода с вышележащего горизонта подводится по специальной сифонной трубке к насосу, благодаря чему обеспечивается его постоянное заполнение при стоянке. На всасывающем трубопроводе должен быть установлен приемный клапан, а на сифонной трубке - обратный. Этот способ заливки также отличается простотой и надежностью.
Сифонный способ заливки насосов может быть осуществлен и при применении гидрорегуляторов, которыми вода перепускается из нагнетательного трубопровода или от постороннего источника водоснабжения в специальный бак, а из него - в насос.
При использовании баковых аккумуляторов (БА) – используют однокамерные баковые аккумуляторы, монтируемые на всасывающей линии насосов. Баковый аккумулятор представляет собой герметически закрытый цилиндрический сосуд - бак с двумя патрубками, с помощью которых он монтируется на всасывающем трубопроводе. При этом бак располагается на 50-100 мм выше насоса в горизонтальном положении. Внутри бака между патрубками приваривается труба, так, что между ней и нижним патрубком образуется узкая кольцеобразная щель (сопло).
При заливке из нагнетательного трубопровода – происходит заливка трубопровода преимущественно ручным способом, но возможно и применение автоматизации. Суть способа уже понятна из самого названия.
29 Принцип автоматизации насосной установки, датчики.
29 Вопрос
Автоматизация насосных станций в водоснабжении
Принципы автоматизированного управления в насосных станциях
Введение автоматизации управления насосными станциями является одним из важнейших направлений технического прогресса в области подачи и отведения воды в населенных пунктах и на промышленных предприятиях. На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т.д.); прием импульсов параметров и передача сигналов на диспетчерский пункт.
Применение автоматизированного управления насосными станциями дает значительные преимущества:
позволяет уменьшить вместимость баков водонапорных башен и сборных резервуаров за счет увеличения частоты плавного пуска и остановки агрегатов, либо полностью отказаться от применения водонапорных башен за счет частотного регулирования;
снижает эксплутационные расходы вследствие уменьшения числа обслуживающего персонала, а также расходов на отопление и освещение помещений;
увеличивает срок службы оборудования и приборов благодаря своевременному выключению из работы агрегатов при возникновении неполадок в их работе;
снижает строительную стоимость, так как оборудование концентрируется на меньшей площади машинного зала и отпадает необходимость в устройстве бытовых и вспомогательных помещений;
дает возможность сосредоточить управление несколькими автоматизированными насосными станциями в одном пункте, что делает систему более гибкой и надежной;
исключает участие персонала станции в технологических операциях, протекающих в антисанитарных условиях.
Опыт эксплуатации автоматизированных насосных станций показывает, что затраты на автоматизацию окупаются в течение 1 – 1,5 лет.
Для наблюдения за параметрами работы насосной станции служат различные датчики, которые преобразуют контролируемую величину в электрический сигнал, поступающий в исполнительный механизм.
В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:
датчики уровня - для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении давления в трубопроводе;
датчики или электроконтактные манометры - для управления цепями автоматики при изменении давления в трубопроводе;
струйные реле - для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе;
реле времени - для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов;
термические реле - для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях – за выдержкой времени;
вакуум реле - для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе;
промежуточные реле - для переключения отдельных цепей в установленной последовательности;
реле напряжения - для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении;
аварийные реле - для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.
Основной смысл использования автоматизированных систем управления (АСУ) в насосных установках заключается в том, чтобы привести в соответствие режим работы насосов с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Диапазон изменения водопотребления довольно широк.
Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки.
Регулированием частоты вращения насоса его рабочие параметры приводятся в соответствие с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Чтобы изменить частоту вращения насоса, его оснащают регулируемым приводом, то есть подключают электродвигатель насоса через преобразователь частоты. Значение частоты вращения насоса, с которой он должен работать в тот или иной момент времени, определяется АСУ, т.е. режимом работы насосной установки. До сих пор наиболее распространенным способом регулирования остается дросселирование напорной задвижкой. Достоинство - простота реализации, а существенным недостатком – неэкономичность.
На рисунке приведен график совместной работы насосного агрегата (НА) и сети в случае управления изменением параметров сети (дросселирование задвижкой). Характеристика сети при этом зависит от степени открытия задвижки (кривая 2 – задвижка открыта, кривая 2' – степень открытия уменьшена). Рабочая точка движется по характеристике насоса (1).
Дросселирование задвижкой
Насосная установка работает с повышенным напором из-за увеличения гидравлического сопротивления системы трубопроводов. Повышение напора в результате изменения гидравлического сопротивления не является постоянным, а зависти от расхода жидкости, т.е. влияет на значение динамической составляющей напора, развиваемого насосной установкой, изменяет крутизну характеристики трубопровода. При работе насосной установки с подачей меньше расчетной возникает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым для подачи того или иного количества жидкости (т.е. превышение напора насоса).
Сравнение характеристики центробежных насосов и трубопроводов показывает, что при уменьшении подачи требуемый напор также уменьшается, а развиваемый насосом напор увеличивается. Разность этих напоров и есть превышение напора сверх требуемого. Из графика совместной работы насоса и трубопровода видно, что значение превышения напора тем больше, чем круче характеристики насоса и трубопровода, и чем меньше фактическая подача насоса по сравнению с расчетной. На превышение напора нерационально расходуется дополнительная мощность.
Итак, наилучшим является режим работы, при котором развиваемый насосомнапор равен напору, требуемому для подачи воды. Такой режим, в частности, может быть реализован при управлении частотой вращения насоса с использованием частотно-регулируемого электропривода.
Регулирование режима работы центробежного насоса изменением частоты вращения рабочего колеса
Характеристика насоса зависит от частоты вращения вала электродвигателя (частоты питающей электросети). Кривая 1 соответствует номинальной частоте вращения (и промышленной частоте сети 50 Гц), кривая 1' – пониженной частоте. Степень открытия задвижки не изменяется.
Принципиальным отличием этого метода является движение рабочей точки по характеристике трубопровода (2). Насос работает с переменным напором от H до Hс'. Очевидно, что в таком режиме работы развиваемый насосом напор меньше, чем в предыдущем. Следовательно, и расход электроэнергии на перекачку одного и того же объема жидкости меньше.
Более того, созданный насосом напор полностью расходуется на перекачку рабочей жидкости по сети трубопроводов (Hн = Hс), а значит излишняя потеря напора (и соответственно перерасход электроэнергии) минимальны.
Пример системы автоматизации станции второго подъема - типовое решение
Недостатки системы до внедрения АСУ:
Повышенное энергопотребление днем.
Необходимость отключения насосов ночью для энергосбережения;
Вынужденное отключение насосов днем на 1…1,5 часа, так как работающий насос опустошает резервуар – глубинные насосы не успевают его наполнять;
Частые порывы трубопровода.
Характеристики системы после внедрения локальной АСУ:
регулируемое и автоматически поддерживаемое давление 0…6 атм с возможностью задания дневного и ночного давления и времени перехода;
автоматический переход в режим ночного пониженного давления
4 режима работы: автоматический от преобразователя частоты и пускателей, ручной от преобразователя частоты и пускателей;
индикация режимов работы, положения рубильников, аварийных ситуаций, уставок задания;
рабочая температура окружающей среды: (- 30… + 45) град. С с автоматической вентиляцией и обогревом;
независимый учет и индикация потребляемой электроэнергии и ее параметров.
Предусмотренные защиты:
логическая защита от опустошения кейсона и сухой работы насосов;
логическая защита от переполнения насосов;
логическая защита от превышения частоты вращения насоса
аппаратная защита от повреждения грозовыми разрядами;
микропроцессорная защита двигателя от превышения тока, тепловая, от превышения напряжения, от пропадания фазы при работе от преобразователя частоты;
тепловая и электромагнитная защита двигателя при работе от пускателей;
аппаратная защита от открытия шкафов при работающем оборудовании
индуктивная защита от бросков тока на входе преобразователя частоты;
от понижения и повышения температуры в шкафу управления и силовом.
Упрощенная структура АСУ:
1
–
резервуар (кессон)
2 – насосная группа (два насоса)
3 – шкаф с перекидным рубильником
4 – шкаф управления и силовой аппаратуры
5- датчики уровня
6 – датчик давления
Экономический и эксплуатационный эффект:
До автоматизации насосы поддерживали завышенное давление 6 атмосфер. После модернизации система автоматически поддерживает оптимальное давление 5 атмосфер. Это позволило снизить потребление тока на 15 процентов.
За счет плавного пуска исключены броски тока, перегружавшие систему электроснабжения.
Средняя частота вращения насосного агрегата снизилась – это повышение ресурса насоса и двигателя в 1,5 раза, исключены резонансные эффекты конструкции.
Уменьшилась гидравлическая нагрузка на трубопровод на 18 % и полностью исключены гидроудары, вызывавшие ранее частые порывы.
За счет снижения давления до оптимального обеспечился меньший расход воды на 14 %.
Кроме того, глубинные насосы теперь успевают накачивать воду в кейсон – исключены дневные отключения воды. Время работы глубинных насосов уменьшилось – дополнительное энергосбережение порядка 8 %.
После модернизации система обеспечивает круглосуточную подачу воды, автоматически переходя в экономичный режим и расходуя минимум электроэнергии.
Обеспечены схемы резервирования системы и индикация режимов работы, возможность ручного управления.
Трудоемкость работ по обслуживанию системы сведена к минимуму.