Рубрики
Электроприводы

Регулируемый электропривод в насосных установках

Регулируемый электропривод в насосных установках Дмитрий Петров Применение в жилищно-коммунальном хозяйстве регулируемых электроприводов, в том числе станций управления группой насосных

Регулируемый электропривод в насосных установках Дмитрий Петров

Применение в жилищно-коммунальном хозяйстве регулируемых электроприводов, в том числе станций управления группой насосных агрегатов, позволяет существенно уменьшить эксплуатационные расходы, и а именно расходы на электроэнергию.

Предназначение насосных станций

Основными потребителями электроэнергии в нашей стране являются производственные предприятия и объекты ЖКХ. Большая часть электроэнергии потребляется электроприводами насосов и вентиляторов. Цена электроэнергии в общей сумме эксплуатационных расходов на водопроводно-канализационных предприятиях в случае использования поверхностных вод составляет 40-50%. При использовании подземных вод этот показатель возрастает до 70-80%. Как указывает статистика, в процессе перекачки незапятнанных и сточных вод нерационально расходуется 5-15% энергии. В отдельных случаях этот показатель растет до 20-50%.

Насосным агрегатом именуется насос с электроприводом и передаточным механизмом (муфтой, редуктором, шкивом). В совокупы с оборудованием, обеспечивающим его работу в требуемом режиме, он образует насосную установку. Сооружение, в состав которого входят одна либо несколько насосных установок и вспомогательные системы, обеспечивающие работоспособность объекта в целом, именуется насосной станцией.

Насосные водопроводные станции зависимо от места, занимаемого в общей системе водоснабжения, подразделяют на станции 1-го, 2-го, 3-го и следующих подъемов и канализационные. Их предназначение показано в таблице.

Особенности эксплуатации насосных станций

Автономность работы. Автономная насосная станция не просит для обеспечения собственной работы неизменного присутствия обслуживающего персонала. Его роль сводится к повторяющимся проверкам и профилактическим мероприятиям, призванным выявить и предупредить вероятные неисправности в работе станции до момента их возникновения. Автоматическое управление насосными агрегатами также обеспечивает уменьшение числа аварийных ситуаций, вызванных воздействием людского фактора (к примеру, невнимательностью либо утомлением оператора).

Контроль и управление. Многие насосные станции размещены на достаточном удалении от населенных пт и, соответственно, от диспетчерского поста. Потому остается необходимость непрерывного контроля их состояния, также выходного параметра работы станции (выходного давления в трубопроводе либо уровня воды в резервуаре). Не считая того, станция обязана иметь возможность приема и выполнения команд оператора.

Защита насоса от работы в аварийных режимах. В критериях недостающего входного давления насос заходит в режим кавитации. Это вызывает резкое уменьшение ресурса и дальше — разрушение поверхности рабочего колеса и корпуса насоса. При выходе рабочей точки насоса за границы рабочей области может появиться явление, называемое помпажем. В данном случае вся система работает нестабильно, временами изменяется нагрузка на насосном агрегате, появляются механические вибрации и удары.

Надежность работы. Насосная станция должна оставаться работоспособной даже при выходе из строя отдельных ее блоков. Для этого применяется резервирование и дублирование частей станции. Структура станции организована таким макаром, чтоб позволить соединять блоки станции в разных композициях и исключать неработоспособные блоки из работы.

Возможность ручного управления. Станция должна сохранять работоспособность в ручном режиме при полном выходе из строя автоматики. Оператор обязан иметь возможность ручного управления насосными агрегатами с кнопочного поста станции даже при полной неисправности системы управления.

Оптимизация работы станции

Для объектов ЖКХ расход и давление воды меняются безпрерывно в течение суток, наибольший расход наблюдается в утренние и вечерние часы, малый — в ночные часы. Примерный дневной график водопотребления маленького населенного пт представлен на рис. 1.

Регулируемый электропривод в насосных установках
Рис. 1. Дневной график водопотребления

Далековато не всегда можно подобрать насосный агрегат, который сумеет обеспечить требуемый расход воды при данном давлении. Проще всего подобрать насос, который с припасом может выполнить намеченную цель, а получившиеся «излишки» куда-нибудь скинуть. Самый обычный метод — закольцевать выход насоса с его входом и установить перепускной вентиль, который будет регулировать поток оборотной воды. Потребление электроэнергии электроприводом в данном случае совсем не находится в зависимости от производительности насоса.

Вероятна повторяющаяся работа насосного агрегата при управлении в старт-стопном режиме на демпфирующее устройство, обеспечивающее поддержание требуемого технологического параметра. Оно будет восполнить броски и провалы потока воды при пуске и остановке насоса. Традиционным примером подобного регулирования является работа водонапорной башни. В связи с тем, что время работы электродвигателя значительно больше времени его запуска, можно считать, что КПД насоса близко к наибольшему значению.

При работе насосной установки на аккумулирующую емкость регулирование режима работы осуществляется включением насосного агрегата при понижении уровня воды до данного нижнего значения и отключением при достижении данного верхнего значения. Если насосная установка состоит из нескольких агрегатов, режим ее работы отличается тем, что задается по несколько верхних и нижних уровней, при достижении которых меняется число работающих агрегатов. С повышением водопотребления частота включения-отключения агрегатов будет возрастать, потому что объем воды в резервуаре расходуется резвее.

Без использования аккумулирующей емкости с ростом водопотребления подачу приходится наращивать. При уменьшении водопотребления подача воды и давление должны быть уменьшены. Приведение в соответствие водопотребления и подачи производилось по сей день конфигурацией числа работающих насосных агрегатов либо конфигурацией степени открытия задвижек (затворов) на напорных линиях насосов и насосных установок.

Число включений-отключений насосных агрегатов при всем этом может достигать 40-50 в день. Для агрегатов большой мощности такое количество включений неприемлимо, потому в насосных установках мощностью выше 150 кВт заместо этого применялось дросселирование потока воды задвижкой (устройством, которое за счет собственного механического перемещения изменяет поперечное сечение трубопровода). При закрытии задвижки действенное поперечное сечение трубопровода миниатюризируется. Вследствие этого подача воды миниатюризируется, а напор, развиваемый насосом, растет (рис. 2).

Регулируемый электропривод в насосных установках
Рис. 2. Регулирование режима работы насоса дросселированием (вертикальная ось графика: напор насоса — Н, горизонтальная ось: подача насоса — Q; голубая пиния-характеристика насоса, зеленоватые -характеристики трубопровода для различных положений задвижки)

Мощность, потребляемая электроприводом насоса, для этого метода регулирования также остается неизменной. Ее избыток расходуется на увеличение давления в трубопроводе выше расчетного значения, что приводит к досрочному износу трубопроводных систем и запорных устройств (клапаны, краны). Не считая того, это является предпосылкой завышенного расхода воды у потребителей и утечек воды через соединения и щели.

Имеется еще одна суровая неувязка, возникающая при включении-отключении насосных агрегатов — гидроудар. Гидроудар — это ударное механическое воздействие передвигающейся с высочайшей скоростью границы раздела жидкость — воздух. Оно влияет на все части напорного трубопровода, создающие гидравлическое сопротивление (сужения, извивы и разветвления трубопровода, задвижки и т. п.). Не считая того, в трубопроводе имеются недостатки — трещинкы, поры, расслоения, непровары швов, разрастающиеся при повторяющихся, коррозионных, эрозионных воздействиях, от деформационного старения. При выключении насосного агрегата статический напор воды закрывает оборотный клапан, и скорость движения столба воды резко падает до нуля. Кинетическая энергия несжимаемой воды вызывает резкий скачок давления в напорном трубопроводе и вызывает порывы ветхих участков труб и мест их соединений — соединительных муфт, фланцев.

Применение регулируемого электропривода

В последние годы для управления насосными агрегатами стало комфортно использовать регулируемый асинхронный электропривод. Его применение позволяет создавать плавный разгон и остановку массивных насосных агрегатов, исключая возникновение гидроударов в трубопроводе при запуске в работу нового мотора. Не считая того, он позволяет плавненько регулировать производительность насоса и, как следует, значение выходного напора насосной установки (рис. 3).

Регулируемый электропривод в насосных установках
Рис. 3. Регулирование режима работы насоса конфигурацией частоты вращения (вертикальная ось графика: напор насоса — Н, горизонтальная ось: подача насоса — Q; голубые линии-характеристики насоса при разной частоте вращения, зеленая-характеристика трубопровода)

Для плавного пуска и останова мотора, также для плавного регулирования скорости вращения (и производительности) насосного агрегата употребляется преобразователь частоты.

Плавное регулирование производительности употребляется, обычно, только для 1-го из имеющихся в составе установки насосных агрегатов. При недочете спектра регулирования (к примеру, мощность регулируемого электропривода возрастает до наибольшей, но это так и не приводит к подходящему повышению давления) происходит изменение числа включенных в работу насосных агрегатов (врубается дополнительный насосный агрегат, а мощность регулируемого — начинает вновь плавненько возрастать). Таким макаром, насосная станция имеет большой спектр регулирования, но плавное регулирование скорости в каждый момент времени употребляется только для 1-го из насосных агрегатов.

Может быть также внедрение в составе насосной станции устройства плавного запуска (УПП), которое обеспечивает только плавный разгон и остановку мотора насоса, без регулирования его скорости во время работы. Нужно увидеть, что плавный запуск насосного агрегата существенно понижает броски тока в сети, уменьшает износ частей электропривода, но не позволяет предупредить гидроудар. Это связано с тем, что неизменная времени гидравлической системы существенно больше времени разгона мотора насоса.

Для станций управления группой насосных агрегатов с автоматическим каскадным включением насосных агрегатов мощностью более 45 кВт преобразователь частоты и УПП употребляются вместе: УПП употребляется для поочередного включения и отключения дополнительных насосных агрегатов, а преобразователь частоты — для плавного регулирования частоты вращения 1-го из насосных агрегатов.

Вместе с системой управления и коммутационной аппаратурой преобразователь частоты и УПП образуют станцию управления насосными агрегатами.

Применение регулируемого асинхронного электропривода для управления насосными агрегатами может обеспечить:

  • плавный запуск электродвигателя, отсутствие механических нагрузок на движок и бросков тока в сети;
  • отсутствие гидравлических ударов;
  • действенное внедрение потребляемой насосным агрегатом мощности во всем спектре регулирования;
  • обеспечение коэффициента мощности электродвигателя насоса на значении, близком к 1,0;
  • понижение уровня шума при пуске и работе;
  • обеспечение автономной и неопасной работы, интеграция в АСУ ТП.

Состав станции

Облегченная электронная схема силовых цепей показана на рис. 4а. Штриховой линией со звездочкой обозначена обоюдная механическая блокировка контактных аппаратов, запрещающая одновременное подключение электродвигателя к сети и к преобразователю частоты. Взаимодействие блоков станции и гидравлической системы показано на рис. 4б.

Необходимыми элементами станции являются одна либо несколько насосных установок с дополнительным оборудованием, таким как задвижки (основной функцией которых является совсем не регулирование давления в трубопроводе, а обеспечение критерий обычного запуска насоса). К дополнительному оборудованию также относят оборотные клапаны либо вентили, предотвращающие оборотное перемещение воды через насос при его выключении.

Преобразователь частоты служит для плавного разгона и торможения насосного агрегата, также для регулирования скорости его вращения во время работы.

Устройство плавного запуска является нужным для запуска электропривода большой мощности (начиная приблизительно с 50-70 кВт) Почти всегда УПП используются также для плавного понижения частоты электродвигателя при его торможении. Но при остановке насоса переходные процессы в трубопроводе носят еще наименее разрушительный нрав. Время от времени употребляется и плавное торможение насосных агрегатов.

Система управления реализует большая часть защитных и сервисных функций, производит управление коммутационной аппаратурой и обеспечивает согласованную работу всех блоков насосной станции.

Система телеметрии обеспечивает передачу на пульт диспетчера характеристик состояния станции, сигналов появления аварийной ситуации и прием команд управления с пульта диспетчера. В качестве информационного канала могут употребляться разные сети передачи данных — от телефонной сети до радиоканала и каналов связи местных операторов сети GSM.

Датчики выходного параметра (датчик давления в трубопроводе либо датчики уровня воды в резервуаре) обеспечивают