Реферат з теми випускної роботи

Вступ

Сучасне життя немислима без насосів. Ефективно і безпечно для навколишнього середовища насоси переміщують будь-які рідини — гарячі і холодні, чисті і з забрудненнями — забезпечуючи комфортні умови життя кожній людині.

У системах життєзабезпечення будівель використовується безліч насосів. Вони виконують найрізноманітніші функції.

Найбільш відомий з них — циркуляційний насос для систем опалення. Крім циркуляційних насосів в системах різного призначення використовуються:

Рисунок 1 – Теплові насоси

• насосні установки для підвищення тиску, необхідні для подачі води до будівлі при недостатньому тиску в системі міського водопостачання;

• насоси для систем ГВС, що забезпечують подачу гарячої води в будь-який час у будь-який кран;

• насоси для відведення та дренажу стічних і брудних вод;

• насоси для фонтанів і акваріумів;

• насоси для протипожежного застосування;

• насоси для холодної води і систем охолодження;

• насоси теплові;

• багато інших.

Дуже часто власники приватних будинків стикаються не тільки з проблемою відсутності гарячої води, але і з завданням опалення житлових приміщень. Газові або електричні проточні нагрівачі, як і електродні котли (електричні котли), вимагають підтримки певного тиску в системі. І тут до трубопроводу повинен бути обов'язково підключений апарат для підтримки стабільного напору — циркуляційний насос.

Застосовують циркуляційні насоси: у геотермальних і радіаторних системах опалення, "теплих підлогах", а також для гарячого водопостачання будинків і квартир. Вони відмінно виконують свої функції, не займають багато місця і практично безшумні. Завдяки їм не потрібно сильно прогрівати теплоносій, на відміну від схем з природною циркуляцією, що не використовують циркуляційний насос. Щоб потрібний параметр у опалювальному контурі підтримувався автоматично, необхідні спеціальні термореле, що реагують на зовнішню температуру. Тут стануть в нагоді циркуляційні насоси з вбудованою авторегуліровкой — вони змінюють частоту обертання ротора в залежності від потреби системи. Таким чином практично вдвічі скорочуються витрати електроенергії і фінансові витрати! До того ж стабільний режим подачі води продовжує і термін служби опалювальних приладів.

Актуальність теми

Системи водопостачання (СВ) відносяться до числа найбільш ресурсоємних технологічних об'єктів в комунальному господарстві та промисловості. Найбільшою складовою ресурсоємності є енергоспоживання. Україна належить до енергодефіцитних країн. Тому економія електроенергії визнана найважливішим напрямком енергетичної політики в Україні й актуальною є науково-технічна проблема зниження енергоємності технологічного процесу водопостачання. Вирішення цієї проблеми може бути досягнуто шляхом застосування більш досконалого технологічного та електротехнічного обладнання або розвитком систем автоматизації насосних станцій (НС) з метою вдосконалення процесів управління технологічним обладнанням і поліпшення за рахунок цього економічних показників функціонування СВ.

Мета дослідження

Метою дослідження є підвищення економічної ефективності функціонування систем водопостачання за рахунок застосування методів енергозберігаючого управління режимами роботи насосних станцій з насосами, які мають мокрий ротор.

Об'єкт дослідження

Об'єкт дослідження — автоматизоване управління насосними станціями систем водопостачання.

Предмет дослідження

Предмет дослідження — автоматизація процедур прийняття рішень і процесів управління режимами роботи насосних станцій з метою зниження енергоємності процесів водопостачання.

Методи дослідження

Методи дослідження базуються на положеннях і методах теорії гідравлічних мереж, теорії автоматизованого електроприводу, методах оптимізації, лінійного і нелінійного програмування з використанням ЕОМ.

Основний розділ

Споживання енергії відцентровими насосами

Мотор приводить в обертання вал насоса, на якому встановлено робоче колесо.

У насосі створюється підвищений тиск і рідина переміщується через нього, що є результатом перетворення електричної енергії в гідравлічну. Енергія, необхідна мотору, називається споживаної енергією P1 насоса [1].

Вихідні характеристики насосів

При проведенні досвіду за допомогою двох насосів Wilo-TOP-S отримали вихідні характеристики відцентрових насосів, які наведені на рисунку 1: вертикальна вісь, ордината, означає споживану енергію P1 насоса в ватах [Вт]. Горизонтальна вісь або абсциса показує подачу Q насоса в кубічних метрах на годину [м3 / ч]. У каталогах характеристики напору і потужності часто об'єднуються для наочної демонстрації взаємозв'язку. Вихідна характеристика демонструє наступну взаємозв'язок: мотор споживає мінімум енергії при низькій подачі.

При збільшенні подачі споживання енергії також збільшується.

Рисунок 2 - Характеристики Wilo-TOP-S

Вплив частоти обертання мотора

При зміні частоти обертання насоса і незмінних інших умовах системи споживання енергії P змінюється пропорційно значенню частоти n в кубі.

На підставі даних міркувань, змінюючи частоту обертання насоса можна адаптувати насос до необхідної теплової навантаженні споживача. При збільшенні частоти обертання в два рази, подача збільшується в тій же пропорції. Напір зростає в чотири рази. Тому, енергія, споживана приводом, виходить множенням приблизно на вісім. При зниженні частоти, подача, напір в трубопроводі і споживання енергії зменшуються в тій же пропорції.

Постійна частота обертання, обумовлена конструкцією

Відмінною характеристикою відцентрового насоса є те, що напір залежить від використовуваного мотора і його частоти обертання. Насоси з частотою n> 1500 об / хв називаються швидкохідними насосами, а ті, у яких частота n <1500 об / хв називаються тихохідним.

Мотори тихохідних насосів мають більш складну конструкцію, а значить, вони більш дорогі. Однак у випадках, коли використання тихохідного насоса можливо або навіть необхідно через характеристик контуру опалення, застосування швидкохідного насосу може призвести до невиправдано високого споживання енергії. Таким чином, висока ціна тихохідного насоса компенсується суттєвою економією енергії, споживаної приводом. Це сприяє швидкій окупності початкових вкладень.

Забезпечуючи контрольоване зниження частоти обертання при зниженні опалювальної навантаження, пристрій безступінчатого регулювання частоти обертання сприяє значній економії коштів.

РЕГУЛЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ НАСОСУ ЗАЛЕЖНО від опалювального НАВАНТАЖЕННЯ

Перемикання частоти обертання насоса

Виробники насосів пропонують насоси з мокрим ротором з ручним регулюванням частоти обертання. Як вже було сказано в попередніх розділах, у міру зменшення частоти обертання зменшується і об'ємна витрата (подача) — в залежності від пропускної здатності термостатичних і регулюючих клапанів. Завдяки таким властивостям циркуляційний насос можна перемкнути на меншу частоту обертання, коли потрібно зменшити температуру в приміщенні, і навпаки.

Рисунок 3 - Характеристики Wilo-TOP-S

Щоб частоту обертання моторів можна було змінювати, в їх конструкції використовувалися багатосекційні обмотки. Якщо через трубопроводи системи опалення проходить невелика кількість води, то опір всередині труб низька, тому насос може працювати в режимі мінімальної частоти обертання. Одночасно значно зменшується споживання електричної потужності.

Тим часом було розроблено велику кількість приладів управління [2], призначених для плавного безступінчатого регулювання циркуляційними насосами систем опалення. Ці прилади керування змінюють частоту обертання автоматично залежно від наступних параметрів:

• часу,

• температури води,

• перепаду тиску,

• інших факторів, що впливають на роботу системи.

Безступінчасте регулювання частоти обертання

Можливість безступінчатого регулювання частоти обертання насосів з сухим ротором, оснащених моторами великої потужності, в залежності від опалювальної навантаження з'явилася ще в першій половині 80-х років. Для цієї мети використовувалися електронні перетворювачі частоти.

Для розуміння цієї технології можна згадати про те, що в звичайної електромережі змінний струм має частоту 50 Гц. З пропорційної частотою обертається ротор в моторі насоса.

За допомогою електронних приладів можна підвищувати або знижувати частоту змінного струму, тобто безперервно регулювати частоту, наприклад, між 100 Гц і 0 Гц.

Однак, у зв'язку з конструктивними особливостями моторів, частота струму в системах опалення не може бути менше 20 Гц або 40% від максимальної частоти обертання. Так як максимальна теплопродуктивність розраховується для найхолодніших днів, необхідність експлуатації моторів з максимальною частотою обертання може виникнути тільки у виняткових випадках. Виробники насосів пропонують насоси з мокрим ротором з ручним регулюванням частоти обертання. Як вже було сказано в попередніх розділах, у міру зменшення частоти обертання зменшується і об'ємна витрата (подача) — в залежності від пропускної здатності термостатичних і регулюючих клапанів. Завдяки таким властивостям циркуляційний насос можна перемкнути на меншу частоту обертання[3], коли потрібно зменшити температуру в приміщенні, і навпаки.

20 років тому доводилося використовувати величезні трансформаторні блоки, зараз перетворювачі частоти настільки малі, що легко можуть поміститися в клемних коробках безпосередньо на корпусі насоса, наприклад, як у насоса Wilo-Stratos[5].

Вбудована система безступінчатого регулювання частоти обертання гарантує підтримку встановленого напору на постійному рівні незалежно від того, якою має бути подання, що визначається погодними умовами та особливостями експлуатації.

У 2001 р. був зроблений ще один крок вперед у плані розвитку насосів з мокрим ротором[9]. Перевага останнього покоління цих насосів, які називаються також високоефективними насосами, складається в істотній економії електроенергії завдяки новітній технології ECM (мотор з електронною системою зв'язку, або мотор з постійним магнітом) у поєднанні з високим ККД.

Способи регулювання

Представлені на сьогоднішній день на ринку насоси з електронним управлінням дозволяють вибирати різні способи регулювання та робочі режими з допомогою електронного блоку управління.

При цьому слід провести різницю між способами регулювання[4], при яких насос регулюється автоматично, і робочими режимами, при яких насос не регулюється автоматично, а налаштовується на певну робочу точку за допомогою команд.

Нижче дан огляд найбільш часто використовуваних способів регулювання та робочих режимів насоса. Завдяки додатковим приладами управління і регулювання можна обробляти і передавати також цілий ряд іншої інформації.

Можливі способи регулювання:

Δpc — Постійний перепад тиску Електроніка підтримує створюваний насосом перепад тиску в межах допустимого діапазону на рівні встановленого заданого значення перепаду тиску HS до досягнення максимальної характеристики.

Рисунок 4 — Постійний перепад тиску:Δpc

Δ pv — Змінний перепад тиску Електроніка виконує заданий зміна перепаду тиску, який повинен підтримуватися насосом, наприклад, лінійно в діапазоні від HS до 1/2HS. Задане значення перепаду тиску (H) зменшується або збільшується в залежності від подачі (Q).

Рисунок 5 — Змінний перепаддавленія:Δ pv

Δp-cv — Змінний / постійний перепад тиску При цьому способі регулювання електроніка підтримує створюваний насосом перепад тиску на рівні встановленого значення перепаду тиску до досягнення певної подачі (HS 100%). При подальшому зниженні подачі електроніка лінійно змінює перепад тиску, який повинен підтримуватися насосом, в діапазоні від HS 100% до HS 75%.

Рисунок 6 — Переменний/постоянний перепад тиску: Δ p-cv

Δpt — Регулювання перепаду тиску від температури При цьому способі регулювання електроніка змінює задане значення перепаду тиску, який повинен підтримуватися насосом, в залежності від виміряної температури середовища.

Рисунок 7 — Регулювання перепаду тиску від температури:Δ pt

Висновок

Таким чином, отримані результати в їх сукупності дозволяють знизити енергоємність систем водопостачання засобами автоматизації. Алгоритми та програмне забезпечення процедур прийняття рішення з оптимального вибору робочої технологічної схеми, формування технологічного завдання для НС, координації режимів роботи регульованих насосних агрегатів з метою максимізації поточного значення к.к.д. НС, а також функціональна структура автоматизованої системи управління технологічним обладнанням НС можуть бути покладені в основу проектно-конструкторських розробок систем автоматизації НС.

Під час написання даного реферату магістерська робота не завершена. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2010 року.

Література

1. Поляков В.В. Насосы и вентиляторы : учебник для вузов / В.В. Поляков, Л.С. Скворцов . - М. : Стройиздат, 1990 . - 335с. : ил.
2. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции : учебник для техникумов / П.В. Лобачев . - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1990 . - 320с. : ил. - Учебники для техникумов.
3. Цыбин Л.А. Гидравлика и насосы : учебное пособие для техникумов / Л.А. Цыбин, И.Ф. Шанаев . - М. : Высш шк., 1976 . - 256с. : ил. Карелин В.Я.
4. Насосы и насосные станции : учебник длч вузов / В.Я. Карелин, А.В. Минаев . - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1986 . - 320с. : ил. Янтовский Е.И.
5. Промышленные тепловые насосы / Е.И. Янтовский, Л.А. Левин . - М. : Энергоатомиздат, 1989 . - 124с. : ил. - ЭТЭ: Экономия топлива и электроэнергии.
6. Карасев Б.В. Насосы и насосные станции: учебное пособие для вузов / Б.В. Карасев. - Минск : Вышэйшая школа, 1979 . - 285 с.
7. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: учебник для втузов / В.М. Черкасский . - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984 . - 415 с.
8. Бобровский С.А. Гидравлика, насосы и компрессоры: учебник для хим.-мех.инефт.-технол. техникумов /С.А. Бобровский, С.М.Соколовский. - М.: Недра, 1972 . - 296 с.
9. http://www.arista.com.ua/inform/1377/1379

   Описание экономическое значение насосов WILO

10. http://nasos.guitarsoul.ru/ustrojjstvo_nasosa.html

    Представлено устройство центробежного насоса.