Источник: Автоматизація технологічних об'єктів та процесів. Пошук молодих. – 2011 / Матеріали ХI науково-технічної конференції аспірантів і студентів. – Донецьк, ДонНТУ – 2011.
Гидравлические удары – это проблема, с которой мы сталкиваемся при эксплуатации систем водоснабжения. Они возникают при нарушении гидравлического режима работы и представляют собой возникновение колебаний давления, распространяющихся в трубопроводе, заполненном жидкостью, со скоростью близкой к скорости звука в жидкости. Среди основных причин гидроударов можно выделить следующие: пуск насосной станции на закрытую задвижку, включение (отключение) насосов из-за перерывов в электропитании, ошибки в работе обслуживающего персонала, включение и выключение задвижек в линейной части трубопровода, аварии в магистральных трубопроводах и др. Также стоит отметить последствия, которые проявляются в результате возникновения гидроударов. К ним можно отнести такие: скрытые утечки жидкости, разрушение предохранительной и запорно-регулирующей арматуры, снижение КПД, повышение вибраций гидродинамического оборудования, кавитация, разрыв трубопровода и т.п. Главной особенностью гидравлического удара является то, что авария может возникнуть на участке, значительно отдаленном от точки появления удара.
Часто возникновение гидроударов связывают с процессом регулирования производительности и давления насосной станции.
В случае возникновения гидроудара в гидравлической системе для снижения его амплитуды можно использовать регулируемый электропривод по системе ПЧ-АД. Данный электропривод за счет снижения частоты рабочего колеса насоса позволяет сгладить амплитуду гидравлического удара. При моделировании прямого гидроудара имеет место волна давления, которая превышает номинальное значение давления насоса на 80%, а при непрямом гидроударе – на 25%. Данные показатели были получены при исследовании трубопровода длиной 100 м. Таким образом, можно сказать, что при использовании трубопровода такой длины электропривод не имеет возможности быстро снизить частоту вращения, а также производительность насоса. Другими словами, для регулируемого электропривода при таких условиях характерны низкие демпфирующие свойства. Именно поэтому необходимо исследовать насосную станцию, трубопровод которой имеет большую длину.
Обобщенная структурно-функциональная схема, которая может использоваться для гашения гидравлических ударов, имеет следующий вид (рисунок 1):
Рисунок 1 – Структурно-функциональная схема гашения гидроудара
На этом рисунке приняты следующие обозначения:
РД – регулятор давления; ЗИ – задатчик интенсивности; ЗУ – задающее устройство; ПЧ – преобразователь частоты; АД – приводной асинхронный двигатель насоса; Н – насос; ТР – трубопровод; ДД – датчик давления; Ркз – заданная величина давления; Uз? – напряжение задания на частоту вращения двигателя; Uзи – выходное напряжение задатчика интенсивности; UyU – напряжение управления амплитудой выходного напряжения ПЧ; Uy? – напряжение управления частотой выходного напряжения ПЧ; Usз, ?sз – заданные амплитуда и угловая частота напряжения статора АД; Mс – момент сопротивления на валу АД; Рк, Р1 – действительные значения давления в начале и в конце трубопровода. [1]
Регулятором давления отрабатывается сигнал задания Uз? на частоту вращения АД в зависимости от ошибки регулирования давления. Затем сигнал задания подается на задатчик интенсивности и преобразовывается в сигнал задания Uзи.
Напряжение управления частотой преобразователя частоты Uy? и напряжение управления напряжением UyU формируются с помощью задающего устройства. Эти сигналы с помощью преобразователя частоты преобразуются в силовое напряжение, прикладываемое к двигателю с фазной амплитудой Usз и частотой ?sз.
Момент сопротивления Mс на валу формируется в зависимости от давления в начале трубопровода Р1, определяемого частотой вращения ротора. Величина давления на выходе трубопровода Рк должна регулироваться.
Таким образом, при использовании такой схемы гашения гидроудара для трубопровода большой длины можно обеспечить такой скачок давления, который будет меньше величины критического давления (12-15 атм), т.е. разрыв трубопровода не будет иметь место.