Назад в библиотеку

Автоматизация процесса водоснабжения с использованием частотно-регулируемых приводов

Авторы:М. О. Скрипка, студент; доц., к. т. н. Н. В. Червинская,
Источник:: Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых. Сборник научных работ XIII научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке, 14-17 мая 2013 г., с. 283-286.

Аннотация

Рассмотрена работа асинхронного двигателя насосного агрегата, подключенного от преобразователя частоты, получены переходные характеристики процесса.

В течение многих лет и на сегодняшний день в небольших городах для централизованного водоснабжения используются водонапорные башни (башни Рожновского, напорные резервуары). Система водоснабжения при этом отличается простотой и высокой надежностью.

Водонапорная башня – сооружение в системе водоснабжения для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети, создания её запаса и выравнивания графика работы насоса. Однако при простоте конструкции и широком распространении башни Рожновского обладают множеством недостатков:

Регулирующая роль водонапорной башни заключается в том, чтобы в часы уменьшения водопотребления избыток воды, подаваемой насосом, накапливался в водонапорной башне и расходовался из нее в часы увеличенного водопотребления [1].

В настоящее время в городе Моспино есть две башни. Система водоснабжения не является полностью автоматизированной, диспетчеры с помощью пульта управления включают или отключают насосы, тем самым создавая давление в сети. В состав водозабора входят насосные станции первого подъема и напорные резервуары (башни). Насос подает воду в водонапорную башню. Когда вода поднимается до верхней отметки, датчик уровня дает команду насосу на отключение. По мере разбора воды из башни по магистрали, уровень понижается, и по достижении нижней отметки датчик уровня дает команду на включение насоса. Таким образом, в башне постоянно находится запас воды, определяющийся ее объемом. Так как резервуары находятся на самой высокой точке в городе, вода из них самотеком по магистральным водоводам поступает к потребителям. То есть из-за такой географической особенности исчезла необходимость в использовании дополнительных насосных станций – второго и третьего подъемов, чтобы подкачивать воду и передавать в городскую сеть. На выходе из резервуаров имеется шесть водоводов. В качестве арматуры на водоводах используются задвижки – дополнительные элементы, которые добавляют местные потери напора к потерям водовода в зависимости от степени открытия. В существующей системе используются задвижки типа «батерфляй» – поворотные задвижки с электроприводом, предназначенные для полного или частичного перекрытия потока рабочей среды. Главным недостатком существующей системы является то, что насосы включаются в режиме прямого пуска, что может вызывать такие негативные последствия, как гидравлические удары и ударные механические нагрузки на двигатели насосов. При таком режиме работы системы давление в сети остается либо постоянным на протяжении суток, либо резко уменьшается при отключении насоса. Также для организации технологического процесса требуется большое количество производственного персонала.

Что касается двигателей насосов, они представляют собой нерегулируемые приводы, работающие с постоянной скоростью вращения. При минимальном расходе насосы продолжают работу с постоянной частотой вращения, создавая избыточное давление в сети (причина аварий), при этом бесполезно расходуется значительное количество электроэнергии. Так, к примеру, происходит в ночное время суток, когда потребление воды резко падает. Для нерегулируемых приводов характерно непосредственное включение электродвигателя в питающую сеть без промежуточных преобразователей электрической энергии (преобразователей частоты и регуляторов напряжения). Поэтому решение для экономии электроэнергии средствами электропривода – это подача в каждый момент времени потребителю необходимой мощности именно в этот момент. Это может быть достигнуто за счет управления координатами, т.е. скоростью и моментом электропривода. Одной из тенденций в области энергосбережения последних лет является применение частотно-регулируемых приводов на основе асинхронных короткозамкнутых электродвигателей и преобразователей частоты, которые снижают потребление электрической энергии, повышают степень автоматизации, удобство эксплуатации оборудования и качество технологических процессов.

В мировой и отечественной практике уже накоплен большой положительный опыт использования регулируемого электропривода для насосных агрегатов систем водоснабжения. Необходимость регулирования производительности насосов в системах водоснабжения определяется, прежде всего, переменным графиком водопотребления в течении суток и по времени года.

Классический метод управления подачей насосных установок предполагает дросселирование напорных линий и регулирование количества работающих агрегатов по какому-либо техническому параметру (например, по давлению в трубопроводе). Насосные агрегаты в этом случае выбираются исходя из расчётных характеристик (как правило, с запасом по производительности) и постоянно функционируют с постоянной частотой вращения, без учета изменяющихся расходов. Вторым способом регулирования подачи воды насосными станциями является включение – отключение насосных агрегатов. Применение регулируемого электропривода насосных агрегатов позволяет исключить данные последствия. Техническая и экономическая эффективность применения регулируемого электропривода для насосных агрегатов станций стала общепризнанной, но в основном для станций второго и третьего подъемов.

Преимуществами применения регулируемого электропривода являются: