Автоматизированные насосные станции нового поколения

Стало очевидно, что регулирование скорости рабочего колеса насосов позволяет существенно повысить энергетические показатели установок, получить значительную экономию электроэнергии и сократить потери воды за счет исключения избытка давления в гидравлической сети. К настоящему времени в различных городах и регионах России накоплен значительный опыт применения регулируемого электропривода насосных агрегатов для систем холодного и горячего водоснабжения. В большинстве случаев реализация этого технического мероприятия проводится в рамках модернизации действующих насосных станций: в цепь питания асинхронного двигателя насоса устанавливаются преобразователи частоты, позволяющие регулировать скорость двигателя. При этом используются как преобразователи иностранных компаний, так и разработки отечественных фирм. Существующая практика внедрения регулируемого электропривода для насосных агрегатов выявила определенные недостатки в организации и техническом обеспечении этих работ. Отсутствует единая техническая политика в данной области. Разрозненная поставка насосных агрегатов, коммутирующего электрооборудования, преобразователей частоты и устройств автоматики затрудняет проектирование и внедрение автоматизированных насосных станций. Эффективное использование возможностей регулируемого электропривода и систем автоматики может быть в полной мере реализовано, если проявят инициативу сами насосостроительные предприятия. Такая тенденция ярко проявляется в деятельности передовых зарубежных фирм, и она обоснована научно-техническими, конструкторскими, проектными, организационными, маркетинговыми и эксплуатационными соображениями. Научно-технические вопросы Для экономичной эксплуатации насосный агрегат должен иметь возможность адаптироваться к условиям и режимам работы конкретного потребителя. Для этого необходимы:

согласование характеристик насоса с характеристиками гидравлической сети, на которую он работает;

согласование характеристик параллельно работающих насосов;

обеспечение переменного режима работы, связанного с регулированием подачи воды в соответствии с нуждами потребителя. Сегодня избыток давления (напора) большинства насосных станций и гидравлических сетей превышает объективно требуемый уровень (до 40 %), что вынуждает гасить избыток напора гидравлическими средствами. Это связано с тем, что при проектировании насосныхстанций насосы выбираются из стандартного ряда с большим запасом по напору и рассчитываются на максимальный режим расхода. Рабочая зона реального режима работы не всегда совпадает с зоной оптимального КПД насосов. Если насос работает с постоянной стандартной скоростью вращения, то необходимая адаптация осуществляется внешними гидравлическими средствами, что связано со значительными потерями энергии. Также следует отметить, что при конструировании насоса его характеристики оптимизируются для узкой рабочей области одного номинального режима, которая практически не используется. На практике высокий уровень КПД наших насосов остается невостребованным.

Одно из главных преимуществ использования регулируемого электропривода насосных агрегатов — возможность адаптации его параметров к характеристикам гидравлической сети посредством выбора рациональной номинальной скорости вращения рабочего колеса, соответствующей основному режиму работы установки. При этом номинальная скорость может быть как выше, так и ниже стандартного значения. Большинство насосов и насосных станций работает или объективно должны работать с переменной производительностью. Гидравлические способы неэкономичны и не дают возможности автоматизированного регулирования. Второе принципиальное преимущество регулируемого электропривода при переменной производительности насосного агрегата: с энергетической точки зрения реализуется наиболее рациональный способ регулирования — изменение скорости рабочего колеса насоса. Вопросы конструирования насосов и насосных станций Указанные обстоятельства позволяют иначе взглянуть на методы оптимизации характеристик насосов и, следовательно, на вопросы их конструирования. Задача оптимизации относится уже не к одному номинальному режиму, а к целой области режимов, каждый из которых характеризуется допустимыми диапазонами изменения скорости и производительности насосов. Это новый подход, реализация которого относится к компетенции специалистов по насосостроению и требует, по-видимому, проведения дополнительных исследований. Возможность работать с нестандартной номинальной скоростью позволит, возможно, иначе взглянуть на типажные ряды и конструктивную унификацию насосных агрегатов. Таким образом, перед конструкторами встают новые вопросы:

специальное исполнение насосов под переменную скорость вращения;

гибкий подход к установлению номинальных параметров;

гибкий подход к конструкторской унификации. Важная задача при заводском изготовлении насосных станций — повышение ихмонтажеспособности. Перспективное направление — модульная конструкция, позволяющая собирать станцию из отдельных блоков, включающих насосные агрегаты, необходимую аппаратуру, соединительные переходы и контрольно-измерительные приборы. В этом случае потребителю поставляется законченная конструкция насосной станции, удобная для сборки на месте монтажа. Принцип модульности относится и к электрической части установки — комплектному устройству управления. Проектирование насосных станций Проектирование насосных станций как новых, так и модернизируемых, ставит перед проектировщиками достаточно сложные технические задачи по увязке насосных агрегатов, рассчитанных на постоянный режим работы, со средствами регулирования скорости двигателей насосов (полупроводниковые преобразователи частоты и др.) и средствами автоматики (датчики, регуляторы и др.). При создании новых установок и глубокой модернизации действующих более эффективны комплексное проектирование и поставка. В этом случае потребителю поставляются насосные агрегаты, запорная арматура, обратные клапаны, соединительные трубопроводы, электрический шкаф с коммутационной аппаратурой, преобразователем частоты, аппаратурой автоматики, а также контрольно-измерительные приборы. Установки должны строиться по модульному принципу. Потребитель получает насосную станцию из нужного числа насосов со всем необходимым электрооборудованием и автоматическим управлением. Она будет полностью скомплектована и отлажена на заводе-изготовителе. Поставщик предоставляет гарантийные обязательства по обеспечению требуемых технических характеристик. Комплектными поставщиками автоматизированных насосных агрегатов должны, на наш взгляд, выступать насосостроительные предприятия. Вопросы маркетинга Рассмотренные принципы построения автоматизированных насосных станций означают появление на рынке нового товара со всеми вытекающими отсюда маркетинговыми мероприятиями, начиная от исследований и заканчивая инженерным сопровождением и сервисным обслуживанием. Преимущества в сфере эксплуатации Для эксплуатации комплексный подход сулит большие преимущества:

квалифицированный подход поставщиков;

гарантии поставщиков за конечный результат;

монтажно-наладочная законченность;

наличие только одного партнера за весь жизненный цикл изделия. НТЦ «Приводная техника» разработал автоматизированную насосную станцию, отвечающую указанной концепции (см. рис. 1). Станция построена по модульному принципу и включает в себя:

три насосных агрегата (их число может быть увеличено);

запорную арматуру, обратные клапаны, соединительные трубопроводы;

электрический шкаф управления, содержащий коммутационную аппаратуру управления и защиты, транзисторный преобразователь частоты для плавного регулирования скорости (производительности) насосного агрегата и регулятор давления, обеспечивающий поддержание требуемого напора в контрольной точке гидравлической сети;

контрольно-измерительную аппаратуру. Система управления выполняет следующие функции:

энергосбережение и ресурсосбережение (экономия электроэнергии и воды);

поддержание заданного давления в контрольной точке гидравлической сети путем плавного регулирования скорости одного из насосов;

плавный пуск насосных агрегатов с заданной интенсивностью набора давления;

защита трубопроводов и запорной арматуры от гидравлических ударов;

автоматический ввод в работу резервного насоса при отказе работающего;

повторное автоматическое включение насосов после перерыва электроснабжения. Говоря о принципах автоматизации насосных станций систем водоснабжения, следует отметить, что решены еще не все вопросы.