Реферат по теме выпускной работы

Введение

  Современная жизнь немыслима без насосов. Эффективно и безопасно для окружающей среды насосы перемещают любые жидкости — горячие и холодные, чистые и с загрязнениями — обеспечивая комфортные условия жизни каждому человеку.

  В системах жизнеобеспечения зданий используется множество насосов. Они выполняют самые разнообразные функции.

  Наиболее известный из них — циркуляционный насос для систем отопления. Помимо циркуляционных насосов в системах разного назначения используются:

Рисунок 1 (анимированный - 6 кадров, 6 циклов, 220 кБ) – Тепловые насосы

  • насосы тепловые;

  • насосные установки для повышения давления, необходимые для подачи воды в здание при недостаточном давлении в системе городского водоснабжения;

  • насосы для систем ГВС, обеспечивающие подачу горячей воды в любое время в любой кран;

  • насосы для отвода и дренажа сточных и грязных вод;

  • насосы для фонтанов и аквариумов;

  • насосы для противопожарного применения;

  • насосы для холодной воды и систем охлаждения;

  • многие другие.

  Очень часто владельцы частных домов сталкиваются не только с проблемой отсутствия горячей воды, но и с задачей отопления жилых помещений. Газовые или электрические проточные нагреватели, как и электродные котлы (электрические котлы), требуют поддержания определенного давления в системе. И здесь к трубопроводу должен быть обязательно подсоединен аппарат для поддержания стабильного напора — циркуляционный насос.

  Применяют циркуляционные насосы: в геотермальных и радиаторных системах отопления, «теплых полах», а также для горячего водоснабжения домов и квартир. Они отлично выполняют свои функции, не занимают много места и практически бесшумны. Благодаря им не нужно сильно прогревать теплоноситель, в отличие от схем с естественной циркуляцией, не использующих циркуляционный насос. Чтобы нужный параметр в отопительном контуре поддерживался автоматически, необходимы специальные термореле, реагирующие на наружную температуру. Здесь пригодятся циркуляционные насосы со встроенной авторегулировкой — они изменяют частоту вращения ротора в зависимости от потребности системы. Таким образом практически вдвое сокращаются расходы электроэнергии и финансовые затраты! К тому же стабильный режим подачи воды продлевает и срок службы отопительных приборов.

Актуальность темы

  Системы водоснабжения (СВ) относятся к числу наиболее ресурсоемких технологических объектов в коммунальном хозяйстве и промышленности. Наибольшей составляющей ресурсоемкости является энергопотребление. Украина относится к энергодефицитным странам. Поэтому экономия электроэнергии признана важнейшим направлением энергетической политики в Украине и актуальной является научно-техническая проблема снижения энергоемкости технологического процесса водоснабжения. Решение этой проблемы может быть достигнуто путем применения более совершенного технологического и электротехнического оборудования или развитием систем автоматизации насосных станций (НС) с целью совершенствования процессов управления технологическим оборудованием и улучшением за счет этого экономических показателей функционирования СВ.

Цель исследования

  Целью исследования является повышение экономической эффективности функционирования систем водоснабжения за счет применения методов энергосберегающего управления режимами работы насосных станций с насосами, имеющими мокрый ротор.

Объект исследования

  Объект исследования - автоматизированное управление насосными станциями систем водоснабжения.

Предмет исследования

  Предмет исследования - автоматизация процедур принятия решений и процессов управления режимами работы насосных станций с целью снижения энергоемкости процессов водоснабжения.

Методы исследования

  Методы исследования базируются на положениях и методах теории гидравлических сетей, теории автоматизированного электропривода, методах оптимизации, линейного и нелинейного программирования с использованием ЭВМ.

Основной раздел

Потребление энергии центробежными насосами

  Мотор приводит во вращение вал насоса,на котором установлено рабочее колесо.

  В насосе создается повышенное давление и жидкость перемещается через него, что является результатом преобразования электрической энергии в гидравлическую. Энергия, необходимая мотору, называется потребляемой энергией P1 насоса [1].

Выходные характеристики насосов

  При проведении опыта с помощью двух насосов Wilo-TOP-S получили выходные характеристики центробежных насосов, которые приведены на рисунке 1: вертикальная ось, ордината, означает потребляемую энергию P1 насоса в ваттах [Вт]. Горизонтальная ось или абсцисса показывает подачу Q насоса в кубических метрах в час [м3/ч].В каталогах характеристики напора и мощности часто объединяются для наглядной демонстрации взаимосвязи. Выходная характеристика демонстрирует следующую взаимосвязь: мотор потребляет минимум энергии при низкой подаче.

  При увеличении подачи потребление энергии также увеличивается.

Рисунок 2-Характеристики Wilo-TOP-S

Влияние частоты вращения мотора

  При изменении частоты вращения насоса и неизменных остальных условиях системы потребление энергии P изменяется пропорционально значению частоты n в кубе.

  На основании данных соображений, изменяя частоту вращения насоса можно адаптировать насос к требуемой тепловой нагрузке потребителя. При увеличении частоты вращения в два раза, подача увеличивается в той же пропорции. Напор возрастает в четыре раза. Поэтому, энергия, потребляемая приводом, получается умножением примерно на восемь. При снижении частоты, подача, напор в трубопроводе и потребление энергии уменьшаются в той же пропорции.

Постоянная частота вращения, обусловленная конструкцией

  Отличительной характеристикой центробежного насоса является то, что напор зависит от используемого мотора и его частоты вращения. Насосы с частотой n > 1500 об/мин называются быстроходными насосами, а те, у которых частота n < 1500 об/мин называются тихоходными.

  Моторы тихоходных насосов имеют более сложную конструкцию, а значит, они более дорогие. Однако в случаях, когда использование тихоходного насоса возможно или даже необходимо из-за характеристик контура отопления, применение быстроходного насоса может привести к неоправданно высокому потреблению энергии. Таким образом, высокая цена тихоходного насоса компенсируется существенной экономией энергии, потребляемой приводом. Это способствует быстрой окупаемости первоначальных вложений.

  Обеспечивая контролируемое снижение частоты вращения при снижении отопительной нагрузки, устройство бесступенчатого регулирования частоты вращения способствует значительной экономии средств.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАСОСА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ

Переключение частоты вращения насоса

  Производители насосов предлагают насосы с мокрым ротором с ручным регулированием частоты вращения. Как уже было сказано в предыдущих разделах, по мере уменьшения частоты вращения уменьшается и объемный расход (подача) — в зависимости от пропускной способности термостатических и регулирующих клапанов. Благодаря таким свойствам циркуляционный насос можно переключить на меньшую частоту вращения, когда нужно уменьшить температуру в помещении, и наоборот.

Рисунок 3 - Характеристики Wilo-TOP-S

  Чтобы частоту вращения моторов можно было изменять, в их конструкции использовались многосекционные обмотки. Если через трубопроводы системы отопления проходит небольшое количество воды, то сопротивление внутри труб низкое, поэтому насос может работать в режиме минимальной частоты вращения. Одновременно значительно уменьшается потребление электрической мощности.

  Между тем было разработано большое количество приборов управления [2], предназначенных для плавного бесступенчатого регулирования циркуляционными насосами систем отопления. Эти приборы управления изменяют частоту вращения автоматическив зависимости от следующих параметров:

  • времени,

  • температуры воды,

  • перепада давления,

  • других факторов, влияющих на работу системы.

Бесступенчатое регулирование частоты вращения

  Возможность бесступенчатого регулирования частоты вращения насосов с сухим ротором, оснащенных моторами большой мощности, в зависимости от отопительной нагрузки появилась еще в первой половине 80-х годов. Для этой цели использовались электронные преобразователи частоты.

  Для понимания этой технологии можно вспомнить о том, что в обычной электросети переменный ток имеет частоту 50 Гц. С пропорциональной частотой вращается ротор в моторе насоса.

  С помощью электронных приборов можно повышать или понижать частоту переменного тока, т. е. непрерывно регулировать частоту, например, между 100 Гц и 0 Гц.

  Однако, в связи с конструктивными особенностями моторов, частота тока в системах отопления не может быть менее 20 Гц или 40 % от максимальной частоты вращения. Так как максимальная теплопроизводительность рассчитывается для самых холодных дней, необходимость эксплуатации моторов с максимальной частотой вращения может возникнуть только в исключительных случаях. Производители насосов предлагают насосы с мокрым ротором с ручным регулированием частоты вращения[3]. Как уже было сказано в предыдущих разделах, по мере уменьшения частоты вращения уменьшается и объемный расход (подача) — в зависимости от пропускной способности термостатических и регулирующих клапанов. Благодаря таким свойствам циркуляционный насос[10] можно переключить на меньшую частоту вращения, когда нужно уменьшить температуру в помещении, и наоборот.

  20 лет назад приходилось использовать огромные трансформаторные блоки, сейчас преобразователи частоты настолько малы, что легко могут поместиться в клеммных коробках непосредственно на корпусе насоса, например, как у насоса Wilo-Stratos[5].

  Встроенная система бесступенчатого регулирования частоты вращения гарантирует поддержание установленного напора на постоянном уровне независимо от того, какой должна быть подача, определяемая погодными условиями и особенностями эксплуатации.

  В 2001 г. был сделан еще один шаг вперед в плане развития насосов с мокрым ротором[9]. Преимущество последнего поколения этих насосов, называемых также высокоэффективными насосами, состоит в существенной экономии электроэнергии благодаря новейшей технологии ECM (мотор с электронной системой связи, или мотор с постоянным магнитом) в сочетании с высоким КПД.

Способы регулирования

  Представленные на сегодняшний день на рынке насосы с электронным управлением позволяют выбирать различные способы регулирования и рабочие режимы с помощью электронного блока управления.

  При этом следует провести различие между способами регулирования[4], при которых насос регулируется автоматически, и рабочими режимами, при которых насос не регулируется автоматически, а настраивается на определенную рабочую точку с помощью команд.

  Ниже дан обзор наиболее часто используемых способов регулирования и рабочих режимов насоса. Благодаря дополнительным приборам управления и регулирования можно обрабатывать и передавать также целый ряд другой информации.

Возможные способы регулирования:

  Δp-c — Постоянный перепад давления Электроника поддерживает создаваемый насосом перепад давления в пределах допустимого диапазона на уровне установленного заданного значения перепада давления HS до достижения максимальной характеристики.

Рисунок 4-Постоянный перепад давления: Δp-c

  Δp-v — Переменный перепад давления Электроника выполняет заданное изменение перепада давления, которое должно поддерживаться насосом, например, линейно в диапазоне от HS до 1/2HS. Заданное значение перепада давления (H) уменьшается или увеличивается в зависимости от подачи (Q).

Рисунок 5-Переменный перепаддавления: Δp-v

  Δp-cv — Переменный/постоянный перепад давления При этом способе регулирования электроника поддерживает создаваемый насосом перепад давления на уровне установленного значения перепада давления до достижения определенной подачи (HS 100 %). При дальнейшем снижении подачи электроника линейно изменяет перепад давления, который должен поддерживаться насосом, в диапазоне от HS 100 % до HS 75 %.

Рисунок 6-Переменный/постоянный перепад давления: Δp-cv

  Δp-T — Регулирование перепада давления от температуры При этом способе регулирования электроника изменяет заданное значение перепада давления, которое должно поддерживаться насосом, в зависимости от измеренной температуры среды.

Рисунок 7-Регулирование перепада давления от температуры:Δp-T

Заключение

  Таким образом, полученные результаты в их совокупности позволяют снизить энергоемкость систем водоснабжения средствами автоматизации. Алгоритмы и программное обеспечение процедур принятия решения по оптимальному выбору рабочей технологической схемы, формирование технологического задания для НС, координации режимов работы регулируемых насосных агрегатов с целью максимизации текущего значения к.п.д. НС, а также функциональная структура автоматизированной системы управления технологическим оборудованием НС могут быть положены в основу проектно-конструкторских разработок систем автоматизации НС.

  При написании данного реферата магистерская работа не завершена. Окончательный вариант работы можно получить у автора или научного руководителя после декабря 2010 года.

Литература

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.