Моделирование и оптимизация работы насосной станции СНД
Аннотация:
Рассматривается задача диспетчера наблюдающий за насосом станции, а также количество и расположение работающих насосных агрегатов.
Ключевые слова:
Станция, насос, агрегат, моделирование, оптимизация, работа, график, план.
Эффективная работа насосной станции заключается в определении количества насосных агрегатов и количества произведенных насосных агрегатов, а также в обеспечении минимального потребления энергии для соблюдения графика подачи воды (графика). В настоящее время большинство магистральных каналов подают воду на насосные станции через центральную диспетчерскую службу, что означает, что диспетчер управляет сбором и распределением воды.
Процесс принятия решений диспетчером может фактически сравнить состояние процесса водоснабжения с запланированным графиком и, основываясь на результатах этого сравнения, принять своевременные эффективные организационные решения, основываясь на личном опыте и интуиции. При реализации стратегии управления диспетчер узнает от дежурных инженеров (инженеров) параметры гидравлического режима участков канала и состояние технологических процессов насосных станций.
Стратегия управления реализуется на каждой насосной станции и гидротехническом сооружении. Когда насосная станция используется нормально, диспетчер получает информацию от насосных станций каждые шесть часов, а потребители получают информацию о настройках каждый час. Диспетчер принимает решение о процессе управления водными ресурсами на основе анализа каскадной ситуации. На основании полученных результатов насосные станции запускаются или останавливаются, изменяя производительность насосных станций, поворачивая лопасти насосных станций на определенный угол. То есть управление водой осуществляется вручную с помощью описательного управления.
Это означает, что управление водными ресурсами основано на самых простых методах принятия решений. Технологии устройств и процессы управления объектами сделаны вручную и просты. Связь между диспетчером и управляемыми объектами основана на телефонных и факсимильных устройствах. Понятно, что такое управление может привести к чрезмерному потреблению энергии для подъема воды, излишнему водопользованию и потере воды и, следовательно, к нарушению графика подачи воды.
Основная цель - минимизировать энергопотребление и составить график передачи воды насосной станции со значительной ошибкой при исследовании различных режимов насосной станции.
Информация по этому вопросу:
- - объем планового водоснабжения;
- - количество насосных агрегатов;
- - состояние каждого насосного агрегата на насосной станции;
- - гидравлические и расходные характеристики в каждом конкретном случае.
Требуется: количество и расположение работающих насосных агрегатов. В то же время необходимое количество воды должно быть минимальным, а потребление электроэнергии минимальным. Предположим, что процесс, которым вы управляете:
Здесь jmin и jmax минимальные и максимально возможные значения
точек поворота насосных агрегатов;
H ед, вд - входные значения верхнего и нижнего уровней насосной станции.
В верхней граничной области следующие функциональные возможности должны быть сведены к минимуму:
Здесь Cнс общее количество электроэнергии, потребляемой насосной станцией;
сi - характеристики потребления i насосной станции со следующим лимитом типа:
Здесь Qi- i- расход насосного агрегата;
im= 0.05*Qn – ошибка которая может управлять.
Вышеупомянутые проблемы управления насосной станцией относятся к классу «трудно решаемых» проблем, и нет эффективных решений этих проблем.
Тем не менее, можно перейти от первоначального вопроса к проблеме, решаемой эффективно. Ошибка может быть выражена как разница между плановым водоснабжением (Qplan ) и фактическим объемом водоснабжения
Оптимизация работы насосной станции может быть выражена в виде задачи линейного программирования в виде:
Метод обобщенного неравенства может эффективно использоваться для решения этой проблемы. Чтобы сделать это, давайте переключим эту проблему программирования другим способом:
Здесь матрица qij ,cij ,xij (i=1,2,...,m; j=1,2,...,ni) заменена на векторы ak, bk, xk (k=1,2,...,l).
Хорошо известно, что (1) - (3) решение задачи (с использованием метода обобщенного неравенства) мы сначала решаем (4). Для этого решения сначала выполняется условие проверки (3), затем также проверяется условие (2).
Если условие (3) нарушается, переменная формулы (3) немедленно умножается на единицу и затем переключается на следующий насосный агрегат. Этот тест не проверяет остальные случаи текущего насосного агрегата, поскольку насосный агрегат может использоваться только в одном случае. Следовательно, (1) - (3) является решением вопросов (4). При этом мощность достигает минимума и условия (2) и (3) выполняются одновременно.
Насосная станция СНД предназначена для нагнетания рабочей жидкости в гидросистемы очистных агрегатов, механизированных крепей и другого оборудования в шахтах любой категории по газу и пыли.
Конструктивные особенности
Станция состоит из двух автономных насосных агрегатов и установки бака. Предусмотрен вариант с одним насосным агрегатом.
Управление станцией позволяет осуществлять как независимую работу насосных агрегатов (каждый агрегат работает на своего потребителя), например при обслуживании двух механизированных лав, так и параллельную работу на общего потребителя (при обслуживании высокопроизводительных механизированных комплексов или в составе центральных насосных станций).Управление работой станции в автоматическом режиме осуществляется по давлению в напорной магистрали потребителя путем перекрытия линии подпитки силового плунжерного насоса, что значительно повышает ресурс станции и снижает энергопотребление.
Конструкция гидробака обеспечивает высокоэффективную гравитационную очистку рабочей жидкости, что в сочетании с размещением всасывающего патрубка подпиточного насоса на поплавке позволяет в несколько раз повысить ресурс гидроэлементов станции и всего комплекса, в составе которого применяется станция.
Таблица 1- Параметры насосной станции
|
Номинальная подача, л/мин. |
200(100+100) |
|
Номинальное давление, МПа |
32 |
|
Давление на входе в высоконапорный насос, МПа, не менее |
0,3 |
|
Номинальная мощность, кВт |
110(55+55) |
|
Габаритные размеры, мм, не более: |
|
|
Масса (без рабочей и смазочной жидкостей), кг, не более: |
|
|
Рабочая жидкость - водная эмульсия типа "масло в воде" с температурой, °С |
5...50 |
Насосная станция водоснабжения это моноблок, в котором насос соединен с гидроаккумулятором через реле, которое автоматически при падении давления поступающей воды до определенной критической величины включает насос для повтора цикла. Насосные станции необходимы при подаче воды из глубинных скважин либо каких-то других автономных источников. Их можно также применять для перекачивания воды из водопроводной сети с недостаточным напором и для заполнения накопительных емкостей про запас. Система не нуждается в погружении и монтируется на поверхности, не требуя при этом какого-то специального контроля за безопасностью, так как все процессы, включая устранение гидроудара, выполняются или автоматически, или полуавтоматически.
Для канализационных систем производятся специальные канализационные насосные станции, конструкция которых в целях улавливания твердых включений оснащается дополнительной емкостью.
Для этой же цели не менее эффективно использование насоса с режущим механизмом. Перед покупкой насосной станции рекомендуется точно знать объем потребляемой воды, чтобы с максимальной точностью подобрать необходимый именно вам гидроаккумулятор. Только тогда вам будет обеспечена длительная и надежная эксплуатация всей системы в целом.
Насосные станции, подающие глубинную воду, оснащены специальными инжекторами, соединенными со струйно-центробежным насосом. Станции с выносными эжекторами оборудованы теми же типами насосов, но именно то, что их эжектор не встроен, а опускается на дно, позволяет качать воду из скважин с пятидесятиметровой и более глубины. Основной же насосный агрегат при этом остается на поверхности. Такие станции весьма удобны, когда скважина значительно удалена от потребителя. Они имеют невысокий КПД и достаточно критичны в отношении сильно загрязненной различными взвесями воды.
Итак, кажущийся простым принцип работы насосной станции включает в себя достаточно сложное устройство системы водоснабжения.
Насосная станция в качестве комплекса гидротехнических средств и оборудования способна выполнить работы, связанные с водозабором из источников орошения или осушения, с подъемом и транспортированием воды к месту потребления или транспортировкой воды в сборный бак.
Насосные станции (НС) можно классифицировать по разным признакам, как:
- область применения и назначение,
- уровень подачи, что означает расположение относительно источника воды (это станции береговые, русловые, стационарного и передвижного типа),
- строительные особенности (заглубленные, незаглубленные, с совмещенными и не совмещёнными водозаборами и -выпусками). Насосные станции можно подразделить на:
- оросительные станции, поднимающие воду к оросительным каналам;
- осушительно-оросительные системы насосных станций, осушительно-увлажнительные системы,
- осушительные станции, отводящие воду с мелиорированных участков;
- подкачечные, служащие для подвода воды к закрытым оросительным системам.
У насосных станций может быть разный уровень подачи, независимо от области применения и напора: малый уровень подачи – до 1 м³/с; средняя подача – 1 - 10 м³/с, высокая подача – 10 - 100 м³/с и уникальные станции с подачей, превышающей 100 м³/с.
Список источников:
- Станции насосные СНД200/32, СНД200/32-05
- В.Б. Малеев, Е.И. Данилов, В.М. Яковлев. Специальные средства водоотлива и гидромеханизированной очистки шахтных водосборных емкостей . Уч. пособие – Донецк :ДПИ, 1986
- Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования. / Зайцев Г.Ф. – Киев: Вища школа, 1988
- Повысительная насосная станция в системе водоснабжения и водоотведения.
- Насосная станция СНД 200
- Гейер В. Г., Малыгин С. С., Фадин В. А. Инструкция по проектированию шахтных водоотливных установок. Донецк, ДПИ, 197
- Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.– Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1982