• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Автоматизація меліоративних помпових стацій. Автоматизація керування помповими агрегатами.

ЛЕКЦІЯ № 15

ТЕМА: „АВТОМАТИЗАЦІЯ МЕЛІОРАТИВНИХ ПОМПОВИХ СТАНЦІЙ. ”

У залежності від призначення меліоративні помпові станції поділяються на головні, які здійснюють водозабір із джерела зрошення – водоймищ, рік, і подачу води в магістральні канали; станції перекачування, що забезпечують повторне піднімання і подачу води у наступні секції магістрального каналу; станції підкачування, що працюють на закриту трубопровідну мережу, до якої підключається дощувальна техніка. Окрему групу складають помпові станції артезіанських свердловин, призначені для водопостачання і вертикального дренажу.

На осушувально-зволожувальних системах помпові станції забезпечують відведення надлишкових вод, а також її подачу в акумулюючи басейни для наступного використання.

Помпові станції класифікують також за продуктивністю і напором, типом основного устаткування – помп і приводних двигунів, технологічними схемами й алгоритмами керування.

У залежності від призначення продуктивність помпових станцій складає від часток кубічного метра, що обслуговують, наприклад, окремі ділянки краплинного зрошення, до десятків кубічних метрів на секунду. У залежності від напору розрізняють низьконапірні (до 20 м), середньонапірні (20...70 м) і високонапірні (вище 70 м).

Помпові станції обладнають осьовими, вертикальними і горизонтальними відцентровими помпами. Осьові і вертикальні відцентрові помпи, в основному, використовують на високопродуктивних помпових станціях, що працюють у тривалому режимі. В якості привода застосовують асинхронні двигуни (при потужностях до 300 кВт) і синхронні – при більшій потужності.

На помпових станціях підкачування переважно використовують горизонтальні відцентрові насоси з асинхронним приводом. Плавне регулювання продуктивності помп забезпечується зміною частоти живлення асинхронних двигунів за допомогою статичних частотних перетворювачів або поворотом ланок робочого колеса осьових помп.

Технологічна схема помпової станції залежить від способу заливки помп робочого тиску в напірних трубопроводах, керованих параметрів, у якості яких використовують напір, витрату або їх поєднання, дискретного або плавного характеру регулювання продуктивності.

Сучасні меліоративні помпові станції проектують, як правило, на роботу в автоматичному режимі без постійного обслуговуючого персоналу. Тільки на великих станціях, переважно головних, передбачається нечисленний персонал для контролю роботи устаткування і виконання профілактичних робіт. Система автоматики помпових станцій входить в АСУ ТП усього водогосподарського комплексу. При цьому система місцевої автоматики, що забезпечує роботу станції в заданому режимі, поєднується з можливістю подачі команд зміни режиму і контролю її роботи з центрального диспетчерського пункту за допомогою засобів телемеханіки.

Автоматизація керування помповими агрегатами

Помповий агрегат складається з насоса і приводного двигуна. Для забезпечення його нормальної роботи і захисту мається допоміжне устаткування: пристрої для заливки помпи, засувка на напірному трубопроводі, клапани на всмоктуючих трубопроводах, апаратура контролю, захисту і керування та ін.

Автоматизація помпової станції передбачає, у першу чергу, автоматизацію роботи помпових агрегатів, включаючи їх пуск і зупинку, контроль і регулювання технологічних параметрів, захист помпи і приводного двигуна.

Процес пуску помпових агрегатів залежить від тиску помпи, способу заливу, типу та потужності приводного двигуна. За технологією перед пуском потрібно залити помпу водою і пустити двигун так, щоби споживана потужність була мінімальною.

Заливання помп водою здійснюється різними способами в залежності від будови помпової станції і економічності її роботи. Залив можна здійснювати за допомогою вакуум-помпи, яка відкачує повітря з робочої порожнини і за рахунок всмоктування води через всмоктувальну трубку відбувається її заповнення. Щоб спростити систему заливу інколи помпи розміщують у заглибних камерах з від’ємною висотою усмоктування, тобто нижче мінімального рівня води у водозаборі. У цьому випадку залив відбувається самопливом з водозабору через заливну трубу. Однак недоліком є збільшення вартості будівельних робіт і збільшення статичного напору. Також використовують залив за допомогою піднятої усмоктувальної труби. У цьому випадку після зупинки помпи за рахунок піднятої вище помпи коліна усмоктувальної труби робоча порожнина помпи і прилеглі ділянки всмоктуючого і напірного трубопроводів залишаються заповненими водою, і наступний пуск відбувається без додаткового заливання.

Для заливу помп використовують також заливний бак, який використовують вище помп. Бак автоматично наповнюється водою з напірного трубопроводу через електромагнітний клапан до заданого рівня, при досягненні якого від давача рівня подається сигнал на закриття електромагнітного клапана. Перед пуском електромагнітний клапан відкривається і вода із бака самопливом заповнює робочу камеру помпи.

Контроль процесу заливання помпи здійснює давач заливу, який формує сигнали на припинення заливу і на включення приводного двигуна.

В якості приводних двигунів помп використовують асинхронні двигни з короткозамкненим ротором і синхронні двигуни. Пуск цих двигунів здійснюють безпосереднім підключенням до трифазної мережі. В момент пуску в обмотці статора асинхронного двигуна виникає пусковий струм, який у 6...7 разів більший номінального струму. Це призводить до значного нагрівання обмоток двигуна. Щоб обмотка статора не перегрілась, число включень двигуна на годину обмежено.

Зменшити нагрівання двигуна при пуску можна за рахунок зменшення моменту опору при пуску, що досягається пуском двигуна при закритій напірній засувці. У цьому випадку двигун працюватиме в режимі, близькому до режиму холостого ходу, розгін відбуватиметься за мінімальний час і нагрівання двигуна також буде мінімальним.

Пуск синхронних двигунів значно складніший, ніж асинхронних. Це зумовлене тим, що принцип роботи синхронного двигуна базується на взаємодії обертового магнітного поля, яке створюють обмотки статора при їх живленні трифазним струмом, і магнітного поля ротора, яке створює обмотка, розташована на роторі і яка живиться постійним струмом. Щоб виник однонаправлений електромагнітний момент, обидва поля повинні рухатись у просторі з однаковою кутовою швидкістю, а це можливо лише тоді, коли ротор розігнати до швидкості, близької до швидкості обертання магнітного поля статора (синхронна швидкість). Розгін ротора до швидкості, близької до синхронної, здійснюється за допомогою додаткової короткозамкненої обмотки, розташованої на роторі. Отже, пуск синхронного двигуна відбувається аналогічно пуску асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором і називається асинхронний пуск синхронного двигуна. Відбувається він так: обмотку ротора замикають на розрядний опір, щоб в ній не виникала висока напруга при пуску, потім подають живлення на обмотки статора і двигун розганяється аналогічно асинхронному; при швидкодії ротора, близькій до синхронної, давач швидкості подає сигнал на подачу постійного струму в обмотку ротора і в результаті взаємодії двох магнітних полів, що обертаються виникає синхронізуючий електромагнітний момент і ротор "втягується" в синхронізм, тобто магнітне поле ротора разом з ротором обертається однаково (синхронно) з магнітним полем статора. Після пуску розрядний опір відмикають.

Перевагою синхронних двигунів є те, що швидкість є сталою і не залежить від навантаження. При зміні навантаження змінюється кут між віссю результуючого поля двигуна і віссю магнітного поля полюсів ротора (кут Θ). Тому момент, який розвиває двигун

, /15.1/

де – момент, який відповідає куту . При навантаженні більшому, ніж , момент стає від’ємним, двигун випадає з синхронізма і зупиняється.

Номінальний режим роботи двигуна відповідає куту , перевантажувальна здатність складає .

При асинхронному пуску синхронних двигунів пусковий момент значно менший номінального. Тому пуск помпових агрегатів здійснюють при закритій засувці на напірному трубопроводі.

Найбільше широко на меліоративних помпових станціях використовують відцентрові горизонтальні помпи, пуск яких здійснюється наступним чином: при зміні витрати або тиску в напірній мережі поступає сигнал на систему керування пуском двигуна, але пуск відбудеться лише тоді, коли поступлять сигнали від давача заливки, що помпа заповнена водою і від давача положення засувки, що вона закрита. За цих умов відбувається пуск. В кінці пуску тиск перед засувкою збільшується і давач тиску посилає сигнал на відкриття засувки.

Інколи з метою спрощення схеми пуск помпового агрегату здійснювати при відкритій засувці в напірному трубопроводі. У цьому випадку в напірному трубопроводі встановлюють зворотний клапан. Під дією гідростатичного тиску води при непрацюючій помпі і низьких обертах на початку пуску клапан закритий. Коли частота обертання досягає значення, при якому напір, створюваний помпою, перевищує тиск стовпа води в напірному трубопроводі, клапан відкривається. При досить високому гідростатичному тиску умови пуску помпового агрегату не відрізняються істотно від умов пуску на закриту засувку.

На меліоративних помпових станціях практикується також пуск помпових агрегатів при відсутності засувок і зворотних клапанів на напірному трубопроводі. Такий режим істотно відрізняється від попереднього, оскільки в початковий момент пуску геометрична висота піднімання мінімальна і поступово зростає в міру розгону двигуна і заповнення водою напірного трубопроводу. Через знижений протидіючий напір в початковий момент витрата помпи значно перевищує номінальну і приводний двигун працює з перевантаженням. Час такої роботи залежить від гідромеханічної схеми напірного трубопроводу, його розмірів і не повинен перевищувати допустимого нагрівання двигуна. Тому поряд зі спрощенням схеми пуску ускладнюється схема автоматичного захисту двигуна від перегрівання. Тому що схему використовують при невеликих довжині і ємності напірної мережі.

У випадку відключення помпи, що працює на відкриту мережу з відкритою засувкою, передбачається установка автоматичних пристроїв зриву вакууму для запобігання зливу води через відключену помпу у нижній б'єф. Це особливо важливо у випадку роботи помпи на накопичувальний басейн. Для цієї мети застосовують клапана-хлопавки, швидкодіючі щити та сифонні водозливи з пристроями зриву вакууму.

Економічність роботи помпової станції визначається можливістю регулювання її продуктивності з метою збереження балансу між витратою станції і споживанням води при сталому тиску у напірній мережі. Цього можна досягнути, якщо регулювати продуктивність одного із помпових агрегатів

Продуктивність відцентрової помпи можна регулювати двома способами: ступенем відкриття засувки на напірному трубопроводі, тобто шляхом дроселювання і зміною частоти обертання приводного двигуна.

Регулювання дроселюванням енергетично невигідно, так як при цьому частина потужності двигуна витрачається на подолання гідравлічного опору засувки. Застосовують його лише при невеликих витратах і у вузькому діапазоні регулювання, коли збільшення споживаної потужності компенсується простотою регулювання. Автоматизація процесу регулювання в цьому випадку зводиться до автоматичного керування приводом електрифікованої засувки. У якості керованого параметра можуть бути рівень води у басейні (каналі), а також витрата.

Регулювання частотою обертання помпи є економічним, так як при цьому зберігається високий к.к.д. помпи і регулювання здійснюється при мінімальних втратах в двигуні

Як приводні двигуни використовують асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором і синхронні двигуни.

Частота обертання цих двигунів визначається за формулою

/15.2/

де f – частота струму; р – кількість пар полюсів; s – ковзання, яке залежить від навантаження на валу двигуна.

Із рівняння /15.2/ слідує, що швидкість асинхронного двигуна можна регулювати плавно зміною струму, і ступінчасто – зміною числа пар полюсів. На рис. 15.1 наведені механічна характеристика помпи і механічні характеристики двигуна при зміні відповідним чином частоти і напруги живлення.

Рис. 15.1. Механічні характеристики помпи й асинхронного двигуна.

Усталений режим роботи помпового агрегату наступає при рівності моменту , який розвиває двигун при швидкості , і моменту сил опору, який складається з моменту холостого ходу і моментів, які створюють гідростатичний і гідродинамічний моменти (точка А на рис. 15.1). Величина гідродинамічного моменту

/15.3/

де с – коефіцієнт, що характеризує гідравлічні втрати в трубопроводах, засувках колінах тощо; Q – витрата помпи.

Робочі точки помпових агрегатів при зміні швидкості завжди знаходяться на перетині механічних характеристик двигунів і помпи. При номінальній швидкості , яка відповідає частоті в мережі живлення , витрата помпи буде визначатись моментом . При зменшенні швидкості обертання помпи буде зменшуватись і в точці . Це означає, що при швидкості момент двигуна буде долати лише моменти холостого ходу і гідростатичного напору і згідно формули /15.3/ витрата помпи буде дорівнювати нулю.

Відношення визначає граничний діапазон регулювання витрати при заданому значенні . З його зменшенням діапазон регулювання витрати буде збільшуватись. Отже, на підставі аналізу механічних характеристик двигуна і помпи при відомому моменту від гідростатичного напору визначають діапазон регулювання швидкості двигуна.

Плавне регулювання швидкості асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором забезпечується живленням обмотки статора від автономного статичного перетворювача частоти. На рис. 15.2 наведена одна із структурних схем перетворювача частоти з проміжною ланкою постійного струму.

Рис. 15.2. Структурна схема статичного перетворювача частоти з проміжною ланкою постійного струму.

Перетворювач складається з двох силових елементів: керованого випрямляча КВ і інвертора І. На вхід КВ подається нерегульована напруга змінного струму частоти 50 Гц, яка перетворюється в регульовану напругу постійного струму. З виходу КВ регульована напруга подається на інвертор І, який перетворює постійну напругу у змінну з регульованою амплітудою і частотою. Крім силових елементів перетворювач має мікропроцесорну систему керування, яка складається з блока керування випрямлячем БКВ, блока керування інвертором і блока задавача швидкості БЗШ.

Оскільки при зміні частоти змінюються індуктивний опір обмоток і струм намагнічування асинхронного двигуна, то для збереження сталим моменту двигуна необхідно при регулюванні швидкості підтримувати відношення напруги до частоти , а при дуже малих швидкостях необхідно підтримувати . Ці співвідношення забезпечує блок задавача швидкості БЗШ.

Окрім плавного перспективним є ступінчасте регулювання витрати відцентрових помп, яке здійснюється шляхом зміни числа пар полюсів асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Ця зміна досягається зміною напрямку струму в половинах обмотки кожної фази. Використовують переключення обмоток за схемами „зірка – подвійна зірка”, „зірка – трикутник” і навпаки. При цьому швидкість змінюється у відношенні 2:1.

Якщо на статорі є дві обмотки, то переключенням числа пар полюсів отримують чотири швидкості, наприклад, 3000/1500 і 1000/750 об/хв. Вибором схем переключення можна забезпечити регулювання швидкості при сталому моменті , або при сталій потужності . Для відцентрових помп регулювання здійснюють при .

Регулювання швидкості зміною числа пар полюсів є економічним, механічні характеристики мають велику жорсткість і достатню перевантажувальну здатність . Недоліки – ступінчасте регулювання швидкості і додаткова апаратура для переключення обмоток статора.

Окрім регулювання витрати зміною швидкості двигуна на меліоративних помпових станціях також використовують осьові помпи з поворотними лопатками робочого колеса. Їх витрата при сталій швидкості обертання регулюється поворотом лопаток, який здійснюється автоматично в залежності від витрати.

Для керування помповими агрегатами випускаються станції керування, в яких є пристрої захисту від короткого замикання, перевантаження, перегріву підшипників помпи і двигуна, унеможливлення пуску не залитої водою помпи, при відкритій засувці на напірному трубопроводі, виконаних на безконтактних елементах, що значно підвищує надійність їх роботи. Схема керування передбачає ручне, дистанційне і автоматичне керування помповим агрегатом.

В даний час системи керування помповими станціями підкачки базуються на використанні мікропроцесорів і давачів з уніфікованими виходами, які дозволяють під'єднувати їх безпосередньо до аналогових ч и дискретних входів. Узгодження режимів роботи досягається програмними засобами.

Читайте також:

1. D-тригер з динамічним керуванням
2. Автократично-демократичний континуум стилів керування.
3. Автоматизація банківської діяльності в Україні
4. Автоматизація вводу
5. Автоматизація виробництва
6. Автоматизація виробничих процесів
7. Автоматизація водорозподілу з комбінованим регулюванням
8. Автоматизація водорозподілу на відкритих зрошувальних системах. Методи керування водорозподілом. Вимірювання рівня води. Вимірювання витрати.
9. Автоматизація водорозподілу регулювання зі сталими перепадами
10. Автоматизація водорозподілу регулюванням з перетікаючими об’ємами
11. Автоматизація водорозподілу регулюванням за верхнім б'єфом
12. Автоматизація водорозподілу регулюванням за нижнім б'єфом

Переглядів: 1276