Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Дипломный проект - Автоматизация насосной установки водоснабжения коттеджного поселка - файл n3.doc


Дипломный проект - Автоматизация насосной установки водоснабжения коттеджного поселка
скачать (1810.7 kb.)

Доступные файлы (3):

n1.doc226kb.27.06.2012 01:32скачать
n2.doc87kb.27.06.2012 01:30скачать
n3.doc2540kb.27.06.2012 02:07скачать

n3.doc

  1   2   3   4   5   6
Аннотация
.

Дипломный проект содержит:

страниц;

рисунков;

таблиц;

листов графической части; фотографий.

НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, ВОДОПРОВОДНАЯ СЕТЬ, АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, ЭЛЕКТРОПРИВОД, ТРАНЗИСТОНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, ПИД-РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ, ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, IGBT-ТРАНЗИСТОРЫ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, MATLAB, SIMULINK.


В данном дипломном проекте разработана автоматическая система управления насосной установкой для снабжения холодной водой коттеджных поселков. При проектировании САУ и выборе элементной базы основным критерием отбора была доступность составных частей электропривода, тоесть возможность свободного приобретения их на территории Украины, получения технической документации и гарантийного обслуживания. В соответствии с выбранными элементами разработана структурная схема системы автоматического управления, , проведено моделирование динамических режимов САУ с помощью ПК.
Аннотація.

Дипломний проект містить:

сторінок;

малюнків;

таблиць;

листів графічної часини;

фотографій.

НАСОСНА УСТАНОВКА, ВОДОПРОВІДНА МЕРЕЖА, АСИНХРОННИЙ ЕЛЕКТРОДВИГУН, ЕЛЕКТРОПРИВОД, ТРАНЗИСТОНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЧАСТОТИ, ПІД-РЕГУЛЯТОР ТИСКУ, ДАТЧИК ТИСКУ, IGBT-ТРАНЗИСТОРЫ, МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ, АВТОМАТИЧНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ, MATLAB, SIMULINK.


У даному дипломному проекті розроблена автоматична система керування насосною установкою для постачання холодноі води котеджних селищ. При проектуванні САУ і виборі елементної бази основним критерієм відбору була доступність складових частин електроприводу, тобто можливість вільного придбання їх на території України, отримання технічної документації і гарантійного обслуговування. Відповідно до вибраних елементів розроблена структурна схема системи автоматичного керування, , проведено моделювання динамічних режимів САУ за допомогою ПК.
Assay.

A diploma project contains:

pages;

pictures;

tables;

folias of graphic part;

pictures.

PUMPING SETTING, PLUMBING NETWORK, ASYNCHRONOUS MOTOR, ELECTROMECHANIC,IGBT-TRANSFORMER of FREQUENCY, PID-REGULATOR of PRESSURE, PRESSDUCTOR, ECONOMY of ELECTRIC POWER, IGBT-TRANSISTORS, MATHEMATICAL DESIGN, AUTOMATIC CONTROL , MATLAB, SIMULINK.


In this diploma project automatic control the system pumping fluidizer is developed for cold water of cottedge settlements supply. There was availability of component parts of electromechanic at planning of SAC and choice of element base the basic criterion of selection, so free acquisition option them on territory of Ukraine, receipies of technical document and guarantee service. In accordance with the chosen elements the flow diagram of the system of automatic control is developed, the parameters of dynamic links are determined, the design of the dynamic modes of SAC is made by computer.

ВВЕДЕНИЕ

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКЕ И ЗАДАЧЕ АВТОМАТИЗАЦИИ

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

ВЫБОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ АЭП И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИК

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ САУ,

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Математическое моделирование и исследование

динамики САУ на ЭВМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
На протяжении многих десятилетий центробежные насосы обеспечивают комфортные условия жизни человека, участвуют в большинстве производственных процессов. Исследования показали, что около 25% всей вырабатываемой электроэнергии на земном шаре расходуется на электропривод центробежных механизмов, львиную долю этой энергии потребляют, именно центробежные насосы. Большая часть электроприводов указанных механизмов является нерегулируемыми.

Традиционные способы регулирования подачи насосных установках состоят в дросселировании напорных линий и изменении общего числа работающих агрегатов. Эти способы регулирования направлены на решение технологических задач и практически не учитывают энергетических аспектов транспорта воды.

Гидравлическое и электротехническое оборудование насосных станций обычно выбирается по максимальным техническим параметрам (подаче, напору и др.) системы водоснабжения и водоотведения. Однако в реальной жизни оказывается, что вновь вводимые в эксплуатацию насосные установки выходят на проектные режимы в течение нескольких лет. Поэтому существующие станции нередко работают в режимах отличающихся от расчётных. Кроме того, имеют место суточные, недельные и сезонные колебания расходов и напоров, обусловленные переменным водопотреблением, в результате этого рабочие режимы насосов оказываются вне рабочих зон их характеристик.

Поэтому с появлением надёжного регулируемого электропривода создались предпосылки для разработки принципиально новой технологии транспорта воды с плавным регулированием рабочих параметров насосной установки без непроизводительных затрат электроэнергии и с широкими возможностями повышения точности и эффективности технологических критериев работы систем подачи.

Электропривод включает в себя электрический двигатель, преобразователь электрической энергии (например, преобразователь частоты) и систему управления. В промышленности и быту применяются двигатели переменного и постоянного тока. Исторически сложилось, что для регулирования скорости вращения чаще использовали двигатели постоянного тока. Преобразователь в данном случае регулировал только напряжение, был прост и дешев. Однако двигатели постоянного тока имеют сложную конструкцию, критичный в эксплуатации щеточный аппарат и сравнительно дорогие. Асинхронные двигатели широко распространены, надежны, имеют относительно невысокую стоимость, хорошие эксплуатационные качества, но регуляторы скорости их вращения из-за сложности систем электронного регулирования частоты питающего напряжения стоили до начала 80-х годов дорого и не обладали качествами, необходимыми для широкого внедрения в индустрию.
Благодаря бурному развитию электроники и появлению недорогих преобразователей частоты стало возможным регулирование скорости вращения асинхронных двигателей в широких масштабах. Быстрый рост рынка преобразователей частоты для асинхронных двигателей не в последнюю очередь стал возможен в связи с появлением новой элементной базы - силовых модулей на базе IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor - биполярный транзистор с изолированным затвором), рассчитанных на токи до нескольких килоампер, напряжение до нескольких киловольт и имеющих частоту коммутации 30 кГц и выше.

С помощью регулирования частоты вращения для изменения расхода по сравнению с дросселиванием достигается значительный потенциал сбережения энергии. В настоящее время это широко используется в насосах, вентиляторах и турбокомпрессорах с асинхронными двигателями, которые питаются от преобразователей частоты.

Целью этого дипломного проекта является разработка электропривода центробежного насоса с использованием современной элементной базы, обеспечивающего выполнение следующих требований:

  • экономия электроэнергии;

  • возможность гибкой настройки привода при меняющихся режимах работы;

  • .

Для решения этой задачи требуется:

  • ознакомится с процессом и технологией подачи воды;

  • провести аналитический обзор технической литературы по данной проблематике;

  • дать технико-экономическое обоснование выбранного принципа управления;

  • осуществить выбор элементов электропривода, обеспечивающих работоспособность системы;

  • разработать функциональные схемы системы автоматического управления;

  • провести математическое описание объекта и системы управления;

  • осуществить моделирование и исследование статики и динамики САУ на ЭВМ;


1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ


    1. Требования к комплексу решаемых задач


Для реализации задачи управления насосной установки электропривод должен обеспечивать:

  • пуск и остановка насоса;

  • автоматическое изменение частоты вращения вала двигателя для поддержания постоянным давления в потребительской сети;

  • экстренная остановка насоса в случае поступления аварийного сигнала от датчика (при отклонении параметров от допустимых технологических пределов);

  • защиту от аварийных режимов работы электродвигателя.




    1. Требования к переходным процессам


Характеристики переходных процессов должны удовлетворять следующим требованиям:

  • статическая ошибка в установившихся режимах работы равна 0;

  • перерегулирование при пуске не более 5%;

  • перерегулирование при набросе или сбросе нагрузки не более 5%.




    1. Требования к техническим параметрам установки


-Подача- 12 м3

-Максимальный напор - 20 м

-Питание от трехфазной сети напряжением- 380 В

Установка должна обеспечивать регулирование давления в водонапорной сети, с целью понижения энергетических затрат, расхода воды, а также минимизировать количество и габаритов, используемой аппаратуры водоснабжения

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКЕ И ЗАДАЧЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
Объектом управления и одним из основных элементов системы является насос[1]. Рассмотрим принцип действия и виды насосов.

Лопастные гидромашины для перемещения жидкостей и газов в современной технике представлены двумя основным видами – центробежными (динамическими) и осевыми насосами и вентиляторами. К лопастным относятся также выхревые насосы[1].

Лопастные гидромашины совершенствуются в направлении увеличения единичной мощности агрегатов, максимальной унификации, под которой понимается одинаковость конструкций, что дает возможность выполнить машины компактными и высокоэкономичными, с уменьшенным числом ступеней.

По конструкции центробежные вентиляторы[1], особенно высоконапорные, могут быть аналогичными насосам. Однако если корпус у насоса в связи с большими давлениями литой или кованой, то у вентиляторов в большинстве случаев он сварной или клепаный из листовой стали, благодаря чему конструкция вентилятора упрощается [1].

Лопатки колес оказывают силовое воздействие на поток и преобразуют механическую энергию в энергию перекачиваемой жидкости или газы с направлением движения от центра колеса к его периферии. На периферии колеса жидкость или газ поступает в спиральный отвод (улитку) и направляется в нагнетательный (выходной) патрубок (диффузор), где большая часть кинетической энергии потока преобразуется в потенциальную (энергию давления). Таким образом снижается скорость потока, а следовательно, и гидравлические потери в гидромашине и повышается давление жидкости или газа, что особенно важно для насосов, повышается давление для подачи жидкости на определенную высоту.

При вращении насосного или вентиляторного колеса у входа потока на лопатки колеса образуется область пониженного давления (вакуум). В результате этого за счет атмосферного давления жидкость или газ непрерывно поступают из источника к лопаткам колеса. Последнее не относится ко времени пуска насоса в ход, так как из-за протечек жидкости через зазор и малой центробежной силы разрежение в корпусе оказывается недостаточным для поднятия жидкости из источника, т.е. центробежные насосы не обладают самовсасыванием при пуске. Поэтому перед пуском необходимо предварительно заполнять всасывающий трубопровод и корпус насоса жидкость или подводить жидкость к насосу под напором.

Осевые насосы и вентиляторы, в отличие от центробежных, имеют рабочие колеса пропеллерного типа.[1] Под воздействием лопаток поток жидкости или газа движется вдоль корпуса, т.е. в осевом направлении. Центробежные силы, не участвуют в создании напора машины.
Поэтому напоры осевых насосов и давления осевых вентиляторов сравнительно набольшие, зато они имеют большие подачи и обладают рядом других существенных преимуществ. Большим преимуществом лопастных гидромашин по сравнению с объемными является возможность непосредственного соединение с современным быстроходным двигателем. Кроме того, они имеют простую конструкцию, сравнительно небольшие массу и габаритные размеры. Подача жидкости и газа производится без большой пульсации и не подвержена смешиванию со смазочным маслом. Лопастные гидромашины малочувствительны к загрязненным жидкостям и газам.

Лопастные насосы и вентиляторы классифицируются по многим признакам. Насосы, в первую очередь, классифицируются по способу отвода жидкости из рабочего колеса на спиральные и секционные. В насосах спирального типа жидкость выбрасывается из рабочего колеса непосредственно в спиральный (полуспиральный) отвод, в секционных насосах жидкость сначала поступает на лопатки направляющего аппарата 2, который есть в каждой секции насоса и устанавливается непосредственно за колесом.

По числу колес или секций насосы подразделяются на одно- и многоступенчатые.[1] К последним относится насосы с последовательным расположением колес. Если колеса соединены параллельно, насосы называются многопоточными, если два колеса, соединенные параллельно, объединены в одно, то оно называется колесом двухстороннего входа.

По расположению вала насосы подразделяются на горизонтальные и вертикальные, а по способу соединения с двигателем – на приводные (со шкивом или редуктором), непосредственно соединенные с помощью муфты с двигателем, моноблочные и фланцевые. В моноблочном исполнении рабочее колесо устанавливается на удлиненном конце вала двигателя. В зависимости от вида перекачиваемой жидкости насосы могут быть водопроводные, канализационные, грунтовые, шахтные, энергетические, судовые и т.д.[1]

Насосы классифицируются также на низконапорные (напор до 20 м), средненапорные (20…60 м) и высоконапорные (свыше 60 м). Современные серийные насосы могут иметь напор на колесо до 120 м, а общей напор последовательно соединенных колес может достигать 2000 м.

Центробежные консольные насосы наиболее широкий класс насосов, изготовляется трех типов: К – с отдельной опорной стойкой, КМ – моноблочные и ЕКМ – фланцевые.

Насосы применяются для перекачивания чистой воды и других нейтральных жидкостей с температурой до 353 К. Насосы очень отличаются по своей массе и габаритными размерам. Если массу насоса типа К принять за 100%, то масса насоса типа КМ составит 60%, а насоса типа ЕКМ – только 45%. Насосы типа К выпускаются с муфтой для соединения с электродвигателем или шкивом для ременной передачи [1].
Насос состоит из следующих основных частей: рабочего колеса, вала и спирального корпуса и имеет вертикальный разъем. Жидкость подводится к рабочему колесу через осевой подвод. Подвод, рабочее колесо и спиральный отвод составляют проточную часть насоса. Спиральный отвод переходит в напорный патрубок, где динамический или скоростной напор трансформируется в статический или в давление. Предусмотрено расположение напорного патрубка к оси насоса под углом 90, 180 и 2700.

Подшипники помещены в масляную ванну. Передняя крышка корпуса насоса отливается вместе с входным патрубком, что дает возможность доступа к рабочему колесу без демонтажа всего насоса.

Рабочее колесо состоит из ведомого и ведущего дисков, соединенных пространственными или цилиндрической шпонки. Для выравнивания осевого усилия, возникающего за счет разности площадей ведущего и ведомого дисков колеса, в ведущем (заднем) диске предусмотрены разгрузочные отверстия.

В данном дипломном проекте рассматривается насосная установка для водоснабжения группы индивидуальных жилых домов. Рассмотрим случай группового автономного водоснабжения .

Любая автономная система водоснабжения состоит из водозабора и водопроводной сети. В индивидуальных домах, в качестве схем водозабора, наиболее распространены колодезные и скважинные варианты [2]. Водопроводная сеть состоит из насосной установки, системы управления водоснабжением и трубопроводов. При необходимости, если качество воды не соответствует санитарным нормам, можно установить блоки очистки воды. Ниже представлены две типовые схемы водоснабжения индивидуального дома при заборе воды из колодца и скважины (рис 2.1).

Основная идея этих систем - создать комфортные условия при потреблении воды. Рассмотрим назначение элементов, указанных на этих схемах. Сердцем любой системы водоснабжения является насос. В первом случае, для скважинного водоразбора применяются погружные насосы. Наибольшее применение нашли четырехдюймовые скважинные насосы, опускаемые в скважину в водоносный слой. Для колодцев используются самовсасывающие поверхностные насосы, располагаемые, как правило, в подвале дома. Другими основными элементами являются: Обратный клапан - гидравлических элемент, пропускающий воду только в одном направлении. Манометр - устройство, позволяющее определить давление в системе в точке его установки. Реле давления - “мозг” системы водоснабжения, устройство, автоматически включающее насос, если пользуются водой, и автоматически выключающее его, если вода не нужна. Гидроаккумулятор - бак для воды с эластичной мембраной, в одной части которого находится вода, в другой - сжатый воздух. Предназначен для хранения некоторого количества воды, находящейся под давлением. Именно он обеспечивает давление в системе при выключенном насосе.






Рис. 2.1. Схема водоснабжения на базе скважного насоса и системы автоматического управления насосом
Но в настоящее время современные индивидуальные застройки уже нельзя рассматривать, как отдельно стоящие дома. Вокруг больших городов вырастают целые коттеджные поселки, которые требуется обеспечить всеми удобствами цивилизации, в том числе и холодной водой. С этой целью, в район застроек централизовано подводится свет, газ, вода, канализация.

Большая часть домов трех - четырехэтажные, на каждом этаже размещается 2 санузла, ванная комната, кухня, противопожарная сеть, а на территории участка бассейн, система автоматического полива. Все названые выше, является потребителем холодной воды. Рассмотрим систему внутреннего водопровода подобных зданий.




Фото 2.1 Внешний вид насосной установки



Фото 2.2 Внешний вид здания насосной станции коттеджного поселка

Системы внутреннего водопровода (хозяйственно-питьевого, производственного, противопожарного) включают: вводы в здания, водомерные узлы, разводящую сеть, стояки, подводки к санитарным приборам и технологическим установкам, водоразборную, смесительную, запорную и регулирующую арматуру [3].

Вводом называют трубопровод, соединяющий наружную водопроводную сеть с водомерным узлом, установленным в здании или специальном помещении (центральном тепловом пункте, бойлерной, насосной и т. д.).

Водомерный узел служит для измерения количества воды, поданной в здание, и состоит из водосчетчика и арматуры, необходимой для его отключения.

Установки для повышения давления увеличивают давление во внутренней сети, когда гарантийное давление в городской сети недостаточно для подачи воды всем высокорасположенным потребителям системы внутреннего водоснабжения.
Запасные и регулирующие емкости создают запас воды в системе, необходимой для бесперебойной снабжения потребителей, при аварии или в случае несоответствия режима подачи воды наружной сетью режиму водопотребления в здании. Емкости выполняют в виде водонапорных баков, устанавливаемых в самой высокой точке здания, или гидропневматических баков, располагаемых в нижней части здания на уровне земли или ниже его.

Водопроводная сеть распределяет воду между потребителями. При снабжении водой группы зданий, питающихся от одного ввода, водопроводные сети системы внутреннего водоснабжения разделяют на внутренние и квартальные (внутриплощадочные) сети. Внутренние сети распределяют воду каждому потребителю, расположенному внутри одного здания. Квартальные сети подают воду от водомерного узла к внутренним сетям отдельных зданий.

Трубопроводная арматура управляет потоком воды.

Водоразборная арматура регулирует подачу воды потребителям. Количество элементов в каждой системе, а также их взаимное расположение (схема внутреннего водопровода) определяются требованиями к бесперебойности подачи воды, соотношением давления, требуемого для надежной роботы внутреннего водопровода здания.

По назначению сети внутреннего водоснабжения зданий подразделяют на хозяйственно-питьевые, производственные, противопожарные.

Производственные сети обеспечивают подачу воды для технологических процессов. Требования, предъявляемые к воде, чрезвычайно разнообразны и определяются технологическим процессом производства. Например, в пищевой промышленности, где вода является составной частью пищевого продукта, применяют питьевую воду (хлебопечение, консервирование, мясокомбинаты и др.)

Противопожарные сети подают воду для тушения и предотвращения распространения огня при возникновении пожара в здании.

Наиболее экономически целесообразным следует считать объединение всех видов внутреннего водопровода здание в одной хозяйственно-производственно-противопожарной системе. Однако недостаток и относительно высокая стоимость питьевой воды, потребление большого количества воды на производственные нужды, разность требуемых напоров и ряд других факторов во многих случаях делают применение раздельных систем более экономичным.

В практике проектирования и строительства внутренних водопроводов получили распространение следующие комбинации объединения водопроводных сетей: хозяйственно-питьевая и противопожарная, хозяйственно-питьевая и производственная, хозяйственно-питьевая, производственная и противопожарная с подачей воды питьевого качества на все нужды, производственно-противопожарная.

В зависимости от величины свободного напора Нсв в наружной сети, требуемого напора Н в здании и режима водопотребления применяют следующие системы внутреннего водопровода.

Простую систему (ввод – водомер – сеть и арматура) применяют, если давление в наружной сети всегда больше давления Н, требуемого для подъема воды к самому высокорасположенному и удаленному потребителю в здании, преодоления сопротивления движению воды в трубопроводах и создания перед водоразборной арматурой давления, необходимого для ее нормальной работы. Благодаря своей простоте эха схема является наиболее распространенной для зданий высотой до 5…6 этажей.

Систему с регулирующей емкостью применяют, когда давление в наружной сети меньше требуемого в течение нескольких часов в сутки (обычно в период наибольшего водопотребления) и в случае большой неравномерности водопотребления. В период повышенного давления в наружной сети вода накапливается в баке и в часы уменьшения давления ниже требуемого питание системы осуществляется от бака.

Данная система используется для создания запаса воды, необходимого для бесперебойной работы внутреннего водопровода, например, если наружная сеть не обеспечивает подачу воды в заданном количестве, в противопожарным водопроводах для хранения неприкосновенного запаса, а также в банях, прачечных и ряде предприятий местной промышленности.

При использовании в качестве регулирующей емкости водонапорного бака давление во внутренней сети, определяемой высотой уровня воды в баке, практически постоянно в течение суток. Поэтому эту схему применяют в зданиях с повышенными требованиями к стабильности давления в сети и перед арматурой, например в банях, душевых павильонах, в ряде производственных зданий перед технологическим оборудованием.

Недостатком системы с водонапорным баком являются возможность загрязнения и застаивания воды, необходимость периодической чистки баков, значительные нагрузки на строительные конструкции, высокая температура воды летом и возможность замерзания и низкая температура воды зимой.

Систему с гидравлическими баками наиболее часто применяют в противопожарных и объединенных хозяйственно-противопожарных системах многоэтажных зданий для хранения регулирующего противопожарного запаса воды. Как правило, гидропневматические баки работают совместно с водоповысительной установкой.

В системе может устанавливаться для хранения отдельно регулирующего объема и запасного противопожарного объема.

Систему с установкой для повышения давления применяют при постоянном или длительном недостатке давления в городской распределительной водопроводной сети.

Это обусловлено большим удалением коттеджных поселков от городских напорных станций, а также значительной высотой современных коттеджей (до 20м.).

Опираясь на опыт работы фирмы «Эпос», по обеспечению холодной водой индивидуальных домов выбираем насос типа КМ: насос КМ50-32-125(см. фото. 2.3), предлагаемый фирмой «Эпос» [4], с параметрами указанными в таблице 2.1.


Табл. 2.1

Параметры насоса типа КМ


Насос

марка

подача, м3

напор, м

КПД, %

допустимый кавитационный запас, не более, м

КМ50-32-125

12,5

20

0,5

3,5




Фото 2.3 Внешний вид насоса КМ50-32-125

В подобных системах использование насосной установки только для повышения напора недостаточно. Установка должна обеспечивать регулирование давления в водонапорной сети, с целью понижения энергетических затрат, расхода воды, а также минимизировать количество и габаритов, используемой аппаратуры водоснабжения.



3. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Источниками для написания данного аналитического обзора является литература [1]-[14] , далее приводим текст аналитического обзора без ссылок на источники


3.1 Виды насосных установок и частоных преобразователей используемых в водоснабжении.
В данном дипломном проекте рассматривается асинхронный электропривод центробежного насоса. Основными элементами системы являются: насос, электродвигатель, датчик давления, регулирующее устройство. С точки зрения, нашей специальности наиболее интересным является устройство, регулирующее скорость вращения электродвигателя.

В насосных станциях проектируются, в основном, центробежные насосы. На водопроводных станциях обычно применяют насосы общего назначения, допускающие перекачивание воды с температурой до 85 °С и с содержанием твердых включений до 3 г/л, размером не более 0,1—0,2 мм.

На водопроводных насосных станциях чаще всего устанавливаются горизонтальные насосы двустороннего входа типа Д, а при подачах до 0,08 м3/с — консольные насосы типа К.

На заглубленных насосных станциях 1 подъема, сооружение которых в условиях близкого залегания грунтовых вод затруднено, широко применяют вертикальные центробежные насосы типа В. Это позволяет уменьшить площадь машинного зала, удешевить строительство и улучшить условия эксплуатации вынесенных на первый этаж электродвигателей.

При больших подачах (выше 1 м3/с) и при напорах от 4 до 25 м могут применяться осевые насосы. В насосных станциях системы отведения бытовых стоков, как правило, устанавливаются насосы типа СД (сточные динамические) или СДВ (то же, вертикальные), предназначенные для перекачивания сточных вод с рН = 6...8,5, плотностью до 1050 кг/м3, температурой до 80 °С и содержанием абразивных частиц по объему до 1%. На насосных станциях систем водоотведения в некоторых случаях могут быть применены грунтовые насосы типа Гр и ГрУ. Эксплуатационные свойства указанных насосов определяются их основными параметрами: подачей, напором, КПД насоса, мощностью, допустимой вакуумметрической высотой всасывания или допустимым кавитационным запасом. Важными характеристиками насосного агрегата являются частота вращения его рабочего колеса и напряжение приводного электродвигателя.


Следует помнить, что параметры центробежных и осевых насосов даже при постоянной частоте вращения рабочего колеса переменны и зависят от подачи. Графики зависимости основных параметров насоса от подачи называются характеристиками насоса. Центробежные и осевые насосы автоматически реагируют на изменение подачи, изменяя соответствующим образом напор. Характеристики насосов строятся по результатам натурных испытаний. Характеристики приводятся для определенной частоты вращения рабочего колеса. На графике часто приводятся характеристики для уменьшенных (обточенных) диаметров рабочего колеса. Точка характеристики, отвечающая максимальному значению КПД, называется оптимальной режимной точкой. Соответствующие ей подача и напор называются оптимальными параметрами насоса и с 1977 г. входят в обозначение насоса.

Точка, соответствующая действительному режиму работы насоса — рабочая точка, не всегда совпадает с оптимальной, но должна, по возможности, быть близка к ней. Исходя из допустимого уменьшения КПД на характеристиках часто выделяют рабочую часть, в пределах которой и должны находиться рабочие точки насоса. Характеристики насосов приводятся заводами-изготовителями, как правило, для чистой воды температурой 20 °С при нормальном атмосферном давлении на отметке уровня мирового океана.

Центробежные консольные насосы типа К и КМ
Эти насосы — горизонтальные, одноступенчатые, с рабочим колесом одностороннего входа, консольно расположенным на конце вала насоса. Напорный патрубок может быть повернут на 90, 180 и 270° в зависимости от условий компоновки. Смазка подшипников — жидкая.

Консольные насосы выпускаются двух модификаций:

собственно насос без двигателя — К, соединяемый с двигателем упругой муфтой,

и в моноблочном исполнении — КМ.

Консольные насосы маркируются так: после букв К или КМ в числителе указана подача, м3/ч, а в знаменателе— напор, м, например, К-160/30.

Центробежные насосы с двусторонним подводом воды к рабочему колесу типа Д
Насосы этого типа —горизонтальные, одноступенчатые, с полуспиральным подводом воды. Корпус насоса чугунный, имеет горизонтальный разъем в плоскости расположения оси вала, что позволяет производить разборку и ремонт насоса без демонтажа трубопроводов. Насосы с двусторонним подводом маркируются буквой Д, после буквы приводятся две цифры: первая указывает подачу, м3/ч, вторая — напор, например Д3200-75.

Вертикальные центробежные насосы типа В
Своей конструкцией эти насосы напоминают консольные, расположенные вертикально. Приводные двигатели насосов устаналиваются на балках над насосами, что уменьшает потребную площадь пола машинного зала.

Подшипники насосов типа В с резиновыми или лигнофолевыми вкладышами смазываются перекачиваемой водой, если содержание в ней взвешенных частиц не более 50 мг/л при допустимой их крупности и абразивности. При перекачивании загрязненной воды подшипники должны смазываться технически чистой водой из специальной системы водопровода. Насосы типа В с подачей до 4 м3/с имеют на корпусе специальные лапы, с помощью которых они крепятся к фундаментным плитам, заанкеренным в бетон пола насосной станции. У более мощных насосов корпус до половины заливается бетоном. У насосов с подачей до 4 м3/с вода к входному патрубку подводится через всасывающее чугунное колено, у остальных насосов — по бетонной всасывающей трубе. Отводится вода по напорному расположенному горизонтально патрубку.

Число, стоящее перед маркой В, указывает диаметр напорного патрубка, мм, а последующие две цифры означают:

первая — подачу, м3/с,

вторая — напор, м.

Насосы для перекачивания сточной жидкости динамические типа СД
Это центробежные насосы с рабочим колесом одностороннего входа (ГОСТ 11379—80). Эти насосы выпускаются четырех видов: горизонтальные и вертикальные одноступенчатые, полупогружные и двухступенчатые. Так же, как в консольных насосах, напорный патрубок насосов может быть повернут на 90° в любую сторону. Для охлаждения и гидравлического уплотнения сальников к этим насосам подводится техническая вода с напором на 2—Зм выше напора, развиваемого насосом. К крупногабаритным насосам техническая вода подводится с избыточным напором.

Конструктивно одноступенчатые горизонтальные и вертикальные насосы серии СД напоминают, соответственно, насосы типов К и В. Буквы П и В, входящие в маркировку насоса, обозначают полупогружной или вертикальный тип, цифры в числителе — подачу, м3/ч, в знаменателе — напор, м. Для двухступенчатых насосов к обозначению добавляется цифра 2.

Например, горизонтальный двухступенчатый насос с подачей 540 м/ч и напором 95 м обозначается СД 540/95-2. Вертикальные насосы СДВ применяются для перекачивания больших расходов сточной жидкости.

Грунтовые насосы
Эти насосы можно, при необходимости устанавливать в насосных станциях систем отведения бытовых стоков.

Грунтовые насосы типа Гр — центробежные консольные одноступенчатые, конструктивно напоминают насосы типа К. Грунтовые насосы предназначены для перекачивания гидросмесей (пульпы) с твердыми включениями частиц грунта. Характер перекачиваемой жидкости обусловливает некоторые конструктивные особенности, уменьшающие износ насоса: большие зазоры, упрощенный профиль лопастей рабочего колеса, меньшее их число Эти особенности приводят к снижению КПД, который у грунтовых насосов меньше, чем у насосов К или СД.

Насосы типа ГрУ —грунтовые с увеличенным проходным сечением имеют динамические характеристики несколько хуже, чем насосы типа Гр. Чистая вода, подводимая для охлаждения и уплотнения сальников, служит одновременно для промывки, пространства между рабочим колесом и крышкой насоса. Напор технической воды должен быть на 5—10 м выше напора, развиваемого насосом.
Схема подачи питьевой воды с помощью насосов предусматривает наличие накопительной емкости, установленной на высоте (рис. 1). Водонапорные резервуары или башни создают в сети необходимое давление и запас воды для регулирования работы насосов.


Рис. 3.1. Установка накопительной емкости

1 — скважина;

2 — насос;

3 — вытяжная труба;

4 — разбрызгиватель;

5 — накопительный бак;

6 — фильтр

Водонапорные баки устанавливают для водоснабжения группы домов, так как для водоснабжения одного дома такое решение экономически нецелесообразно. Водонапорная башня состоит из резервуара (бака) для воды, ствола башни, укрытия и трубопроводов, которые подают и отводят воду. Ствол башни сооружают из монолитного и сборного железобетона, кирпича, металла, древесины. В настоящее время очень распространены башни индустриального производства (башни Рожновского), которые полностью состоят из металла. Устанавливают их на бетонный или железобетонный фундамент. Баки делают металлическими (обычно круглыми в плане). Емкость бака зависит от характера и режима водопотребления и работы насосной установки. Емкость бака должна быть достаточной, чтобы в часы малого разбора собрать излишек воды, которая подается насосами, а в часы наибольшего разбора, когда он превышает подачу воды насосами, пополнить недостачу воды. Укрытие башни предназначено для защиты от атмосферного воздействия. Обычно укрытие делают облегченной конструкции в каркасном исполнении. Укрытие должно защитить воду в баке от замерзания в зимний период. Гидроколонна представляет собой металлический пустотелый цилиндр из листовой стали, скрепленной косынками жесткости. Цилиндр заполняется водой, причем верхняя часть является регулировочной емкостью обычного напорного резервуара, а нижняя — поддерживающим стволом, который выполняет функции запасного резервуара.

Водонапорные баки устанавливаются на специальные несущие конструкции, позволяющие выдерживать расчетные нагрузки. Несмотря на свою простоту, такое техническое решение несколько устарело, так как накопление воды в емкостях предусматривает периодическую их чистку и обеззараживание. Кроме того, наличие на чердаке дома накопительной емкости увеличивает нагрузку на конструктивные элементы. Строительство для индивидуального дома водонапорной башни экономически нецелесообразно.
Современные технологии предусматривают несколько другой вариант, когда система водоснабжения индивидуальных домов комплектуется следующим оборудованием:

— насос (погружной или самовсасывающий);

— автоматика управления;

— бак-аккумулятор;

— предохранительная автоматика;

— системы очистки воды.

Самовсасыващие насосы, как правило, идут в комплекте с баками-аккумуляторами и автоматикой управления. Бак-аккумулятор представляет собой стальной сосуд, внутри которого находится мембрана, разделяющая сосуд на две части. Работает он следующим образом: после монтажа системы и подключения к электросети насос включается и начинает закачивать воду в водяную камеру. Объем воздуха, находящегося в воздушной камере, уменьшается пропорционально поступающему объему воды, а давление в бак-аккумуляторе возрастает. После того как давление в бак-аккумуляторе превысит давление отключения насоса, установленное на реле давления, насос отключается и находится в отключенном состоянии до тех пор, пока давление в системе не упадет из-за разбора воды (она поступает потребителю непосредственно из бака-аккумулятора). Тогда насос снова включается и т.д. Для того чтобы срок службы насоса и бака-аккумулятора был продолжительным, следует руководствоваться следующим правилом: на 1 кубометр в час производительности насоса емкость бака-аккумулятора должна равняться 50 л.

Основное достоинство бака-аккумулятора — возможность его установки практически в любом месте: от колодца до чердака, в отличие от накопительных ёмкостей, которые надо обязательно располагать на наибольшей высоте, да и размеры баков не так велики: например, 100-литровый имеет 50 см в диаметре и высоту около метра. Такие насосные станции устанавливаются на поверхности, как правило, в помещении, а всасывающий трубопровод с обратным клапаном помещается в водоисточник. Обычно они используются для водозабора из колодцев или неглубоких скважин. Автоматика давления управляет насосом, включая и выключая его при наличии или отсутствии водоразбора. Предохранительная автоматика служит для защиты насоса от работы "в сухую", скачков напряжения и т.д. Давление воды, установленное с помощью управляющего прибора поддерживается автоматически встроенным частотным преобразователем. Такая установка создаст максимум удобств, так как при необходимости водоразбора отпадает потребность включения насоса.
Среди всех насосов хорошей популярностью пользуется оборудование немецкой фирмы GRUNDFOS представляющее собой систему водоснабжения с применением насосного оборудования различной производительности на любые источники воды. После монтажа установки достаточно открыть водоразборный кран и забыть о постоянной экономии накачанной воды. Станция дает водоснабжение по типу централизованного, без всякого вмешательства потребителя.



Фото 3.1 Насосная станция GRUNDFOS

К услугам владельцев домов и коттеджей на рынке появились уникальные станции водоснабжения MG, представляющие собой самовсасывающий насос, мембранный напорный бак, устройства управления и защиты, объединенные в один компактный агрегат. Основное назначение станции — водоснабжение индивидуального дома, но такая станция может использоваться везде, где необходимо перекачивать воду с помощью компактной и легко монтируемой установки. MG идеально подходит для создания дополнительного давления при перекачке воды из накопительных емкостей или водопроводной сети. Станция изготовлена из коррозийностойких материалов и может находиться, если это необходимо, на открытом воздухе. MG включает в себя все необходимое для автоматической работы, поэтому отпадает нужда в подборе отдельных комплектующих (мембранного бака, устройства защиты и управления и т.п.). Достаточно только открыть кран, а насос включается и выключается автоматически. При этом поддерживается постоянное давление в напорной магистрали. Встроенный обратный клапан препятствует оттоку воды. Режимы работы станции показываются с помощью светодиодов на удобной контрольной панели. Станция не занимает много места, легко и быстро монтируется.



Фото 3.2 Внешний вид панели управления насосной станцией MG
  1   2   3   4   5   6



Скачать файл (1810.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации