Схема автоматизации насосных станций

 

 

Схема автоматизации насосных станций – один из основных векторов технического развития водоснабжения производственных комплексов и населения и представляет собой алгоритм работы оборудования насосной станции в автоматическом режиме, включающий:

1. автоматическое управление запуском и остановкой основных и вспомогательных насосных агрегатов;
2. контроль и поддержание необходимых характеристик водоснабжения – напора, давления и уровня жидкости в емкостях для хранения жидкости;
3. прием сигналов контролирующих датчиков и их передачу на пульт диспетчерского управления.

Преимущества использования схем автоматизации насосных станций

 

1. Уменьшение объемов емкостей водонапорных башен и резервуаров для хранения воды при увеличении частоты пусков и остановок насосов;
2. Полный отказ от использования емкостей водонапорных башен при использовании частотного регулирования подачи воды;
3. Уменьшение эксплуатационных затрат, связанное с сокращением штата обслуживающего персонала и экономией используемых при работе станции энергоносителей;
4. Увеличение срока эксплуатации оборудования, отключаемого автоматикой при возникновении аварийных ситуаций и перегрузок;
5. Исключение из состава помещений  насосных станций бытовых и вспомогательных комнат, позволяющее сократить затраты при строительстве зданий станций;
6. Увеличение эффективности эксплуатации системы водоснабжения и ее надежности за счет централизации управления несколькими автоматизированными комплексами в одном месте;
7. Исключение участия обслуживающего персонала во вредных для здоровья технологических операциях;
8. Небольшой, до полутора лет, срок возврата инвестиций, связанных с организацией схем автоматизации насосных станций.

 

Виды датчиков, используемых для контроля параметров автоматизированных насосных станций

Для отслеживания эксплуатационных характеристик в схемах автоматизации насосных станций применяются преобразующие изменение измеряемого параметра в электрический сигнал, управляющий работой оборудования, следующие виды датчиков и реле:

1. Подающие сигнал для запуска и остановки агрегатов при изменении давления в системе датчики уровня;
2. Управляющие электрическими контурами средств автоматики при варьировании давления датчики и манометры электроконтактного типа;
3. Струйные реле, управляющие сетями автоматических устройств при смене направления движения потока воды в контролируемой водопроводной системе;
4. Контролирующие время выполнения оборудованием определенных технологических процессов датчики времени;
5. Контролирующие температурный режим подшипников и сальников термореле;
6. Обеспечивающие контроль и поддержание заданного уровня разряжения в насосных агрегатах или всасывающем коллекторе вакуум-реле;
7. Выполняющие функцию включения и выключения различных цепей автоматики в заданной последовательности промежуточные реле;
8. Контролирующие уровень напряжения используемого агрегатами электрического тока реле напряжения;
9. Отключающие оборудование при отклонении от установленного нормативами режима функционирования аварийные реле.

 

Способы автоматизированного управления работой насосного оборудования

Основу схем автоматизации насосных станций составляет согласование режимов работы насосов с режимом функционирования имеющих большой диапазон изменения параметров систем водоснабжения и канализации. Для эффективного поддержания постоянно изменяющихся параметров систем на заданном уровне необходимо производить непрерывную корректировку характеристик работы насосных агрегатов.
Получившие наибольшее распространение способы координирования работы режимов водопроводных и канализационных сетей с работой насосных агрегатов  – регулирование скорости вращения рабочих элементов насосов с использованием управляемого частотным преобразователем привода и управление (дросселирование) напорным задвижным устройством.

 

Управление параметрами систем водоснабжения с использованием  дросселирования напорной задвижкой

Дросселирование напорной задвижкой – простой способ управления работой насосного оборудования, отличающийся низкой экономичностью.
На рисунке изображены режимы работы насосов и сети водоснабжения при использовании для управления ее параметрами дросселирования заслонкой. Зависящие от величины открытия заслонки параметры работы сети отображены на кривых 2 – при открытой задвижке; и 2′ – при частично закрытой задвижке. Характеристика работы насосного агрегата с перемещающейся по ней рабочей точкой отображена на кривой 1.

 

Управление насосным оборудованием дросселированием напорной задвижки

 

Повышение гидравлического сопротивления сети приводит к необходимости работы насоса с повышенным напором. Увеличение напора насоса – зависящий от расхода воды в системе динамично изменяемый параметр, влияющий на крутизну отображающей работу водопроводной сети характеристики. При режиме работы насосных агрегатов с меньшей, чем расчетная, подачей возникает расхождение между выдаваемым насосом и требуемым для подачи заданного объема жидкости напорами.

 

Сравнение характеристик насосных устройств и водопроводных сетей показывает, что уменьшение подачи сопровождается уменьшением величины необходимого напора, а напор насосного агрегата растет. Разность величин указанных напоров составляет превышение необходимого напора. График совместного функционирования насосов и трубопроводной сети показывает, что превышение напора тем больше, чем круче насосные и трубопроводные характеристики, и чем больше отклонение реальной величины подачи от расчетной.
Сверхнормативное превышение напора сопровождается расходованием насосным агрегатом дополнительной мощности и увеличением эксплуатационных затрат.

 

Управление работой центробежного насоса регулированием скорости вращения рабочего колеса

 

Для обеспечения работы центробежного насоса в оптимальном режиме, при котором его напор совпадает с необходимым для подачи воды в системе напором, применяется регулирование скорости вращения рабочего колеса с использованием электрического привода, управляемого частотным преобразователем.

Управление режимом эксплуатации центробежного насоса регулированием скорости вращения рабочего колеса
Изображенная на рисунке кривыми 1 и 1′ характеристика работы насоса при неизменяемом положении задвижки зависит от скорости вращения соединенного ним вала электрического мотора. Кривая 1 отражает работу насоса с номинальной скоростью вращения, кривая  1′ – при пониженной.

 

Метод принципиально отличается от предыдущего перемещением рабочей точки по отображающей работу трубопроводной сети кривой 2. Насос работает в варьирующемся от H до Hс’ диапазоне напора, намного меньшем, чем при регулировании дросселированием задвижкой, потребляя меньшее количество электроэнергии на перекачку одинакового объема воды. При этом создаваемый насосным оборудованием напор полностью направляется на перекачку находящейся в трубопроводе жидкости (Hн = Hс), снижая до минимума потери напора и потребление электроэнергии.