Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ТЕМА 10. АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ



 

10.1. Схемы управления насосными агрегатами

 

Большинство схем автоматического управления насосными агрегатами в зависимости от степени их сложности и количества применяемой аппаратуры - может быть разделено на четыре группы, приведенные в таблице.

Каждая группа схем управления выполняет идентичные операции, обусловливаемые типом насосной станции и гидромеханическими схемами насосных агрегатов.

 

Схемы управления в зависимости от типа насосной станции и гидромеханических схем насосных агрегатов

 

Группа сложности Тип насосной станции Принципиальная схема Состав оборудования
I группа а) Камерный с индивидуальным трубопроводом для с каждого агретата б) Водопроводный с баком-аккумулятором на всасываюшем трубопроводе для каждого агрегата Насосный агрегат без вспомогательного оборудования
  а) Камерный с объединенным напорным трубопроводом для нескольких насосных станетций б) Водопроводный с баком-аккумулятором и объединенным напорным трубопроводом Насосный агрегат с индивидуальной электрифицированной задвижкой на напорном трубопроводе
  Водопроводный независимо от количества напорных а трубопроводов Насосный агрегат с индивидуальными вакуум-насосом и электрифицированной задвижкой на напорном трубопроводе
  Водопроводный независимо от количества напорных, трубопроводов. Насосный агрегат с индивидуальной электрифицированной задвижкой на напорном трубопроводе и общая вакуумустановка (два вакуумнасоса: рабочий и резервный)

Первая, наиболее простая группа схем применяется для насосных агрегатов, состоящих из основного насоса с электродвигателем ОНА и не имеющих в своем составе управляемых электрифицированных задвижек ЭЗ и вакуум-насосной установки АНВ.

Управление таким агрегатом по существу сводится к управлению двигателем основного насоса. Вспомогательные устройства и технологические реле также сводятся к минимуму. Благодаря этому схема автоматиче­ского управления получается весьма простой: она требует для своего выполнения минимального количества аппаратуры и обеспечивает высокую надежность работы агрегата.

Схемы первой группы непосредственно применяются для гидромеханических установок с осевыми насосами. Работа горизонтальных центробежных насосов по этой схеме, то есть без использования вакуум-насосов и управляемых задвижек, возможна лишь при специальных конструктивных решениях насосной станции, применении специальных способов заливки насосов и использовании индивидуальных напорных трубопроводов.

Специфические особенности приобретают режимы пуска и остановки.

Рассмотрим основные гидромеханические схемы таких насосных станций и требования, предъявляемые ими к схемам автоматического управления.

В мелиоративных насосных станциях с центробежными насосами без управляемых задвижек необходимость в вакуум-насосах исключается различными способами:

1) установкой насосов в заглубленных камерах с отрицательной высотой всасывания;

2) применением баков-аккумуляторов БА;

3) использованием приподнятой всасывающей трубы и пр.

Корпус насоса при этих способах заливки постоянно заполнен водой, что облегчает пуск и сокращает его продолжительность.

 

Заливка насосов водой

1. Установка насосов в заглубленных камерах. Оси насосов устанавливаются, ниже минимального уровня водозабора; при этом они всегда находятся под заливом (камерный тип станции).

Создание таких станций обычно связано с увеличенным объемом строительных работ и требует их высокого качества, особенно гидроизоляции.

Для ряда конкретных насосных станций, несмотря на некоторое увеличение объема строительных работ, применение установок с заглубленными камерами дает существенный технико-экономический эффект, а именно:

а) устраняются явления срыва вакуума при пуске насосов; повышается надежность работы вследствие устранения кавитации;

б) отпадает необходимость в установке обратного клапана во всасывающей линии насосов, благодаря чему упрощается ее конфигурация и снижаются гидравлические потери;

в) повышается надежность работы сальниковых уплотнений за счет создания в них избыточного давления вместо вакуума;

г) отрицательная высота всасывания позволяет применять насосы с малой высотой всасывания и высоким к. п. д., благодаря чему повышается производительность насосов и снижается расход электроэнергии по сравнению с аналогичными условиями при положительной высоте всасывания;

д) упрощается схема автоматического управления и существенно уменьшается общее количество аппаратуры управления; в частности, исключаются приборы контроля заливки насосов.

2. Заливка горизонтальных центробежных насосов при помощи баков-аккумуляторов. Для насосов небольшой производительности некоторое применение находят специальные баки-аккумуляторы.

Бак-аккумулятор представляет собой герметический закрытый сосуд с двумя патрубками, из которых нижний соединяется с всасывающими патрубками насоса, а верхний — с всасывающим трубопроводом.

При включении электродвигателя насос начинает подавать воду в нагнетательный трубопровод из бака-аккумулятора, в котором соответственно понижается уровень и создается необходимое разрежение для подcoca воды в бак-аккумулятор из приемного бассейна по всасывающей трубе.

Размеры бака-аккумулятора должны быть такими, чтобы объем между нижней отметкой верхнего патрубка и верхней отметкой нижнего патрубка в 3 - 3,5 раза превышал объем всасывающего трубопровода.

Конструкция бака-аккумулятора должна быть рассчитана на работу в условиях вакуума и должна обеспечивать герметичность, при которой исключается подсос воздуха через трубные соединения и сальниковые уплотнения.

К недостаткам этого способа заливки относится возможность опорожнения бака при остановке насоса вследствие повышенного давления в верхней части бака. Для устранения этого явления принимаются специальные меры

В частности, для этой цели служит показанная на рисунке уравнительная трубка, назначение которой удалять воздух повышенного давления из верхней части бака.

Гидромеханические схемы с использованием бака-аккумулятора, по конструктивным и экономическим со­ображениям, рекомендуется применять для центробеж­ных насосов сравнительно небольшой производительности (расход до 40—50 л/сек, насосы 6К-8, 6К-12 и т. д.). При больших расходах размеры баков становятся чрезмерно громоздкими.

 

Рис.10.1. Схема заливки

насоса при помощи

бака-аккумулятора

 

 

3. Заливка горизонтальных центробежных насосов при помощи приподнятой всасывающей трубы. Как показано на рисунке 10.2. всасывающая труба устраивается с приподнятым коленом, что позволяет первона­чально залить водой внутреннюю полость насоса и прилегающие части всасывающего и напорного трубо­проводов до уровня нижней кромки приподнятого колена.

При пуске насоса имевшийся объем воды из всасывающей трубы перекачивается в напорный трубопровод, благодаря чему во всасывающей трубе создается разрежение.

Вследствие разности атмосферного и создавшегося во всасывающей трубе пониженного давлений вода из водозаборной камеры поступает во всасывающую трубу и насос. При дальнейшей работе насоса вакуум во всасывающей трубе возрастает, эта труба полностью заполняется водой и начинается нормальная работа.

После остановки насоса во всасывающей трубе вода должна оставаться на уровне нижней кромки приподнятого колена, и каждый последующий пуск будет происходить без дополнительной заливки.

Однако при остановках насоса без задвижки и обратного клапана начинается сифонное действие всасы­вающей трубы, и в трубе остается мало воды.

Чтобы исключить образование сифона, остановку насосного агрегата нужно сочетать с одновременным автоматическим срывом вакуума во всасывающей трубе. Следовательно, схема управления должна в этом слу­чае обеспечивать срабатывание клапана срыва вакуума.

Пуск горизонтальных центробежных насосов с приподнятой всасывающей трубой рекомендуется для насосов с геометрической высотой всасывания не более 2 — 3 м

Применение эжекторного устройства позволяет значительно сократить длину приподнятой всасывающей трубы (рис. 10.3). При этом обеспечивается пуск насоса практически при любой геометрической высоте всасывания.

Воздушная труба присоединяется одним концом к колену всасывающей трубы, а другим — к корпусу на­соса, куда вводится эжекторное сопло, соединенное с нагнетательной полостью насоса при помощи напорной трубки.

Разрежение во всасывающей трубе при пуске насоса создается как действием эжектора, так и вследствие удаления из всасывающей трубы имевшейся в ней воды.

Воздушная смесь из эжектора может сбрасываться по сбросной трубке в водозаборную камеру или в напорный трубопровод за задвижкой. Сбросная трубка может быть использована и для срыва вакуума во всасывающей трубе после остановки насоса. Применение приподнятой всасывающей трубы в комбинации с эжектирующим устройством уже невозможно без задвижки или, в крайнем случае, без обратного клапана в напорном трубопроводе.

 

10.3. Автоматический пуск и остановка центробежных насосов

Запускать и останавливать центробежные насосы с открытой задвижкой на напорном трубопроводе начали сравнительно недавно. Благодаря ряду преимуществ этот способ находит широкое применение в ме­лиоративных системах, установках горнорудного водоотлива, водоснабжения и на электростанциях.

В литературе описана эксплуатация насосов с открытой задвижкой производительностью 1500 - 2000 м3/ч с электроприводом от асинхронного двигателя мощ­ностью 1000 - 1200 кет. В большинстве случаев имеется в виду работа при наличии в напорном трубопроводе обратного клапана. Однако насос с постоянно открытой задвижкой может работать и без обратного клапана. Условия пуска и остановки в этом случае принци­пиально меняются, и пуск не всегда возможен.

Для мелиоративных систем последний режим — пуск и остановка без задвижек и обратных клапанов — представляет большой интерес. Однако выбору этой системы должен предшествовать анализ возможностей и усло­вий его применения. Качественный процесс пуска на­соса с открытой задвижкой при отсутствии обратного клапана может быть показан на кривой Q—Н, на кото­рой нанесены зависимости производительности насоса, потребляемой им мощности и коэффициента полезного действия от напора при постоянных оборотах (рис. 10.4)

При подборе насоса полная высота подъема воды определяется по формуле:

Hп = Hг + Lh,

где Нп — полная высота подъема воды;

Нт — общая геометрическая высота подъема, равная сумме геометрических высот всасывания и нагнетания;

∑h = SQ2 — сумма всех гидравлических потерь в трубопроводах;

S — сопротивления в трубопроводах заданных длин и диаметров;

Q — производительность насоса.

На рисунке 10.4 прямая СД проведена параллельно оси Q на расстоянии Нг, равном геометрической высоте подъема.

Параболическая кривая СЕ является кривой потерь в трубопроводе (характеристика трубопровода). Она пересекает рабочую характеристику в точке А, называемой предельной рабочей точкой насоса, работающего в данных конкретных условиях. Точкой А определяются параметры рабочей точки насоса QA; ЯА; NA и к)А при установившемся режиме

При подборе насоса стремятся к тому, чтобы:

а) заданный режим работы лежал в области наивыгоднейшего значения к. п. д. насоса (ηА);

б) высота всасывания насоса не превышала предела, установленного для данной конструкции.

После пуска насоса особенно большой производительности при открытой задвижке и незаполненном водой трубопроводе происходит постепенное заполнение водой нагнетательного трубопровода и возрастание геодезической высоты всасывания.

Разгон насосного агрегата до номинальных оборотов и главным образом его работа в неустановившемся ре­жиме характеризуются кривой OA'А. Кривая СЕ как бы перемещается по характеристике Q—H от точки А' периода разгона ,и начала заполнения трубопровода к точке А установившейся нормальной работы.

В точке А' производительность насоса Q'a значительно превышает нормальную.

Работа насоса происходит в правой неустойчивой зоне характеристики Q—Н. Насос здесь имеет наименьшую всасывающую способность и до определенного на­полнения трубопровода может кавитировать. Начиная от точки А', как это следует из кривой N, электродвигатель будет работать с перегрузкой. Время такой работы определяется временем работы агрегата на участке А'А, то есть зависит от характеристики насоса, конфигурации и размеров напорного трубопровода. Этот период можно установить расчетом.

Очевидно, что работа насосного агрегата с открытой задвижкой допускается лишь при условии, что перегрузка электродвигателя и ее продолжительность лежат в допустимых пределах. Кроме того, эта временная перегрузка должна быть учтена при построении токовой защиты схемы автоматического управления насосным агрегатом.

В мелиоративных системах большинство насосных станций работают в открытую сеть. Поэтому при отсутствии задвижек и обратных клапанов в напорных трубопроводах особое внимание следует уделять недопущению слива воды через отключенный агрегат из общего водоприемного устройства напорного бассейна, являющегося головной частью отводящего канала. Этот про­цесс должен быть автоматизирован. Для этого в конце трубопровода предусматривают хлопушки, быстропадающие щиты, полигональные водосливы и сифонные водовыпуски с различными устройствами для срыва вакуума в сифоне.

В настоящее время применяются преимущественно сифонные водовыпуски, считающиеся более надежными и экономичными. На рисунке 10.5 в качестве иллюстра­ции приведены два типа устройств, применяемых для автоматического срыва вакуума в сифоне при обратном токе воды в трубопроводе.

Гидравлический затвор, разработанный Укргипроводхозом (рис. 10.5) состоит из трубки 8 и вертикального стакана 9. Трубка сечением, равным приблизительно 1,5% живого сечения горловины сифона, ввари­вается открытым концом в сифон. Второй конец трубки помещают в металлический стакан диаметром, большим диаметра трубки на 100 мм. Соединенный трубкой с полостью сифона, стакан заполняется водой одновременно с наполнением канала.

При прохождении воды через сифон уровень ее в стакане устанавливается выше нижней грани трубки на величину скоростного напора, которая может быть доведена до 50-60 см при скорости движения воды порядка 3-3,5 м/сек.

При прекращении тока воды в сифоне или ее движении в обратную сторону уровень воды в стакане падает, обнажая нижний конец трубки. Воздух входит в полость сифона, вакуум срывается и движение воды из отводящего канала в трубопровод прекращается.

Клапан срыва вакуума конструкции Гипроводхоза (рис. 10.5, б) имеет рычаг с лопаткой 1, опущенной в трубопровод. При прямом потоке под давлением воды на лопатку, входные отверстия перекрываются тарельчатыми клапанами 5. При отключении насоса и изменении направления потока вода давит на лопатку в обратную сторону, тарельчатые клапаны открывают входные отверстия и впускают воздух, прекращая поступление воды в трубопровод. Этот клапан имеет подвижные механические детали и менее надежен в эксплуатации.

Институт Узгипроводхоз для клапана срыва вакуума применяет грузовой или пружинный привод масляного выключателя. При отключении работающего насосного агрегата или пропаже напряжения привод срабатывает и клапан срывает вакуум.

Каждая конструкция клапана срыва вакуума имеет свою область применения и выбирается при разработке гидромеханической схемы.

В схемах автоматического управления насосными агрегатами работа клапана срыва вакуума должна отражаться сигнализацией его состояния и блокировкой, не допускающей включения насосного агрегата при неисправности клапана.

При любой остановке насосного агрегата вся вода из напорного трубопровода будет сливаться в нижний бьеф через насос, который в этом случае работает в турбинном режиме. Поэтому реверс агрегата должен быть предварительно согласован с заводом — поставщиком оборудования. Как правило, насосные агрегаты могут допускать возможность кратковременного (в пределах часа) обратного вращения с разгонным числом оборотов nр = 1,2-1,3 nи, где nа — номинальное число оборотов.

Как время работы в реверсивном режиме, так и nр обусловливаются параметрами напорного трубопровода. Зачастую, при очень длинных трубопроводах и большой высоте подачи воды, допустимые параметры работы агрегата в реверсивном режиме не выдерживаются, и в этом случае эксплуатация такого агрегата недопустима.

Нельзя также повторно запускать выключенный агрегат во время его работы в турбинном режиме. Такой пуск может вызвать аварийное отключение электродвигателя вследствие его перегрузки, а также механические повреждения агрегата. Поэтому в схемах автоматического управления 1-й группы должны предусматриваться либо блокировка, предотвращающая возможность такого пуска, либо, в крайнем случае, сигнализация, предупреждающая персонал об опасности такого пуска.

Датчиком для блокировки или сигнала может быть струйное реле, реле обратного вращения и т. п.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.