Расчет часового и суточного притока воды в приёмный резервуар и суммарного времени работы двух насосов. Оценка экономии электроэнергии при регулировании частоты их вращения. Описание принципиальной схемы автоматического управления насосными агрегатами.
Аннотация к работе
Уменьшить расход электроэнергии в насосных агрегатах возможно посредством регулирования частоты вращения (числа оборотов в минуту) насосов в функции расхода воды. Если изменить частоту переменного напряжения, подводимого к электродвигателю насоса, то при f ?50 Гц частоту вращения можно определить по формуле n где n, nн - соответственно частоты вращения при частоте переменного напряжения меньше 50 Гц и частоте f = 50 Гц; f - частота переменного напряжения, подводимого к электродвигателю насоса. Чтобы изменить частоту переменного напряжения, подводимого к электродвигателю насоса, необходимо подключить электродвигатель к индивидуальному преобразователю частоты, присоединяемому в свою очередь к электрической сети с частотой переменного напряжения f = 50 Гц. В зависимости от величины сигнала управления, поступающего от соответствующего датчика на вход преобразователя частоты, частота переменного напряжения на выходе (подводимого к электродвигателю насоса) может изменяться в интервале 5-50 Гц, что обеспечивает возможность десятикратного уменьшения частоты вращения насосного агрегата. Замыкание KSL1 в цепи 3 обусловит подачу напряжения на катушку контактора IKM по цепи: фазный провод электрической сети, включенный автоматический выключатель 1QF, предохранитель 1FU, замкнувшийся контакт KSL1 в цепи 3, замкнутые секции 5-6 ключа управления 2SA1 и 1-2 ключа управления 1SA1 в цепи 3, замкнутый контакт теплового реле 1ККВ цепи 2, катушка контактора 1КМ, нулевой провод электрической сети.
Введение
Уменьшить расход электроэнергии в насосных агрегатах возможно посредством регулирования частоты вращения (числа оборотов в минуту) насосов в функции расхода воды. Как известно, частота переменного напряжения f в электрических сетях энергосистем страны постоянна и равна 50 Гц, что достаточно для вращения электродвигателей насосов с номинальной частотой n [об/мин]. Если изменить частоту переменного напряжения, подводимого к электродвигателю насоса, то при f ?50 Гц частоту вращения можно определить по формуле n где n, nн - соответственно частоты вращения при частоте переменного напряжения меньше 50 Гц и частоте f = 50 Гц; f - частота переменного напряжения, подводимого к электродвигателю насоса.
Чтобы изменить частоту переменного напряжения, подводимого к электродвигателю насоса, необходимо подключить электродвигатель к индивидуальному преобразователю частоты, присоединяемому в свою очередь к электрической сети с частотой переменного напряжения f = 50 Гц. В зависимости от величины сигнала управления, поступающего от соответствующего датчика на вход преобразователя частоты, частота переменного напряжения на выходе (подводимого к электродвигателю насоса) может изменяться в интервале 5-50 Гц, что обеспечивает возможность десятикратного уменьшения частоты вращения насосного агрегата. Функциональная схема автоматического регулирования частоты вращения насосного агрегата, работающего на сеть водоснабжения, представлена на рис.1, а для откачивающего насосного агрегата - на рис.2.
U=380B=const f=50Гц=const
Рисунок 1- Функциональная схема регулирования скорости вращения сетевого насоса
U=380 B=cons t f=50Гц=const
Рисунок 2 - Функциональная схема регулирования скорости вращения откачивающего насоса
При технико-экономическом обосновании САУ необходимо четко определить, за счет чего первоначальные капиталовложение в систему окупается. Окупаемость САУ обычно обуславливается следующим: 1. Снижением расхода энергоресурсов
2. Уменьшение количества обслуживающего персонала (экономией на заработной плате)
3. Повышением производительности (уменьшение размера заработной платы в расчете на единицу продукции)
4. Повышение надежности функционирования технологического процесса (снижением ущерба от перерывов технологического процесса)
5. Уменьшением штрафных выплат за загрязнение окружающей среды
6. Повышением качества продукции и другими факторами, зависящими от вида автоматизируемого технологического процесса. вода насос автоматический электроэнергия
1. Исходные данные
1. Среднесуточное поступление воды Qc=375 м3/ч
2. Статический напор Нс= 8 м
3. Гидравлическое сопротивление трубопровода R=1,841• 10-4
4. Почасовое суточное поступление воды в приемный резервуар принимается по табл.1
5. Напорно-расходная характеристика насоса: , м (1)
где H0=57,5; a1=2,38 • 10-2; b1=1,51 • 10-4
Характеристика трубопровода может быть представлена в виде формулы: , м (2)
6. Коэффициент вариации значений поступления воды в приемный резервуар v=0,2
Почасовые значения притока воды в приемный резервуар определяются по формуле:
, м3/ч (3) где zi - нормализованные отклонения значений часовых поступлений воды в приемный резервуар.
Нормализованные отклонения притока воды от среднего значения.
Таблица №1.
Часы суток qi=1 zi • v Qi=qi • Qc, м3/ч
0-1 0,67 251,25
1-2 0,774 290,25
2-3 0,838 314,25
3-4 0,89 333,75
4-5 0,928 348
5-6 0,964 361,5
6-7 1,036 388,5
7-8 1,072 402
8-9 1,11 416,25
9-10 1,162 435,75
10-11 1,192 447
11-12 1,268 475,5
12-13 1,33 498,75
13-14 1,226 459,75
14-15 1,136 426
15-16 1,086 407,25
16-17 1,056 396
17-18 1,016 381
18-19 0,984 369
19-20 0,944 354
20-21 0,914 342,75
21-22 0,864 324
22-23 0,808 303
23-24 0,732 274,5
Относительные и абсолютные значения притока воды в резервуар.v=0,15 Qc=400м3/ч
Таблица №2.
Часы суток Нормализованные отклонения, zi Часы суток Нормализованные отклонения, zi
0-1 -1,65 12-13 1,65
1-2 -1,13 13-14 1,13
2-3 -0,81 14-15 0,68
3-4 -0,55 15-16 0,43
4-5 -0,36 16-17 0,28
5-6 -0,18 17-18 0,08
6-7 0,18 18-19 -0,08
7-8 0,36 19-20 -0,28
8-9 0,55 20-21 -0,43
9-10 0,81 21-22 -0,68
10-11 0,96 22-23 -0,96
11-12 1,34 23-24 -1,34
Приток воды в приемный резервуар в течение суток представлен на рис 1. максимальное поступление воды Qmax=399 м3/ч.
Рисунок 1- Суточный график притока воды в приемный резервуар.
Напорно-расходная характеристика насоса и характеристика трубопровода, определенные по (1) и (2), представлены на рис. 4. (кривые 1 и 2) соответственно.
Рисунок 2 - Напорно-расходные характеристики насосов и трубопровода.
Точка А определяет возможную подачу насоса QB1 и напор H1. Значение QB1 определяем по формуле: , м3/ч где а=а1, b=b1
Так как QB1Qmax не выполняется), необходимо принять 2 рабочих насоса.
Так как QB2>Qmax(УСЛОВИЕQB1>Qmax выполняется), необходимо иметь 2 рабочих насоса (характеристика на рис. 4, кривая 3).
Если регулирование частоты вращения насосов отсутствует, совместная работа 2 насосов будет иметь место при притоке воды более 425 м3/ч. Из рис1. видно, что с 11 до 16 ч приток воды превышает указанную величину.
Суммарный приток за время с 11 до 16 ч составляет: W2= 416,25 435,75 447 475,5 498,75 459,75 426=3159 м3
Суммарное время работы 2 насосов за 1 сутки:
t2=3159/544,6=5.8ч
Суммарный приток воды за 1 сутки: W?=24•Qc=24•375=9000м3
Приток воды за время, в течение которого Qi<QB1: W1 =W?-W2=9000-3159 =5841 м3
Суммарное время работы 1 насоса за 1 сутки:
t1=5841/425=13,7 ч
Расход электроэнергии за 1 сутки:
Третий начальный момент суточного графика поступления воды:
Расход электроэнергии за 1 сутки при регулировании частоты вращения насосов в функции притока воды в приемный резервуар:
Экономию электроэнергии определяем по формуле:
Вывод: Экономия электроэнергии при регулировании частоты вращения составляет 6 %.
Вывод: Приобрели навыки оценки экономии электроэнергии при регулировании частоты вращения насосов, закрепили знания алгоритмов автоматического управления насосными агрегатами, приобрели дополнительный опыт работы с программными модулями автоматизированного проектирования.
2. Условные графические обозначения элементов схем автоматизации
3. Принципиальная схема управления насосными агрегатами
Схема предусматривает автоматическое включение резервного насоса, если по каким-либо причинам уровень воды в приемном резервуаре превысит отметку, соответствующую уровню включения резервного насоса, а также автоматическое и местное управление установкой ключа 1SA1 в соответствующее положение. В частности, при установке ключа 1SA1 в правое положение А (режим автоматического управления) секция 1-2 ключа в цепи 3 и секция 3-4 в цепи 8 замкнуты. Выбор номера рабочего насоса осуществляется ключом 2SA1. При установке рукоятки ключа 2SA1 в левое положение (1 раб) рабочим является первый насос, и при этом замыкаются секции 5-6 в цепи 3 и 7-8 в цепи 8. Секции 1-2 в цепи 5 и 3-4 в цепи 10 при этом разомкнуты. Соответственно при установке ключа 2SA1 в правое положение (2 раб) рабочим будет второй насос. Секции 5-6 в цепи 3 и 7-8 в цепи 8 ключа 2SA1 при этом разомкнуты, а секции1-2 в цепи 5 и 3-4 в цепи 10 - замкнуты.
Если в качестве рабочего выбран насос 1, при достижении уровня воды в резервуаре, соответствующего уровню включения рабочего насоса, замыкаются контакты KSL1 в цепях 3 и 10. Контакты KSL1 после замыкания разомкнутся только после снижения уровня воды в резервуаре ниже отметки, соответствующей уровню отключения насосов./
Замыкание KSL1 в цепи 3 обусловит подачу напряжения на катушку контактора IKM по цепи: фазный провод электрической сети, включенный автоматический выключатель 1QF, предохранитель 1FU, замкнувшийся контакт KSL1 в цепи 3, замкнутые секции 5-6 ключа управления 2SA1 и 1-2 ключа управления 1SA1 в цепи 3, замкнутый контакт теплового реле 1ККВ цепи 2, катушка контактора 1КМ, нулевой провод электрической сети. Контактор 1КМСРАБАТЫВАЕТ, его контакты в силовой цепи электродвигателя замыкаются, что обусловливает подачу напряжения на электродвигатель и включение насоса 1 в работу. Одновременно замкнутся контакты 1КМ в цепи 4. Отметим, что замыкание контакта KSL1 в цепи 10 не приведет к включению насоса 2, т.к. секция 3-4 ключа управления 2SA1 в цепи 10 разомкнута, если рабочим является насос 1. Если после включения насоса 1 уровень воды в резервуаре продолжает повышаться, то по достижении им отметки, соответствующей уровню включения насоса 2, контакты замыкаются. Замыкание контактов KSL2 в цепи 8 обусловит подачу напряжения на катушку контактора 2КМ по цепи: фазный провод электрической сети, включенный автоматический выключатель 2QF, предохранитель 2FU в цепи 7, замкнувшийся контакт KSL2 в цепи 8, замкнутые секции 7-8 и 3-4 ключей управления 2SA1 и 1SA1 в цепи 8, замкнутый контакт теплового реле 2КК в цепи 7, катушка контактора 2КМ, нулевой провод электрической сети.
Контактор 2КМ срабатывает, его контакты 2КМ в силовой цепи электродвигателя замыкаются и, следовательно, включают в работу насос 2, а также замыкают контакты 2КМ в цепи 9.
После включения насоса 2 уровень воды в резервуаре понижается, и как только он станет ниже отметки включения резервного насоса, контакты KSL2 в цепях 5 и 8 разомкнутся. Но отключения насоса 2 при этом не произойдет, т.к. цепь подачи напряжения на катушку 2КМ сохраняется вследствие замкнутости контактов KSL1 в цепи 10 и контактов 2КМ в цепи 9. То есть, если в момент замыкания контактов KSL2 цепь подачи напряжения на катушку контактора 2КМ формировалась автоматическим выключателем 2QF, предохранителем 2FU, замкнутым контактом KSL2 в цепи 8 и замкнутыми секциями ключей управления 2SA1 и 1SA1 в цепи 8, замкнутым контактом теплового реле 2КК в цепи 7, то после размыкания контакта KSL2 в цепи 8 цепь подачи напряжения на катушку 2КМФОРМИРУЕТСЯ автоматическим выключателем 2QF, предохранителем 2FU, ранее замкнувшимся контактом KSL1 в цепи 10 и контактом 2КМ в цепи 9 (так как на катушку контактора 2КМ уже подано напряжение), замкнутыми секциями ключей управления 2SA1 и 1SA1 в цепи 8, замкнутым контактом теплового реле 2КК в цепи 7, катушкой контактора 2КМ, нулевым проводом электрической сети.
Отключение обоих насосов произойдет после размыкания контактов KSL1 в цепях 3 и 10, т.е. после снижения уровня воды в резервуаре ниже отметки отключения насосов.
Если в качестве рабочего насоса избран насос 2 (секции 3-4 и 1-2 ключа управления 2SA1 в цепях 5 и 10 замкнуты), то при замыкании контактов KSL1 в цепях 3 и 10 подается напряжение на катушку контактора 2КМ и лишь после замыкания KSL2 в цепях 5 и 8 - на катушку контактора 1KM
Рисунок 5- Схема управления для двух насосов.
Список литературы
1. Грудинов Ю.М., Тюханов Ю.М. Энергосберегающее регулирование производительности насосов: Методические указания к расчетно-графической работе для студентов специальности 290800 - «Водоснабжение и водоотведение». Красноярск: КРАСГАСА, 2001. 32с.