Автоматизація водопостачання.

Вступ.

Характерною властивістю систем управління, що визначає їх як особливий клас динамічних систем, є використання поточної інформації про керовані і керуючі впливи при реалізації зворотних і компенсуючих зв'язків, призначених для забезпечення оптимальної якості управління за обраним критерієм.

Основи наукового підходу до проектування автоматичних пристроїв були закладені ще в 19 столітті російським вченим Вишнегородським І. А., який визначив, що машина і регулятор утворюють єдину динамічну систему. Ним сформульовані також основні положення теорії стійкості і найважливіші закономірності регулювання за принципом зворотного зв'язку.

Підвищення потужності, складності та вартості технологічних комплексів і систем як об'єктів управління, посилення вимог до якості продукції, охорони навколишнього середовища та безпеки персоналу, а також забезпечення тривалої працездатності обладнання є економічними і соціальними передумовами до безперервного вдосконалення систем управління.

В даний час досягнуті певні успіхи у створенні автоматизованих (з участю людини) і повністю автоматичних керуючих систем. Це сприяло бурхливому розвитку мікропроцесорних засобів, здатних виконувати весь комплекс функцій з перетворення, передачі, обробці, зберіганню і використанню інформації для впливу на технологічний процес і для зв'язку з оператором. У першу чергу здійснюються вимір, контроль і регулювання стану технологічних об'єктів.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

Автоматизація водопостачання.

Водопостачання міських споживачів добре механізовано і автоматизовано. Завдяки автоматизації людина практично звільнений від ручної праці при видобутку, доставки і розподіл води на підприємства і в побуті. Автоматизація дозволила збільшити продуктивність праці з водопостачання в 20 разів, знизити експлуатаційні витрати в 10 разів.

Для підйому і роздачі води застосовують водо насосні установки, що складаються з водоприймачів, очисних споруд, резервуарів чистої води або водонапірних башт, сполучної водопровідної мережі і електронасосів зі станціями управління. Найбільш широко в сільському господарстві поширені відцентрові й осьові насоси. Насоси виконують у моноблоці з електродвигунами і занурюють у воду або розташовують на поверхні землі.

Для підйому води з відкритих водойм і шахтних колодязів використовують також плаваючі відцентрові насоси. Широко поширені так звані об'ємно-інерційні насоси з електромагнітним вібраційним приводом, розраховані на малу подачу води (до 1 м3 / ч при натиску 20 м).

У водопостачанні використовують водо насосні встановлення трьох типів: баштові з водонапірним баком, безбаштові з водонапірним котлом і безпосередньою подачею води у водопровідну мережу. Майже в 90% випадків використовують баштові водо насосні установки з витратою води до 30 м3 / ч. Якщо витрата води становить 30... б5м3 / рік, то рекомендують двоагрегатні насосні станції з водонапірним котлом. При витраті води більше 65 м3 / ч економічно доцільно використовувати насосні установки з безпосередньою подачею води в розподільну мережу.

Без баштові автоматична водопідйомна установка типу ВУ (рис. 1.1) призначена для підйому води з відкритих водойм і шахтних колодязів глибиною до 5 м при напорі 25... 80 м. Установка складається з всмоктувальної труби 1 з прийомним фільтром насосного агрегату 2, 3 та нагнітальної водорозбірної 12 труб з замикаючими вентилями 5, повітряно-водяного бака 4 з датчиком тиску 8 і струменевим регулятором запасу повітря, що має камеру змішування 6, повітряний клапан 7, жиклер 10 і дифузор 11.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Рис.1.1 Технологічна схема водопідйомній установки типу ВУ (а) і принципова електрична схема управління нею (б):

1 - усмоктувальна труба, 2 - насосний агрегат, 3 - нагнітальна труба; 4 - повітряно-водяний бак, 5 - замикаючий вентиль, 6 - камера змішування; 7 - повітряний клапан; 8 - датчик тиску; 9 - запобіжний клапан; 10 - жиклер; 11 - дифузор, 12 - водозабірна труба

Схема управління в автоматичному режимі працює наступним чином. Вода до споживача надходить під тиском повітряної подушки, розташованої над водою в казані. При розборі води з котла тиск у котлі знижується і контакти манометричного датчика тиску ВР замикаються, котушка магнітного пускача КМ отримує харчування і включає електронасос.

Тиск включення, МПа, розраховують за формулою

P1 = (Hсв + Hр + Hпот) 10-2

де Hсв - вільний напір у споживача, м (для одноповерхових будівель 8 м, для двоповерхових - 12 м); Hр - різниця відміток розрахункових точок водопровідної мережі та мінімального рівня води в баку, м; Hпот - втрати напору у водопровідній мережі, м.

При збільшенні рівня води тиск у котлі підвищується до заданого значення, при якому контакти ВР розмикаються і насос відключається.

Тиск виключення, МПа, визначають за формулою

P2 = 1,7 P1 + 0,7

Ручне управління електронасосом здійснюється кнопками SB2 "Пуск" і SB1 «Стоп».

Обсяг повітряної подушки в баку постійно зменшується, тому що частина повітря розчиняється і виноситься з водою. Внаслідок цього зменшується тиск повітряної подушки і регулюючий об'єм в котлі знижується.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Для автоматичної підтримки обсягу повітряної подушки служить регулятор, що забезпечує підкачування повітря до тиску в баку 250 кПа. При максимальних аварійних тисках спрацьовує запобіжний клапан 9. Поповнення повітря відбувається, коли жиклер 10 перекритий водою. Струмінь води під дією насоса створює розрідження в камері 6 (ефект пульверизації), повітряний клапан 7 відкривається, і повітря, змішуючись з водою, надходить в котел.

Відчайдушні водопідіймальні установки мають низький коефіцієнт використання об'єму бака (0,15... 0,2) V, великий перепад тисків (20... 30 м) при малому регулюючому обсязі Vp та вибухонебезпечні. Тому їх застосовують обмежено.

Баштова система водопостачання зазвичай працює за наступною схемою: вододжерело - насосний агрегат - напірний агрегат - напірний трубопровід - водонапірна башта - водопровідна мережа - споживачі води.

При включенні насоса вода надходить одночасно до споживачів і в напірний бак вежі. Кількість надходить в бак води дорівнює різниці між подачею насоса і витратою споживачів. Після наповнення 6av х насосний агрегат відключається і водопостачання споживачів забезпечується водою, запасеної в баку. Місткість бака стандартних водонапірних веж-колон 15... 50 м3 і більше. При цьому загальна місткість бака визначається як сума трьох об'ємів: регулюючого, запасного і «мертвого». «Мертвий» обсяг, як правило, невеликий. У нього входять відстійна частина бака і частина обсягу бака від його верхньої крайки до максимального рівня води (висотою приблизно 0,3 м).

Запасний обсяг повинен зберігати господарсько-виробничий запас на випадок перерви в електропостачанні і, головне, пожежний запас води, розміри якого визначаються будівельними нормами і правилами.

Регулюючий об'єм Vр (м3), подача насоса GH (м3 / ч) і поточне споживання води Gp (м3 / ч) визначають тривалість роботи насосного агрегату

Tп = Vp / (Gн - Gp)

тривалість паузи

Tп = Vp / Gp.

Відповідно час циклу

Тц = Тр + Тп

Максимальне число включень буде при:

n = 0,25 (Gн / Vp).

Найбільше число включень протягом доби

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

nmax = 24n = 6 (Gн / Vp).

За цією формулою визначають робочий об'єм Vp, що обмежує максимальну кількість включень насосного агрегату nmax:

n = 6 Gн / nmax

Робочий об'єм бака при автоматичному управлінні насосним агрегатом визначається відстанню h між датчиками верхнього і нижнього рівнів.

Таким чином, для того щоб забезпечити число включень заглибного насоса не більше допустимого за технічними умовами, відстань між датчиками верхнього і нижнього рівнів (зона неоднозначності двохпозиційного регулятора) повинно бути

n = 6 Gн / (nmax F)

де F-площа дзеркала води в баку, м3.

Досвід експлуатації заглибних насосів свідчить про те, що nmax не повинно перевищувати 50... 70 (в залежності від конструкції) з інтервалом між включеннями не менше 5 хв.

Схема баштової водонасосній станції з датчиком рівня води зображена на малюнку 1.2, а, 6. Занурювальний електродвигун 1 в моноліті з багатоступінчастим насосом 2 закріплений на водопідйомних трубах 3 та опущений в свердловину 5. Труби закріплені в плиті 7, встановленої в санітарно-технічному приміщенні 11. Свердловини укріплені обсадними трубами діаметром 100... 450 мм. Електродвигуни виконані сухими, напівсухими або заповненими водою. Найбільш поширені електродвигуни, заповнені водою. Резинометалічні або пластикові підшипники також змащуються водою. До електродвигуну підведений кабель 6, закріплений на водопідйомних трубах хомутами 4. Усмоктувальна частина труби забезпечена сіткою, що затримує крупні домішки, які можуть міститися у воді.

Бак 12 баштами виконаний звареним з листової сталі і встановлений на цегляній, залізобетонною або металевою опорі. До баку підведений напірно-розвідний трубопровід 10. Кінець напірної труби доведений до верхнього рівня, а відведення води з бака відбувається через зворотний клапан у нижнього рівня. Бак обладнаний зовнішньої / 7 та внутрішньої 18 сходами, люком 16, вентиляційним клапаном 15, датчиком рівня 14 і водозливної трубою 13, виключає переповнення бака водою у разі не відключеної насоса. На водогоні встановлений манометр 8 і засувки 9.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Рис. 1.2 Баштова водо насосна установка з заглибним електродвигуном (а), схема датчика рівня води (б) і принципова електрична схема управління (в):

1 - занурювальний електродвигун, 2 - багатоступінчастий насос, 3 - водопідйомне труби; 4 - хомути, 5 - свердловина, 6 - кабель; 7 - плита, 8 - манометр; 9 - засувки; 10 - напірно-розвідний трубопровід; 11 - санітарно-технічне приміщення, 12 - бак, 13 - водозливна труба; 14 - датчик рівня; 15-вентиляційний клапан, 16 - люк, 17 і 18 - зовнішня і внутрішня сходи; 19 - скоба; 20 - захисний корпус; 21, 22 і 23 - електроди відповідно верхнього, нижнього і загального рівнів

Електродний датчик рівня складається з захисного корпусу 20, скоби 19 для кріплення датчика в баку і трубчастих електродів: верхнього 21, нижнього 23 і загального 22 рівнів. Всередині центрального електрода розташований нагрівальний елемент, який включений в холодну пору для виключення обмерзання електродів.

На малюнку 1.2, в показана принципова електрична схема керування типу ПЕТ баштової водо насосній установкою. Вона дозволяє в ручному та автоматичному режимах пускати і зупиняти електронасос, захищає електродвигун від перевантажень і коротких замикань, сигналізує за допомогою сигнальних ламп про включеному і вимкненому станах насоса.

Ручне включення електронасоса здійснюють перекладом перемикача SA в положення Р, а відключення - в положення 0. Автоматичний режим роботи задають перекладом перемикача в положення Л. Якщо в баку води немає, то контакти (електроди) датчика верхнього SL1 і нижнього SL2 рівнів розімкнуті, отже, контакти реле К V в ланцюзі котушки магнітного пускача КМ замкнуті. Магнітний пускач спрацьовує і включає електронасос М. У міру накопичення води в баку перекриваються водою спочатку контакти SL2 нижнього рівня, а потім SL1 верхнього рівня. При цьому реле К V отримує живлення через воду.

Контактами KV: 1 воно розриває ланцюг живлення магнітного пускача КМ, і електронасос відключається. Реле KV залишається включеним через контакти KV: 2, SL1 і SL2. Воно вимикається тільки тоді, коли вода розімкне не тільки верхні контакти, але і нижні. У цьому випадку контакти KV: 1 на ланцюзі магнітного пускача КМ викличуть повторне включення електронасоса М. Вимкнене стан насоса визначається по зеленій лампі HL1, а включене - по червоній HL2.

Захист двигуна здійснюється за допомогою типових розчепителів магнітного пускача КМ а автомата QF.

На холодний період року вимикачем S включається електрообігрівач ЄК датчика, що запобігає обмерзання і промерзання електродів датчика рівня.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.