CC BY
4
УДК: 621
Бахронова З.Б. стажёр
кафедра «Управление и автоматизация процессов производства» Бухарский институт управления природными ресурсами Национальный исследовательский университет "ТИИИМСХ"
Абдуллаева Н.Г. учитель
Бухарское районное профессиональное училище ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ НА НАСОСНЫХ СТАНЦИЯХ
Аннотация. В общей доле энергопотребления системами водоснабжения и водоотведения на различных объектах более 50% занимают насосные станции. В связи с быстро растущими ценами на электричество, газ и нефть остро встают вопросы повышения энергетической эффективности систем водоснабжения и водоотведения, а также их элементов. В данной статье пристальное внимание уделяется проблеме экономииэлектрической энергии, потребляемой насосными станциями. Предлагается нетрадиционный способ энергосбережения, основанный на использовании в управлении насосными агрегатами сэкономленной вторичной энергии. Приводятся расчёты, подтверждающие эффективность предложенного способа.
Ключевые слова: насосная станция, насосный агрегат, энергосбережение, водяное колесо, редуктор, генератор.
Bakhronova Z.B.
trainee
department "Management and automation of production processes" Bukhara institute of natural resource management
Abdullaeva N. G.
teacher
Bukhara district vocational school ENERGY SAVING AT PUMPING STATIONS
Annotation. In the total share of energy consumption by water supply and sanitation systems at various facilities, more than 50% is occupied by pumping stations. In connection with the rapidly rising prices for electricity, gas and oil, the issues of improving the energy efficiency of water supply and sanitation systems, as well as their elements, are acute. This article focuses on the problem of saving electrical energy consumed by pumping stations. An unconventional method of energy saving is proposed, based on the use of saved secondary energy
in the control of pumping units. Calculations confirming the effectiveness of the proposed method are given.
Key words: pumping station, pumping unit, energy saving, water wheel, reducer, generator.
Введение. Известно, что решение проблемы энергосбережения, повышения энергетической эффективности являются одними из основных в экономике любого государства. Насосные станции являются неотъемлемой частью технологического оборудования в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ). На них приходится около 20 % от общего объема потребляемой электроэнергии. Вопросы, связанные с экономией электроэнергии при управлении насосами, рассматриваются достаточно давно. Большинство предлагаемых решений сводится к применению частотно-регулируемых приводов (ЧРП). При этом заявляется экономия электроэнергии до 60 %, перекачиваемой воды - до 25 %. Однако реальные показатели экономии энергоресурсов после применения ЧРП, как правило, значительно отличаются от заявленных [4]. Основные задачи, решаемые с помощью насосных станций, это, прежде всего, бесперебойное и устойчивое обеспечение потребителей водой с требуемыми гидравлическими параметрами и минимально возможными затратами.
Таким образом, экономия электроэнергии является сопутствующим фактором при выполнении основной задачи - бесперебойного и устойчивого снабжения водой требуемых гидравлических параметров и требуемого качества.
Выделим основные виды затрат при решении задач водоснабжения:
• стоимость оборудования;
• стоимость работ по монтажу и пуско-наладке;
• потребляемая электроэнергия, определяемая удельным расходом электроэнергии на перекачку одной единицы воды:
Целью данной работы является решение проблемы энергосбережения при управлении насосами с использованием нетрадиционных методов.
Основная часть. Для повышения эффективности работы насосной станции необходимо решить следующие задачи:
• правильно выбрать насосы. Их характеристики должны согласовываться с характеристиками сети;
• определить необходимое количество насосов, основываясь на режимах водопотребления, а также необходимости наличия резерва;
• определить структуру системы регулирования исходя из поставленных требований.
Решение первых двух задач, как правило, приводятся в проектной и технической документации на объекты водопотребления и насосное оборудование. Отметим, что, не решив эти задачи, приступать к решению третьей бессмысленно. Завышенная мощность насосов, несоответствие их
характеристик характеристикам сети приводит к завышению стоимости насосов и систем управления, хотя при этом «кажущаяся» экономия может быть достаточно высокой.
Предположим, что на насосной станции функционируют 4 (четыре) насосных агрегата. Рассмотрим возможность работы четвёртого насосного агрегата за счёт вторичной энергии, вырабатываемой тремя работающими насосными агрегатами.
Если мощность каждого из агрегатов, установленных на нашей насосной станции составляет Р =290 т3/ч, мощность электродвигателя - 37 кВт /ч, а число оборотов n=1450ob/мин, тогда, соответственно, получим
1) 290^4=1120 m3 /ч -количество воды, перекачиваемой четырьмя насосами,
2) 37^4=148 кВт/ч - количество электроэнергии, потребляемой этими насосами
Как показывают приведённые расчёты, количество потребляемой насосами электроэнергии, достаточно велико. Для решения проблемы экономии электроэнергии мы предлагаем систему, в которой основными устройствами являются водяное колесо, редуктор и генератор. Рассмотрим вкратце функции, выполняемые каждым из этих устройств в предлагаемой системе.
Водяное колесо — механическое устройство для преобразования энергии падающей воды (гидроэнергии в энергию вращательного движения с тем, чтобы на оси колеса можно было совершать работу. При подъёме воды на некоторый уровень в ней запасается, соответствующая этому уровню, потенциальная энергия, поэтому падающая вода может совершать работу.
Из физики известна формула вычисления давления жидкости:
P = F / S, где F — модуль силы, S — площадь поверхности.
В Международной системе единиц (СИ) давление жидкости измеряется в паскалях (русское обозначение: Па; международное: Ра). Паскаль равен давлению, вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр.
Силу давления жидкости (в данном случае воды) выразим формулой:
F = P *S, где Р - давление жидкости на дно, S - площадь дна сосуда. Гидростатическое давление жидкости на дно определяется формулой:
Р = р * g * и, где р - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения, И - высота жидкости. Таким образом, давлениежидкости зависит от плотности жидкости и высоты сосуда, в котором находится жидкость. Чем выше ^ тем давление воды на дно сосуда увеличивается.
Скорость воды, поступающей на водяное колесо, установленной по течению, задаётся насосом, откачивающим эту воду из водоёма. Для решения поставленной задачи необходимо установить водяное колесо
вертикально (под углом 90o) относительно стенок канала, расположенного на расстоянии 15-20 метров от аванкамеры. Аванкамера является важнейшим элементом крупной насосной станции, от которой зависит надежность и долговечность работы основного гидромеханического оборудования. Уровень воды в — аванкамере определяет возможность работы насосов по кавитационным условиям.
Через шкив или шестерню, установленную на водяном колесе, можно управлять редуктором, который является вторым устройством в предлагаемой системе энергосбережения.
Большая советская энциклопедия определяет редуктор - (от лат. "отдающий") как конструкционный механизм, который входит в приводы различных машин и, который служит для снижения угловых скоростей ведомого вала для повышения крутящего момента. Редуктор также, является устройством для снижения и поддержания постоянного давления рабочей среды, например, газа, пара или жидкости на выходе из ёмкости с высоким давлением (баллона), при этом он выполняет функции запорного и предохранительного клапана.
Большое зубчатое колесо редуктора устанавливается на водяное колесо. Оно, соответственно, вращает маленькое зубчатое колесо в нужном направлении. Вал последнего подсоединяется к генератору.
Генератор - устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. Генерирование электроэнергии происходит за счет наличия магнитного поля, внутри которого крутится проволочная катушка. Ток вырабатывается в момент пересечения витков катушки и силовых линий магнита. Генераторы переменного тока широко используются в электро-энергетической промышленности, они способны генерировать переменный ток заданной частоты. Такие генераторы также называют синхронными генераторами.
В нашей системе работу 4-го насосногоагрегата будет обеспечивать напряжение, задаваемое подсоединённым к агрегату генератором. Таким образом, мы достигнем поставленной цели, т.е. 4-й насос будет функционировать за счёт сэкономленной электроэнергии.
Приведём расчёты, подтверждающие приведённые выше умозаключения. Итак, количество электроэнергии, потребляемой 4-мя насосами -148 кВт/ч, количество воды, перекачиваемой этими насосами-1120m3 /h. Значит, это же количество воды можно будет перекачать, затратив 111 кВт/ч. (148-37). В денежном эквиваленте это составит экономию 37-24-450=399.600 сум в сутки (по тарифу стоимость одного часа использованной электроэнергии - 450 сумов), а за месяц-399.600 30=11.988.000 сум.
Выводы. Проблема энергосбережения, повышение энергетической эффективности являются одними из основных в экономике любого государства.
Аномальные холода, которые принесли немало проблем Узбекистану, ярко продемонстрировали бессилие отечественной энергосистемы. Сейчас власти определяются с мерами, как стране не остаться без электричества следующей зимой. В следующем году дефицит электроэнергии может вырасти в несколько раз. Поэтому проблему необходимо решать сегодня и сейчас.
Энергоэффективность с высокими показателями надежности работы насосов - одно из приоритетных направлений деятельности насосных станций. Предлагаемый нами нетрадиционный способ энергосбережения позволит сэкономить дорогостоящую электроэнергию, используемую насосными станциями.
Использованные источники:
1. Sarbum I. A Study of Energy Optimisation of Urban Water Distribution Systems Using Potential Elements // Water 2016, 8, 593; doi:10.3390/ w8120593.
2. Толпаров Д.В., Дементьев Ю.Н. Анализ систем управления насосных станций // Известия Томского политехнического университета. - 2007. - Т. 311. - № 4. - 113-118 с.
3. Чувашев В.А., Наливайко С.С., Шишов А.В., Цветаев Д.В., Папазов Ю.Н. Энергосберегающие асинхронные двигатели // Электротехника. - 2009. - № 5. - С. 2-11.
4. Свистунов В.А. Автоматизация насосной станции с применением частотно-регулируемого электропривода // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2013. - Вып. 12. Ч. 2. - 135-140 с.
5. Белов М.П., Каххоров Р.А., Новиков В.А., Прокопов А.А. Развитие энергосберегающих электроприводных систем и способов повышения их эффективности в технологиях // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». № 5/2016. -С.78-89.
6. Николенко И.В. Анализ энергоэффективности частотного регулирования по относительным параметрам силовых агрегатов насосных станций и водопроводных сетей систем водоснабжения // Строительство и техногенная безопасность. - 2019. - №14 (66). - С. 101-111.
