CC BY
10УДК 658.264
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Бажанов Николай Александрович, магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: ursa97@yandex.kz
Научный руководитель: Закируллин Рустам Сабирович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: rustam.zakirullin@gmail.com
Аннотация. Теплоснабжение жилых кварталов муниципальных и промышленных объектов производится магистральными закрытыми системами. Для циркуляции воды в системе устанавливают насосные станции, в которых основным оборудованием являются насосы. Актуальность оптимизации режимов работы насосных станций в системах теплоснабжения заключается в необходимости совершенствования и улучшения качества теплоснабжения жилых домов, что является одним из аспектов жизнеобеспечения граждан. В работе рассмотрена возможность оптимизации работы насосных станций за счет снижения влияния гидроудара.
Целью работы является поиск путей повышения эффективности работы насосных станций. Объектом работы выступают насосные станции в системах теплоснабжения. Предметом изучения является снижение влияния гидроудара на работу насосных станций. Основные результаты работы свидетельствуют о том, что применение устройства плавного пуска к работе насосных станций в системах теплоснабжения позволит снизить влияние гидравлического удара, за счет подавления причин его возникновения.
Ключевые слова: насосные станции, теплоснабжение, гидравлический удар, устройство плавного пуска, частотно-регулируемый привод.
Для цитирования: Бажанов Н. А. Оптимизация режимов работы насосных станций в системах теплоснабжения // Шаг в науку. - 2020. - № 2. - С. 29-32.
OPTIMIZATION OF PUMP STATION OPERATION MODES IN HEAT SUPPLY SYSTEMS
Bazhanov Nikolay Aleksandrovich, graduate student, training program 08.04.01 Construction, Orenburg State University, Orenburg e-mail: ursa97@yandex.kz
Research advisor: Zakirullin Rustam Sabirovich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor, Department of Heat and Gas Supply, Ventilation and Hydromechanics, Orenburg State University, Orenburg e-mail: rustam.zakirullin@gmail.com
Abstract. Heat supply of residential districts ofmunicipal and industrial facilities is carried out by main closed systems. Pump stations are installed for water circulation in the system. Pumps are the main equipment ofpump stations. The relevance of the work lies in the need to improve and improve the quality of heat supply to residential buildings. Optimisation ofpump stations operation with the help of reduction of hydraulic impact is considered in the work.
The aim of the work is to find ways to improve the efficiency ofpump stations. The object of operation is pump stations in heat supply systems.
The subject of work is reduction of impact of hydraulic shock on operation ofpump stations. The main results of the work show that the application of a smooth start device will reduce the impact of hydraulic shock.
Keywords: pump stations, heat supply, hydraulic shock, smooth start device, frequency-controlled drive. Cite as: Bazhanov, N. A. (2020) [Optimization of pump station operation modes in heat supply systems]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 2, рр. 29-32.
Сегодня вопрос технического перевооружения актуален как никогда. Физически изношенное и морально устаревшее оборудование насосных станций в системах теплоснабжения с трудом справляется с поставленными задачами и требует обновления и модернизации. В данной статье рассматриваются проблемы и поиск путей повышения эффективности работы насосных станций1.
Проведение исследования, описанного в статье, включает в себя несколько этапов:
1) изучение видов насосных станций и особенностей их работы;
На сегодняшний день, по различным оценкам, насосные станции, оснащенные группой насосных технических средств несут в себе большой потенциал энергосбережения. На оборудование на насосных станций, работающих параллельно друг другу, приходится до 20-25% всей вырабатываемой электроэнергии от мирового потребления. Тем не менее, насосные станции являются энергоемкими техническими сооружениями, в которых 85% из всей потребляемой энергии идет на обеспечение работы самих насосов. К.П.Д. насосов составляет от 50% до 90%, при этом к.п.д. насосных систем часто не превышает 10-20%. В связи с тем, что тариф на электроэнергию увеличивается из года в год, а следовательно значительно возрастают затраты на эксплуатацию и использование этих агрегатов, поэтому возникает острый и в тоже время актуальный вопрос об оптимизации их работы [2].
Рассмотрев теоретические и практические данные насосных станций многие приходят к выводу
2) анализ причин возникновения гидравлического удара и изучение методов снижения его влияния;
3) изучение возможности повышения эффективности работы насосных станций за счет снижения гидравлического удара.
Насосная станция является сложным инженерно-техническим комплексом специализированным для передачи теплоносителя в главных тепловых сетях, а так же для связи между гидравлическими режимами [1]. Всего выделяют семь групп насосных станций (таблица 1).
о внедрении технологий, позволяющих оптимизировать режимы работы станций при внедрении частотно-регулируемых электроприводных систем, а так же устройств плавного пуска, позволяющих снизить гидроудары в напорных трубопроводах при работе в составе привода насоса. Рассмотрим основные принципы работы этого оборудования и применение их в насосных станциях [3].
Частотно-регулируемый привод (ЧРП) состоит из двух частей для управления синхронным и асинхронным двигателем.
Устройство плавного пуска (УПП) - устройство для плавного безударного пуска с ограничением пускового тока, длительной работы в номинальном режиме и торможения высоковольтных асинхронных электродвигателей. УПП используется в тех случаях когда:
1) в сеть с малой мощностью необходимо подключить мощный асинхронный электродвигатель;
2) необходимо плавно запустить, ускорить или остановить электрические машины;
Таблица 1. Виды насосных станций
№ Наименование Описание
1 2 3
1 Насосно-перекачивающие станции на обратке Эта станция используется для снижения давления в конце сети. Рекомендуется устанавливать данную станцию в середине выбранной магистральной сети.
2 Насосно-перекачивающие станции на подаче Данная станция служит для увеличения потока воды в конце сети и обеспечивает необходимый перепад давления в сети.
3 Смесительные станции Такие станции служат для снижения температуры в подающем или транзитных магистралях и находятся на перемычке между обратным и подающем трубопроводе.
4 Подогревательные станции Назначением данной станции является нагрев сетевой воды в магистралях до заданной температуре на данном участке сети.
5 Дросселирующие станции Используется данная станция для понижения давления в отдельных участках сети или на ответвлениях к потребителю.
6 Повышающие станции Применяется для повышения давления после насоса и устанавливается на магистралях большой длины, где перепад давления недостаточен.
7 Понижающие станции Используется для снижения давления после себя, так как оно превышает допустимое давления на данном участке сети.
Манюк В. И., Каплинский Я. И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: справочник. - М.: Стройиздат. - 1988.
3) пуск двигателя должен осуществляться под нагрузкой;
4) необходимо уменьшить пусковые токи;
5) необходимо снизить скачок давления в сети.
Частотные преобразователи и устройства плавного пуска являются двумя совершенно разными устройствами. Для того чтобы изменять и регулировать напряжение, частоту и ток подводимый к обмоткам электродвигателя необходимо использовать как ЧРП так и УПП2.
Одним из негативных факторов работы насосных станций выступает гидравлический удар. Гидравлический удар, или гидроудар - скачок давления в какой-либо системе, заполненной жидкостью, вызванный быстрым изменением скорости потока этой жидкости [4]. Причиной возникновения гидроудара может выступать резкое закрытие или открытие запорной арматуры, а так же резкое включение насоса. Рассмотрим возможность применения устройства плавного пуска для снижения влияния гидравлического удара.
Поскольку гидравлические удары возникают при резком включении насоса, то для снижения влияния гидравлического удара на систему целесообразно применять УПП. Исходя из принципа работы устройства плавного пуска, можно выделить два основных момента, которые способствуют снижению влияния гидроудара [5].
1) Для увеличение срока службы УПП и снижения энергопотребления необходимо чтобы запуск электрической машины осуществлялся при достижении 30-60% от номинального значения напряжения. Постепенное натяжение ремней приводы главным образом осуществляется с помощью плавного зацепления шестеренок передаточного механизма. Затем до полного разгона электродвигателя управляющий блок увеличивает проводимость тиристоров. Когда номинальная частота вращения вала достигнута, контакты обходных переключающих устройств замыкаются и ток идет в обход тиристоров.
2) Когда двигатель останавливается, контактор активирует тиристоры. От генератора импульсов поступают сигналы, которые плавно снижают проводимость тиристоров, пока электрическая машина не остановится.
УПП снижает амплитуду пускового тока. При этом дает ряд преимуществ:
1) энергосбережение;
2) снижение нагрева обмоток и контактов двигателя;
3) экономия на схемах защиты;
4) использовании автономных источников электропитания и трансформаторов ограниченной мощности;
5) уменьшает перепады токов и напряжения в электросетях;
6) снижение аварийных ситуаций при запуске или остановке электродвигателя;
7) низкая себестоимость устройства (от 40 до 60%);
8) уменьшает непосредственный контакт человека с работающим электродвигателем.
УПП также заменяют механические тормоза и кинематические устройства для остановки. Кроме того, софт-стартеры позволяют применять асинхронные двигатели с ротором типа «беличья клетка» вместо дорогих электрических машин с улучшенными пусковыми характеристиками или фазным ротором.
Затруднение при внедрении ЧРП и УПП в работу насосных станций включает в себя 2 аспекта:
1) грамотный подбор УПП;
2) совмещение работы УПП вместе с ЧРП (При выходе насоса на максимальную мощность система УПП должна отключиться и передать систему управления на ЧРП. ЧРП должен регулировать расход теплоносителя в сети не затрагивая работу УПП. При аварийной ситуации «отключение электричества» должно быть произведено отключение насоса с помощью УПП).
Таким образом, применение устройства плавного пуска к работе насосных станций в системах теплоснабжения позволит снизить влияние гидравлического удара, за счет подавления причин его возникновения. Снижение влияния гидроудара, в свою очередь, будет способствовать повышению эффективности работы насосных станций. Однако необходимо учитывать аспекты, которые могут затруднить внедрение УПП и ЧРП в работу насосных станций.
Литература
1. Штейнмиллер О. А. Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей: автореф. дис. канд. техн. наук: 08.04.01. - СПб.: ГАСУ, 2010. - 22 с.
2. Красильников А. Автоматизированные насосные установки с каскадно-частотным управлением в системах водоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.archive-online.ru/read/ stroing/347 (дата обращения: 12.03.2020).
2 Принцип работы софтстартера - устройства плавного пуска [Электронный ресурс].
printsip-raboty-softstartera-ustrojstva-plavnogo-puska.html (дата обращения: 12.03.2016).
- Режим доступа: https://en-res.ru/stati/
3. Кахоров Р. А. Исследование и оптимизация динамических процессов в электроприводных системах насосных станций: дис. ... канд. техн. наук: 08.04.01. - М., 2016. - 234 с.
4. Людеке Х.-Й., Котэ Б., Паули К. Гидроудар: причины, анализ и способы предотвращения // Водоснабжение и санитарная техника. - 2015. - № 8. - С. 23-29.
5. Лемаева А. А., Мунарева М. А., Кокорина О. М. Анализ работы насосных подстанций, применяемых в водяных тепловых сетях // Исследования молодых ученых: тезис. докл. Междун. научн. конф. (Казань, 20-23 июня, 2019 г.). - Казань: Молодой ученый. - 2019. - С. 18-21.
Статья поступила в редакцию: 12.05.2020; принята в печать: 13.08.2020.
