CC BY
50
The analysis of innovative methods for monitoring the state of the environment, systems for computer modeling of the distribution of pollutants in the atmosphere and expert decision support systems was carried out.
Key words: atmosphere, ecology, innovative, environment, expert system, modeling, pollution, measurement.
Mukhin Andrey Andreevich, engineer IT-center, andreytheli@,yandex. ru, Russia, Novomoskovsk, Federal State Educational Establishment of Higher Professional Education "D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia", Novomoskovsk branch,
Volkov Vladislav Yurievich, candidate of technical science, docent, duga@,mail.ru, Russia, Novomoskovsk, Federal State Educational Establishment of Higher Professional Education "D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia", Novomoskovsk branch,
Barhoom Ibrahim Khalil, candidate of technical sciences, dean of the Faculty of Information Technology, i. barhoom@,gu. edu.ps, Palestine, Gaza strip, Gaza University
УДК 621.34.07
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ
Г.И. Бабокин, Е.Б. Колесников, С.Б. Малков
Показано, что эффективность и надежность систем электропривода погружных насосов систем водоснабжения населенных пунктов повышается путем применения частотно-регулируемого электропривода с автоматическим повторным пуском и применением аккумулирования электрической энергии.
Ключевые слова: частотно-регулируемый электропривод, погружной насос, система водоснабжения.
В основном водоснабжение населенных пунктов в центральной части России осуществляется от автономных погружных насосов, подающих хозяйственно-питьевую воду в водонапорную башню Рожновского, из которой она под напором водяного столба распределяется по водопроводной сети населенного пункта потребителям, система погружной насос - водонапорная башня - водопроводная сеть [1].
Проведенное энергетическое обследование систем водоснабжения населенных пунктов Тульской области (деревень, сел, поселков, малых городов) выявили характеристики данных систем. Так в зависимости от численности населенного пункта водоснабжение осуществляется от одной до трех систем погружной насос - водонапорная башня - водопроводная сеть сети, которых между собой не связаны.
187
Параметры погружных насосов изменялись в пределах: номинальная мощность установленного электродвигателя 4.. .11 кВт, при математи-
3
ческом ожидании 5,5 кВт; производительность 8.25 м /ч, при математи-
3
ческом ожидании 10 м /ч; напор 80.110 м, при математическом ожида-
3
нии 100 м. Объем водонапорных башен составлял в основном 15 м и ино-
3 3
гда 25 м , 50 м . Длина водопроводной сети изменялась от 0,9 до 6,4 км.
Характерные диаграммы потребления воды потребителями в течение года и суток представлены на рис. 1. Из диаграмм следует, что потребление воды крайне неравномерно в течение года из-за сезонного потребления и увеличения численности населения летом за счет отдыхающих, а также в течение суток.
Для регулирования подачи воды в соответствии с потреблением в системе погружной насос - водонапорная башня - водопроводная сеть применяется аппаратура автоматизации погружного насоса различных типов, использующих принцип поддержания заданного уровня воды в водонапорной башне, который измеряется в основном электродными датчиками уровня. Однако на практике данная аппаратура из-за неработоспособности датчиков зимой неэффективна, поэтому происходят регулярные переполнения водонапорных башен и перерасход воды. Для снижения риска замерзания воды систему погружной насос - водонапорная башня - водопроводная сеть переводят в режим непрерывного потребления без хозяйственной необходимости, что также приводит к перерасходу воды.
а
1012141618 20 22 24 2 4 6 8 10
б
Рис. 1. Диаграмма потребления воды в течение 2016 года (а) и в течение суток (б) с. Студенец
188
6
5
4
3
2
1
Анализ фактической работы систем водоснабжения погружной насос - водонапорная башня - водопроводная сеть при обязательном энергетическом обследовании в Тульском регионе показал, что потери воды и электрической энергии составляют от 50 % до 300 %, 50 % которых составляли потери в водопроводной сети.
Работы по замене изношенных металлических труб водопроводной сети на пластмассовые проведены в ряде населенных пунктов региона, однако потери воды и электрической энергии в них уменьшились на 20.. .30 % и составили до 35... 200 % от нормативных.
Это крайне низкая энергоресурсная эффективность системы водоснабжения погружной насос - водонапорная башня - водопроводная сеть.
Кроме того, применение водонапорной башни не позволяет регулировать давление в водопроводной сети, которое непостоянно и ограниченно высотой башни. Напор в среднем 15 м водяного столба, создаваемый башней совершенно недостаточен для сетей с современными бытовыми приборами.
Обслуживания башни затратно, а появление ржавчины, попадающей в воду, значительно ухудшает ее качество.
В 90 % населенных пунктов срок эксплуатации водонапорной башни уже истек, а для их замены на новые требуются большие материальные затраты из-за высокой стоимости демонтажа старой башни, покупки и транспортировки, монтажа и ввода в эксплуатацию новой башни. Поэтому замена башни экономически не целесообразна.
Наиболее целесообразно применение вместо системы погружной насос - водонапорная башня - водопроводная сеть системы с частотно-регулируемым электроприводом, система погружной насос - частотно-регулируемый электропривод - водопроводная сеть [2]. На рис. 2 приведена структурная схема системы водоснабжения с частотно-регулируемым электроприводом насоса.
Рис. 2. Структурная схема системы водоснабжения с частотным регулированием электродвигателя погружного насоса: 1 - преобразователь частоты; 2 - электродвигатель; 3 - насос; 4 - насосный агрегат; 5 - датчик давления; 6 - блок питания;
7 - задатчик давления 189
220 В
Система содержит преобразователь частоты 1, погружной насос 2 и датчик давления 5 с блоком питания 6.
Преобразователь частоты 1 питает электродвигатель 2 погружного насоса 3 и позволяет регулировать частоту его вращения, поддерживая заданное избыточное давление в напорном трубопроводе водопроводной сети.
Применение частотно-регулируемого электропривода насоса вместо водонапорной башни обладает рядом основных преимуществ:
- относительно низкая стоимость эксплуатации частотно-регулируемого электропривода погружного насоса, снижение капитальных, эксплуатационных и ремонтных расходов, в сравнении с системой с водонапорной башней;
- стабильность поддержания давления в водопроводной сети за счет автоматического регулирования производительности погружного насоса;
- обеспечивает экономию электрической энергии и воды до 30.40 %;
- повышенная функциональная надежность водоснабжения, в том числе в зимний период вне зависимости от расхода воды;
- повышение ресурса погружного насоса и водопроводной сети в 2.3 раза за счет исключения пусковых токов, снижения нагрузки на его опорные подшипники, исключения гидравлических ударов в водопроводной сети, плавного регулирования, плавного пуска и останова;
- современная и надежная система защит насосного агрегата. Станция управления контролирует параметры электрической сети и защищает электродвигатель насоса от обрыва, перекоса фаз, межфазного замыкания и замыкания фазы на землю.
Основной недостаток приведенной системы водоснабжения прекращение подачи воды в случае отключения электроэнергии.
Для повышения надежности и бесперебойности водоснабжения в системе погружной насос - частотно-регулируемый электропривод - водопроводная сеть применяют:
- при кратковременных исчезновениях напряжения сети (до секунды) использование энергии заряженных конденсаторов звена постоянного тока преобразователя частоты;
- при более длительных исчезновениях напряжения сети (до нескольких минут) использование энергии дополнительных молекулярных конденсаторов большой емкости, подключаемых автоматически к звену постоянного тока преобразователя частоты;
- при длительном отсутствии электроэнергии использование бензо-дизель генератора для питания частотно-регулируемого электропривода, мощность которого для большинства погружных насосов составляет не более 15 кВт.
Практика работы системы погружной насос - частотно-регулируемый электропривод - водопроводная сеть в Тульском регионе России показала, что оборудование, используемое в станции очень надёжное.
190
Таким образом, частотно-регулируемый электропривод погружного насоса обеспечивает высокий напор, повышение энергоэффективности и надежности водоснабжения, существенную экономию воды и электроэнергии, и снижение металлоемкости, а также полную экологическую безопасность, надежную защиту питьевой воды от любых химических загрязнений, бактерий и вирусов.
Список литературы
1. Сомов М.А., Квитка Л.А.. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 2010.
288 с.
2. Рульнов А. А., Евстафьев К.Ю. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения. М.: Инфра-М, 2010. 208 с.
Бабокин Геннадий Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Москва, Национальный Исследовательский Технологический Университет (МИСиС) Горный институт,
Колесников Евгений Борисович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Новомосковск, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал),
Малков Сергей Борисович, вед. инж., malkov568@mail. ru, Россия, Новомосковск, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева, Новомосковский институт (филиал)
THE ENERGY EFFICIENCY OF WATER SUPPLY SYSTEMS OF SETTLEMENTS G.I. Babokin, E.B. Kolesnikov, S.B. Malkov
It is shown that efficiency and reliability of systems of the electric drive of submersible pumps of systems of water supply of settlements increases by use of the frequency and adjustable electric drive with automatic repeated start-up and application of accumulation of electric energy.
Key words: frequency and adjustable electric drive, submersible pump, water supply
system.
Babokin Gennady Ivanovich, doctor of technical science, professor, gibabokin-nov@yandex. ru, Moscow, national research University of technology (MISiS), Mining Institute,
Kolesnikov Evgeny Borisovich, candidate of technical science, docent, [email protected], Russia, Novomoskovsk, Russian Chemical-technological University named D.I. Mendeleev, Novomoskovsk institute (branch),
Malkov Sergey Borisovich, leading engineer, malkov568@mail. ru, Russia, Novomoskovsk, Russian Chemical-technological University named D.I. Mendeleev, Novomoskovsk institute (branch)
