CC BY
199
Ошурков Михаил Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., mganewmsk. tula.net, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева
TERMINOLOGICAL PROVIDING FORECASTING OF ELECTRICITY CONSUMPTION AND ORGANIZATION ENERGY SAVING BY REGION
M.G. Oshurkov
Offers conceptual and terminological minimum ценологического approach to the prediction of regional consumption and reveal reserves of energy savings, based on structural stability of technical coenoses and assuming the creation of regional banks of energy consumption data, and the application but the mathematics N-distributions.
Key words: forecasting, power consumption, energy saving, H-distribution, structural stability.
Oshurkov Mikhail Gennadievich, candidate of technical Sciences, associate Professor, mganewmsk.tula.net, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University
УДК 636.52/58:636.082
РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ БЕЗ ВОДОНАПОРНОЙ БАШНИ
Е.Б. Колесников, С.Б. Малков
Приведены результаты разработки и испытаний опытного образца системы водоснабжения, позволяющей отказаться от водонапорной башни. Основу системы составляет станция управления и защиты погружного насоса, обеспечивающая защиту и плавный пуск электродвигателя насоса. Показано, что применение разработанной системы позволяет повысить давление в магистрали, снизить гидравлические удары в сети, повысить надежность оборудования и системы водоснабжения.
Ключевые слова: водонапорная башня, погружной насос, станция управления и защиты, плавный пуск, гидроаккумулятор, электроконтактный манометр.
В настоящее время водоснабжение небольших поселков и сельских поселений в основном осуществляется с применением водонапорных башен. При этом погружной насос подает воду в башню, которая обеспечивает необходимый напор, определяемый высотой башни, и запас воды, необходимый для осуществления бесперебойного водоснабжения в случае отключения электроэнергии [1].
Такие системы отличаются простотой и достаточной стабильностью водоснабжения. Однако в большинстве случаев срок эксплуатации водонапорных башен уже истек, а для ее замены на новую требуются большие материальные затраты. Кроме того, напор в среднем 15 мм водяного столба совершенно недостаточен для современных бытовых приборов.
В связи с этим на кафедре электротехники НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева разработана система водоснабжения без применения водонапорной башни. При этом основу системы составляет ранее разработанная на кафедре станция управления и защиты погружного насоса.
На рисунке приведено изображение разработанной системы водоснабжения без водонапорной башни 1. Основными элементами системы являются: погружной насос 14 с обратным клапаном 12; станция управления и защиты погружного насоса 4, гидроаккумулятор 5; электроконтакт-ный манометр 9; напорный трубопровод 10 и магистраль 11.
Станция управления и защиты погружного насоса 4 выполняет функции управления и защиты электродвигателя насоса [2].
Гидроаккумулятор 5 сглаживает возможные гидроудары и обеспечивает небольшой запас воды. Электроконтактный манометр 9 устанавливается на напорном трубопроводе 10 после гидроаккумулятора 5 и обеспечивает выключение насоса 14 при достижении заданного верхнего уровня давления и его включение при снижении давления до заданного нижнего уровня.
Принцип работы системы водоснабжения заключается в автоматическом поддержании давления в магистрали 11 в заданных пределах путем периодического включения и выключения погружного насоса 14.
При подаче команды на пуск с помощью станции управления и защиты 4 производится плавный пуск электродвигателя погружного насоса 14, и давление в напорном трубопроводе 10 и гидроаккумуляторе 9 начинает плавно возрастать. При достижении максимального давления контакты верхнего уровня электроконтактного манометра 9 размыкаются, и станция управления и защиты отключает погружной насос. При этом обратный клапан 12 препятствует сходу воды в скважину, тем самым препятствуя быстрому снижению давления в напорном трубопроводе 10.
Далее в результате разбора воды потребителями давление в магистрали 11 начинает постепенно снижаться. При достижении минимального давления контакты нижнего уровня электроконтактного манометра 9 замыкаются, и станция управления и защиты включает погружной насос 14. Производится плавный пуск насоса 14, и на этом цикл работы системы заканчивается.
Таким образом, в результате циклического включения и выключения погружного насоса 14 в магистрали 11 поддерживается давление в заданных пределах.
Следует отметить, что максимальный и минимальный уровни давления, поддерживаемые в магистрали, могут устанавливаться в соответствии с запросами потребителей.
Промышленные испытания опытного образца разработанной системы проводились в системе сельского водоснабжения, включающей погружной насос типа ЭЦВ6-10-110 с электродвигателем 6ПЭДВ5,5-140
мощностью 5,5 кВт, станцию управления и защиты погружного насоса; гидроаккумулятор емкостью 1000 литров; электроконтактный манометр типа ТМ-510 и коммутационную аппаратуру, позволяющую имитировать аварийные режимы погружного насоса.
і
Система водоснабжения без водонапорной башни:
1 - водонапорная башня; 2 - столб ЛЭП; 3 - питающий кабель;
4 - аппратура управления и защиты; 5 - гидроаккумулятор;
6 - кабель управления; 7 - кабель насоса; 8 - колодец; 9 - контактный манометр; 10 - напорная трубопровод; 11 - магистраль;
12 - обратный клапан; 13 - скважина; 14 - погружной насос
По результатам испытания опытного образца разработанной системы водоснабжения можно сделать следующие выводы.
Система показала свою работоспособность, достаточную надежность и правильность выбранных технических решений.
С помощью электроконтактного манометра в магистрали поддерживалось максимальное давление 2,6 атм, минимальное - 2,0 атм. При этом частота включений погружного насоса составила в дневное время 5.. .7 вкл/час, в ночное - 2.. .4 вкл/час и зависила от величины разбора воды потребителями. Следует отметить, что относительно большая частота включений в дневное время существенно не сказывается на надежности насоса, так как станция управления обеспечивает плавный пуск. К тому же частота включений современный погружных насосов может достигать 20 вкл/час при прямом пуске [3].
Станция управления и защиты обеспечивает высокую надежность защиты электродвигателя погружного насоса от аварийных режимов и в полном объеме выполняет заложенные в нее функции [4]:
1. Плавный пуск и останов электродвигателя погружного насоса в течение 5.60 с.
2. Ручное и автоматическое управление насосом в зависимости от давления в магистрали.
3. Отключение насоса при исчезновении и автоматическое повторное включение (АПВ) при восстановлении напряжения сети.
4. Продолжение работы при кратковременном (менее 1 с) исчезновении напряжения сети.
5. Запрет на включение на включение при неправильном чередовании фаз.
6. Контроль состояния изоляции силового кабеля.
7. Контроль питающего напряжения.
8. Контроль потребляемого электродвигателем насоса тока в одной
из фаз.
9. Автоматическое отключение электродвигателя насосной установки:
- при повышении и понижении напряжения и перекосе фаз свыше 15 %, обрыве фаз питающей сети при работе - за время не более 10 с и последующем АПВ;
- при перегрузке / >1,3/ном - за время не более 15 с;
- при коротком замыкании - без выдержки времени;
- при несостоявшемся пуске - за время не более 10 с;
- при сухом ходе насоса - за время не более 5 с.
Применение разработанной системы водоснабжения повышает давление в магистрали в среднем в 1,5 раза и позволяет в полной мере потребителям использовать современные водонагревательные приборы.
Плавный пуск насоса и применение гидроаккумулятора снижает гидравлические удары в водопроводной сети, тем самым повышает надежность системы водоснабжения. Кроме того, исключается влияние прямых пусков электродвигателя насоса на питающую сеть.
В условиях, связанных с частыми отключениями электроэнергии, для обеспечения стабильного водоснабжения в системе предусматривается резервирование электропитания путем подключение автономного бензо-или дизель-генератора.
Разработанная система водоснабжения без водонапорной башни внедрена и успешно эксплуатируется на артезианской скважине в одном из сельских поселений Веневского района Тульской области.
Список литературы
1. Березин С.Е. Насосные станции с погружными насосами. М.: Стройиздат, 2008. 160 с.
2. Е. Колесников. Устройство управления и защиты электродвигателя погружного насоса // Современная электроника. 2013. №5. С. 44-51.
3. Жуплов В. Об эксплуатации погружных скважных насосов // Насосы и оборудование. 2005. №2. С. 23.
4. Колесников Е.Б., Малков С.Б. Испытания аппаратуры автоматизации погружной насосной установки // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 12: Ч.3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 120-127.
Колесников Евгений Борисович, канд. техн. наук, доц., kolesnikov55@mail.ru, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,
Малков Сергей Борисович, ст. преп., malkov568@mail. ru, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева
DEVELOPMENT AND TESTING OF THE WATER SUPPLY SYSTEM WITHOUT WATER TOWER
E.B. Kolesnikov, S.B. Malkov
The results of development and testing of a prototype water system, thus eliminating the water tower. The system is based on station of control and protection of the submersible pump, which provides protection and soft-start motor pump. It is shown that the application of the developed system allows to increase the pressure in the pipeline, reduce pressure shocks in the network, increase the reliability of equipment and system of water supply.
Key words: water tower, a submersible pump, station of control and protection, soft-start, hydraulic accumulator, electric contact manometer.
Kolesnikov Evgeny Borisovich, candidate of technical science, docent, kolesni-kov55@mail.ru, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Malkov Sergey Borisovich, senior teacher, malkov568@mail. ru, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University
УДК 621.867.2-83
СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО РЕГУЛЯТОРА МНОГОМАССОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С УПРУГИМИ СВЯЗЯМИ
Е.С. Ребенков
Получена в векторно-матричной форме обобщенная передаточная функция многомассовой электромеханической системы с упругими связями. Синтезирована цифровая система управления, демпфирующая колебания скоростей масс и деформаций в упругих связях. Приведены переходные процессы координат привода с регулятором.
Ключевые слова: многомассовый электропривод, подъемная установка, упругие связи, цифровой регулятор, демпфирование колебаний.
Динамические колебания скоростей масс элементов в многомассовом электроприводе возникают при управляющих и возмущающих воздействиях моментов сил на сосредоточенных массах привода и приводят к колебаниям деформаций упругих связей, снижают ресурс и надежность механизмов и увеличивают электропотребление привода. Для синтеза регулятора демпфирующего динамические колебания разработана математическая модель многомассовой кинематической структуры в виде обобщенного уравнения передаточной функции (ПФ) в векторно-матричной форме:
(1)
X (5)
где Ж(5) = [0)1(5),^2(5),...,Ок(5)]^ - вектор приведенных скоростей масс; М(5) = [М^),М2(5),...,Мк(5)Г - вектор моментов сил и моментов сопротивления на массах; Яу (5), X(5) - матрицы ПФ к -го порядка, где к - количество элементарных масс.
