ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Одной из главных задач городского хозяйства по обеспечению жизнедеятельности и нормальных бытовых условий населения является создание энергоснабжения, водоснабжения и отопления.

Современный этап развития городского хозяйства предполагает широкое внедрение автоматизированных систем управления насосными станциями водопроводных сетей с целью повышения эффективности и надежности их работы, энергосбережения, увеличение ресурса электротехнического, механического и гидравлического оборудования.

На всем пути доставки воды от водозабора до потребителя применяются насосы с электроприводом, работающие круглосуточно и круглогодично. Peжим водопотребления характеризуется часовыми и суточными колебаниями водопотребления. Режим работы насосных установок регулируется дросселированием потока воды задвижками. Однако технология дроссельного регулирования давления в водопроводной сети имеет ряд существенных недостатков: потери электроэнергии в насосном агрегате, повышенный износ насосов, задвижек, электродвигателей, необходимость постоянного контроля дежурным персоналом или использования специализированных систем управления задвижками.

Для управления насосными агрегатами предлагается применить энергосберегающий частотно-регулируемый электропривод. Его использование позволяет обеспечить оптимизацию технологического процесса водоподачи, повышение эффективности работы насосных станций при комплексном управлении насосным, гидромеханическим и электроэнергетическим оборудованием. Кроме снижения расхода электроэнергии на привод насосов, экономический эффект от применения частотно-регулируемых электроприводов достигается путем увеличения ресурса работы электротехнического и механического оборудования, в том числе электродвигателей, путем плавности регулирования, что исключает возникновение пусковых токов, многократно превышающих установленную мощность и механические ударные нагрузки на запорную арматуру и водоводы. Эффективность частотно-регулируемого электропривода зависит от колебаний нагрузки на насосных агрегатах и колебаний входного давления. При колебаниях нагрузки давление на выходе насоса возрастает, что приводит к необходимости его снижения либо с помощью задвижек, либо с помощью снижения оборотов приводного электродвигателя, что гораздо эффективнее. При повышении давления на входе насоса также возрастает давление на его выходе и возникает необходимость в его снижении тем или иным способом. При отсутствии регулирования давления на выходе насоса возрастают утечки в сети, повышается вероятность аварий, снижается надежность водоснабжения.

Экономический эффект при использовании регулируемого электропривода складывается из экономии электроэнергии (до 50%) путем перевода насоса на пониженные обороты при снижении нагрузки и увеличении входного давления и экономии воды (до 20 %) путем снижения утечек.

Сетевые насосы в системе водоснабжения работают с разной производительностью, поэтому должны регулироваться, обеспечивая постоянное давление на выходном трубопроводе. При снижении расхода воды, например в ночные часы, система будет снижать обороты двигателя, так как в этом случае давление в обратном трубопроводе будет обеспечено более низким давлением на выходе сетевого насоса.

Внедрение такого регулирования требует детальной проработки и громоздких гидравлических расчетов водопроводной сети. Для их выполнения предлагается использовать систему моделирования электронных схем OrCAD, переходя от гидравлических переменных (давление, расход, гидравлическое сопротивление) к электрическим аналогам (напряжение, токи, сопротивления). Нелинейные гидравлические сопротивления, зависящие от расхода воды, предлагается моделировать с помощью нелинейных источников напряжения, управляемых током через эти источники. Для получения объективных результатов проведено экспериментальное обследование водопроводной сети со снятием графика давления и расхода воды за сутки в контрольных точках. Расчеты на ЭВМ сети водоснабжения показали достаточную точность и адекватность разработанной модели, на основании которой и был определен необходимый уровень давления, поддержание которого и являлось целью автоматизации системы с помощью ЧРЭП.

В процессе моделирования проверялись и получили обоснование следующие способы управления электроприводом на насосной станции: по таймеру, расходу, давлению в диктующей точке.

Управление по таймеру основывается на работе привода согласно почасовому графику задания давления. Отличие управления по расходу заключается в изменении задания давления на выходе насоса в зависимости от расхода воды, контролируемого водомером. Принцип управления по давлению в диктующей точке основан на выборе участка сети, имеющем самое низкое давление воды в системе водоснабжения, и поддержании в этой точке необходимого уровня давления в соответствии с нормами и правилами. Изложенные принципы реализованы в проекте автоматизации водопроводной сети, выполненном коллективом разработчиков под руководством доцента кафедры "Автоматизированный электропривод" Брянского государственного технического университета В.А. Хвостова.