задания. 1. Изучить материал по автоматизации установок водоснабжения, приведенный ниже
 Скачать 106.72 Kb.
|
1. Изучить материал по автоматизации установок водоснабжения, приведенный ниже.2. Составить временные диаграммы работы схемы управления башенной насосной установкой по уровню ( Рис.2) 3. Изучить принцип работы схемы управления башенной насосной установкой по давлению (Рис.3). 4. Изучить принцип работы схемы управления оросительной насосной станции (Рис.5) 5. Ответить на контрольные вопросы. Ответ отправлять на адрес:chistov.53@mail.ru
АВТОМАТИЗАЦИЯ БАШЕННЫХ ВОДОКАЧЕК Башенные системы водоснабжения, как правило, строят по следующей схеме: водоисточник — всасывающий трубопровод (при погружном насосе отсутствует) — насосный агрегат — напорный трубопровод — водонапорная башня — водоразборная сеть — потребители При включенном насосе вода поступает к потребителям и в водонапорную башню. В водонапорный бак идет часть подачи воды, представляющая собой разность между подачей насоса и расходом потребителей. При наполнении водой водонапорного бака насосный агрегат отключается, и потребитель обеспечивается водой из регулируемого объема напорного бака. При снижении уровня насосный агрегат снова включается. В соответствии с описанным режимом работы насосный агрегат во время цикла работы включен в течение времени работы тр и отключен в течение времени т0. Продолжительность работы насосного агрегата в цикле (ч)  где Vрегулируемый рабочий объем напорного бака, м3, QH и Q— подача насоса и текущий расход воды потребителями, м3/ч. Продолжительность паузы насосного агрегата в цикле  Длительность одного цикла  Число включений насосного агрегата в течение часа  Для определения расхода воды потребителями, при котором частота включения будет максимальной, производную частоты включения по расходу воды потребителями приравняем нулю:  Подставив вместо Q его значение QH/2 в выражение для v, получим максимальное число включений насосного агрегата в течение часа:  Следовательно, при расходе воды потребителями, равном половине подачи насоса, наблюдается максимальное число включений насосного агрегата в час, которое прямо пропорционально подаче насоса и обратно пропорционально регулируемому объему. Относительная продолжительность включения насосного агрегата  Чем больше продолжительность включения насосного агрегата, тем больше нагревается электродвигатель. При Q=Qн/2 тр -=тц/2, ε = 0,5. Когда Q = QH, ε=1, режим работы электродвигателя становится продолжительным, а нагрев — наибольшим. Поэтому мощность электродвигателя для башенных насосных установок выбирают по продолжительному режиму работы, когда Q = QH. Регулируемый объем напорного бака, как правило, бывает такой, что максимальная частота включений насосного агрегата находится в допустимых пределах. Без увеличения мощности электродвигателя допустимое число включений в час можно принять равным 6. По суточному графику расходов воды можно найти расходы потребителей за каждый час суток, за эти же часы суток можно подсчитать число включений насосного агрегата. Затем, сложив их, можно получить число включений насосного агрегата за сутки  Для типового графика водопотребления число включений насосного агрегата за сутки  Чтобы предотвратить попадание потенциала от электронасосного агрегата через водопроводную сеть на автопоилки и другие металлические части, соприкасающиеся с ними, необходимо на ответвлениях от магистральных водопроводов, идущих к автопоилкам, устанавливать изолирующие вставки длиной не менее 1 м в виде резиновых шлангов, полиэтиленовых труб и др. Присоединение внутренней водопроводной сети к заземленному нулевому проводу не допускается. Автоматизацияодноагрегатных насосныхустановок Наряду с безбашенными автоматизированными установками ВУ промышленность поставляет сельскому хозяйству погружные электронасосы, укомплектованные станцией управления, предназначенной для автоматического включения и отключения насоса при помощи датчика уровней или контактного манометра. Автоматизация башенных насосных установок, как правило, сводится к автоматическому включению насосных агрегатов при опорожнении напорного бака и к их отключению при наполнении этого бака. Более совершенная автоматизация, кроме указанных операций, должна еще предусматривать автоматическое отключение насосных агрегатов при нарушении нормальных режимов пуска и работы и при наличии резервных агрегатов автоматическое включение их в работу. Автоматически должны осуществляться контроль и сигнализация за режимами пуска, работы, остановки агрегатов и за наличием и уровнем воды в водонапорном баке и водоисточнике, если последний имеет ограниченный дебит воды. Датчики уровней, как правило, используют электродного типа (рис. 1) с электродами нижнего и верхнего уровней воды в баке и общим электродом, которым обычно служит корпус датчика, присоединяемый к заземленному нулевому проводу сети. Работа датчиков в электрических схемах происходит таким образом, что при отсутствии воды между электродом нижнего уровня и заземленным корпусом насосный агрегат включается, а при появлении воды между электродом верхнего уровня и корпусом через воду между ними замыкается электрическая цепь и электродвигатель насоса отключается. Показанный на рисунке 1,атрубчатый электродный датчик уровней с электроподогревом состоит из трех соосных труб, наружная из которых является общим заземленным электродом, средняя короткая — электродом верхнего уровня, а внутренняя — электродом нижнего уровня. В последней трубе находится нагревательный элемент, выполненный в виде нихромовой спирали с надетыми на нее изолирующими фарфоровыми бусами. Нагреватель включается в зимнее время во избежание образования льда внутри датчика и отказа в его работе. На рисунке 1,бприведен датчик уровней, которым по заказу комплектуется станция управления «Каскад». Каждый электрод датчика представляет собой металлический стержень диаметром 1 см и длиной 12 см, опрессованный по центру в изоляционный колпачок из полимерного материала. Колпачок при помощи хомута крепится к заземленному стержневому корпусу датчика, являющемуся общим электродом, или к напорной трубе около погружного насоса, когда он используется в качестве датчика сухого хода. Высоту между верхним и нижним электродами датчика можно регулировать путем перестановки нижнего электрода вдоль стержневого корпуса датчика до 1 м, а в случае использования дополнительного вставного звена до 1,4 м. Требуемая высота регулирования /гр (м) может быть получена из формулы  где v — допустимая частота включения электродвигателя в течение 1 часа, принимаемая 6 1/ч; S — площадь внутреннего поперечного сечения бака, м2; Qн — подача насоса, м3/ч.  1 — панель зажимов; 2— защитный кожух; 3 — скоба для подвески датчика, 4— электрод верхнего уровня; 5 — общий электрод, присоединенный к нулевому проводу; 6— электрод нижнего уровня; 7— изоляционный колпачок датчика верхнего уровня; 8—провод с химовлагостойкой изоляцией; 9—приемное отверстие сливной трубы бака; 10—крепежный хомут; 11—составной крепежный стержень (корпус) датчика уровней; 12— головка датчика уровней; 13— пневматический сосуд (баллон) датчика верхнего уровня; 14— изолированный колпачок датчика нижнего уровня; ВУ и НУ — верхний и нижний уровни Рис. 1. Датчики уровней трубчатый (а), станции управления «Каскад (б), незамерзающий БИМСХ (в) Надежная работа датчика гарантируется при положительной температуре в зоне его расположения. На рисунке 1,впоказан один из вариантов незамерзающего пневмоэлектродного датчика верхнего уровня воды, расположенного ниже электрода нижнего уровня. Принцип действия датчика заключается в том, что при повышении уровня воды в баке под действием избыточного давления сжимается воздух внутри сосуда и при достижении верхнего установленного уровня воды в баке уровень воды в горловине сосуда достигает электрода, замыкается электрическая цепь между электродом и металлическим корпусом, то есть копируется работа электрода верхнего уровня. Связь между высотой подъема уровня воды в горловине сосуда до электрода и другими параметрами датчика можно получить, применяя закон Бойля-Мариотта:  где Н0— напор, создаваемый атмосферным давлением, принимаемый при нормальном атмосферном давлении 10,3 м. При изготовлении незамерзающего датчика в местных условиях с использованием проводов марки АПВ или других аналогичных проводов с полихлорвиниловой влагостойкой изоляцией в качестве электрода может быть использован оголенный конец провода, желательно большей площади сечения, согнутый в несколько вертикальных рядов для создания необходимой электродной поверхности. Отпуская крепежный хомут и перемещая в нем провод, проложенный в изоляционной трубочке, можно регулировать высоту электрода и, следовательно, высоту верхнего уровня воды, при которой должен отключаться насос. Если сосуд изготовлен из полимерного или другого изоляционного материала, то, прикрепляя к горловине тем же хомутиком другой электрод для нижнего уровня воды или используя этот же хомутик в качестве электрода, можно создать незамерзающий пневмоэлектродный датчик с электродами верхнего и нижнего уровней. Нижняя кромка электрода нижнего уровня должна быть на одном уровне или несколько ниже нижней кромки горловины сосуда с таким расчетом, чтобы при снижении уровня воды и размыкании электрической цепи между электродом нижнего уровня и корпусом датчика через горловину смог бы заходить воздух в сосуд, пополняя его запас в каждом цикле работы насоса. Рассмотрим простейшие схемы автоматизации насосных установок с использованием датчиков уровней (рис.2) или электроконтактного манометра (рис. 3), получивших распространение в сельском хозяйстве, на примере которых можно уяснить принципы работы автоматизированных башенных насосных установок, заложенные в электронных блоках типовых станций управления «Каскад», ШЭТ и других. Рассмотрим электрическую схему автоматизированной работы погружного насоса с использованием датчика уровней в баке напорной башни и датчика сухого хода в скважине насоса (рис. 9.4). В нормальных условиях работы погружной насос находится в воде, контакты датчика сухого хода SL3 замкнуты, реле KV2 включено, его замыкающие контакты KV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты, горит сигнальная лампа HL4, сигнализирующая о наличии воды в зоне насоса. Режим работы схемы задается переключателем SA1. При установке его в положение А (автоматическое) и включении автомата QFподается напряжение на электрическую схему управления. Если уровень воды в напорном баке находится ниже электрода нижнего уровня датчика, то контакты SL1 и SL2 в схеме разомкнуты, реле KV1 обесточено и его контакты KV1.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. В этом случае магнитный пускатель включится и включит электродвигатель насоса, одновременно с этим погаснет сигнальная лампа HL1 и загорится HL2. Насос будет подавать воду в напорный бак. Уровень воды в баке будет подниматься. К   огда вода заполнит промежуток пространства между электродом нижнего уровня и корпусом датчика, подключенным к нулевому заземленному проводу, контакты SL2 замкнутся, но реле KV1 не включится, так как его контакты KV1.2, включенные последовательно с контактами SL2, разомкнуты. Рис. 2. Электрическая схема автоматизациипогружного насоса по уровню воды в водонапорной башне. Рис. 3. Электрическая схема автоматизации погружного насоса по давлению при работе с водонапорной башней. Когда вода достигнет электрода верхнего уровня датчика, контакты SLIзамкнутся, реле KV1 включится и, разомкнув свои контакты KV1.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ, отключит последний, а, замкнув замыкающие контакты КVI.2, станет на самоподпитку через нижние контакты датчика SL2. Электродвигатель насоса отключится, погаснет сигнальная лампа HL2 и загорится HL1. Повторное включение электродвигателя насоса произойдет при понижении уровня воды до положения, когда разомкнутся контакты SL2 и реле KV1 обесточится. Реле KV1 выбрано постоянного тока, так как обмотка реле переменного тока при разомкнутом магнитопроводе могла бы перегореть при медленном заполнении водой верхнего промежутка датчика уровней, показанного на электрической схеме контактами SL1. Это может произойти вследствие того, что ток в обмотке реле переменного тока в данном случае может нарастать медленно до значения тока трогания (срабатывания), который в несколько раз больше его номинального тока, когда магнитопровод этого реле замкнут. Увеличение тока в цепи катушки реле KV1 с повышением уровня воды в верхнем промежутке датчика уровней вызвано уменьшением сопротивления слоя воды между верхним электродом и корпусом датчика уровней, так как увеличивается смачиваемая поверхность электрода и соответственно как бы увеличивается площадь сечения проводящего электрический ток слоя воды этого промежутка. Сопротивление R2 выбирают таким, чтобы при фазном напряжении сети 220 В на обмотке реле KV1 было напряжение 24 В постоянного тока. В случае аварийного снижения уровня воды в зоне погружного насоса ниже допустимого положения, когда вода выйдет из промежутка датчика сухого хода и ток между электродом датчика сухого хода и корпусом датчика (напорного трубопровода) прекратится, что соответствует в электрической схеме размыканию контактов датчика сухого хода SL3, реле KV2 обесточится и разомкнет контакты KV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ, который отключит электродвигатель погружного насоса. Лампа HL4 погаснет, aHL5 загорится, сигнализируя об аварийном снижении уровня воды в скважине или колодце. Для защиты электродвигателя погружного насоса от перегрузок вместо тепловых реле может быть использовано устройство ФУЗ-М, которое более надежно защищает электродвигатель погружного насоса как от перегрузок, так и от неполно-фазных режимов работы. Выключателем SA2 можно включать сигнальную лампу HL3 для контроля уровня воды в напорном баке. Если лампа HL3 не горит, то либо насос не включается, либо он включен, но не подает воды, либо подача насоса меньше расхода потребителей в это время. Эксплуатация датчиков уровней, установленных в баках водонапорных башен, затруднительна особенно в зимний период, когда требуется их ремонт или настройка. В вопросах эксплуатации датчики давления более удобны, так как их устанавливают на водоразборном трубопроводе у водонапорной башни или в насосной станции на напорном трубопроводе. К сожалению, промышленность не выпускает специализированных надежных датчиков давления, которые удовлетворяли бы требованиям по регулированию работы башенных насосных установок с изменением регулируемого напора (высоты между верхним и нижним уровнем воды в баке) в пределах от-0,5 до 1,5 м. В качестве датчиков давления часто используют электроконтактные манометры ЭКМ, которые могут обеспечить заданный режим регулирования, подавая сигнал на включение насосного агрегата при убывании воды в напорном баке до нижнего установленного уровня НУ, соответствующего давлению включения p1, и подавая сигнал на отключение при подъеме воды до верхнего установленного уровня ВУ, соответствующего давлению отключения р2(рис. 3). При наличии в скважине воды в зоне погружного насоса контакты датчика сухого хода SLбудут замкнуты, а реле KV2 будет держать в замкнутом состоянии свои контакты KV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ. В автоматическом режиме при уменьшении давления, когда вода из бака расходуется потребителями при отключенном насосе, подвижный стрелочный контакт манометра SPбудет перемещаться к неподвижному контакту 1, соответствующему давлению включения насоса, и при его касании магнитный пускатель КМ включит электродвигатель погружного насоса и своими замыкающими контактами КМ.2 станет на самоподпитку. При включении электронасосного агрегата в напорном трубопроводе возникает кратковременное повышение давления в момент трогания насоса. В этом случае подвижный контакт манометра SPможет коснуться контакта 2, реле KV1 может кратковременно разомкнуть свои контакты в цепи катушки пускателя КМ, но пускатель не отключится, так как питание его катушки будет осуществляться через контакты реле времени КТ. После разбега электронасосного агрегата и стабилизации давления реле времени разомкнет свои контакты КТ. При подъеме воды в напорном баке до установленного верхнего уровня ВУ, соответствующего давлению отключения р2, подвижный контакт манометра SPкоснется контакта 2. Реле KV1, размыкая свои контакты KV1.1, отключит магнитный пускатель КМ и электродвигатель насоса. Вследствие разбора воды уровень ее в напорном баке будет снова снижаться, давление уменьшится и контакт SPснова коснется контакта 1. Работа схемы повторится. Электроконтактный манометр желательно брать с малой ценой деления, так как возникнет трудность разделения контактов 1 и 2 ввиду их близкого расположения и возможного перекрытия подвижным контактом SP. Для погашения кратковременных повышений давления, действующих на электроконтактный манометр в момент включения погружного насоса, на ответвлении к манометру устанавливают 1...2 демпфирующие круглые пластинки с малыми отверстиями. Этой цели можно достигнуть при помощи вентиля, установленного на ответвлении к манометру, степень открытия которого устанавливается такой, при которой не возникает броска давления в манометре при включении насоса. В этих случаях реле времени КТ в схеме на рисунке 5 не требуется. Исследования Центрального научно-исследовательского института комплексного использования водных ресурсов показали, что возникновение колебания давления в скважине в момент включения и отключения погружного насоса способствует забиванию фильтра и преждевременному выходу его из строя. Поэтому повышенная частота включения насосного агрегата, которая наблюдается особенно в безбашенных насосных установках, отрицательно действует не только на аппаратуру управления, но и на долговечность скважины. В связи с этим возникает вопрос о целесообразности использования в сельскохозяйственном водоснабжении прямоточных систем с регулируемым электроприводом, в которых подача воды соответствовала бы ее расходу потребителями при поддержании требуемого давления в водопроводной сети. Для регулирования частоты вращения погружных насосов, а следовательно, и их подачи можно использовать преобразователь частоты, автоматически изменяющий частоту в зависимости от давления. Например, при уменьшении расхода воды потребителями увеличится давление в водопроводной сети. Датчик давления должен выдать сигнал на уменьшение частоты преобразователя, а следовательно, и на уменьшение частоты вращения электродвигателя насоса, уменьшая подачу насоса в соответствии с уменьшением расхода воды потребителями. Такие системы особенно перспективны на крупных животноводческих комплексах, так как они не только продлят срок службы скважин, но и исключат громоздкие водонапорные башни и насосные станции второго подъема, имеющие значительную стоимость. Автоматизация башенных водокачек. До 90 % насосных установок сельскохозяйственного водоснабжения составляют башенные водокачки Рожновского с погружными электродвигателями (рис. 14,2, а). Погружные электронасосы типа ЭЦВ (Э — электропогружной, Ц — центробежный, В — для воды) выпускают производительностью 0,63... 1000 м3/ч при напоре 12...680 м. Погружной электродвигатель 1 в монолите с многоступенчатым насосом 2 закрепляют на водоподъемных трубах 3 и опускают в скважину 5. Трубы подвешивают к плите 7, установленной в помещении П. Скважины выполняют из обсадных труб диаметром 100...450 мм. Электродвигатели выполняют сухими, полусухими и заполненными маслом или водой. Наиболее распространены электродвигатели, заполненные водой. Резинометаллические или пластмассовые подшипники их смазываются также водой. К электродвигателю подводят кабель 6, закрепленный на водоподъемных трубах хомутами 4. Всасывающая часть имеет сетку, задерживающую крупные примеси, находящиеся в воде. Бак 12 водонапорной башни выполняют сварным из листовой стали и устанавливают на кирпичную, железобетонную или металлическую опору.  1 — электродвигатель; 2 — насос; 3 — водоподъемная труба; 4 — хомут; 5—скважина; б—электрический кабель; 7— плита; 8— манометра—задвижка; 10—трубопровод; 11 — помещение; 12 — бак; 13 — водосливная труба; 14— датчик уровня воды; 15— клапан; 16—люк; 17, 18—лестницы; 19— скоба; 20— защитный корпус; 21, 22, 23 — трубчатые электроды соответственно верхнего уровня, общий и нижнего уровня Рис. 4. Башенная водокачка с погружным электродвигателем (а), схема датчика уровня воды (б) и принципиальная электрическая схема управления (в). К баку подводят напорноразводящий трубопровод 10. Конец напорной трубы доводят до верхнего уровня, а отвод воды из бака происходит через обратный клапан у нижнего уровня. Бак оборудуют внешней 17 и внутренней 18 лестницами, люком 16, вентиляционным клапаном 15, датчиками уровня 14 и водосливной трубой 13, исключающей перенаполнение бака водой в случае неотключения насоса от датчиков верхнего уровня. На водопроводе ставят манометр 8 и задвижки 9. Электродный датчик уровня (рис. 14.2, б) состоит из защитного корпуса 20, скобы 19 для крепления датчика в баке и трубчатых электродов: верхнего уровня 21, нижнего уровня 23 и общего 22. Внутри центрального электрода расположен нагревательный элемент, который включают в холодное время для исключения обмерзания электродов. На рисунке 14.2, в показана электрическая схема управления типа ПЭТ башенной насосной водокачкой. Она позволяет в ручном и автоматическом режимах пускать и останавливать электронасос, защищает электродвигатель от перегрузок и коротких замыканий, сигнализирует с помощью сигнальных ламп о включенном и отключенном состоянии насоса. Вручную электронасос включают, переводя переключатель SAв положение Р, а отключают — переводя его в положение О. Автоматический режим работы задают, переводя переключатель SAв положение А. Если в башне нет воды, то контакты (электроды) датчиков верхнего SL1 и нижнего SL2 уровней разомкнуты, следовательно, контакты КУЛ реле KVв цепи катушки магнитного пускателя КМ замкнуты. Магнитный пускатель срабатывает и включает электронасос М. По мере накопления воды в башне перекрываются водой сначача контакты SL2 нижнего уровня, а затем SL1 верхнего уровня, и реле KVчерез воду получает питание. Контактами КУЛ оно разрывает цепь питания магнитного пускателя КМ, и электронасос отключается. Реле KVостается включенным через контакты SL1, KV.2 и SL2. Оно отключится только тогда, когда вода разомкнет не только верхние контакты, но и нижние. В этом случае контакты КУЛ в цепи магнитного пускателя КМ вызовут повторное включение электронасоса М. Отключенное состояние насоса определяют по зеленой лампе НL1, а включенное — по красной лампе HL2. Для защиты двигателя применены тепловые расцепители магнитного пускателя КМ и автомата QF. На холодный период года выключателем .Sвключается электрообогреватель ЕК датчика, предотвращающий обледенение и вмерзание электродов датчика уровня воды в лед. Кроме рассмотренной станции управления типа ПЭТ, работающей с электродвигателями мощностью от 1 до 6 кВт, применяют другие станции управления аналогичного типа, а также систему автоматического управления насосными агрегатами с бесконтактными станциями управления типа ШЭТ и «Каскад». АВТОМАТИЗАЦИЯ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫХСИСТЕМ Общие сведения. Под гидромелиоративной системой понимают совокупностьоросительных, осушительных и обводнительных систем, создающих благоприятный водный режим для развития растений. Оросительная системапредназначена для пополнения запасов воды в недостаточно увлажненной почве и применяется в тех зонах, где растения систематически испытывают недостаток в воде. Система состоит из водозаборных сооружений, магистральных каналов и распределительной сети по участкам орошения. Осушительная системапредназначена для отвода избытка воды и осушения избыточно увлажненных и заболоченных земель. Она состоит из открытых водосточных каналов, закрытых дренажных водотоков и других устройств. Обводнительная системапредназначена для снабжения водой населенных пунктов, сельскохозяйственных животных и птицы в степных и полупустынных районах, не имеющих естественных водоисточников. Система состоит из прудов, небольших каналов и колодцев. Обводнительная система имеет менее разветвленную распределительную сеть, чем оросительная. Автоматизация гидромелиоративных систем имеет свои особенности, обусловленные следующими специфическими свойствами объектов управления. Во-первых, объекты управления отличаются большими мощностями установок и значительной рассредоточенностью по площади. Управляемые объекты связаны через водную среду, вследствие этого имеет место взаимное влияние между ними, например, изменение уровня или расхода воды в одном канале вызывает изменение этих же параметров в соседних каналах. Таким образом, процесс автоматического регулирования должен учитывать связь между регулируемыми параметрами на большой территории. Во-вторых, все оборудование гидротехнических сооружений, начиная от мощных головных водозаборных устройств и кончая выпускными устройствами на поле, должно работать синхронно и согласованно. В водоводах существует естественная прямая гидравлическая связь от вышележащих водозаборных сооружений к нижележащим водовыпускным. Для автоматизации таких систем необходима организация телемеханических каналов связи. В-третьих, составленные ранее планы водоиспользования требуют постоянной корректировки в зависимости от атмосферных условий, поведения грунтовых вод, состояния источников воды для орошения и других факторов. Поэтому для централизованного управления такими рассредоточенными системами и своевременной корректировки режимов их работы требуется автоматизация процессов сбора и передачи на диспетчерские пункты управления большого количества информации о состоянии отдельных звеньев и параметров многочисленных объектов, исчисляемых сотнями. Число измерительных и исполнительных органов должно быть таким, чтобы обеспечивалось надежное управление и контроль за параметрами во всех зонах оросительной сети. В-четвертых, процесс распределения воды характеризуется большим запаздыванием и малыми скоростями увеличения и уменьшения расходов, особенно в открытых каналах. Поэтому для обеспечения непрерывного управления и потребления воды следует иметь резервные объемы и емкости и знать характеристики системы как в установившихся, так и в переходных режимах. В-пятых, большинство водохозяйственных установок работает на открытом воздухе, в основном в вегетативный период, а в зимний период они находятся в нерабочем состоянии и при несоблюдении условий хранения разрушаются. При всем многообразии объекты гидромелиоративных систем можно разделить на такие основные группы: головные водозаборные и магистральные сооружения; регулируемые гидротехнические сооружения линейного вододеления с электрическими или гидравлическими ИМ; насосные станции машинного водоподъема для питания дождевальных машин, осушительных систем и т. д.; насосные установки артезианских скважин вертикального дренажа, орошения и водоснабжения; мелиорированные поля при различных способах управления влажностью почвы. Рассмотрим общие подходы к автоматизации таких важнейших гидромелиоративных процессов, как водоподача, водораспределение и регулирование влажностного режима почв. Автоматизация водораспределения. Существуют открытые (каналы) и закрытые (трубопроводы) системы водораспределения. Автоматизация открытой системы водораспределения и регулирования уровня воды основывается на стабилизации уровня в верхнем или нижнем бьефах гидротехнических сооружений. Существует несколько способов регулирования, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки и должен быть соотнесен с местными условиями. При регулировании по верхнему бьефуголовное сооружение магистрального канала оборудуют средствами автоматизации, обеспечивающими поступление в оросительную систему заданного количества воды независимо от колебаний уровня воды в нижнем бьефе. Распределение поступающей в систему воды обеспечивается за счет установки в магистральном канале перегораживающих сооружений (рис. 14.5), автоматически поддерживающих уровень в верхнем бьефе. Регулятор уровня действует по многопозиционному принципу, позволяя регулировать степень подъема заграждения 1. Специальное реле времени предупреждает срабатывание регулятора при случайных колебаниях уровня воды верхнего бьефа.  1 — заграждение; 2— привод заграждения Рис. 6. Схема стабилизации верхнего бьефа Особенность схемы регулирования по верхнему бьефу заключается в том, что между бьефами магистрального канала, образовавшимися в результате установки автоматических регуляторов уровня, существует только прямая гидравлическая связь. В результате при прекращении полива какого-то участка и закрытии соответствующего водовыпуска излишний расход воды поступает в нижерасположенный бьеф, из него в следующий и т. д. При этом все нижерасположенные перегораживающие сооружения сохраняют постоянный уровень в своих бьефах, но вся избыточная вода уходит на сброс. В случае незапланированного увеличения потребления воды одним из потребителей все нижерасположенные перегораживающие сооружения автоматически перекрываются, транзитные расходы уменьшаются и наиболее удаленные потребители не получают достаточного количества воды. Регулирование по верхнему бьефу дает наибольший эффект при оснащении системы средствами автоматики и телемеханики, обеспечивающими управление и оперативный контроль за состоянием всех сооружений системы и позволяющими оперативно устранять отклонения от заданного режима работы, обеспечивая баланс между водозабором и водопотреблением. При регулировании по нижнему бьефуразбор воды потребителями не ограничивается. Информация о разборе воды передается на головное сооружение для автоматического регулирования подачи воды в оросительную систему путем установки по длине магистрального канала заграждений, оборудованных автоматикой поддержания уровня в своих нижних бьефах. При этом способе регулирования между бьефами магистрального канала существует не только прямая, но и обратная гидравлическая связь. В результате каждое изменение режима работы нижерасположенного бьефа вызывает перестройку работы всех вышерасположенных сооружений, включая и головное, которое, кстати, также оборудуют автоматическим регулятором, стабилизирующим уровень в начале магистрального канала. Например, при увеличении потребления воды на каком-то участке оросительной системы автоматически открывается вышерасположенное заграждение, поддерживая уровень в нижнем бьефе. Понижение уровня в верхнем бьефе отрабатывается следующим заграждением вплоть до головного сооружения, увеличивающего подачу воды в магистральный канал. Преимущество этого способа регулирования — наличие постоянного резерва воды, распределенного в бьефах магистрального канала. Смешанное регулирование— это регулирование по нижнему бьефу, дополненное ограничениями колебаний максимальных и минимальных уровней в верхних бьефах. Этот способ исключает опасность переполнения бьефов и перелива воды через бровку канала в случае аварии на головном сооружении. Такая система в нормальных условиях осуществляет регулирование по нижнему бьефу, а в случае опасности переполнения или опорожнения магистрального канала переключается на регулирование по верхнему бьефу, поддерживая уровни за счет увеличения или уменьшения концевого сброса. Регулирование непосредственным отбором расходов не требует установки перегораживающих заграждений. Отводы оборудуют автоматическими устройствами, позволяющими стабилизировать расходы воды независимо от уровня в магистральном канале. В общем случае способ регулирования водораспределения должен быть определен технико-экономическим расчетом, учитывающим рельеф местности, водные ресурсы, мелиоративное состояние земель, режим орошения и другие факторы. Закрытые оросительные системы по сравнению с открытыми обладают такими преимуществами, как меньшие потери воды на сбросы, испарение и фильтрацию, меньшее число регулирующих устройств, сокращение транспортирующей сети и повышение коэффициента использования земли. Водораспределение в закрытых оросительных системах происходит так же, как и при регулировании по верхнему бьефу в открытых каналах, поскольку поступившая в систему вода распределяется посредством автоматизированных гидрантов, задвижек и водовыпусков, работа которых контролируется с диспетчерского пункта так же, как и работа головного сооружения, представляющего собой насосную станцию или водозаборный гидроузел (при комбинированной, т. е. самотечно-напорной системе). АВТОМАТИЗАЦИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯМЕЛИОРАЦИИ В мелиоративном хозяйстве насосные станции при орошении служат для заполнения водохранилищ, подъема воды на командные отметки орошаемых полей, отвода сбросных оросительных и перекачки грунтовых вод, а при осушении — для перекачки сточных вод из каналов и коллекторов, а также для понижения уровня грунтовых вод. Широкий опыт автоматизации насосных станций в мелиорации показал высокую ее эффективность. Она обеспечивает оптимальный режим работы электронасосов, учет количества подаваемой воды, сокращает число аварий и повышает надежность работы. Срок окупаемости средств на автоматизацию не превышает 1...3 лет. Насосные станции в мелиорации характеризуются высокой подачей (до сотен тысяч кубометров в секунду) и большой мощностью (до тысяч киловатт). Для них обычно используют асинхронные короткозамкнутые электродвигатели мощностью до 300 кВт, рассчитанные на напряжение 380 В и 6,3 кВ (при мощности свыше 100 кВт). Если потребная мощность превышает 300 кВт, то рекомендуется применять синхронные двигатели напряжением 6,3или 10 кВ. Схемы автоматизации насосных станций обеспечивают пуск и остановку электродвигателей, заливку насосов, управление запорными задвижками, предохранение напорных трубопроводов от гидравлических ударов, защиту оборудования при авариях, сигнализацию о нормальных и ненормальных режимах работы оборудования, контроль и измерение расхода, напора, горизонтов воды и т.п. Насосные станции в мелиорации снабжают специальными баками-аккумуляторами и вакуум-насосами для предварительной заливки основного насоса водой. При их отсутствии насосы ставят в заглубленных камерах ниже уровня водохранилища, а колено всасывающей трубы располагают выше уровня установки насоса. Для облегчения пуска электродвигателя на напорных трубопроводах ставят электрифицированные задвижки. Насос пускают при закрытой задвижке, тогда момент сопротивления воды минимальный. Задвижка открывается автоматически после разгона агрегата и установления заданного давления и также автоматически закрывается при отключении электронасоса. В качестве примера рассмотрим автоматизацию оросительной насосной станции с предварительной заливкой насоса водой и с управлением по уровню воды в водоприемном сооружении (рис. 5, а, б). В режиме ручного управления переключатель SAставят в положение Р и управляют работой оборудования при помощи кнопок SB1...SB6. В автоматическом режиме переключатель SAставят в положение А, тогда схема работает в соответствии с временной диаграммой (рис. 14.9, в). При понижении уровня в водоприемном сооружении до минимально допустимого значения замыкаются контакты SL2 датчика уровня и срабатывает реле KV1, которое включает электромагнитный клапан УА, установленный на заливной линии насоса. Насос через этот клапан заливается водой, а воздух в насосе выходит через реле залива КЗ. В конце заполнения насоса водой срабатывает реле залива КЗ и включает реле КУ, которое, в свою очередь, вызывает включение магнитного пускателя КМ1 и реле времени КТ. Магнитный пускатель запускает электродвигатель M1 привода насоса. При разгоне двигателя в напорном патрубке создается давление, от которого срабатывает реле давления KSP, включающее магнитный пускатель КМ2 и двигатель М2 на открытие задвижки на напорном трубопроводе. При полном открытии задвижки двигатель М2 выключается конечным выключателем SQ1 и загорается сигнальная лампа НL1. Одновременно переключаются контакты конечного выключателя SQ2 и гаснет лампа HL2. Струйное релеKSH, реагируя на движение воды в трубопроводе, размыкает свои контакты в цепи реле времени КТ и отключает его. Отключение насоса происходит от датчика SL1 верхнего уровня воды в водонапорном сооружении. Его контакты размыкают цепи тока реле KV1, которое отключает электромагнит УА, реле KV2, а затем магнитный пускатель КМ1 и двигатель Mlнасоса. Давление воды в напорном трубопроводе снижается до статического давления столба воды со стороны водохранилища. При этом давлении контакты реле давления KSPвозвращаются в исходное положение и магнитный пускатель КМЗ включает двигатель М2, закрывающий задвижку.  Рис. 5. Технологическая(а) ипринципиальнаяэлектрическая(б) схемыуправленияоросительнойнасоснойстанциейивременнаядиаграмма (в) ееработы При полном закрытии задвижки контакты конечных выключателей SQ1 и SQ2 занимают исходное положение, контакты SQ2 отключают двигатель М2. Повторный автоматический пуск произойдет при снижении уровня воды до замыкания контактов SL2. Реле времени КТ предназначено для аварийного отключения насоса. Если, например при пуске, вода не поступает в водоприемное сооружение, то контакты струйного реле KSHостаются замкнутыми, реле времени включает аварийную сигнализацию НА. От реле KV1 отключаются реле KV2 и магнитный пускатель КМ1, в результате останавливается электронасос Ml. Аварийное реле включено до тех пор, пока обслуживающий персонал не нажмет кнопку деблокировки SB4. Одновременно отключится электромагнитный клапан УА. Такая же последовательность работы схемы на отключение насоса будет и при случайном перерыве подачи воды (пунктирные линии на рисунке 14.9, в).
1 — заграждение; 2— привод загражденияРис. 5. Схема стабилизации верхнего бьефа Рис. 5. Технологическая(а) ипринципиальнаяэлектрическая(б) схемыуправленияоросительнойнасоснойстанциейивременнаядиаграмма (в) ееработы |