Орошение и водоснабжение. Автоматизация водоснабжения и орошения. Лабораторная работа автоматизация водоснабжения и орошения
 Скачать 336.53 Kb.
|
|
Лабораторная работа АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОРОШЕНИЯ 1. Общие положения В сельском хозяйстве воду используют для нужд населения и поения животных, приготовления пищи и кормов, полива растений, тушения пожаров и для других производствен- ных целей. Водоснабжение сельскохозяйственных потребителей хорошо механизировано и автоматизировано. Благодаря автоматизации человек практически освобожден от ручного труда при добыче, доставке и распределении воды на животноводческих фермах и в быту, производительность труда по водоснабжению увеличилась в 20 раз, эксплуатационные затраты снизились в 10 раз. Кроме того, при поении животных из автопоилок увеличивается продуктив- ность КРС на 10%, а птицы —на 15...20%. Для подъема и раздачи воды применяют водонасосные установки, состоящие из водоприемников, очистительных сооружений, резервуаров чистой воды или водонапорных башен, соединительной водопроводной сети и электронасосов со станциями управления. Наиболее широко в сельском хозяйстве распространены центробежные и осевые насосы. Их выполняют в моноблоке с электродвигателями и погружают в воду, в трубчатые колодцы диаметром 100...250 мм (погружные насосы) или располагают на поверхности земли. Есть погружные насосы с электродвигателями, расположенными над скважиной. Эти насосы называются артезианскими. Для подъема воды из открытых водоемов и шахтных колодцев применяют также плавающие центробежные насосы. Широкое распространение получили так называемые объемно- инерционные насосы с электромагнитным вибрационным приводом. Их используют в быту сельского населения на малую подачу воды (до 1 м 3 /ч при напоре 20 м). В сельском хозяйстве используют водонасосные установки трех типов: башенные с водонапорным баком, безбашенные с водонапорным котлом и с непосредственной подачей воды в водопроводную сеть. Почти в 90% случаев используют башенные водонасосные установки с расходом воды до 30 м 3 /ч. Если расход воды составляет 30...65 м 3 /ч, то рекомендуют двухагрегатные насосные станции с водонапорным котлом. При расходе воды более 65 м 3 /ч 2. Автоматизация безбашенной насосной установки. Рис. 1 Технологическая (а) и принципиальная (б) схемы управления водоподъемной установкой типа ВУ Автоматическая водоподъемная установка типа ВУ с воздушно-водяным котлом (гидропневматическим аккумулятором) (рис. 1) предназначена для подъема воды из открытых водоемов и шахтных колодцев глубиной до 5 м при напоре от 25 до 80 м. Установка состоит из всасывающей трубы 1 с приемным фильтром насосного агрегата 2, нагнетательной 3 и водоразборной 12 труб с запирающими вентилями 5, воздушно-водяного бака 4 с датчиком давления 8 и струйным регулятором запаса воздуха, имеющим камеру смешивания 6, воздушный клапан 7, жиклер 10 и диффузор 11. Схема управления в автоматическом режиме работает следующим образом. Вода к потребителю поступает под действием давления воздушной подушки, расположенной над водой в котле. При отборе воды из котла давление в котле снижается и замыкаются контакты манометрического датчика давления ВР, катушка магнитного пускателя КМ получает питание и включает электронасос. При повышении уровня воды давление в котле повышается до заданного значения, при котором контакты ВР размыкаются и насос отключается. Ручное управление электронасосом осуществляется кнопками «Пуск» SB2 и «Стоп» SB1. Объем воздушной подушки в баке постоянно уменьшается, так как часть воздуха растворяется и выносится с водой. Вследствие этого уменьшаются давление воздушной подушки и регулирующий объем воды в котле, а агрегат начинает чаще включаться в работу. Для автоматического поддержания объема воздушной подушки служит струйный регулятор, который обеспечивает подкачку воздуха до давления в баке 250 кПа. При максимальных аварий- ных давлениях срабатывает предохранительный клапан 9. Пополнение воздуха происходит, когда жиклер 10 перекрыт водой. Струя воды под действием насоса создает разрежение в камере 6 (эффект пульверизации), воздушный клапан 7 открывается, и воздух, смешиваясь с водой, поступает в котел. Безбашенные водокачки имеют низкий коэффициент использования объема бака (0,15...0,2) V, большой перепад давлений (20...30 м) при малом регулирующем объеме V P и взрывоопасны. Вследствие этого они широкого применения в сельском хозяйстве не нашли. 3. Автоматизация башенных водокачек. До 90 % насосных установок сельскохозяйственного водоснабжения составляют башенные водокачки Рожновского с погружными электродвигателями (рис. 2). Погружные электронасосы типа ЭЦВ (Э — электропогружной, Ц — центробежный, В — для воды) выпускаются про- изводительностью от 0,63 до 1000 м 3 /ч при напорах 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 11. Скважины выполняют из обсадных труб диаметром 100...450 мм. Электродвигатели выполняют сухими, полусухими и заполненными маслом или водой. Наиболее распространены электродвигатели, заполненные водой. Смазывают резинометаллические или пластмассовые подшипники также водой. К электродвигателю подводят кабель 6, закрепленный на водоподъемных трубах хомутами 4. Всасывающая часть имеет сетку, задерживающую крупные примеси, находящиеся в воде. Бак башни 12 выполняют сварным из листовой стали и устанавливают на кирпичную, железобетонную или металлическую опору. К баку подводят напорно-разводящий 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 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 года для исключения обмерзания электродов. На рисунке 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 при помощи сигнальных ламп о включенном и отключенном состоянии насоса. Ручное включение электронасоса осуществляют переводом переключателя SA в положение Р, а отключение — переводом переключателя SA в положение О. Рис. 2 Башенная водокачка с погружным электродвигателем (а), схема датчика уровня воды (б) и принципиальная электрическая схема управления (в) Автоматический режим работы задают переводом переключателя в положение А. Управление осуществляют датчик верхнего уровня SL1, датчик нижнего уровня SL2 и реле KV снормально замкнутым контактом KV:1 и нормально разомкнутым контактом KV:2. Питание реле KV осуществляется постоянным током от диодного моста через контакты датчиков SL1 и SL2, и контакт KV:2. Если в башне нет воды, то контакты (электроды) датчика верхнего SL1 и нижнего SL2 уровня разомкнуты, поэтому реле KV будет отключено и будет замкнут контакт KV:1. Следовательно, в цепи катушки магнитного пускателя КМ будет течь ток. Магнитный пускатель срабатывает и включает электронасос М. По мере накопления воды в башне перекрываются водой (замыкаются) сначала контакты SL2 нижнего уровня, а затем SL1 верхнего уровня. Как только через воду замкнутся контакты датчика SL1, реле KV получает питание и срабатывает. При срабатывании реле KV контакт KV:1 размыкается и разрывает цепь питания магнитного пускателя КМ, и электронасос отключается. Одновременно замыкается контакт KV:2 и реле KV остается включенным через контакты KV:2, SL1 и SL2. Оно отключится только тогда, когда вода разомкнет не только контакты верхнего датчика SL1, но и нижнего SL2. При отключении реле KV контакты KV:1 замкнутся имагнитный пускатель КМ снова включит электронасос М. Отключенное состояние насоса определяют по зеленой лампе НL1, а включенное — по красной лампе HL2. Защита двигателя осуществляется при помощи тепловых расцепителей магнитного пускателя КМ и автомата QF. На холодный период года выключателем S включается 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 65 кВт, применяют станции управления типа СУНО, а также систему автоматического управления насосными агрегатами (САУНА) с бесконтактными станциями управления типа ШЭТ и «Каскад». Станции управления СУНО предназначены для автоматизации насосных агрегатов с электродвигателями с короткозамкнутым и фазовым ротором напряжением 380 В мощностью от 25 до 250 кВт. Их используют для управления поверхностными и погружными электронасосами головных насосных установок, а также в системах водоснабжения крупных животноводческих комплексов. Станция СУНО обеспечивает пуск и остановку электронасоса при закрытой электро- задвижке, ручное и автоматическое или телемеханическое управление насосным агрегатом, контроль и заливку насоса от групповой вакуумной установки, контроль наличия струи и давления воды в водонапорном трубопроводе, температуры нагрева подшипников электронасоса, напряжения в силовых цепях и цепях управления, а также подачу сигнала при аварийном отключении насосного агрегата с блокировкой, не допускающей пуска установки до ликвидации повреждения. 4. Бесконтактные станции управления насосными агрегатами Бесконтактная станция управления типа ШЭТ выполнена на полупроводниковых логических элементах. По сравнению с контактными схемами бесконтактные станции дороже, но удорожание окупается увеличением срока службы и надежности работы как самой системы управления, так и электродвигателя. Для защиты электродвигателя от перегрузок и коротких замыканий имеется специальный блок защиты. Рис. 3. Принципиальная электрическая схема управления водонасосной станции типа ШЭТ. Принципиальная схема станции (рис. 3) работает следующим образом. Когда в водонапорной башне нет воды, то контакты верхнего SL1 и нижнего SL2 уровней разомкнуты. Вследствие этого на входах Вх.5 и Вх.6 сдвоенного логического элемента ИЛИ-НЕ сигналы отсутствуют, а на его выходе сигналы появляются и через диоды VD8 и VD9 поступают на усилитель У, который уси- ливает входной сигнал, вызывающий срабатывание промежуточного реле KV и загорание сигнальной лампы HL. Реле KV своими контактами включает магнитный пускатель КМ, а последний — электронасос М. По мере заполнения башни водой вначале замыкаются контакты SL2 датчика нижнего уровня, а затем контакты SL1 верхнего уровня. При замыкании контактов SL2 на вход Вх.6 подается отрицательный потенциал, вследствие чего на диоде VD9 выходной сигнал исчезает, а на диоде VD8 выходной сигнал есть, благодаря чему насос не отключается. Когда вода замыкает контакты SL1 датчика верхнего уровня, на вход Вх.5 поступает сигнал и на диоде VD8 выходной сигнал также исчезает. Вследствие этого лампа HL и реле KV отключаются, что вызывает выключение электронасоса. При расходе воды вначале размыкаются контакты SL1 верхнего уровня, но это не приводит к включению электродвигателя, так как вместо выходного сигнала от датчика на вход Вх.5 через диод VD7 и реле KV подается отрицательный потенциал от источника — 24В. При размыкании контактов SL2 нижнего уровня на Вх.6 сигнал исчезает, что вызывает автоматическое повторное включение электронасоса. Логические элементы Т-202, выдержки времени D и элемент ИЛИ вместе с блоком питания БП2 защищают двигатель от перегрузок и от работы в аварийных режимах. Датчиком тока является трансформатор тока ТА, выпрямленный ток которого поступает на потенциометр RP. Движком потенциометра RP устанавливают значение токов срабатывания защиты при перегрузках и коротких замыканиях электродвигателя. При токах перегрузки срабатывает бесконтактное реле Т-202, с которого поступает на вход Вх.3 сигнал, вызывающий срабатывание элемента выдержки времени D. С элемента D сигнал с выдержкой времени через элемент ИЛИ поступает на вход Вх.5 элемента ИЛИ-НЕ, что вызывает отключение реле KV и электронасоса М. При токах короткого замыкания напряжение на потенциометре RР возрастает в несколько раз, вследствие этого открывается стабилитрон VD2 и через вход Вх.2 на элемент D поступает сигнал, минуя цепочку выдержки времени в элементе D. C элемента D сигнал последовательно поступает на входы Вх.4 и Вх.5 и исчезает с входа Вх.7, что вызывает отключение электронасоса без выдержки времени. Станция ШЭТ позволяет управлять электронасосом при помощи телемеханики. Для этого устанавливают реле приема телесигналов управления, контакты KV2 и KV1 которых соответственно включают и отключают электронасос. Параллельно контактам можно установить кнопочные станции для дистанционного включения и отключения насоса. Логические элементы питаются от блока питания БП1, который к напряжению подключается выключателем S. |