диплом готово+. Рациональное использование водных и топливноэнергетических ресурсов, а также охрана окружающей среды определили направление развития систем водо и теплоснабжения
 Скачать 1.8 Mb.
|
ВведениеРациональное использование водных и топливно-энергетических ресурсов, а также охрана окружающей среды определили направление развития систем водо - и теплоснабжения. При проектировании новых и реконструкции существующих систем водоснабжения все чаще предусматривается создание систем бессточного водопользования на базе замкнутых циклов. Основными энергетическими звеньями систем водоснабжения, обеспечивающими перемещение различных жидких сред по водопроводам, являются насосные станции. Задачей настоящего дипломного проекта является проектирование автоматизированного электропривода насосной установки системы горячего водоснабжения, т.е. насосной станции горячего водоснабжения (теплового пункта). Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов достигается при централизации теплоснабжения жилых, промышленных и общественных зданий в городах и других населенных пунктах. Рациональная концентрация и централизация производства горячей воды и пара для отопительных и технологических нужд, постепенная ликвидация нерентабельных мелких котельных, строительство ТЭЦ и крупных районных котельных - основные пути развития централизованного теплоснабжения. С этим развитием связано строительство протяженных и широко разветвленных тепловых сетей с многочисленными тепловыми пунктами разнородных потребителей жилого и промышленного секторов. Теплоснабжение народного хозяйства и населения является одной из основных подсистем энергетики страны. Назначение системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты в виде пара и горячей воды требуемых параметров. В системах централизованного теплоснабжения (СЦТ) осуществляются следующие технологические процессы: производство и отпуск теплоты, транспортирование и использование теплоносителя. Производство и отпуск теплоты осуществляются в теплоподготовительных установках источников теплоты - ТЭЦ и городских или промышленных котельных. В источниках теплоты используют органическое или ядерное топливо. Основное назначение источников теплоты - обеспечение экономичных режимов отпуска теплоты в тепловую сеть, надежная, бесперебойная и экономичная работа их агрегатов. Транспортирование теплоносителя производится по тепловым сетям, соединяющим источник теплоты с потребителями. К тепловым сетям относят теплопроводы и сооружения на них - сетевые станции (подкачивающие, смесительные, дроссельные). СЦТ городов являются, как правило, водяными системами, где в качестве теплоносителя применяется вода. Водяные системы теплоснабжения могут быть закрытыми и открытыми. В закрытых системах циркулирующая в тепловой сети вода используется только как теплоноситель, из сети для потребления она не отбирается; в открытых системах теплоноситель (вода) разбирается у потребителей для нужд горячего водоснабжения. Для теплоснабжения городов от источников теплоты до данной группы потребителей, как правило, используются двухтрубные тепловые сети. Назначение тепловых сетей - надежная, бесперебойная транспортировка теплоносителя при минимальных потерях теплоты и воды. Использование теплоносителя (отпуск теплоты) осуществляется в теплоприемниках потребителей: в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения. При отпуске теплоты потребителям осуществляется поддержание по заданному закону параметров нагреваемой среды. В связи с возрастающей стоимостью электроэнергии тема данного проекта является актуальной. 1 Анализ методов управления электроприводом насосных станций и постановка задачи исследования 1.1 Описание технологического процесса и принцип работы оператора При описании технологической установки используются некоторые термины, являющиеся специфическими для данного типа установок:
Насосные установки подразделяются на водопроводные, канализационные, мелиоративные, теплофикационные и др. Теплофикационные насосные станции (тепловые пункты) предназначены для подачи потребителям горячей воды требуемых параметров. Насосные установки ежегодно расходуют около 20% электроэнергии, вырабатываемой энергосистемами республики. В настоящее время большая часть насосных установок работают неэкономично. Потери электроэнергии составляют 10.15%, а иногда достигают 20.25% потребляемой электроэнергии. Применение экономичных способов регулирования, основанных на изменении частоты вращения рабочих колес насоса, позволяет значительно сократить потери электроэнергии в насосных установках. В современных насосных установках изменение частоты вращения насосов осуществляется с помощью автоматизированного электропривода (АЭП). Поступление горячей воды в систему хозяйственно-бытового потребления и характер распределения ее суточных расходов, неравномерны и зависят от степени благоустройства зданий и от числа жителей населенного пункта. В открытых системах теплоснабжения жилых районов между центральным тепловым пунктом и тепловыми пунктами зданий прокладывается четырехтрубная тепловая сеть: два трубопровода - подающий и обратный - для подачи теплоты в системы отопления зданий и два трубопровода - подающий и циркуляционный - для подачи воды в системы горячего водоснабжения. Схема такого теплового пункта представлена на рисунке 1.1. Режим работы насосной установки подачи горячей воды определяется режимом водопотребления и наличием напорно-регулирующих сооружений системы водоснабжения. В таблице 1.1 приведено примерное распределение среднесуточного расхода горячей воды по часам суток при среднем секундном их расходе 20 л/с и общем коэффициенте неравномерности водоотведения Кобщ=1,3 [1]. Если в сети водопотребителя нет регулирующей емкости, то для обеспечения потребителя водой в час максимального водопотребления (по таблице от 9 до 10 ч) часовую подачу установки необходимо принимать по максимуму, т.е. равной 5,6% объема суточного водопотребления.  1 - грязевик; 2 - датчик расхода; 3 - теплосчетчик с измерением расхода в подающем и обратном трубопроводах; 4 - трехходовой смесительный клапан регулятора температуры воды; 5 - регулятор температуры воды; 6 - циркуляционные насосы; 7 - обратные затворы; 8 - водомеры. Рисунок 1.1 - Схема теплового пункта с непосредственным водозабором на горячее водоснабжение Общую подачу и мощность насосной станции можно уменьшить, если ввести в сеть потребителей водонапорную башню с регулирующей емкостью, но, в отдельных случаях, регулирующая емкость напорной башни может получиться непомерно большой, а ее строительство окажется экономически нецелесообразным. Оборудование насосных установок центробежными насосами, обладающими возможностью саморегулирования, позволяет использовать системы горячего водоснабжения без регулирующих емкостей. Насосная станция системы горячего водоснабжения состоит из входного коллектора, к которому через щитовой затвор подведены всасывающие линии двух насосов (тип К90/20). Напорные линии насосов объединены напорным коллектором. Один из насосов является основным, второй - аварийным. Функции насосов периодически меняются. Насосную станцию с потребителями соединяют напорные водоводы. Таблица 1.1- Примерное распределение среднесуточного расхода горячей воды по часам суток при среднем секундном расходе 20 л/с и коэффициенте неравномерности водоотведения Кобщ=1,3
По заданию на данной насосной установке теплового пункта системы горячего водоснабжения используем насос типа К (горизонтальный центробежный консольный насос). Насосы типа К предназначены для подачи чистой воды и других чистых жидких сред температурой до 105С. Приводятся в движение асинхронным двигателем типа 4А. Технические характеристики насоса приведены в таблице 1.2. Таблица 1.2- Технические характеристики насоса типа К90/20
Система автоматического управления может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. При работе системы в ручном режиме функция оператора заключается в ручной коммутации насосов в зависимости от напора жидкости в сети. Напор жидкости в сети в этом режиме может контролироваться по датчикам. Считаем, что температура жидкости контролируется автоматически на центральном тепловом пункте. При работе системы в автоматическом режиме функция оператора заключается в визуальном контроле исправности системы управления. 1.2 Общие сведения и патентно-информационный обзор по насосным установкам Работа насосных установок электроэнергии. В современных отечественных и зарубежных системах регулирование режимов работы насосных установок осуществляется посредством автоматизированного регулируемого электропривода. В таких системах регулируемым параметром является напор жидкости. Современное развитие техники позволяет поддерживать заданный напор с большой точностью. Однако высокая точность влечет за собой непрерывное изменение частоты вращения электродвигателя насосного агрегата и вследствие этого способствует возникновению знакопеременных нагрузок на отдельные элементы насосного агрегата (эластичные муфты, соединяющие насос с двигателем и др.), ведущих к преждевременному их износу. Поэтому в ряде случаев приходится устанавливать повышенную зону нечувствительности системы регулирования, что понижает точность стабилизации напора. В качестве регулируемого электропривода насосной установки в системе горячего водоснабжения предусматривается использование одного из типов электропривода, в том числе: индукторных муфт скольжения (ИМС) с питанием возбуждения от тиристорных блоков БУ-3509 и им подобных; частотных преобразователей серии ПЧТ, ПЧР-2 SAMI (фирма Stromberg) и других типов; электроприводов по схеме АВК на базе преобразователей ТДП-2 и станций управления ШДУ; электроприводов на базе вентильных электродвигателей с преобразователями ПЧВН, ПЧВС. Стабилизация напора жидкости осуществляется за счет того, что при уменьшении водоразбора напор в сети увеличивается, а частота вращения электродвигателя насоса в результате действия системы регулирования уменьшается. При увеличении водопотребления, наоборот, напор жидкости в сети падает, а частота вращения увеличивается. Основная цель системы стабилизации напора жидкости в системе трубопроводов заключается в поддержании напора на заданной отметке. В системах стабилизации напоров в сети, необходимо предусматривать включение дополнительных нерегулируемых насосов при существенных увеличениях притока или водопотребления и отключение их при уменьшении. Регулируемым приводом должны оснащаться наиболее крупные насосные агрегаты с наиболее пологой характеристикой. В случае использования однотипных насосов во избежание образования мертвых зон рабочие колеса нерегулируемых насосов должны иметь диаметры, меньшие регулируемых. При равенстве диаметров и работе регулируемого насоса в режиме максимальных подач с повышенной частотой вращения (в случае применения частотного электропривода) он должен быть укомплектован двигателем повышенной мощности в соответствии с рекомендациями. Несмотря на явные преимущества, регулируемый электропривод еще не получил широкого распространения в насосных установках. В настоящее время сложились условия, требующие его более широкого использования. Бурное развитие полупроводниковой техники позволило создать на базе статических преобразователей надежные и сравнительно недорогие регулируемые электроприводы. Кроме того, мировой энергетический кризис наглядно продемонстрировал подлинную ценность энергетических ресурсов и стимулировал меры по их рациональному расходованию. В результате этого расширились работы по исследованию, разработке и созданию насосных установок, оснащенных автоматизированным регулируемым электроприводом. Ниже приводится описание некоторых, наиболее характерных установок. 1.3 Режимы работы насосной установки Режимы работы насосной установки существенно зависят от изменения режимов водопотребления. Режим водопотребления обычно характеризуется суточными, недельными и т.п. графиками водопотребления. На рисунке 1.2 представлен примерный суточный график водопотребления небольшого населенного пункта.  Q, м3/ч t,час . QQQQQQQ QQ QQQ Q Рисунок 1.2 - Суточный график водопотребления. Графики водопотребления характеризуются коэффициентами неравномерности. Максимальный коэффициент неравномерности: Kmax=Qmax/Qcp, (1.1) где Qmax- максимальное водопотребление; Qcp- среднее значение водопотребления. Минимальный коэффициент неравномерности: Kmin= Qmin/Qcp, (1.2) где Qmin-минимальное водопотребление. Диапазон колебания водопотребления характеризуется отношением  = Qmin/ Qmax, (1.3) которое может быть также выражено через коэффициенты максимальной и минимальной неравномерности = Кmin/ Кmax (1.4)В любой системе водоподачи имеются утечки и непроизводительные расходы, значения которых достигают во многих случаях 15-20% общей подачи. Следовательно, подача насосной установки должна быть больше водопотребления именно на это значение. При стабильном водопотреблении установки работают с постоянными подачей и давлением или напором, которые между собой связаны соотношением: Pпол = H*Q γ g, (1.5) где Н-напор, м; Па; Q-подача; g- ускорение свободного падения, м/с2. С ростом водопотребления подачу приходится увеличивать. При этом потери давления в трубах увеличиваются. Чтобы компенсировать эти потери, следует увеличить давление, развиваемое насосной установкой. При уменьшении водопотребления подача и давление должны быть уменьшены. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||