Автоматизация насосных установок

Автоматизация насосных установок позволяет повысить надежность и бесперебойность водоснабжения, уменьшить затраты ручного труда и эксплуатационные расходы, сократить размеры регулирующих резервуаров. Главная задача автоматизации насосных станций – обеспечение четкого выполнения операций по пуску и остановке насосных агрегатов, контроль за работой и защита их от аварийных режимов. Применяют три вида систем водоснабжения, которые выбирают в зависимости от величины водопотребления: безбашенные насосные установки (10...12 м³/ч); башенные насосные установки (до 80 м³/ч); двухступенчатые системы (80...I50м³/ч) [3, 4].

Двухступенчатые системы водоснабжения (в два подъема) применяют, например, на крупных животноводческих комплексах. В них вода из скважины предварительно подается в наземный безнапорный резервуар, играющий роль накопительной емкости и пожарного резервуара. Центробежные насосы станции второго подъема создают регулируемое давление, под которым вода подается в водоразборную сеть к потребителям. Иногда между насосной станцией второго подъема и магистральным водоразборным трубопроводом располагают пневматический котел-регулятор.

При надежном электроснабжении и небольших максимальных часовых расходах (например, на фермах) могут применяться безбашенные насосные установки, функционально-технологическая схема автоматизации которых приведена на рис. 4.18. В их комплект входит насос с электродвигателем, воздушно-водяной котел, трубопроводы и станция управления. Безбашенные насосные установки типа ВУ выпускаются промышленностью с погружным, лопастным и вихревым насосами, а также с водоструйными установками.

Безбашенная насосная установка типа ВУ работает следующим образом. Подаваемая насосом вода идет к потребителям, а ее излишки наполняют воздушно-водяной котел, где вода, поднимаясь, сжимает находящийся в котле воздух. Когда давление в котле достигает установленной величины, регулятор давления 2 (рис. 4.18) отключает насосный агрегат, и подача воды прекращается. После того вода потребителям подается под действием давления сжатого воздуха в котле. На пути воды через насос в водоисточник находится обратный клапан, и вода обратно в водоисточник не пойдет. По мере расходования воды давление в котле снижается. Когда оно достигает установленной минимальной величины, регулятор давления включит насосный агрегат. Обычно отношение минимального давления (включения) к максимальному (отключения) составляет 0,65...0,75 для установок небольшой производительности и 0,8...0,85 для установок с большей производительностью.

Воздушная подушка котла смягчает гидравлические удары, возникающие при динамических режимах работы электронасосного агрегата. В воздушно-водяных котлах воздух непосредственно соприкасается с водой, в результате часть его растворяется и уносится водой, уменьшая объем воздушной подушки, что может привести к нарушению нормальной работы установки. Для автоматического поддержания требуемого объема воздушной подушки в безбашенных установках типа ВУ имеется струйный регулятор, при помощи которого пополняется воздушная подушка воздухом. Подаваемая насосом вода с большой скоростью проходит через сопло струйного регулятора, создавая в камере смешивания 5 разряжение. Под действием внешнего давления атмосферного воздуха при разряжении в камере 5 открывается клапан 6, пропуская из окружающей среды воздух, который в смесительной камере смешивается с водой и поступает в бак. Разряжение в смесительной камере 5 и, следовательно, пополнение воздуха происходят тогда, когда жиклер 7 трубки струйного регулятора находится в воде. Если жиклер 7 находится в воздухе, то воздух из воздушной подушки под давлением поступает в смесительную камеру и погашает возникшее там разряжение. Поэтому при достаточном наполнении бака воздухом или при сниженном давлении в момент включения насосного агрегата подсоса воздуха из атмосферы не происходит. Могут быть и другие конструкции регуляторов запаса воздуха.

В подобных системах автоматического регулирования давления воздуха в котле используется простейший двухпозиционный закон регулирования ("включено" и "выключено"). В качестве первичного информационного преобразователя давления (1, рис. 4.18) и регулятора (2, рис. 4.18) на функционально-технологической схеме применяется один прибор: датчик-реле давления. Наиболее распространенным типом таких приборов являются реле давления серии РД, в которых в качестве чувствительного элемента используется мембрана, а преобразовательным элементом являются электрические контакты.

Автоматизация башенных насосных установок чаще всего сводится к автоматическому включению насосных агрегатов при снижении уровня воды в напорном баке ниже допустимого уровня и их отключению при наполнении бака выше допустимого уровня, а также к автоматическому отключению насосных агрегатов при нарушении их нормальных режимов работы. На рис. 4.19 приведена функционально-технологическая схема автоматизации башенных насосных агрегатов. В настоящее время применяются несколько типов промышленно выпускаемых станций управления башенными насосными установками, реализующих эту функционально-технологическую схему, но имеющих различную элементную базу и принцип действия. В качестве датчика давления обычно применяют электроконтактный манометр, представляющий собой обычный манометр, у которого к показывающей стрелке прикреплен подвижный электрический контакт, а на шкале закрепляются два неподвижных контакта: верхнего и нижнего уровня. Если подобный датчик устанавливается на трубопроводе при выходе из башни, то его показания прямо пропорциональны уровню воды в ней. Наиболее часто используются для этих целей электроконтактные манометры и реле давления серии РД. Наиболее перспективным типом датчика уровня воды в настоящее время является емкостный датчик. Он может быть выполнен в виде изолированного провода, опущенного в башню. Стенки башни и провод образуют обкладки конденсатора. Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость воды в 81 раз выше чем у воздуха, то емкость этого конденсатора будет зависеть от уровня воды в башне. Если включить емкостный датчик по мостовой схеме, то напряжение на выходе будет пропорционально уровню воды в башне. Подобный датчик является наиболее дешевым и надежным в эксплуатации, не требует ни каких регламентных работ.