Автоматизация насосных станций 1-го и 2-го подъема

Сухой ход насоса

Есть две причины, по которым насосы выходят из строя.

  1. Некачественная нестабильная подача электроэнергии.
  2. Когда насос работает в на холостом ходу. Он включен, но воду не качает по причине ее отсутствия.

Необходимо отметить, что эти причины выводят из строя и скважные агрегаты, и поверхностные. А дело все в материале, из которого изготавливаются рабочие колеса приборов. Постепенно металл выходит из оборота, его место занимают пластмассы. В насосах для рабочих колес используются специальные пластики (износостойкие и высокопрочные). Понятно, что их невысокая цена снижает себестоимость изделия в целом, что выгодно и производителям, и потребителям.


Схема комплекта автоматики

Но термопластики не могут, как металл, выдерживать высокие температуры, под действием которых они сильно расширяются. А при холостом ходе, при отсутствии охлаждения, температуры вырастают до приличных значений. Поэтому все производители бытовых насосных установок в инструкциях оговаривают, что эксплуатировать приборы без воды запрещается.

Поэтому чтобы данной ситуации никогда не произошло, производители комплектуют агрегаты специальными приборами, входящими в блок управления насосными станциями.

  • Поплавковый выключатель. Самый недорогой, но эффективный элемент, обеспечивающий защиту насоса от выхода из строя. Она располагается на поверхности водной глади и контролирует ее уровень. При опускании до критического, поплавок разъединяет питающую электрическую цепь, насос тут же отключается. При поднятии уровня воды он, наоборот, включает агрегат.

  • Реле давления. Это обычное реле, которое работает в зависимости от падения или увеличения давления. Оно просто размыкает или смыкает контакты питающей сети. Разброс величин давления задаются на заводе в процессе изготовления прибора. Диапазон 0,4-0,6 атм. (имеется в виду нижний предел). Регулировке он не подлежит. То есть, это нижний порог, при котором считается, что вода находится при минимальном давлении, то есть, она уже не поступает через агрегат.
  • Еще один прибор защиты – это реле потока воды, который выполняет функции и устройства давления жидкости в системе домашнего водопровода. Это компактный прибор, который еще называют прессконтролем. Этот контроллер насосных станций подает сигнал, если давление воды в системе падает ниже 1,5 атм. Хотя все будет зависеть от настройки, потому что данный показатель может варьироваться в пределах 1,5-2,5 атм.

Последний защитный прибор отличается самыми малыми габаритами, потому что в его конструкции встроен всего лишь один датчик потока. Он реагирует на наличие движения жидкости или ее отсутствие. Правда, реагирует насос на отключение с небольшой задержкой, связанной с конструкцией самого реле, хотя на его работоспособность это ни коми образом не действует.

Вообще, автоматизация насосной станции – это возможность уберечь ее от некорректной работы или полного выхода из строя

И неважно, что устанавливается в систему защиты: блок управления водяным насосом или шкаф управления большой насосной станцией, все они выполняют одну и ту же функцию – защита насосного агрегата от холостого хода. Конечно, когда разговор заходит о больших насосных установках, то в первую очередь защита – это не просто реле или маленький блок

Это разветвленная схема автоматизации этой насосной станции, в которую входят большое количество реле, осуществляющих контроль над разными характеристиками. К примеру, это и давление воды, и температура электродвигателя, и скорость потока, и падение напряжения в питающей электрической системе.

Характеристики системы после внедрения локальной АСУ:

  • регулируемое и автоматически поддерживаемое давление 0…6 атм с возможностью задания дневного и ночного давления и времени перехода;
  • автоматический переход в режим ночного пониженного давления
  • 4 режима работы: автоматический от преобразователя частоты и пускателей, ручной от преобразователя частоты и пускателей;
  • индикация режимов работы, положения рубильников, аварийных ситуаций, уставок задания;
  • рабочая температура окружающей среды: (- 30… + 45) град. С с автоматической вентиляцией и обогревом;
  • независимый учет и индикация потребляемой электроэнергии и ее параметров.

Предусмотренные защиты:

  • логическая защита от опустошения кейсона и сухой работы насосов;
  • логическая защита от переполнения насосов;
  • логическая защита от превышения частоты вращения насоса
  • аппаратная защита от повреждения грозовыми разрядами;
  • микропроцессорная защита двигателя от превышения тока, тепловая, от превышения напряжения, от пропадания фазы при работе от преобразователя частоты;
  • тепловая и электромагнитная защита двигателя при работе от пускателей;
  • аппаратная защита от открытия шкафов при работающем оборудовании
  • индуктивная защита от бросков тока на входе преобразователя частоты;
  • от понижения и повышения температуры в шкафу управления и силовом.

Упрощенная структура АСУ:

1– резервуар (кессон)

2 – насосная группа (два насоса) 

3 – шкаф с перекидным рубильником

4 – шкаф управления и силовой аппаратуры

5- датчики уровня

6 – датчик давления

Экономический и эксплуатационный эффект:

  • До автоматизации насосы поддерживали завышенное давление 6 атмосфер. После модернизации система автоматически поддерживает оптимальное давление 5 атмосфер. Это позволило снизить потребление тока на 15 процентов.
  • За счет плавного пуска исключены броски тока, перегружавшие систему электроснабжения.
  • Средняя частота вращения насосного агрегата снизилась – это повышение ресурса насоса и двигателя в 1,5 раза, исключены резонансные эффекты конструкции.
  • Уменьшилась гидравлическая нагрузка на трубопровод на 18 % и полностью исключены гидроудары, вызывавшие ранее частые порывы.
  • За счет снижения давления до оптимального обеспечился меньший расход воды на 14 %.
  • Кроме того, глубинные насосы теперь успевают накачивать воду в кейсон – исключены дневные отключения воды. Время работы глубинных насосов уменьшилось – дополнительное энергосбережение порядка 8 %.
  • После модернизации система обеспечивает круглосуточную подачу воды, автоматически переходя в экономичный режим и расходуя минимум электроэнергии.
  • Обеспечены схемы резервирования системы и индикация режимов работы, возможность ручного управления.
  • Трудоемкость работ по обслуживанию системы сведена к минимуму.

Окупаемость системы составляет менее 5 месяцев.

Упрощенная структурная схема автоматизации насосной станции с частотно-регулируемым приводом

Как работает насосная станция

Принцип работы насосной установки достаточно прост.

  • Насос закачивает воду в резиновую мембрану. Она заполняется, увеличивая давление воздуха в баке. На это изменение реагирует манометр, который соединен с реле насосной станции.
  • Последний отключает насос, а вода начинает поступать в водопроводную систему дома из гидроаккумулятора.
  • Как только в последнем давление воздуха упадет до необходимой настроенной, насос тут же включается и начинает закачивать воду в резиновую грушу.

То есть, схема управления насосной станции настолько проста, что хватает всего лишь двух элементов, чтобы она работала в автоматическом режиме.

Основные схемы автоматизации

Насосные станции по оборудованию и протекающим в них технологическим процессам сравнительно легко поддаются автоматизации. Процессы, связанные с пуском, остановом и контролем за состоянием насосно-силового оборудования, осуществляются в строго установленной последовательности автоматически, без непосредственного участия обслуживающего персонала.

На насосных станциях автоматически выполняются следующие операции:

  • • пуск и останов агрегатов с выдержкой по времени как перед пуском после получения импульса управления, так и между отдельными операциями;
  • • включение одного или нескольких насосных агрегатов в установленной последовательности, причем включение производится либо на полное напряжение (прямой пуск), либо на пониженное с последующим включением на полное напряжение после установленной выдержки (ступенчатый пуск);
  • • создание и поддержание необходимого разрежения во всасывающем трубопроводе и насосе перед пуском, если он не находится под заливом;
  • • открытие и закрытие задвижек на трубопроводах в определенном порядке при пуске и останове насосов;
  • • контроль за выполнением установленного режима при пуске, работе и останове насосов, отключение работающего насоса при нарушении режима его работы и включение резервного насоса;
  • • передача сигналов о работе насосных агрегатов и аварийных ситуациях на диспетчерский пункт;
  • • защита насосных агрегатов при перегреве подшипников, вследствие работы насоса без залива, при перегрузке приводного электродвигателя и т.п.;
  • • отопление и вентиляция станций, их охрана от проникновения посторонних лиц, а также включение и отключение дренажных насосов.

На насосных станциях может проводиться автоматическое регулирование напора и производительности агрегатов. Оно может осуществляться либо на входе воды в насос, либо на выходе из него путем дросселирования задвижками на трубопроводах или изменением скорости вращения насоса. Проводятся контроль за давлением воды во всасывающей и напорной линиях насосов, температурой подшипников и сальников, наличием напряжения на вводных шинах насосной станции и на шинах щита автоматического управления, а также защита насосных агрегатов от короткого замыкания, перегрузки и т. п. При появлении перечисленных недопустимых отклонений срабатывает реле защиты, выключая агрегаты из работы. Последующее включение агрегатов в работу возможно лишь после устранения неполадок.

При автоматическом управлении включение и останов насосных агрегатов осуществляется с помощью реле уровня, установленного, например, над баком водонапорного сооружения или резервуара, а также реле давления, установленного в характерных точках сети. Полученный от реле сигнал обеспечивает необходимые переключения в схемах управления и сигнализации, вследствие чего насосы включаются в определенной последовательности. Возможные варианты автоматического включения насосов и осуществления их залива перед пуском в работу показаны на рис. 80.

В практике работы СВВ наиболее широко применяются гидромеханические схемы, в которых автоматический пуск производится либо без предварительного (перед пуском) залива корпуса центробежного насоса, либо с предварительным заливом от напорного патрубка или с помощью вакуум-установки. Каждая из этих схем может быть реализована при открытой или закрытой напорной задвижке, т.е. существует шесть гидромеханических схем пуска насосов.

Пуск насосов с открытой напорной задвижкой наиболее легко осуществляется при следующих условиях: при малой производительности насосов, имеющих резерв мощности электропривода, достаточный для компенсации возникающей перегрузки; при работе насосов на напорные трубопроводы небольшой протяженности; при установке на напорном трубопроводе противоударных устройств. Пуск насосов с открытой задвижкой упрощает и удешевляет систему автоматического управления.

Рис. 80. Схема основных функций автоматики насосных станций

Автоматическая работа насосной станции

Для автономной работы насосной станции в автоматике предусмотрены входы для подключения датчиков давления или уровня воды. Смысл автоматической работы заключается в поддержании уровня или давления воды системы водоснабжения в заданных пределах.

При работе насосной станции на накопительную ёмкость автоматика осуществляет включение насосов при достижении минимального уровня воды. Отключение насосов производится после её наполнения. Для этого накопительную ёмкость оснащают датчиками верхнего и нижнего уровня.

При работе насосной станции напрямую с магистралью потребителей управление оборудованием осуществляется по сигналам датчика давления (с токовым выходом 4..20мА) или электронного контактного манометра (ЭКМ). Включение насосов происходит при снижении давления воды до минимального значения, а отключение — при достижении максимального значения.

Функции автоматизированных систем на насосных станциях

 Автоматизация канализационных насосных станций поможет решать следующие задачи без участия человека:

1. Осуществление централизованного контроля над процессом водоотведения;

2. Регистрация и фиксация отклонений параметров насосных агрегатов и другого оборудования;

3. Распознавание и своевременное предупреждение аварийных ситуаций;

4. Оптимизация и автоматический подбор наилучшего режима работы;

5. Диагностика состояния оборудования.

Основные функции автоматизированных систем на КНС:

1. Своевременная подача сигнала на остановку и пуск основных и вспомогательных насосов;

2. Поочередное включение и выключение насосных агрегатов в заданной последовательности;

3. Нагнетание необходимого давления во всасывающем трубопроводе и впускном клапане насоса перед его запуском;

4. Возможность регулировать и устанавливать любой режим при запуске, работе или остановке насосного оборудования;

5. Отключения и перезапуск всей системы при аварийной ситуации;

6. Контроль и защита насосного оборудования от перегрева, перепадов напряжения и механических повреждений;

7. Передача сигналов о включении агрегатов и их выключении на центральный диспетчерский пульт;

8. Поддержание заданных параметров для рабочего режима — уровня стоков, напора во время вывода и др.;

9. Управление дренажными насосами;

10. Включение механических грабель и их отключение;

11. Поддержание определенной температуры в помещении станции;

12. Сигнализация в случае возникновения аварийной ситуации;

13. Вентиляция помещений и контроль температуры в помещениях.

Элементы системы автоматики

Итак, из вышесказанного понятно, что реле включения насосной станции – это, если так можно выразиться, мозг всего оборудования, а соответственно и всего водопровода. Именно оно определяет, когда необходимо включать насос, а когда выключать. При этом все основывается на давлении внутри водопроводной системы, включая и гидроаккумулятор

Поэтому очень важно правильно провести настройку прибора, которая будет зависеть от технических характеристик насосного агрегата и емкости накопительного бака


Манометр для насосной станции

Нельзя допустить, чтобы насос включался очень часто. Это приведет к его преждевременному выходу из строя

Поэтому очень важно правильно создать оптимальный предел давлений, который должен располагаться в средней зоне технической характеристики насосного прибора. Оптимально данный диапазон располагается в пределах 1,2-2,5 атм

Конечно, придется учитывать такую характеристику насоса, как допустимо возможное включение агрегата за определенный период времени. Данная характеристика обязательно указывается в паспортных данных.

Особенно важен учет всех перечисленных показателей при сборке насосной станции своими руками. В этом случае, приобретение всех составляющих – насоса, гидроаккумулятора и управляющей автоматики может производиться по отдельности. Поэтому при сборке необходимо брать в расчет характеристики насоса, объем и максимальное рабочее давление расширительного бака, диапазон работы управляющего реле – все эти показатели должны обеспечивать нормальный режим работы для станции в целом и не противоречить друг другу. При отсутствии хотя бы минимальных знаний в этой области, рекомендуется приобрести готовую станцию.

Как правильно настроить реле

Под крышкой блока автоматики насосной станции располагается два винта: один поджимает большую пружину, другой маленькую. Первая отвечает за высокий порог срабатывания реле. То есть, с помощью большой пружины можно регулировать высокое давление в гидроаккумуляторе. Зажимая винт, увеличиваем давление. Или, наоборот, раскручиваем, значит, уменьшаем. Соответственно насос будет отключаться при тех давлениях, которые настроены именно большой пружиной.

Малая пружина соответственно отвечает за включение агрегата. Расслабляя ее, это значит, увеличивается давление включения. И, наоборот, зажимая, повышается данная характеристика.


Внутренности реле давления

Ссылка на основную публикацию