Спосіб оптимізації вибору насосів для насосної станції системи водопостачання та оцінки стану системи

1. Спосіб оптимізації вибору насосів для насосної станції системи водопостачання та оцінки стану системи, що включає їх вибір по подачі Q та напору H, які визначаються пересіканнями їх характеристики Н=f(Q) із характеристикою = Нсm+КQ2 системи водопостачання, Н де Н cm - статичний напір; К - коефіцієнт опору тр убопроводу системи водопостачання, та по близькості його подачі Q, яка відповідає оптимуму його коефіцієнта корисної дії (ККД), до цього пересікання, який відрізняється тим, що спочатку по будь-якій подачі та відповідному їй напору H, що заміряють витратоміром та манометром відповідно на початку системи водопостачання при мінімальному та максимальному водовідборах із неї протягом доби, визначають фактичні коефіцієнти опору системи водопостачання при цих водовідборах по формулах: H - H cm K1 = min та 2 Qmin H - H cm K 2 = max Q2 max , розраховують та наносять на поле Q-H ті граничні характеристики H1св=Hcm+K1Q 2 та H2св=Hcm+K 2Q2 системи водопостачання і одержують таким чином фактичне добове робоче поле системи водопостачання, що обмежене граничними характеристиками, а потім на це ж поле Q-H при роботі одного насоса насосної станції наносять робочу характеристику Hн=f(Q) попередньо вибраного по потрібних Q та Н насоса та його ККД 2 (19) 1 3 29741 Корисна модель відноситься до водопостачання та водопровідних мереж та до способів регулювання, управління та контролю насосами в системах водопостачання питної води та води для господарських потреб і може бути використана для підбору насосів для систем водопостачання переважно при їх технічному переобладнанні та модернізації. Відомий спосіб відбору насосів для насосних станцій систем водопостачання, який полягає у їх виборі по подачі Q та напору Н, які визначаються пересіканнями характеристики Н=f(Q) насоса або сумісної роботи групи насосів із характеристикою Н= Нсm+KQ2 системи водопостачання, де Нcm статичний напір, К коефіцієнт опору трубопроводів системи водопостачання [1], який визначають по формулі K=Sol, де So - питомий опір труб, який визначають по довідковим таблицям в залежності від матеріалу та діаметра труб [2], і l довжина труб. Недоліками відомого способу є те, що питомий опір So, по якому розраховують коефіцієнт опору К трубопроводів системи, задається в довідкових таблицях для нових тр уб і він не ураховує стан труб, а також витоки із них, які залежать від стану їх пошкодження та від тиску води в них. Коефіцієнт опору К залежить також від шляхови х водовідборів споживачами із системи водопостачання і змінюється протягом доби також залежно від них, що було експериментально виявлено нами на реальній системі водопостачання із насосною станцією №25А у м.Харкові. А із забудовою району розташування мереж більш високими будівлями змінюється також і Нcm . Тому цей відомий спосіб не точний і результат його не відповідає дійсності. І тому його можна вважати попереднім і користуватись ним тільки при проектуванні системи водопостачання. Крім цього він занадто складний для визначення характеристик системи водопостачання, тому що потребує розрахунку витрат напору по всім ділянкам труб системи, які мають різну довжину, діаметри, стан та подачу. Тому користуватись ним при технічному переобладнанні та модернізації системи водопостачання недоцільно. Крім цього він не дозволяє оцінити стан системи. В основу корисної моделі поставлено задачу: Спосіб оптимізації вибору насосів для насосної станції системи водопостачання та оцінки стану системи шля хом зіставлення їх подачі, напору та оптимуму коефіцієнта корисної дії із зоною, обмеженою пересіканням характеристики насосів або групи насосів із граничними характеристиками фактичного добового робочого поля системи водопостачання, досягти максимальної точності, відповідності дійсності результату здійснення способу, та спростити його здійснення. Указана мета досягається тим, що при здійсненні способу оптимізації вибору насосів для насосної станції системи водопостачання, що полягає у їх вибору по подачі Q та напору Н, які визначаються пересіканнями характеристики H=f(Q) насоса або групи насосів із 4 характеристикою H=Hcm+KQ2 системи водопостачання, де: Нcm - статичний напір; К - коефіцієнт опору тр убопроводу, та по близькості їх подачі, якій відповідає оптимум їх коефіцієнта корисної дії (ККД), до цього пересікання, спочатку по будь-якій подачі Q та відповідного їй напору Н, що заміряють витратоміром та манометром відповідно на початку системи водопостачання при мінімальному та максимальному водовідборах із неї протягом доби, визначають фактичні коефіцієнти опору системи водопостачання при цих водовідборах по формулам: H - H cm K1 = min 2 Qmin , та H max - H cm K2 = Q2 max розраховують і наносять на поле Q-H дві граничні характеристики H1св=Hcm+K1 Q2, та H2св=Hcm+K2 Q2 системи водопостачання і одержують таким чином фактичне добове робоче поле системи водопостачання, що обмежене граничними характеристиками. Потім на це ж поле Q-H наносять робочу характеристику Н н=f(Q) попередньо вибраного по потрібним Q та Н насоса та його ККД і по знаходженню оптимуму ККД близько середини робочої зони насоса, яка визначається точками пересікання характеристики насоса із граничними характеристиками системи водопостачання, остаточно вибирають потрібний насос. Якщо на систему водопостачання одночасно працюють декілька насосів насосної станції то спочатку на поле Q-H характеристики системи водопостачання наносять паспортні характеристики кожного із попередньо вибраних насосів, по яким визначають характеристику їх сумісної роботи, і по точкам пересікання її із граничними характеристиками фактичного добового робочого поля системи водопостачання визначають фактичну добову робочу зону сумісної роботи насосів і по ній уточняють фактичні добові робочі зони кожного та остаточний вибір насосів. Якщо при сумісній роботі декількох насосів насосної станції на систему водопостачання окремі із них протягом доби регулюються регуляторами швидкості їх обертання, то спочатку визначають межові характеристики кожного із них і по ним - їх сумісної роботи при максимальних та мінімальних швидкостях обертань регулюємих насосів і по точкам їх пересікання із граничними характеристиками фактичного добового робочого поля системи водопостачання визначають фактичне добове робоче поле їх сумісної роботи і по ньому уточняють фактичні робочі поля кожного та остаточний вибір насосів. Якщо періодично через задані проміжки часу визначати одну із граничних характеристик системи водопостачання, то її зміщення буде характеризувати стан системи водопостачання або динаміку його зміни. 5 29741 6 Ця сукупність нових суттєви х ознак, що розраховують і наносять на поле Q-H граничні полягають у вибору насосів для насосної станції характеристики H1cв та Н2св фактичного добового системи водопостачання по їх фактичним добовим робочого поля системи водопостачання. Після робочим зонам або полю, які визначаються цього на це ж поле Q-H наносять паспортну пересіканнями характеристик насосів із характеристику попередньо вибраного по граничними характеристиками фактичного потрібним Q та Н насоса його характеристики добового робочого поля системи водопостачання, Нн=f(Q) та h н=f(Q) і по точкам А та Б пересікання визначеного по фактично заміряним відповідними характеристики Нн із граничними приладами параметрам при мінімальному та характеристиками Н 1св та Н2св робочого поля максимальному водовідборах із неї та по відомій системи водопостачання (на фігурі заштриховано) закономірності H=Hcm+KQ2, у взаємодії із відомою визначають добову робочу зону А-Б насоса і по суттєвою ознакою, що полягає у виборі насосів по відповідності оптимуму ККД hсн.опт. сумісної роботи пересіканню їх характеристик із характеристикою насосів приблизно середині подачі цієї робочої системи водопостачання у ви гляді кривої лінії, що зони А-Б визначають оптимальний вибір насоса. розраховується по тій же закономірності, але по Можна на поле Q-H нанести характеристики довідковим, а не фактично заміряним параметрам, Н=f(Q) та h=f(Q) декількох близьких насосів і по та по ділянкам трубопроводів системи положенню оптимуму ККД h oпm. та його величині у водопостачання, суттєво підвищує точність та їх добови х робочих зонах вибрати оптимальний достовірність оптимізації вибору насосів, а також насос. спрощує його здійснення. Це зумовлює ефективне При сумісній одночасній роботі групи насосів використання цього способу переважно при насосної станції на систему водопостачання (на технічному переобладнанні та модернізації систем Фіг.2 для спрощення опису здійснення показаний водопостачання, а також сприяє його приклад сумісної паралельної роботи двох використанню при запуску в експлуатацію нових однакових насосів, для більшої кількості і різних систем водопостачання для уточнення насосів здійснення способу буде аналогічним) оптимальності вибору насосів для неї на стадії після визначення робочого поля системи проектування. Крім цього шляхом періодичного водопостачання (на фігурі заштрихо вано) так, як визначення цим способом через задані проміжки описано вище, по характеристикам окремих часу одної із граничних характеристик системи насосів Н н=f(Q) відомим способом [1] визначають водопостачання по її змішенню можна додатково характеристику Н сн=f(Q) сумісної роботи насосів і посередньо оцінити стан системи водопостачання по точкам А та Б їх пересікання визначають або динаміку його зміни та необхідність н ремонту. добову робочу зону сумісної роботи насосів та по На Фіг.1 зображений приклад побудови відповідності оптимуму ККД hсн.опт їх сумісної характеристик та результату здійснення способу роботи приблизно середині подачі робочої зони Аоптимізації вибору одного насоса для насосної Б визначають оптимальність їх сумісного вибору. станції системи водопостачання, на Фіг.2 - двох Після цього визначають робочі зони А1-Б1 кожного паралельно працюючих насосів, на Фіг.3 - двох із насосів та їх робочі ККД hсн.опт. паралельно працюючих з регулюванням частоти При сумісній одночасній роботі групи насосів обертань на протязі доби насосів (однакових для насосної станції на систему водопостачання, які меншого заповнення фігур). протягом доби регулюються регуляторами Спосіб здійснюють наступним чином. швидкості їх обертання (на Фіг.3 для спрощення При роботі на систему водопостачання одного опису здійснення показаний приклад сумісної насоса в насосній станції (Фіг.1) спочатку при паралельної роботи двох однакових насосів з мінімальному водовідборі із системи водоподачі регулюванням їх швидкості обертань на протязі (як правило в нічний час) та при максимальному доби в одних межах, для більшої кількості і різних водовідборі із неї (як правило в денний час) меж регулювання швидкості обертань здійснення заміряють при роботі штатного насоса, який буде аналогічним) після визначення робочого поля підлягає заміні, на початку системи системи водопостачання (на фігурі заштриховано) водопостачання (або на виході із насосної станції) так, як описано вище, спочатку розраховують і витратоміром будь-які подачі Qmin та Q max і наносять на поле Q-H межові характеристики монометром відповідні їм напори Hmin та Hmax кожного із них при максимальних протягом доби (точки і та 2 на полі Q-H) і, підставляючи величини швидкостях обертань Hn=f(Q) при nmах та при цих замірів у формули: мінімальних Hн=f(Q) при nmin і потім відомим Hmin - H cm способом [1] визначають межові характеристики K1 = Нсн=f(Q) при nmах та Нсн=f(Q) при nmin сумісної Q2 min , та роботи насосів і одержують таким чином H - H cm обмежене цими характеристиками робоче поле K 2 = max сумісної роботи регулюємих насосів (на фігурі Q2 max заштриховане в протилежну від добового визначають фактичні на даний час коефіцієнти робочого поля системи водопостачання сторону). опору системи водопостачання К1 та К2 при Ділянки ліній між точками АБСД пересікання цих мінімальному та максимальному водовідборах із межових характеристик сумісної роботи насосів із системи. граничними характеристиками H1св=Hcm+K1Q2 та Потім по формулам: 2 H2св=Hcm+K2 Q2 робочого поля системи H1св=Hcm+K1 Q , та 2 водопостачання визначають фактичне добове H2св=Hcm+K2 Q робоче поле сумісної роботи насосів із 7 29741 регулюючими швидкостями їх обертань (на фігурі сітчато заштриховано) і по відповідності оптимуму ККД hсн.опт. сумісної роботи насосів приблизно середині подачі робочого поля АБСД визначають оптимальний вибір насосів. Після цього визначають робочі поля А1Б1С1Д1 кожного із насосів та їх робочі ККД hн.oпm.. Для оцінки стану або динаміки його зміни та необхідності ремонту системи водопостачання цим способом періодично через задані проміжки часу визначають у згаданий вище спосіб одну із граничних характеристик системи водопостачання і по величині її зміщення посередньо оцінюють стан або динаміку його зміни та необхідність ремонту системи водопостачання. Таким чином завдяки використанню фактичного значення коефіцієнта опору К системи водопостачання, який відповідає реальному на даний час стану системи водопостачання, для визначення фактичного добового робочого поля її характеристики запропонований спосіб на відміну від прототипу забезпечує високу точність оптимізації вибору насосів для насосних станцій системи водопостачання та зменшення їх енергоспоживання після технічного переобладнання та модернізації, а також після побудови нових систем водопостачання у порівнянні із проектом. Джерела інформації. 1. В.Я. Карелин. Насосы и насосные станции для водоснабжения и орошения. Издательство литературы по строительству. Москва - 1966. с.61...71. 2. Н.Н. Абрамов. Водоснабжение, Москва. Стройиздат. 1974. с.63, 474, 475. 8