Спосіб оптимізації режиму експлуатації системи водопостачання

1. Спосіб оптимізації режиму експлуатації системи водопостачання, що містить насосну станцію та мережу, які обладнані регулюючим її режим пристроєм та приладами контролю параметрів, наприклад витратоміром, манометром або датчиком тиску, що полягає у регулюванні режиму її експлуатації по визначальному для системи параметру, який відрізняється тим, що регулювання режиму експлуатації системи водопостачання в період незначного або практично відсутнього водовідбору із неї споживачами, наприклад в нічний період, здійснюють відносно замірюваного манометром або датчиком тиску в мережі після регулюючого пристрою напору Нм.рек , близького до датковий насос з подачею і напором, що найбільш відповідають потрібним в період незначного або практично відсутнього водовідбору із мережі споживачами, наприклад в нічний період. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при регулюванні режиму експлуатації системи водопостачання засувкою по різниці між напором Н насосів насосної станції, який визначають по їх характеристиці H = f (Q) або по манометру перед статичного напору насосної станції теристиці витоків Qвит = К Нм , дорівнюють подачі Qд в денний період, тобто Qкор.д = 0 , то цю подачу і відповідну їй характери стику мережі Hм = f (Q) вважають критичними, а мережу - зношеною і такою, що підлягає ремонту або заміні. Корисна модель відноситься до водопостачання, зокрема до водопровідних мереж для питної води або господарських потреб, міських або подібних їм водопровідних мереж та техніки їх контролю і управління, і може бути використана для зменшення витрат енергії та води при їх експлуатації, тобто з метою ресурсозбереження. Відомий спосіб оптимізації режиму експлуатації системи водопостачання, що має насосну станцію та мережу, які обладнані регулюючим її режи мом пристроєм та приладами контролю параметрів, наприклад витратоміром, манометром і т.п., що полягає у регулюванні режиму її експлуатації по визначальному для системи параметру. Таким визначеним параметром для цієї відомої системи є режим витрати води споживачами, а регулюючим режим пристроєм - водонапірна башта, контррезервуар або засувка [1]. Але через велику вартість та незручність будування водонапірних башт та контррезервуарів, особливо в великих (19) UA (11) Нм.рек ³ Нст , при якому ґрунтові води в мережу через крізні пошкодження в ній не попадають, а витоки із мережі, що визначають по характеристиQ ці Qвит = К Нм при К = в робочому режимі, Нм мінімально можливі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на насосній станції передбачають пристрій регулювання швидкості обертів окремих насосів або до U денний період. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що, якщо витоки із мережі при виключеному пристрої регулювання її режиму, які визначають по харак (13) на її початку, тобто Qвит.д в денний період - корисну подачу Qкор.д в 41419 Нст засувкою, та напором Нм у мережі за засувкою при поточній подачі, визначають витрату напору DН у засувці, а по різниці подачі Q д та витоків 3 та густозабудованих містах, та через їх недостатню надійність по корозійній стійкості використовують також спосіб оптимізації управління регіональною системою водопостачання, в якому управління режимом експлуатації системою водопостачання виконують за допомогою одного датчика тиску по одному визначальному для системи параметру - вільному напору у найвищій точці мережі, який найбільш характеризує забезпеченість усіх споживачів водою [2], а датчик тиску при цьому управляє регулюючим режим системи пристроєм, наприклад, як правило, електрозасувкою [1]. Загальним недоліком відомих способів оптимізації режиму експлуатації системи водопостачання є те, що вони не враховують наявність витоків через пошкодження в мережах, які неминуче виникають і прогресують в них з часом, призводячи до значних неврахованих витрат води і потужності. Ці витрати можуть бути розмірні з подачею води в систему та витратою потужності на це, особливо в нічний час, коли водовідбір споживачами із системи незначний або практично відсутній. На практиці це часто проявляється відсутністю балансу між вартістю поданої води в систему і сплаченою споживачами вартістю послуг за одержану ними воду. В основу корисної моделі поставлено задачу: спосіб оптимізації режиму експлуатації системи водопостачання шляхом визначення витоків із її мережі та урахування їх при регулюванні режиму експлуатації системи максимально можливо зменшити витрати води на витоки та електроенергії на її подачу. Зазначена мета досягається тим, що при здійснювані способу оптимізації режиму експлуатації системи водопостачання, що має насосну станцію та мережу, які обладнані регулюючим її режим пристроєм та приладами контролю параметрів, наприклад витратоміром, манометром і т.п., який полягає у регулюванні режиму її експлуатації по визначальному для системи параметру, регулювання цього режиму в період незначного або практично відсутнього водовідбору із неї споживачами, наприклад в нічний період, здійснюють відносно заміряємого манометром або датчиком тиску в мережі після регулюючого режим пристрою напору Нм, близькому до статичного напору Нст на її початку, при якому ґрунтові води в мережу через крізні пошкодження в ній не попадають, а витоки із мережі, що визначаються по характеристиці Qвит= К Нм при К = Q / Нм в робочому режимі, мінімально можливі. Для регулювання режиму експлуатації системи водопостачання пристроєм на її насосній станції його можуть виконувати у вигляді пристрою регулювання швидкості обертів окремих насосів, наприклад електроперетворювача частоти струму їх електроприводів, або у вигляді додаткового насоса з подачею і напором, що найбільш відповідають потрібним в період незначного або практично відсутнього водовідбору із мережі споживачами, наприклад в нічний період. Якщо регулювання режиму експлуатації системи водопостачання здійснюють засувкою, що найчастіше має місце, то по різниці між напором Н насосів насосної станції, який визначають по їх 41419 4 характеристиці H=f(Q) або по манометру перед засувкою, та напором Нм у мережі на її початку при поточній подачі визначають витрату напору ΔН у засувці. Якщо витоки із мережі при виключених пристроях регулювання її режиму, які визначають по характеристиці витоків Qвит = К Нм , дорівнюють в денний період подачі насосної станції, то цю подачу і відповідну їй характеристику мережі Ом=f(Hм) вважають критичними, а мережу - зношеною і такою, що підлягає ремонту або заміні. Ця сукупність нових суттєвих ознак, що полягають у регулюванні режиму експлуатації системи водопостачання по напору у її мережі, близькому до статичного напору в ній, у використанні для цього як регулюючих режим пристроїв перетворювача частоти струму та швидкості обертів окремих насосів або додаткового, відповідного по параметрам режиму системи, насоса, а також у можливості по характеристиці насосів та напору в мережі визначити витрату напору у регулюючий засувці, а по рівності витоків і подачі насосної станції оцінити її стан, у взаємодії з відомою загальною ознакою, що полягає у регулюванні режиму експлуатації системи водопостачання по визначальному для неї параметру, дозволяє суттєво зменшити витоки із мережі і відповідно подачу води в систему та споживану її насосами потужність в нічний період, а також дозволяє визначити та своєчасно усунути її критичний стан. Це оптимізує не тільки поточний добовий режим експлуатації системи водопостачання, а і довготривалість її експлуатації. На Фіг. показані характеристики, по яким виконують оптимізацію режиму експлуатації системи водопостачання, на прикладі системи водопостачання із насосною станцією в камері №31 Лєдновських резервуарів м.Харкова, де робочим насосом є занурювальний електронасос типу S 181 D/3* фірми SAER (Італія). Система характерна тим, що вона забезпечує водопостачання житлового масиву, де промислових підприємств, які могли б працювати в нічний період немає. Тому можна вважати з певною і достатньою для практичних цілей точністю, що в нічний період, особливо восени або взимку, водовідбір із системи або відсутній і вся вода, яку подає насосна станція в систему витрачається на витоки через пошкодження в ній, або частина її витрачається на корисну подачу, наприклад на змив туалетів. На Фіг. крива 1 - паспортна характеристика насоса H=f(Q), криві 2 та 3 - характеристики мережі системи водопостачання Hмд=Hст+KмдQд2 в денний та Hмн=Hст+KмнQн2 в нічний періоди відповідно без регулювання режиму засувкою; 4 - поточна характеристика мережі з регулюванням режиму експлуатації системи засувкою шляхом її прикриття до точки В характеристики. Крутизна цих характеристик залежить від витоків із мережі, її стану, включаючи загальну площу її крізних пошкоджень, та від стану закриття регулюючої засувки, яка установлена на початку мережі. Крива 5 - характеристика мережі Hм.peк=Hcт+Kм.рекQрек2, що рекомендується для зменшення витоків та споживаної потужності. Крива 6 - характеристика витоків Qвит = К вит Нм із мережі 5 внаслідок її пошкоджень. Очевидно, що в нічний період в новій мережі, в якій відсутні крізні пошкодження, характеристика 5 знаходилась би на відстані Qвит від осі Н, а характеристика 6 співпадала б з нею. Крива 7 - характеристика Hрек=f(Q) рекомендованого на нічний період насоса, криві 8 та 9 характеристики споживаної потужності відповідно робочим N=f(Q) та рекомендованим Nрек=f(Q) на нічний період насосами. Спосіб здійснюють наступним чином. Витратоміром на насосній станції визначають подачу в денний Qд та в нічний Qн (бажано восени або взимку) періоди роботи системи водопостачання. Наносять їх на паспортну характеристику 1 насоса і по точкам А та Б визначають напори насоса в денний та нічний період його роботи. Можна також визначити ці напори манометром (якщо система обладнана ним), який установлений до регулюючої засувки на насосній станції. Розглядаючи умовно мережу як трубу із еквівалентними їй пошкодженнями, і, знаючи по різниці геодезичних відміток найвищої точки мережі та насосної станції величину статичного напору Нст, із формули для характеристики мережі H=Hcт+KQ2 [3] визначають фактичні на даний час коефіцієнти її опору Км в денний та нічний періоди: Нд - Нст К мд = Q д2 К мн = Нн - Нст Qн 2 Потім, підставляючи у приведену вище формулу для характеристики мережі значення Нст, Кмд, Кмн та Q розраховують і наносять на поле Q-H паспортної характеристики насоса характеристики 2 та 3 мережі в денний та нічний періоди відповідно. Після цього, використовуючи формулу для витоків із отворів Qвит = mw 2q Нм [4] і приймаючи в ній Qвит=Qн або Qвит=Qн-Qкор.н. та mw 2q = К вит із формули Qвит = К вит Нм по визначеному манометром напору Нм у мережі та по величині витоків Qвит Q вит . При визнають коефіцієнт витоків К вит = Нм цьому величину Qвит прирівнюють до заміряної витратоміром подачі Qн в нічний період, якщо водовідбір із мережі відсутній, або від заміряної витратоміром величини Qн віднімають корисну подачу Qкop.н в нічний період, яка відома із звітних даних підприємств по їх нічному водоспоживанню (якщо такі підприємства є серед водоспоживачів системи) та із приблизної витрати води на користування туалетами в житлових будинках їх мешканцями. Цю останню витрату можна розрахувати, виходячи із приблизної кількості населення, яку обслуговує система водопостачання, приблизної її частини, що користується туалетами в нічний період, та відомої ємності туалетного змивного бачка. Якщо житловий масив, в який система постачає воду і сама система водопостачання з початку її функціонування суттєво не розвивались, то більш точно корисну витрату води Qн.кор можна 41419 6 визначити по комп'ютерній базі даних як подачу системи водопостачання при тому ж напорі в мережі Нм в нічний період в перші роки її функціонування, коли вона не мала крізних пошкоджень. Як правило для систем водопостачання із чавунних труб - це складає приблизно 30 років, а із сталі 10 років. Підставляючи одержане значення Qвит та величини напорів в мережі Нм у вище приведену формулу для Qвит розраховують і наносять на те ж поле Q-H характеристику витоків 6. Вона починається від 0 і проходить через точку Д, яка визначається подачою QH-Qкop.н та напором Нм.н в мережі. Далі, маючи характеристику витоків 6 і виходячи із того, що для того, що в мережу через крізні пошкодження в ній не повинні попадати забруднені ґрунтові води і тому в ній повинна знаходитись чиста вода під тиском, не меншим ніж статичний напір Нcт, тобто Нм.рек≥Нст, по точці Е, що відповідає цьому напору і подачі Qрек=Qвит.рек+Qкор.рек, визначають оптимальний режим роботи робочого насоса. Для забезпечення мінімальних витоків Qвит.рек напір робочого насоса, що визначається точкою К, гасять засувкою на величину ΔНзас.рек до величини Нм.рек≥Нст. При цьому споживана потужність робочого насоса визначається точкою Ж на характеристиці його потужності 8 і вона менша ніж дійсна споживана потужність в нічний період (точка Г). Тобто рекомендуєме регулювання режиму експлуатації системи засувкою по напору в мережі Нм.рек≥Нст зменшує як витоки із неї, так і споживану робочим насосом потужність. Але більш доцільно регулювати режим експлуатації пристроєм регулювання швидкості обертів насоса, наприклад, електроперетворювачем частоти струму привода насоса, якщо його межі регулювання дозволяють зменшувати швидкість обертів насоса до необхідної, або передбаченням на насосній станції додаткового насоса з подачею і напором, що найбільш відповідають потрібним в нічний період (характеристики 7 - Hpeк=f(Q) та потужності 9 - Npeк=f(Q). У цьому випадку при тих же мінімальних витоках Qвит.рек. споживана насосом потужність значно менша (точка 3). Крім визначення режиму експлуатації по різниці напорів насоса (наприклад, точка Б) та напору в мережі (наприклад точка В) визначають витрати напору ΔНзас.н у регулюючій засувці, а по різниці подачі Qд та витоків Qвит.д в денний період - корисну подачу Qкор.д в денний період. Якщо ж витоки із мережі при виключеному пристрою регулювання її режиму, які визначають по характеристиці витоків 6, дорівнюють подачі насосної станції Qд в денний період, тобто Qкоp.д.=0, то цю подачу і відповідну їй характеристику мережі Qм=f(H), вважають критичними, а мережу - зношеною і такою, що підлягає ремонту або заміні. Таким чином, якщо запропонованим способом побудувати такі характеристики для кожної окремої регіональної системи водопостачання і забезпечити ними їх насосні станції, то користуючись ними, легко оптимізувати режими та довготривалість експлуатації цих систем і за рахунок цього суттєво зменшити витрати води та споживаної потужності при їх експлуатації. Джерела інформації: 7 41419 1. Г.И. Николадзе. Водоснабжение. Москва. Стройиздат. 1979. с.25...32, 64. 2. Деклараційний патент України №43083 A, кл. F16L7/02, F17D5/02. 15.11.2001. Бюл. №10. Комп’ютерна верстка А. Рябко 8 3. Н.Н. Абрамов. Водоснабжение. Москва. Стройиздат. 1974. с.63. 4. В.А. Большаков и др. Справочник по гидравлике. Киев. Головное издательство издательского объединения «Вища школа» 1984. с.50. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601