Спосіб оптимізації режиму роботи електронасосних агрегатів при стійкій зміні водоспоживання

Спосіб оптимізації режиму роботи електронасосних агрегатів при стійкій зміні водоспоживання, при якому проводять діагностику енергоспоживання групи паралельно включених електронасосних агрегатів насосної станції, при цьому визначають величину тиску в магістральному трубопроводі при стійкому зміненому водоспоживанні, на підставі чого для зміни тиску і енергоспоживання здійснюють оптимізацію режимів роботи електронасосних агрегатів насосної станції, в процесі якої змінюють склад електронасосних агрегатів насосної станції шляхом повної або часткової їх заміни, який відрізняється тим, що визначену величину тиску Р2 в магістральному трубопроводі при стійкому зміненому водоспоживанні порівнюють з величиною нормального тиску Р1 в магістральному трубопроводі при нормальному водоспоживанні, і у разі стійкої зміни водоспоживання проводять повну або часткову заміну електродвигунів електронасосних агрегатів, для чого спочатку визначають число обертів вала n2, об/хв, замінюючих електродвигунів електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні за формулою 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до водопостачання, зокрема, до способів управління і регулювання режимами роботи електронасосних агрегатів насосних станцій, що здійснюють подачу води в магістральні трубопроводи систем водопостачання населених пунктів. Відомо, що регулювання продуктивності електронасосних агрегатів насосної станції може здійснюватися шляхом: - впливу на комунікаційну мережу методом дроселювання засувкою (наприклад, RU2230938C2, SU1028796A) - впливу на відцентровий насос методом повороту лопаток робочого колеса (наприклад, RU2150029C1) - впливу на привід відцентрового насоса методом зміни швидкості обертання робочого колеса одного або декількох насосів за допомогою частотних перетворювачів (наприклад, UA26658U, RU2334898C1) - зміни кількості (складу) електронасосних агрегатів, які працюють одночасно (наприклад, RU98100564A, RU200112513А) - обрізання робочих коліс одного або декількох відцентрових насосів (наприклад, RU2230938C2, RU2310792C1) - повної або часткової заміни складу насосного устаткування (наприклад, RU2230938C2). При цьому основними вимогами, які висуваються до способів управління і регулювання електронасосними агрегатами насосних станцій є: забезпечення заданого характеру зміни продуктивності і витрати, підтримка тиску на необхідному рівні, забезпечення надійності і високої економічності роботи насосної станції і системи водопостачання. Регулювання продуктивності електронасосних агрегатів насосної установки впливом на комунікаційну мережу зміною гідродинамічного опору трубопровідної системи за допомогою дросельної засувки (наприклад, RU2230938C2 SU1028796A) супроводжується значним зниженням коефіцієнта корисної дії механізму і наявністю непродуктивних втрат енергії. Регулювання продуктивності електронасосних агрегатів насосної установки впливом на відцентровий насос шляхом повороту лопаток робочого колеса (наприклад, RU2150029C1) направляючим апаратом забезпечує вищий коефіцієнт корисної дії, але суттєво ускладнює конструкцію і обслуговування установки. Регулювання продуктивності електронасосних агрегатів насосної установки методом зміни швидкості обертання робочого колеса одного або декількох насосів за допомогою частотних перетворювачів (наприклад, UA26658U, RU2334898C1) характеризується оперативністю і надійністю регулювання, але вимагає великих капітальних витрат на придбання, установку і використання частотних перетворювачів. Регулювання продуктивності електронасосних агрегатів насосної установки методом зміни кіль 41674 4 кості (складу) електронасосних агрегатів, які працюють одночасно (наприклад, RU98100564A, RU200112513A) вимагає включення до складу насосної станції великої кількості електронасосних агрегатів з різними характеристиками потужності (N), числа обертів (n), продуктивності (Q) і напору (Н) для того, щоб забезпечити ефективне регулювання параметрів середовища (тиск) в магістральному трубопроводі, що вимагає також великих капітальних витрат. Регулювання продуктивності електронасосних агрегатів насосної установки шляхом обрізання робочих коліс одного або декількох відцентрових насосів (наприклад, RU2230938C2, RU2310792C1) є простим способом зміни продуктивності електронасосних агрегатів, але безповоротно змінює (зменшує) геометричні розміри і технічні характеристики відцентрових насосів. Найбільш раціональним, простим, маловитратним і ефективним є спосіб регулювання продуктивності електронасосних агрегатів насосної установки повною або частковою заміною складу насосного устаткування (наприклад, RU2230938C2). З рівня техніки відомий найбільш близький за призначенням і кількістю загальних ознак спосіб оптимізації режиму роботи електронасосних агрегатів при стійкій зміні водоспоживання, при якому проводять діагностику енергоспоживання групи паралельно включених електронасосних агрегатів насосної станції, при цьому визначають величину тиску в магістральному трубопроводі при стійкому зміненому водоспоживанні, на підставі чого для зміни тиску і енергоспоживання здійснюють оптимізацію режимів роботи електронасосних агрегатів насосної станції, в процесі якої змінюють склад електронасосних агрегатів насосної станції шляхом повної або часткової їх заміни /«Способ регулировки работы системы лопастных нагнетателей при переменной нагрузке» RU2230938C2 (Николаев В.Г. (RU)) F04D15/00, 20.06.2004, найбільш близький аналог - прототип/. Недоліком відомого способу є неможливість точного визначення необхідного складу електронасосних агрегатів при стійкій зміні водоспоживання для нормалізації тиску в магістральному трубопроводі і оптимізації енергоспоживання. Пояснюється це тим, що спосіб не містить алгоритму виконання конкретних операцій і математичних виразів для оптимізації основних характеристик, параметрів і складу електронасосних агрегатів насосної станції шляхом повної або часткової заміни складу електронасосних агрегатів або електродвигунів при стійкій зміні водоспоживання в системі водопостачання, що не дозволяє забезпечити оптимальне енергоспоживання насосної станції. Технічною задачею, на вирішення якої направлена корисна модель, є створення способу, що містить сукупність операцій, які необхідно виконати, щоб точніше оптимізувати режим роботи електронасосних агрегатів і за допомогою математич 5 них виразів визначити їх основні технічні характеристики і склад при стійкій зміні водоспоживання в системі водопостачання. Технічний результат, який досягається при використанні пропонованого способу, полягає в забезпеченні оптимального енергоспоживання насосною станцією при стійкій зміні водоспоживання в системі водопостачання. Поставлена технічна задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в способі оптимізації режиму роботи електронасосних агрегатів при стійкій зміні водоспоживання, при якому проводять діагностику енергоспоживання групи паралельно включених електронасосних агрегатів насосної станції, при цьому визначають величину тиску в магістральному трубопроводі при стійкому зміненому водоспоживанні, на підставі чого для зміни тиску і енергоспоживання здійснюють оптимізацію режимів роботи електронасосних агрегатів насосної станції, в процесі якої змінюють склад електронасосних агрегатів насосної станції шляхом повної або часткової їх заміни, згідно корисної моделі, визначену величину тиску Р2 в магістральному трубопроводі при стійкому зниженому водоспоживанні порівнюють з величиною нормального тиску Р1 в магістральному трубопроводі при нормальному водоспоживанні, і у разі стійкої зміни водоспоживання проводять повну або часткову заміну електродвигунів електронасосних агрегатів, для чого спочатку визначають число обертів валу n2, об/хв, замінюючих електродвигунів електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні за формулою n2 = n1 (P1 P2 ) , (1) де n1 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, об/хв; Р1 - тиск в магістральному трубопроводі при нормальному водоспоживанні, кГ/см2; Р2 - тиск в магістральному трубопроводі при зміненому водоспоживанні, кГ/см2, за отриманим результатом n2 визначають напір Н2, м, електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні за формулою Н2=Н1·(n2/n1)2, (2) де Н1 - напір електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, м; n2 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні, об/хв; n1 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, об/хв, потім визначають продуктивність Q2, м3/час, електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні за формулою n Q 2 = Q1 2 n1 , (3) де Q1 - продуктивність електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, м /ч; n2 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні, об/хв; 41674 6 n1 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, об/хв, а потім визначають потужність N2, кВт,електродвигунів електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні за формулою k ⋅ λ ⋅ Q 2 ⋅ H2 N2 = 102 ⋅ 3600 ⋅ η , (4) де k - коефіцієнт запасу потужності електродвигуна електронасосного агрегату, k=1,1-1,15 λ - густина води, кг/м3 (λ=1000кг/м3); Q2 - продуктивність електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні, м3 /год; Н2 - напір електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні, м; 102 - перевідний коефіцієнт в кВт; 3600 - перевідний коефіцієнт годин в секунди; η - коефіцієнт корисної дії електронасосних агрегатів; η=0,8, після чого вибирають електродвигуни електронасосних агрегатів з найближчими стандартними значеннями потужності (N2) і числа обертів валу (n2), при установці яких будуть забезпечені оптимальні продуктивність (Q2), напір (Н2) і тиск (Р1) в магістральному трубопроводі системи водопостачання при стійкому зміненому водоспоживанні. Пропонований спосіб за рахунок приведеної логічної послідовності операцій, що містять математичні вирази, дозволяє об'єктивно і точніше визначати технічні характеристики [потужність (N2), число обертів валу (n2), продуктивність (Q2) і напір (Н2)] замінюючих (нових) електродвигунів електронасосних агрегатів насосної станції при стійкій зміні водоспоживання в магістральному трубопроводі системи водопостачання за допомогою згаданих формул (1), (2), (3) і (4). Надалі пропонований спосіб оптимізації режиму роботи електронасосних агрегатів насосної станції при стійкому зміненому водоспоживанні в магістральному трубопроводі системи водопостачання пояснюється прикладом конкретного виконання. Приклад розрахунку при пониженні водоспоживання. Населений пункт з розрахунковим водоспоживанням обслуговувала насосна станція, яка включала 2 електронасосних агрегати з електродвигунами потужністю N1=2000 кВт, числом обертів n1=750об/хв, продуктивністю Q1=6000 м3/год і напором Н1=94 м, кожен, які в магістральному трубопроводі системи водопостачання забезпечували величину нормального тиску Р1=5,1-5,39 кГ/см2. У зв'язку із закриттям декількох промислових підприємств в населеному пункті водоспоживання в магістральному трубопроводі системи водопостачання стійко зменшилося, тиск зріс, а енергоспоживання електронасосних агрегатів не змінилося. Оптимізація режиму роботи електронасосних агрегатів, у зв'язку з пониженням водоспоживання, полягає у виконанні наступних операцій: 7 а) у визначенні величини тиску в магістральному трубопроводі, при стійкому зниженому водоспоживанні, яке, в даному прикладі, зросло до значень Р2=8-9 кГ/см2, що може привести до аварійної ситуації; б) у зниженні тиску і енергоспоживання електронасосних агрегатів насосної станції, шляхом зміни складу електронасосних агрегатів насосної станції за рахунок повної або часткової заміни електродвигунів з меншою потужністю і числом обертів, що приводить до зміни продуктивності, і напору електронасосних агрегатів і насосної станції в цілому. Застосовують пропонований спосіб оптимізації режиму роботи електронасосних агрегатів в наступній послідовності: 1) визначену величину тиску Р2=8-9 кГ/см2 в магістральному трубопроводі при стійкому зниженому водоспоживанні порівнюють з величиной 2 тиску Р1=5,1-5,3 кГ/см в магістральному трубопроводі при нормальному водоспоживанні, на підставі чого, надалі за допомогою математичних виразів - формул (1), (2), (3) і (4) визначають основні технічні характеристики, зокрема: число обертів валу (n2) і потужність (N2) електродвигунів, напір (Н2) і продуктивність (Q2) електронасосних агрегатів при зниженому водоспоживанні. Спочатку визначають число обертів п2, об/хв, замінюючих електродвигунів електронасосних агрегатів при зниженому водоспоживанні за формулою n2 = n1 (P1 P2 ) , (1) де n1 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, об/хв; n1=750 об/хв; Р1 - тиск в магістральному трубопроводі при нормальному водоспоживанні, кГ/см2; Р1=5,1 2 кг/см ; Р2 - тиск в магістральному трубопроводі при 2 2 зміненому водоспоживанні, кГ/см , Р2=8 кг/см ; n2 = 750 (5,1 8) = 598 об хв . По отриманому результату п2=598об/хв визначають напір Н2, м, електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні за формулою 2 Н2=Н1·(n2/n1) , (2) де Н1 - напір електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, м; Н1=94 м; n2 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні, об/хв; n2=598 об/хв; n1 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, об/хв, n1=750 об/хв; 2 Н2=92·(598/750) =58,48 м. Потім визначають продуктивність Q2, м3/год, електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні за формулою 41674 8 n2 n1 , (3) де Q1 - продуктивність електронасосних агре3 гатів при нормальному водоспоживанні, м /год; 3 Q1=6000 м /год; n2 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні, об/хв, n2=598 об/хв; n1 - число обертів валу електродвигунів електронасосних агрегатів при нормальному водоспоживанні, об/хв, n1=750 об/хв; Q2=6000·598/750=4784 м3/год. А потім визначають потужність N2, кВт, електронасосних агрегатів при зниженому водоспоживанні за формулою k ⋅ λ ⋅ Q 2 ⋅ H2 N2 = 102 ⋅ 3600 ⋅ η , (4) Q 2 = Q1 де k - коефіцієнт запасу потужності електродвигуна електронасосного агрегату; k=1,1-1,15, λ - густина води, кг/м3, λ=1000 кг/м3); Q2 - продуктивність електронасосних агрегатів 3 при зниженому водоспоживанні, м /год; Q2=4784 м3/год; Н2 - напір електронасосних агрегатів при зниженому водоспоживанні, м; Н2=58,48 м; 102 - перевідний коефіцієнт в кВт; 3600 - перевідний коефіцієнт годин в секунди; η - коефіцієнт корисної дії електронасосних агрегатів; η=0,8; 1,1 ⋅ 1000 ⋅ 4784 ⋅ 58,48 N2 = = 1047 кВт 102 ⋅ 3600 ⋅ 0,8 . 2) Після проведення математичних розрахунків по формулах (1), (2), (3) і (4) підбирають електродвигуни до електронасосних агрегатів з найближчими стандартними значеннями потужності N2=1000 кВт, з числом обертів валу n2=600 об/хв, які після установки на електронасосні агрегати забезпечать значення продуктивності Q2=4800 м3/год і напору Н2=60 м електронасосних агрегатів при зміненому водоспоживанні а також оптимальний тиск Р1=5,1-5,3 кГ/см2 в магістральному трубопроводі при стійкому зниженому водоспоживанні. Приведені відомості, підтверджують, що запропонованим способом за допомогою математичних виразів можна точніше визначати основні технічні характеристики і склад замінюючих (нових) електродвигунів електронасосних агрегатів насосної станції при стійкому зміненому водоспоживанні в магістральному трубопроводі системи водопостачання для нормалізації тиску і забезпечення оптимального енергоспоживання. Спосіб знайде широке застосування при управлінні і регулюванні режимами роботи і оптимізації параметрів і складу електроприводу електронасосних агрегатів насосних станцій, що здійснюють подачу води в магістральні трубопроводи систем водопостачання населених пунктів із стійкою зміною водоспоживання. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 41674 Підписне 10 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