Пристрій керування кавітаційними процесами в насосному комплексі

Реферат: Пристрій керування кавітаційними процесами в насосному комплексі включає насосний агрегат з асинхронним електродвигуном на одному валу, пристрій для відводу повітря у напірному трубопроводі насосного комплексу. Він додатково обладнаний ресивером, регулювальним клапаном з виконавчим механізмом, датчиком тиску, повітряною турбіною, електричним генератором, пристроєм сполучення генератора з енергомережею, системою керування. UA 68692 U (54) ПРИСТРІЙ КЕРУВАННЯ КАВІТАЦІЙНИМИ ПРОЦЕСАМИ В НАСОСНОМУ КОМПЛЕКСІ UA 68692 U UA 68692 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до електромеханіки та може бути використана в системах контролю та керування насосними комплексами (НК) комунального й промислового водопостачання, що характеризуються виникненням кавітаційних процесів у насосних агрегатах і трубопроводі, які супроводжується ростом непродуктивних втрат енергії (до 20-30 %) у гідротранспортній системі. Відомий пристрій керування кавітаційними процесами в НК, що базується на використанні вакуумного насоса в місцях найбільшого накопичення кавітаційних каверн [Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей ВУЗов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - С. 401-404]. Ознаки, що збігаються з істотними ознаками пристрою, який заявляється: використання пристрою для випуску газу з потоку рідини. Недоліком даного пристрою є необхідність додаткової установки вакуумного насосного агрегату, що приводить до збільшення встановленої потужності насосної станції та, відповідно, росту енергетичних затрат на транспортування рідини. Відомий пристрій, що реалізує спосіб керування кавітаційними процесами в НК, що включає насосний агрегат з асинхронним електродвигуном на одному валу, трубопровідну мережу з першим датчиком тиску, автоматичний клапан для відводу повітря у напірному трубопроводі насосного комплексу [Способ получения энергии, устройство для ее получения и система управления устройством. Корсаков А.И. Патент РФ №2280823]. Ознаки, що збігаються з істотними ознаками пристрою, який заявляється: використання в насосному комплексі пристрою для автоматичного виводу газу з потоку рідини. Недоліком пристрою є непродуктивне використання парогазової суміші. Зазначений пристрій вибраний як прототип пристрою, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою керування кавітаційними процесами в гідромережі насосного комплексу, що дозволить зменшити непродуктивні втрати енергії при транспортуванні рідини шляхом виводу парогазової суміші з потоку рідини з одночасною рекуперацією її енергії в електричну енергію. Зазначений технічний результат досягається тим, що в напірному трубопроводі насосної установки встановлюється пристрій для відводу парогазової суміші з потоку рідини через ресивер, обладнаний регульованим клапаном, на вхід повітряної турбіни з електричним генератором на одному валу. Установка пристрою стравлення повітря виконується в місцях найбільшого накопичення парогазової суміші кавітаційних каверн. Сутність корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 зображена - блок-схема насосної установки із системою керування кавітаційними процесами в трубопроводі, на якій прийняті позначення: 1 - насосний агрегат; 2 - асинхронний електродвигун; 3 - пристрій для відводу повітря; 4 - ресивер; 5 - датчик тиску; 6 - система керування регулювальним клапаном; 7 - виконавчий механізм; 8 - регулювальний клапан; 9 - повітряна турбіна; 10 - електричний генератор; 11 - пристрій сполучення генератора з енергомережею; на Фіг.2 наведено - алгоритм роботи пристрою керування кавітаційними процесами. Пристрій керування кавітаційними процесами в насосному комплексі (Фіг.1), що включає насосний агрегат 1 з асинхронним електродвигуном 2 на одному валу, пристрій для відводу повітря 3 у напірному трубопроводі насосного комплексу, ресивер 4, регулювальний клапан 8 з виконавчим механізмом 7, другий датчик тиску 5, повітряну турбіну 9, електричний генератор 10, пристрій сполучення генератора з енергомережею 11, систему керування 6, причому вихід автоматичного клапану для відводу повітря 3 з'єднаний із входом ресивера 4, вихід якого підключений до входу регулювального клапана 8, з'єднаного із входом повітряної турбіни 9, установленої на одному валу з електричним генератором 10, вихід якого підключений до входу пристрою сполучення генератора з енергомережею 11, вихід 5 датчиків тиску з'єднано з входом системи керування 6, вихід якої підключено до виконавчого механізму регулювального клапана 8. Пристрій працює наступним чином. Система керування кавітаційними процесами в насосному комплексі при рівності тиску pm в ресивері максимально припустимому значенню тиску pмакс.р , обумовленому пропускною здатністю автоматичного клапану для відводу повітря, формує сигнал керування U y , відповідний до максимального ступеня відкриття   10 , 55 регулювального клапана та максимальним значенням тиску pвх.m  pm , витрати газу Qвх.m на вході повітряної турбіни й потужності електричного генератора: р Q (1) Nг  вх.m вх.m , г 1 UA 68692 U де г - коефіцієнт корисної дії генератора. Якщо тиск pm у ресивері менше мінімально припустимого значення рмін.р , величина якого визначається необхідним тиском на вході повітряної турбіни, формують сигнал керування U y 5 на повне закриття регулювального клапана, що відповідає мінімальному ступеню його відкриття 0. За умови рмін.р  рm  pмакс.р (Фіг.2) визначають поточне значення витрати повітря через турбіну: Qm.i  p 0  p m , Rm (2) та формують сигнал керування U y на регулювальний клапан, що відповідає ступеню відкриття: i  10 ab  cC d , (3) d b  C де p 0 - тиск неробочого ходу повітряної турбіни; Rm - внутрішній опір турбіни; a,b, c, d - коефіцієнти апроксимації паспортної характеристики регулювального клапана; Qm.i - пропускна здатність клапана; C  Qмакс Qмакс - максимальна витрата повітря через регулювальний клапан, і визначають потужність 15 електричного генератора Nг.і  р2Qm.і . г Потужність, що розвивається парогазовою сумішшю, визначають згідно виразу виду, Вт: Nкав  рQкав , (4) де р - тиск у трубопроводі, Па; 3 20 25 Qкав - витрата парогазової суміші, м /с. При виборі пристрою для відводу повітря враховують максимальне значення витрати парогазової суміші, що є в потоці рідини насосного комплексу. Як пристрій для відводу повітря може бути використано обладнання, що серійно випускаються промисловістю автоматичний 3 клапан для відводу повітря з максимально можливою витратою газу 8,1 м /год. або сепаратор, з 3 можливою витратою газу більше 100 м /год. При виборі повітряної турбіни необхідно враховувати: - мінімальна потужність турбіни Nтур.мін повинна дорівнювати мінімальній потужності парогазової суміші Nкав.мін ; - максимальна потужність повітряної турбіни Nтур.макс повинна дорівнювати максимальній 30 35 потужності парогазової суміші Nкав.макс ; - продуктивність повітряної турбіни повинна лежати в діапазоні зміни витрати парогазової суміші Qкав . Як повітряну турбіну доцільно використовувати робоче колесо вентиляторів осьового типу. Визначення обсягу ресивера базується на значенні витрати парогазової суміші Qкав , максимального ррес . макс й мінімального ррес . мін значень тиску в ресивері, а також часу t , необхідного для досягнення робочого тиску. З урахуванням цього обсяг ресивера визначається 3 відповідно до виразу, м : Qкавратм t , Vрес  (5) pрес . макс pрес . мін де ратм - значення атмосферного тиску, Па. Розглянемо кавітаційні режими роботи насосного комплексу з параметрами: напір H  38 м , подача Q  0,188 м3 / с , споживана потужність насосу 2 N  148 кВт , температура рідини UA 68692 U T  26 C , тиск насичених пар pn  3361,06 Па , діаметр трубопроводу d  0,4 м , щільність рідини   1000 кг / м3 , критичне число кавітації напірного патрубка насоса кр  700 . При тиску в трубопроводі рмакс  372780 Па та у ресивері ррес .макс  200000 Па , продуктивності 5 Qмакс  0,188 м3 / с , витрата та потужність парогазової суміші складуть Qкав.макс  0,047 м3 / с та Nкав.макс  9,4 кВт , відповідно. При тиску рмін  176666 Па й продуктивності Qмін  0,12 м3 / с , витрата парогазової суміші складе Qкав.мін  0,03 м3 / с . Тоді значення потужності парогазової суміші при тиску в ресивері ррес . мін  100000 Па буде дорівнювати Nкав.мін  3 кВт . 10 15 20 Для розглянутого насосного комплексу як пристрою для відводу повітря доцільно 3 використовувати сепаратор Flamcovent 400 F типу вода-газ із продуктивністю 400 м /год. Як система повітряна турбіна-генератор може бути використаний вентилятор осьового типу 12В-2 та електричний генератор на базі машини постійного або змінного струму. Обсяг ресиверу з 3 урахуванням часу його заповнення t  10 c парогазовою сумішшю складе 0,47 м . Тоді як ресивер може бути використаний повітрозбірник типу V500 11В ZINC. Для дистанційного керування потоком парогазового середовища на вході повітряної турбіни доцільно використовувати електромагнітний клапан РУ16. Запропонований пристрій керування дозволяє підвищити енергоефективність функціонування насосного комплексу шляхом зниження втрат енергії, обумовлених наявністю кавітаційних процесів у трубопроводі. При цьому потужність рекуперації може досягати 25 % потужності потоку рідини. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Пристрій керування кавітаційними процесами в насосному комплексі, що включає насосний агрегат з асинхронним електродвигуном на одному валу, пристрій для відводу повітря у напірному трубопроводі насосного комплексу, який відрізняється тим, що він додатково обладнаний ресивером, регулювальним клапаном з виконавчим механізмом, датчиком тиску, повітряною турбіною, електричним генератором, пристроєм сполучення генератора з енергомережею, системою керування, причому вихід пристрою для відводу повітря з'єднаний із входом ресивера, вихід якого підключений до входу регулювального клапана, з'єднаного із входом повітряної турбіни, установленої на одному валу з електричним генератором, вихід якого підключений до входу пристрою сполучення генератора з енергомережею, вихід датчика тиску з'єднано зі входом системи керування, вихід якої підключено до виконавчого механізму регулювального клапана. 3 UA 68692 U 4 UA 68692 U Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5