Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Системы водоподачи, как объект управления 16
1.1 Основные технологические схемы 17
1.2 Теоретическая и реальная характеристики ПНС 20
1.3 Регулируемые величины и возмущающие воздействия 24
1.4 Принципы автоматического регулирования ПНС 27
1.5. Способы реализации регулирующих воздействий 30
1.6. Технические требования к ПНС как объекту управления 33
1.7. Выводы 44
Глава 2 Характеристики основных элементов системы водоподачи 45
2.1 Описание напорно - расходных характеристик насосных установок 45
2.2. Описание механической характеристики насоса 53
2.3. Ограничения, накладываемые на работу насоса 61
2.4. Уравнения переходных процессов в насосе 65
2.5. Определение необходимого ускорения электропривода при включении дождевальной машины 68
2.6. Гидравлические характеристики запорно-регулирующих органов 69
2.7. Оценка способов плавного регулирования подачи насосных агрегатов 77
2.8. Выводы 83
Глава 3 Математическое моделирование системы водоподачи 85
3.1. Приведение реального трубопровода к эквивалентному ООТ 85
3.2. Математическое описание ООТ 89
3.3. Выбор длины расчетного участка трубопровода 98
3.4. Математическая модель напорной сети 102
3.5. Математическая модель водоподающего узла 109
3.5.1. Уравнения водоподающего узла 109
3.5.2. Уравнения насосной станции 111
3.5.3. Модель водоподающего узла 116
3.6. Выводы 122
Глава 4 Оптимальное управление системой водоподачи 124
4.1. Описание объекта управления 124
4.2 Оптимизация режимов работы ПНС с регулируемыми насосными 131
4.2.1. Режим заполнения пустой или частично опорожненной напорной сети 132
4.2.2. Дежурный режим 134
4.2.3. Режим повышения давления в сети до рабочего уровня 135
4.2.4. Основной режим работы 139
4.2.5. Режим снижения напора в сети 140
4.3. Гидравлические и энергетические характеристики ПНС при регулировании угловой скорости рабочих колес нескольких насосных агрегатов одновременно 141
4.4. Выводы 145
Глава 5 Опытно - экспериментальное исследование режимов работы напорных оросительных систем 147
5.1. Модель напорной системы водоподачи 147
5.2. Построение системы управления ПНС 159
5.2.1. Режимы работы напорной оросительной системы 159
5.2.2. Особенности работы регулируемого Н.А. в режиме стабилизации давления в напорном коллекторе ПНС 163
5.3. Технологические требования к системе управления ПНС 166
5.4. Структурная схема системы управления 167
5.5. Результаты моделирования 171
5.6. Выводы 178
Заключение 180
Литература 182
Приложение 189
Акты внедрения 190
- Технические требования к ПНС как объекту управления
- Приведение реального трубопровода к эквивалентному ООТ
- Описание объекта управления
- Модель напорной системы водоподачи
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из важнейших направлений в современном промышленном, городском и сельскохозяйственном водоснабжении является применение энерго - и ресурсосберегающих технологий и соблюдение более жестких требований к качеству и точности регулирования технологических параметров До 25% вырабатываемой в стране электрической энергии потребляется насосными установками что обуславливает важность задачи повышения эффективности работы электрооборудования этих механизмов Доля подкачивающих насосньж станций (ПНС) в современных оросительных системах составляет 90-95 % от общего количества насосньж станций на системе, а их энергопотребление достигает (70-80)% общего энергопотребления системы Известно достаточно эффективное решение проблемы энергосбережения за счет применения регулируемых электроприводов (РЭП) Существующие разработки, связанные с применением РЭП касались в основном систем промышленного и коммунального водоснабжения Наиболее известны работы Онищенко Г Б, Лезнова Б С , Поздеева А Д , Попова В С , Контаутаса Р К , Рыбицкого Л С Острирова В Н, Зюзева А М и др К сожалению, в этих работах не отражена специфика работы закрытых оросительных систем (ЗОС) Работы, рассматривающие применение РЭП в оросительных системах водоснабжения велись Субботиным М А Евдокимовым Б Ф , Маранцем Е А , Дмитриенко Ю А и другими Однако в этих работах рассматривались в основном способы повышения эффективности отдельных узлов систем водоподачи Взаимное влияние отдельных элементов водоподачи друг на друга учитывалось при этом только в статических режимах работы Кроме того существующие способы управления, основанные на предварительном расчете и последующем задании режимов водоподачи, не способны обеспечить качественное регулирование с учетом динамических процессов в напорных сетях Существенным элементом, влияющим на
эффективность систем водоподачи, являются напорные трубопроводы Аварии, возникающие на магистральном трубопроводе, приводят не только к необходимости проведения восстановительных работ, но и прямым потерям урожая за счет вытаптывания, а также косвенным потерям за счет недополива Вопросам изучения движения жидкости в напорных трубопроводах посвящены работы Мошнина Л Ф , Вишневского К П, Рожкова А Н , Рожнова В А и других авторов Среди работ зарубежных авторов следует отметить работы Б Болмана, Д Салимбени, С Сана, Д Фокса, Р Хилла и других Вопросам технологии работы закрытых оросительных систем посвящены работы ряда авторов, среди которых Бочкарев Я В Авдеев А И Ганкин М Э , Коваленко Б Г , Маковский Э Э , Закусилов Н А , Крушель Е Г Чалый Б И , Шевченко А В и другие
Основным элементом закрытых оросительных систем, определяющим качественную и количественные стороны водоподачи являются подкачивающие насосные станции Насосные станции являются энергоемкими инженерными сооружениями от эффективности которых зависят удельные затраты на единицу сельскохозяйственной продукции Следовательно, эта проблема, кроме технико-экономических аспектов, имеет важное социальное значение Поэтому задача разработки и развития эффективных способов управления режимами водоподачи ПНС оросительных систем является весьма актуальной В работе учтены результаты исследований ученьж и специалистов, работавших в области коммунального, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения Целью диссертационной работы является разработка способов и устройств управления системой водоподачи обеспечивающей устойчивую и экономичную работу комплекса насосного, гидромеханического, электротехнического оборудования в системе "ПНС - напорная сеть - потребители" Достижение поставленной цели потребовало 1 Классифицировать технологические режимы оросительных насосных станций, определить границы существования режимов и условия взаимного
перехода одного режима в другой Сформулировать, систематизировать и научно обосновать технические требования к технологическим режимам работы и к ПНС в целом, как объекту управления
-
Разработать математическое описание модели центробежного насоса, характеризующее его поведение в динамических режимах работы
-
Разработать математическую модель насосной станции, поливных устройств (поливные гидранты, дождевальные машины), напорного трубопровода и другого гидромеханического оборудования для получения качественной и количественной оценки статических и динамических процессов подачи воды
-
Разработать энерго и ресурсосберегающие способы и системы управления насосными станциями, работающими на закрытую оросительную сеть
-
Формализовать условия существования различных режимов работы насосных установок и описать условия перехода одного режима в другой с соблюдением минимально возможного энергопотребления
-
Исследовать разработанные способы и устройства управления системой водоподачи на математических моделях и в натурных условиях
Методика проведения исследований. Теоретические выводы работы основываются на использовании теории импульсных систем и классической гидравлики с использованием дифференциальных уравнений В работе используются имитационное моделирование на цифровых и аналоговых ЭВМ Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях на действующих насосных станциях оросительных систем и дублировались на математической модели На моделях изучались режимы водоподачи, которые в производственных условиях воспроизвести затруднительно или невозможно При изучении гидромеханических процессов в работе применены системы относительных величин, приведенных к базисным величинам, характеризующим работу насоса в номинальном режиме
Научная новизна
-
Разработаны и сформулированы технические требования к технологическим режимам работы и к насосной станции как объекту управления, основанные на теоретических и экспериментальных исследованиях ЗОС.
-
Разработана математическая модель центробежного насоса на основе его эквивалентной схемы замещения, представленной в виде идеального и фиктивного насосов, сидящих на одном валу, подчиняющихся законам гидравлического и кинематического подобия и имеющих две постоянные времени - механическую и гидравлическую. Такое представление реального насоса позволяет дать более корректное описание процессов преобразования энергии в центробежных насосах, необходимое для создания энерго и ресурсосберегающих технологий водоподачи.
-
Разработан метод расчета напорной оросительной сети, основанный на представлении ее, совокупностью однородных однониточных участков трубопровода, упругость и потери в которых равны соответствующим значениям реальной напорной сети. Получено математическое описание расчетных участков эквивалентного напорного трубопровода.
-
Разработаны энерго - и ресурсосберегающие способы и системы управления насосными станциями, с использованием плавающего значения уставки давления на выходе ПНС (в зависимости от количества и места подключения потребителей), а также сигнала производной давления по времени в качестве корректирующего параметра. Кроме того в системе предусмотрено перераспределение нагрузки между параллельно работающими насосными агрегатами.
-
Разработана математическая модель энергосберегающей системы водоподачи, состоящая из моделей: насосной станции, водовоздушного резервуара напорного трубопровода и поливных устройств, позволяющая управлять процессом водоподачи в реальном масштабе времени.
Достоверность основных теоретических положений и выводов подтверждена их совпадением с экспериментальными исследованиями и эксплуатационными наблюдениями проведенными на действующих оросительных системах Практическая ценность.
1 Разработаны и созданы объектно ориентированные устройства управления
приводным двигателем насосного агрегата, обеспечивающие улучшенные
энергетические характеристики, плавный пуск, регулирование и измерение
скорости вращения приводного двигателя, и плавный останов (типа СТУНА,
СУАТ и др)
-
Разработаны методические материалы по энергосбережению на подкачивающих насосных станциях, работающих на закрытую оросительную сеть в составе систем машинного орошения Методические материалы вошли в состав Пособия к временным строитечьным нормам ВСН-33 2 2 12-87 "Обеспечение водо - и энергосберегающей технологии подкачивающих насосных станций, работающих на закрытую оросительную сеть"
-
Разработаны способы повышения эффективности водоподачи, вошедшие в Инструкции по эксплуатации насосных станций оросительных систем
4 Предложена методика определения момента трогания насоса для оценки
качества его ремонта на основе разработанного математического описания
механической характеристики насосного агрегата
5 Разработана методика минимизации энергопотребления параллельно
работающих насосов, имеющих экстремальные зависимости мощности от подачи
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы и
продолжают использоваться при разработке и проектировании систем водоподачи
оросительных систем предприятиями ОАО "Водстрой" (г Москва), ПСФ
"Саратовмелиоводстрой" (г Саратов), ОАО "Волгоградводсервис" (г Волгоград)
Разработанные методические материалы "Энергосбережение на подкачивающих
насосных станциях (ПНС), работающих в составе дождевальных комплексов (ДК)" вошли в Пособие к ВСН - 33.2.2.12-87 "Обеспечение водо и энергосберегающей технологии подкачивающих насосных станций, работающих на закрытую сеть" (изданных ЗАО Инженерный научно-производственный Центр "Союзводпроект") и используются предприятиями отрасли. Техническое перевооружение канализационной насосной станции некоммерческого партнерства "Турейка" (г.Нарофоминск) выполнено с использованием материалов диссертационной работы. Основные положения, выносимые на чапготу:
1. Энерго и ресурсосберегающие способы и системы управления насосной
станцией с плавающим значением уставки давления в напорном коллекторе ПНС,
использованием сигнала производной от давления по времени в качестве
корректирующего при изменении подачи и перераспределения нагрузки между
параллельно работающими насосными агрегатами, а также результаты
теоретических и экспериментальных исследований этих способов и систем.
2. Математическая модель центробежного насоса, полученная на основе его
эквивалентной схемы замещения и представлена в виде идеального и фиктивного
насоса, имеющая две постоянные времени и учитывающая поведение насосного
агрегата в статических и динамических режимах работы.
-
Метод расчета напорного трубопровода, основанный на представлении его эквивалентным трубопроводом, состоящим из совокупности однородньж однониточных трубопроводов и их математическое описание.
-
Математическая модель энергосберегающей системы водоподачи, состоящая из моделей: насосной станции, водовоздушного резервуара, напорного трубопровода и поливных устройств.
-
Алгоритм управления режимами работы насосной станции закрытой оросительной системы водоподачи.
Апробация работы. Основные результаты и научные положения диссертации
докладывались и обсуждались на
4-ой научно-производственной конференции по проектированию, строительству и
эксплуатации оросительных систем в Поволжье Волгоград, 1980 г,
республиканской научно-технической конференции "Состояние и перспективы
технических наук Киргизии Секция физико-технические проблемы энергетики"
Фрунзе, 1980 г, всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация
гидромелиоративных систем" Фрунзе, 1981 г, всесоюзный научно-технический
семинар "Автоматизация управления мелиоративными системами" Москва,
1983 г, всесоюзной научно-технической конференции Совершенствование
автоматизации оросительных систем М 1987 г, МВТУ им Баумана 2004 г ,
научно-технический совет ФГУП "ВОДГЕО", Москва, 2004 г
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 25 печатных
трудах, из которых 10 статей, 5 докладов на конференциях, 4 авторских
свидетельства СССР и 6 патентов РФ на изобретения
Структура и объем работы . Диссертационная работа состоит из введения, пяти
пав, заключения, списка литераторы из 71 наименования и приложения Ее
содержание изложено на 188 страницах машинописного текста, включая 39
рисунков
Технические требования к ПНС как объекту управления
Практика автоматизации подкачивающих насосных станций (ПНС) закрытых оросительных систем выявила слабые стороны типовых проектных решений в части организации технологических режимов водоподачи ПНС, состава гидромеханического и электросилового оборудования и реализующих эти режимы технологических схем станций:
1. низкая надежность силовых электрических выключателей, выбранных из условий обеспечения длительного режима работы насосных агрегатов ПНС, которые, как правило, работают в ограниченных по продолжительности режимах водоподачи;
2. низкий КПД системы водоподачи за счет применения запорной арматуры, исключающей возможность управления давлением в сети и перераспределения нагрузки между параллельно работающими насосными агрегатами, хотя, на практике, абсолютное большинство ПНС работает с дросселированием расхода на выходах насосных агрегатов. Из-за отсутствия на входах дождевальных машин стабилизаторов давления, напорная сеть находится, как правило, под избыточным давлением;
3. ограниченная частота коммутаций приводных электродвигателей насосных агрегатов, допускающих один пуск из горячего и два пуска из холодного состояния в сутки в соответствии с техническими условиями на применяемые электродвигатели (в действительности) эти ограничения часто нарушаются из-за специфики работы потребителей в режиме "по потребности";
4. возможность развития автоколебаний в системе водоподачи, приводящих к опасным гидроударным процессам в неработающих тупиках сети, при расходах, превышающих подачу бустерных насосов, и находящихся в области неустойчивой части H(Q) - характеристики
основного насосного агрегата, (реализация этого режима не учтена в типовых проектных решениях);
5. длительное время заполнения пустой или частично опорожненной сети бустерным насосом. Для ускорения этого процесса на практике заполнение сети производится основным насосным агрегатом при расходах, близких к номинальному, с риском развития опасных гидроударных процессов при подъеме давления в сети, если потребители отключены;
6. повышенная опасность разрушения трубопроводов при применении существующей технологии управления ПНС, работающих на напорные трубопроводы пониженной прочности (старые стальные, асбоцементные или железобетонные трубы);
7. низкая надежность систем предпускового залива насосов, предусматривающих операции ручного управления при первичной подготовке насосов к пуску.
Анализ технологических режимов работы ПНС, показывает актуальность разработки автоматических ПНС, работающих по энерго и ресурсосберегающей технологии и реализующих процесс водоподачи в зависимости от требований процесса полива и с учетом ограничений со стороны напорной сети, системы водо и энергообеспечения. Автором предложено разбить технологический процесс водоподачи в закрытых оросительных сетях на четыре самостоятельных технологических режима работы насосных установок и станции в целом (рис. 1.5). Каждый из этих технологических режимов имеет свои границы и условия существования.
В данной работе обобщается опыт разработки технических требований к ПНС оросительных систем, которые, в известной мере, предопределяют технико-экономические показатели этих объектов. На рис. 1.6 приведена классификация способов управления подачей подкачивающих станций закрытых оросительных систем с точки зрения обеспечения режимов энерго и ресурсосбережения.
Существуют некоторые отличия работы оросительных ПНС от станций коммунального и промышленного водоснабжения. Эти отличия касаются, прежде всего, режимов работы. Так, режим заполнения пустой или частично опорожненной сети, для станций коммунального и промышленного водоснабжения является редким. В то время, как для оросительных ПНС, в силу специфики их работы (отсутствие ночных поливов), этот режим становится одним из основных, так как повторяется ежедневно.
Комплекс машинного орошения, представленный на рис. 1.7, состоит из связанных между собой технологическим процессом подсистем:
энергоснабжения;
водоснабжения;
полива дождеванием (водообеспечения).
Номинальный режим работы дождевальной техники и обеспечение поливной нормы в значительной мере определяются качеством поддержания параметров водоснабжения на входе в дождевальные агрегаты. В связи с этим к параметрам водоснабжения предъявляются жесткие требования. Характер нагрузки в системе водоподачи - дискретный, продолжительный. Основное время такая система работает в квазистатическом режиме работы. Именно этот режим определяет затраты, связанные с доставкой оросительной влаги к потребителю.
ПНС является основным элементом системы машинной водоподачи и предназначена, для обеспечения работы потребителей в периоды полива. ПНС должна обеспечивать работу потребителей в режиме "по потребности". Вместе с тем существуют и ограничения, которые накладываются на работу ПНС как со стороны напорных систем водоподачи, так и со стороны энергоснабжения. Ограничения на работу ПНС со стороны напорных сетей являются:
недопустимость превышения давления в напорной сети ее паспортной прочности при изменении подачи насосной станции;
автоколебательные режимы в трубопроводной сети и ведущие к снижению ее прочности и увеличению утечек;
резкое снижение давления в напорном коллекторе станции, классифицируемое как порыв напорной сети, при котором ПНС должна быть отключена;
невозможность поддержания заданного давления на выходе станции всеми исправными насосными агрегатами.
Ограничения на работу ПНС со стороны системы энергоснабжения:
отключение электропитания, ведущее к отключению станции и прекращению водоподачи;
несимметрия питающего напряжения, ведущая к перегреву приводных электродвигателей насосных агрегатов;
снижение питающего напряжения ниже допустимого значения;
ограничение потребляемой мощности, связанное с суточным графиком потребления электроэнергии.
Несимметричные режимы и недопустимые снижения питающего напряжения приводят к отключению насосных агрегатов ПНС.
Ограничением на работу ПНС со стороны потребителей (дождевальных агрегатов) является недопустимость их длительной работы при пониженных давлениях на их входах в режиме "по потребности".
Ограничением на работу потребителей со стороны ПНС, ведущим к прекращению водоподачи, является превышение потребителями максимального расхода, обеспечиваемого исправным оборудованием станции (или превышение потребителями расхода, установленного системой водообеспечения в условиях дефицита воды).
Ограничениями на работу ПНС со стороны системы водообеспечения являются:
снижение уровня воды в приемном резервуаре насосной станции ниже предельно допустимой отметки, при которой работающая станция должна быть отключена из-за угрозы сухого хода насосных агрегатов;
уровень воды в приемном резервуаре, не гарантирующий длительного режима работы станции хотя бы одним агрегатом, при котором отключенная ПНС не должна начать работу.
Приведение реального трубопровода к эквивалентному ООТ
Напорная сеть, питаемая от насосной станции, в общем случае представляет собой разветвленный напорный трубопровод, описываемый громоздкой системой волновых уравнений. Если в качестве математического описания принять один из методов, принятых при расчетах переходных процессов [64], то за громоздкостью описания, позволяющего с необходимой точностью проводить вычисления гидроударных явлений, теряется возможность качественной оценки процессов, протекающих в системе.
В главе 1 показано, что режим работы трубопроводов квазистационарный с резкими переходами из одного стационарного состояния в другое. При таких режимах работы оценку качества процесса сложной реальной сети можно заменить оценкой качества процесса в эквивалентном ООТ с упругостью равной упругости реальной сети и потребителями, подключенными в его граничных сечениях.
Для исключения громоздкости выкладок, улучшения наглядности при исследовании напорных систем и выявления основных закономерностей, введено понятие "однородного однониточного трубопровода" [15], под которым понимается участок трубопровода одинакового сечения по всей длине и выполненного из однотипных труб. Такое предположение позволяет провести преобразование реального трубопровода к "однородному однониточному трубопроводу" ООТ с потребителями, подключенными в его граничных сечениях, имеющего упругость и потери, равные упругости и потерям преобразуемой сети.
Для приближения основных волновых характеристик реального трубопровода к эквивалентному, целесообразно определить диапазон изменения параметров Лик. Таким образом, описание системы водоподачи с реальным трубопроводом сводится к описанию напорной системы, состоящей из ПНС, работающей на ООТ с потребителями на его границах.
Для того, чтобы в энергетическом отношении трубопроводы были идентичными, сопротивление трубопровода г неизменно и устанавливается равным сопротивлению заменяемого участка реальной трубопроводной сети. Для получения ясного и четкого представления о реальных процессах, протекающих в напорном трубопроводе при регулировании технологических параметров, необходимо получить зависимости, связывающие технологические и регулируемые параметры. Поэтому представим математическое описание напорной сети приняв следующие допущения:
1. В исходном состоянии все участки напорного трубопровода заполнены водой, воздух из системы удален;
2. Напорная сеть разбивается на расчетные участки, длина которого зависит от точности решения;
3. Расчетным участком является отрезок однородного однониточного трубопровода (ООТ), одинакового сечения по всей длине и выполненного из однотипных труб;
4. Скорость распространения ударной волны на каждом однородном участке трубопровода постоянна и не зависит от давления (процентный состав нерастворенного воздуха незначителен). Влиянием скорости течения жидкости на скорость распространения ударной волны пренебрегаем вследствие ее малости по отношению к последней;
5. Подключение насосных агрегатов, водовоздушного резервуара (ВВР) проведено в одном сечении напорной сети - водоподающем узле (коллекторе ПНС);
6. Процессы, протекающие в ВВР, носят изотермический характер;
7. Характеристика насосного агрегата H(Q) неизменна.
8. Обратные клапаны насосных агрегатов - мгновенного действия;
9. Дождевальные машины заменены потребителями, соединенными с атмосферой через запорно-регулирующие устройства, установленные в местах их подключения.
Описание объекта управления
Объекты управления - подкачивающие насосные станции, работающие на разветвленный напорный трубопровод с потребителями, рассредоточенными по его длине. Из этого класса объектов управления рассматривается класс объектов, для которых прямое управление насосными агрегатами (включение и отключение со временем меньшим постоянной времени напорной сети), в зависимости от расхода потребителей, невозможно, так как вызывает опасные перенапряжения в сети, приводящие к порывам напорного трубопровода. Таким образом, напорные сети рассматриваемого класса объектов накладывают на насосные станции основное ограничение, заключающее в том, что давление (напор) в напорном трубопроводе не должно превышать некоторой величины Нпр, обусловленной запасом прочности самого слабого участка сети. Другими ограничением со стороны напорных сетей из сборных железобетонных и асбоцементных труб является необходимость исключения частых резких снижений давления в сети (АНСН), ослабляющих герметичность уплотнений в местах стыковых соединений и приводящей к увеличению утечек. Поскольку насосная станция должна обеспечивать потребителя независимо от его местонахождения, то минимальный уровень давления на выходе ПНС должен определяться величиной.
Основным фактором, определяющим величину Нпр при соблюдении (4.2) являются минимум стоимости трубопровода напорной сети. Значительная экономическая эффективность от снижения величины, определяющей стоимость напорной сети, требует, что бы напор на выходе ПНС не превышал величины: Нпр=к3НН0М (4.3) где Нном - минимальный напор единичного насосного агрегата станции при номинальной подаче; к j - коэффициент запаса. Величина коэффициента запаса к3 определяется с одной стороны отклонением действительных характеристик примененных насосов от паспортных, а с другой стороны — максимальным перерегулирование в системе:
k,=kHkn (4.4) где: кн = Нн Д/Нн п - коэффициент несоответствия действительной и паспортной Н(С )-характеристики насоса; кп=Нп/Нном - коэффициент перерегулирования; Нн Д,НН п - напоры номинального режима действительной и паспортной характеристики насоса; Нп - напор на выходе ПНС при максимальном перерегулировании. Расходы единичных потребителей, питающихся от напорных сетей, обычно меньше подачи насосного агрегата станции Q QH/nQ (4.5) где QH - номинальная производительность насосного агрегата; nQ - кратность подачи насосного агрегата по расходу.
Время отключения потребителя выбирается из условия исключения опасных перенапряжений в сети и определяется конструкцией и способом управления его запорно-регулирующего устройства. Удаление воздуха из сети производится с помощью вантузов, установленных в местах его возможного скопления.
При дросселировании необходимо пользоваться условием (4.14), так как сопротивление задвижки в промежуточном положении определить трудно, а приближённое вычисление связано со значительными погрешностями.
Из (4.17) следует, что с увеличением отклонения подачи насоса от номинального значения, КПД насоса уменьшается. При этом предполагается, что КПД насоса не зависит от скорости вращения рабочего колеса насоса.
Модель напорной системы водоподачи
Модель напорной системы водоподачи рассматривается на примере оросительной системы одного из овощных совхозов Волгоградской области. Система характерна для такого рода объектов и состоит из:
- подкачивающей насосной станции, оборудованной четырьмя основными насосными агрегатами, один из которых оснащен регулируемым электроприводом и двумя вспомогательными (бустерными) насосами;
- разветвленного напорного трубопровода выполненного из железобетонных и асбоцементных труб;
- потребителей, оборудованных гидрантами, осуществляющими подачу воды во временные оросители. Гидранты управляются вручную.
Моделирование напорной оросительной системы проведено на вычислительном комплексе в составе:
аналоговых вычислительных машины (АВМ);
управляющей цифровой вычислительной машины (ЦВМ).
АВМ и ЦВМ сопряжены между собой многоканальными цифро-аналоговыми (ЦАП) и аналого-цифровыми (АЦП) преобразователями.
Аппаратный состав и разработанное математическое обеспечение вычислительного комплекса позволяет решать на нем задачи управления многоагрегатной ПНС, работающей на напорный трубопровод произвольной конфигурации, число однородных участков которого не превышает 32.
Как показали пробные решения, наиболее "трудные" режимы работы имеют место при малой загрузке ПНС. В связи с этим, а также в целях повышения точности решения, число моделируемых насосных агрегатов ограничено до четырех, из них:
- основных нерегулируемых Н.А. - 3
- основной регулируемый Н.А. - 1
- бустерный Н.А. - 1
Моделирование насосных агрегатов ПНС производится на АВМ.
Напорная оросительная сеть, состоящая из 32 однородных участков с потребителями в узловых соединениях моделируется на ЦВМ (рис. 5.1.).
В качестве нерегулируемого насоса применен насос типа Д 3200-55, каталожная характеристика которого, приведена на рис. 5.2. Эта характеристика описывается в соответствии с гл. 2 квадратичной параболой
Регулируемый Н.А. представлен насосом Д 3200-55 (22 НДс) с регулируемым электроприводом по системе АВК. Его гидромеханическая статическая характеристика описывается выражением (2.1): H = H0Q2+BCDQ-RHQ2 где ш = П/2Н - относительная частота вращения рабочего колеса насоса; Q,QH - соответственно текущая и номинальная частоты вращения приводного двигателя. Параметры статической H(Q) - характеристики регулируемого насоса при номинальной частоте вращения его приводного двигателя идентичны аналогичным параметрам H(Q) - характеристики нерегулируемого Н.А. с полностью открытым поворотным затвором.
Для определения параметров статической характеристики бустерного насоса, воспользуемся его каталожной характеристикой, приведенной на рис. 5.2, аппроксимация которой с помощью параболы [49] дает удовлетворительное приближение.
Н = Н 0б - R 6Q
Величины Н0б и R6 определяются с помощью рис. 5.2. и имеют следующие численные значения: Н0б =33 м, R6= 4- = 43,3C2/M5.
Поскольку на выходе бустерного насоса установлен дисковый затвор, то его выходная статическая характеристика будет иметь вид: H = H06-(R6+R36)Q2, где Rj6 — гидравлическое сопротивление дискового затвора.
Для удобства моделирования воспользуемся приемом нормализации уравнений всех элементов системы водоподачи. Время эффективного открытия задвижки потребителя принято 15с. Напорная оросительная сеть, представленная на рис. 5.1, моделируется на ЦВМ. Исходными данными для расчета процессов в сети являются:
конфигурация сети (рис. 5.1.)
длины однородных участков трубопровода (1 тр)
материал и сечение однородных участков
приведенные гидравлические сопротивления однородных участков (гтр )
скорость распространения ударной волны (а).
конфигурация сети, длины однородных участков трубопровода и их материал указаны на рис. 5.1.
Пробные решения показали, что нежелательных процессов в трубопроводе при регулировании (а = 500 м/с) не происходит. Наибольшая интенсивность переходных процессов в сети наблюдается при больших величинах скорости распространения ударной волны, в связи, с чем при дальнейших исследованиях принято, а = 1000 м/с.
Похожие диссертации на Исследование режимов водоподачи подкачивающих насосных станций оросительных систем
