Дипломная (вкр): Автоматизация электроприводов второго подъема водозабора станции Хабаровск-1

Автоматизация электроприводов второго подъема водозабора станции Хабаровск-1

ВВЕДЕНИЕ

Водозабор является первым звеном сложной системы водоснабжения, обеспечивающим питание всех водопотребителей. Занимая головное положение в системе, водозабор имеет определяющую роль в ее функционировании. Современный водозабор для водоснабжения крупного города представляет собой сложный комплекс инженерных сооружений, оснащенных энергетическим и механическим оборудованием, системой автоматического и телемеханического управления. Такой водозабор должен работать бесперебойно при любых условиях забора воды, существенно изменяющихся по сезонам года.

Судоходство, лесосплавы, шугоход и ледоход, резкие колебания уровней воды, а также непредвиденные обстоятельства нарушают работу водозаборов. Даже небольшие нарушения режима работы водозабора влекут за собой крупные осложнения в водоснабжении, аварии же могут принести материальный ущерб, многократно превышающий стоимость самих водозаборных сооружений.

Современные системы водоснабжения имеют разветвленную сеть и большое число водопитателей, расположенных на обширной территории. Визуальный контроль за состоянием технологического оборудования и ручное управление не могут обеспечить достаточной надежности и экономичности работы насосной станции. Применение автоматизированного управления насосными станциями дает значительные преимущества:

- повышает бесперебойность, четкость и надежность работы, поскольку автоматическая аппаратура быстро реагирует на изменение режима работы станций;

позволяет уменьшить вместимость баков водонапорных башен и сборных резервуаров за счет увеличения частоты пуска и остановки агрегатов;

снижает эксплуатационные расходы вследствие уменьшения числа обслуживающего персонала, а также расходов на отопление и освещение помещений;

- снижает строительную стоимость, так как оборудование концентрируется на меньшей площади машинного зала;

- увеличивает срок службы оборудования и приборов благодаря своевременному выключению из работы агрегатов при возникновении неполадок в их работе.

1. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ВОДОЗАБОРА СТАНЦИИ ХАБАРОВСК-1

1.1    Принцип работы водозабора станции Хабаровск-1

Водопровод ст. Хабаровск-1 построен в 1935-36 гг., очистные сооружения водопровода производительностью 4400 м3 /сут - в 1959 г. Забор амурской воды осуществляется двумя русловыми водоприемниками (оголовками) трубчатой конструкции в районе стадиона им. Ленина. По самотечным трубопроводам вода перетекает в береговой колодец, откуда насосами первого подъема подается на очистные сооружения, расположенные в парковой зоне стадиона. Выбор местоположения оголовков по гидравлическим условиям подхода воды оказался удачным, поэтому захвата донного наносного песка практически не происходит. В то же время размещение водозабора в центре города не отвечает требованиям санитарной защиты источника водоснабжения.

Проектом предусмотрена двухступенчатая схема реагентной очистки воды: осветление - фильтрование. Исходная вода хлорируется дозой от 2 до 3 мг/дм3 и после введения реагентов подается в водораспределительный лоток, откуда направляется в два осветлителя с взвешенным осадком конструкции ЦНИИ-2. Осветленная вода поступает в лоток, распределяющий ее на три скорых фильтра. Сооружения водоподготовки и насосные станции первого и второго подъема расположены в одном здании, это очень удобно при эксплуатации. Площадка водоочистных сооружений имеет ограниченные размеры, огорожена и охраняется.

Для сбора и накопления очищенной воды предусмотрены два резервуара емкостью 200 м3 и 400 м3, что составляет около 10 % суточной производительности станции, оптимальным считается объем 15-20 %.

Для промывки фильтров используется резервуар объемом 44 м3. На водоочистной станции обеззараживание осуществляется хлорированием с использованием жидкого хлора (проектом предусматривалась хлорная известь). Далее очищенная вода поступает на водонапорную башню емкостью 1000 м3 откуда и раздается потребителям. Принципиальная схема обработки воды показана на рис 1.1.

Рис 1.1 Принципиальная технологическая схема очистки воды водопровода ст. Хабаровск-1

- растворно-расходный бак коагулянта; 2 - растворный бак соды; 3 - эжектор; 4 - смеситель; 5 - воздухоотделитель; 6 - осветлитель; 7 - бак для промывки фильтров; 8 - скорый фильтр; 9 - РЧВ.

Из графика на рисунке 1.2 видно, что пиками потребления воды являются часы с 6.00 ч до 9.00 ч утра и с 18.00 ч до 20.00 ч вечера, а с 24.00 ч до 5.00 ч наблюдается минимальный разбор воды. Из этого можно сделать вывод, что постоянная работа насоса на максимальных оборотах не целесообразна.

Рис 1.2 График потребления воды ст. Хабаровск-1

1.2 Оборудование насосной станции 2-го подъёма

.2.1 Насос центробежный типа «ЦН»400-105 «а»

Насос ЦН 400-105 «а» предназначен для перекачивания воды и жидкостей, имеющих сходные с водой свойства по вязкости и химической активности с температурой до 100ºС, содержанием твердых включений до 0.05 % по массе и максимальным размером до 0.2 мм, в системах водоснабжения промышленных и коммунальных объектов, мелиорации.

Насосный агрегат состоит из центробежного насоса, асинхронного двигателя, упругой втулочно - пальцевой муфты с ограждением, установленных на общей фундаментной раме. Крепление агрегата к фундаменту и трубопроводов к насосу - жесткое.

Насос - центробежный, горизонтальный, с корпусом спирального типа, с рабочими колесами одностороннего входа, симметрично расположенными на валу.

Корпус является базовой деталью насоса, состоит из верхней и нижней частей соединенных между собой шпильками. Всасывающий и напорный патрубки выполнены в корпусе и направлены в противоположенные стороны, перпендикулярно оси насоса.

Опорами ротора насоса являются подшипники качения с консистентной смазкой, концевые уплотнения сальникового типа.

Направление вращения ротора насоса - почасовой стрелки, если смотреть со стороны привода. Технические параметры приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Технические параметры насоса «ЦН» 400-105 «а»

Материалы корпуса, крышки и рабочего колеса насоса отливки из серого чугуна, деталей щелевых уплотнений не задираемые коррозионностойкие сплавы, материалы вала сортовой прокат из конструкционной легированной стали.

Насос в собранном виде с вспомогательными трубопроводами в пределах насоса, ответные фланцы на патрубках, приводной электродвигатель, соединительная муфта или муфта с ограждением, общая фундаментная рама, детали крепления насоса, двигателя и ограждения муфты.

1.2.2 Электродвигатель асинхронный общепромышленного назначения марки 4АМН-280М4УЗ

Двигатели серии 4АМН предназначены для продолжительного режима работы в закрытых помещениях от сети переменного тока частотой 50 или 60 Гц.

В настоящее время асинхронные электродвигатели потребляют около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии и широко применяются в качестве электропривода подавляющего большинства механизмов. Это объясняется простотой конструкции, надежностью и высоким значением КПД этих электрических машин.

Тип - трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Назначение - являются основой электроприводов механизмов, применяемых в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Все серии асинхронных электродвигателей представляют собой большой ряд модификаций и исполнений по степени защиты, климатическому исполнению, категории размещения, мощности, частоте вращения, питающему напряжению и конструкции.

Асинхронной машиной называется - двух обмоточная электрическая машина переменного тока, у которой только одна обмотка (первичная) получает питание от электрической сети с постоянной частотой ω1, а вторая обмотка (вторичная) замыкается накоротко или на электрические сопротивления. Токи во вторичной обмотке появляются в результате электромагнитной индукции. Их частота ω2 является функцией угловой скорости ротора Ω, которая, в свою очередь, зависит от вращающего момента, приложенного к валу.

Наибольшее распространение получили асинхронные машины с трехфазной симметричной разноименнополюсной обмоткой на статоре, питаемой от сети переменного тока, и с трехфазной или многофазной симметричной разноименно полюсной обмоткой на роторе.

Машины такого исполнения называют просто «асинхронными машинами», в то время как асинхронные машины иных исполнений относятся к «специальным асинхронным машинам».

Асинхронные машины используются в основном как двигатели; в качестве генераторов они применяются крайне редко.

Асинхронный двигатель является наиболее распространенным типом двигателя переменного тока.

Двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе обладают также довольно высоким начальным пусковым вращающим моментом. Их основные недостатки: трудность осуществления плавного регулирования частоты вращения в широких пределах; потребление больших токов из сети при пуске (в 5÷7 раз превышающих номинальный ток). Технические параметры двигателя 4АМН-280М4УЗ приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Технические параметры электродвигателя 4АМН-280М4УЗ

1.3 Описание технических проблем и недостатков водозабора

Насосы второго подъёма работают в режиме: 1-рабочий, 2-резервных.

Смена работы насосов происходит каждые 3 месяца поочередно, пока один работает 2 других находятся на ТО, ТР и если есть необходимость на КР. Насосы всегда работают в номинальном режиме, а контроль подачи воды на башню осуществляется путем поджатия насоса механической задвижкой.

Связь между башней и насосной станцией осуществляется дежурным персоналом с помощью телефона, у дежурного на башне стоит датчик верхнего уровня воды с аварийной сигнализацией, после сигнала которой дежурный звонит на станцию для того чтобы насос был поджат на самый минимальный напор воды. Также на башне предусмотрена механическая защита от переполнения в виде трубы наваренной на стену резервуара, которая работает по принципу сливного бочка, если башня переполняется, то лишняя вода стекает по трубе в канализацию, никакой автоматизации процесса проектом не предусматривалось, из-за этого вытекает ряд проблем:

-       излишнее потребление электроэнергии из-за отсутствия контроля скорости вращения насосов;

-       преждевременный износ деталей насосов из-за постоянной работы в номинальном режиме;

-       потеря чистой воды в силу отсутствия контроля заполнения башни и автоматизированной связи между насосной станцией и водонапорной башней;

-       недостаточный контроль над технологическим процессом.

Также на водозаборе отсутствует оборудование контроля параметров насосов и их защиты от таких факторов как нагрев и перегрев двигателей, защиты от пониженного напряжения и перекоса фаз.

1.4 Выбор и описание оборудования для решения проблем водоснабжения

.4.1 Станция управления ИРЗ-670

Для управления, контроля и защиты насосных агрегатов мы используем станцию управления ИРЗ-670.

Станция управления предназначена для управления тремя трехфазными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором с целью поддержания заданного технологического параметра.

Область применения станции управления - объекты жилищно-коммунального хозяйства, такие как: канализационные насосные станции, очистные сооружения, перекачивающие насосные станции теплосетей, повысительные насосные станции водоснабжения. Поддержание заданного технологического параметра осуществляется путем регулирования частоты вращения одного из трех электродвигателей.

Станция управления обеспечивает:

управление электроприводами в ручном или автоматическом режиме;

регулирование частоты вращения ротора электродвигателя по пропорционально-интегральному закону регулирования с поддержанием заданного параметра (давление, уровень);

защиту электродвигателей пониженного и повышенного напряжения питания, короткого замыкания, перегрузки;

-управление резервными насосами (параллельная работа и автообмен для выравнивания ресурса работы насосов);

автоматический перезапуск после пропадания напряжения питания;

сохранение причин последних четырех аварийных отключений станции управления;

обмен данными (управление и считывание сохраненной информации) посредством интерфейса RS-485 по протоколу обмена Modbus-RTU с возможностью работы в составе SCADA-системы.

Станция управления состоит из следующих частей:

- щит электрический с монтажной панелью, на которой смонтированы элементы и цепи станции управления;

панель оператора, расположенная на лицевой стороне двери щита;

панель управления преобразователем частоты, смонтированная на лицевой стороне двери щита;

пульт дистанционного управления (по требованию заказчика).

Вид монтажной панели станции управления ИРЗ 670 приведён на рисунке 1.6.

Рис. 1.6 Вид монтажной панели станции управления ИРЗ-670

- преобразователь частоты; 2 - входной дроссель; 3 - релейный блок управления; 4 - автоматический выключатель защиты первого электродвигателя; 5 - автоматический выключатель защиты второго электродвигателя; 6 - автоматический выключатель защиты третьего электродвигателя; 7 - автоматический выключатель защиты ПЧ; 8 - блок реверсивных контакторов; 9 - тепловые реле; 10 - приставки контактные; 11 - сетевой контактор; 12 - вентилятор; 13 - термореле, входящее в систему регулирования температуры воздуха в шкафу; 14 - блок ввода; 15 - блоки вывода насосов 1, 2, 3; 16 - клеммные зажимы цепей управления и сигнализации; 17 - муфты; 18 - трансформатор; 19 - электрический звонок; 20 - блок предохранителей; 21 - шина заземления; 22 - шина PEN; 23 - сигнальная лампа; 24 - заглушка.

Технические характеристики станции управления: