Проектирование насосных станций

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Автоматизация технологических процессов и производств»

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту по дисциплине

«Проектирование автоматизированных систем»

на тему:

«Проектирование автоматизированной системы управления установки фильтрации СОЖ»

 

Группа: АМ-0801

Студенты: Фахретдинов Р.Н.

 

Преподаватель: Плеханов В.М.

 

 

Тольятти 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………...3

Разработка технического задания……………………………………………..5

Проектирование насосных станций…………………………………………...6

Центробежные насосы………………………………………………………….6

Частотные преобразователи…………………………………………………...10

Altivar 61 и PUMPCARD -VW3A3502…………………………..……..13

Схема подключения………………………………………………………..…..17

Интеграция в системы автоматизации…………………………………….….19

Человеко – машинный интерфейс…………………………………...…21

Источники…………………………………………………………………...….24

 

 

Введение

Использование регулируемого электропривода насосных агрегатов в системах коммунального и промышленного водоснабжения в течение последних 5-7 лет явилось предметом пристального внимания со стороны эксплуатирующих организаций. Стало очевидно, что регулирование скорости рабочего колеса насосов позволяет существенно повысить энергетические показатели установок, получить значительную экономию электроэнергии, и сократить потери воды за счет исключения избытка давления в гидравлической сети.

К настоящему времени в различных городах и регионах России накоплен значительный опыт применения регулируемого электропривода насосных агрегатов для систем холодного и горячего водоснабжения. В большинстве случаев реализация этого технического мероприятия выполняется в порядке модернизации действующих насосных станций: в цепи питания асинхронного двигателя насоса устанавливаются преобразователи частоты, позволяющие регулировать скорость двигателя. При этом используются преобразователи иностранных компаний: Hitachi (Япония), Mitsubishi (Япония), Dan Foss (Дания) и др., а также разработки отечественных фирм: "Триол", "Приводная техника", ЧЭАЗ, МПП "Цикл" и прочих.

Существующая практика внедрения регулируемого электропривода для насосных агрегатов выявила определенные недостатки в организации и техническом содержании этих работ. Отсутствует единая техническая политика в данной области. Разрозненная поставка насосных агрегатов, коммутирующего электрооборудования, преобразователей частоты и устройств автоматики затрудняет проектирование и внедрение автоматизированных насосных станций. А несогласованность отдельных элементов может снизить эффективность использования регулируемого электропривода насосных агрегатов.

Эффективное использование возможностей регулируемого электропривода и систем автоматики может быть в полной мере реализовано, если это станет делом насосостроительных предприятий. Такая тенденция ярко проявляется в деятельности передовых зарубежных фирм, в частности компании Schneider Electric.

Электрическая энергия, потребляемая насосными, вентиляционными и компрессорными установками, составляет значительную часть от общего расхода электроэнергии.

Исследования показывают, что в промышленности и при эксплуатации зданий, 72% электроэнергии потребляется электродвигателями, причем 63% от этой величины используется для привода насосов, вентиляторов и компрессоров. Большинство секторов экономики используют насосные, вентиляционные и компрессорные установки. Например:

- В секторе обработки воды: для водоподъема, орошения, распределения, очистки.

-В нефтяном и газовом секторах: для добычи, транспортировки, переработки, сжижения.

- В строительстве: для обогрева, вентиляции, кондиционирования.

Традиционные способы управления расходом или давлением заключаются в изменении эффективного поперечного сечения трубопровода или воздушного тракта, по которому происходит перемещение текучей среды. Наиболее часто для этих целей используются клапаны, задвижки и вентили.

Данный способ регулирования напора является крайне дорогостоящим, так как КПД данной установки приближенно к минимальному, а следовательно расходы на электроэнергию будут колоссальны.

Расчеты показали, что автоматизация процесса (в первую очередь внедрение частотно - регулируемого привода) будет иметь значительные преимущества:

• Экономия электроэнергии до 30 %;

• Снижение эксплуатационных затрат.

Техническое задание

Исполнитель:

Студенческая проектная группа №5.

 

Цель проектирования:

Проектирование автоматизированной системы управления установки фильтрации СОЖ

Основание проектирования:

Задание на курсовой проект.

 

Граница применимости:

Машино- и станкостроительное производство.

 

Стадийность проектирования:

Техно – рабочий проект. Одна стадия.

 

Планируемый уровень капитальных затрат:

Уровень капитальных затрат уточняется в ходе проектных работ.

 

Предложения по централизации управления технологическими процессами:

В ходе проектных разработок будет получен объект с двухуровневой системой автоматизации:

Контроллер управляет пятью насосными агрегатами и отслеживает правильность выполнения технологического процесса.

Предложения по размещению основного оборудования:

 

- Частотный преобразователь Altivar 61

- Насосный агрегат СД450/95 (5шт)

- Асинхронный электродвигатель АИР161 53кВт (5шт)

- Датчик давления DMP 330M

- Панель оператора Magelis XBT GT73.

 

Проектирование насосных станций

Проектирование насосных станций как новых, так и модернизируемых, ставит перед проектировщиками достаточно сложные технические задачи по увязке насосных агрегатов, рассчитанных на постоянный режим работы, со средствами регулирования скорости двигателей насосов (полупроводниковые преобразователи частоты и др.) и средствами автоматики (датчики, регуляторы и др.).

При создании новых установок и глубокой модернизации действующих представляется комплексное более эффективным проектирование и поставка автоматизированных насосных агрегатов. В этом случае используются насосные агрегаты, запорная арматура, обратные клапаны, соединительные трубопроводы, электрический шкаф с коммутационной аппаратурой, преобразователем частоты, аппаратурой автоматики, а также контрольно-измерительные приборы.

 

Проект станции включает в себя:

· насосные агрегаты;

· запорную арматуру, обратные клапаны, соединительные трубопроводы;

· электрический шкаф управления, содержащий коммутационную аппаратуру управления и защиты, преобразователь частоты для плавного регулирования скорости (производительности) насосного агрегата по показаниям датчика давления в сети;

· контрольно-измерительную аппаратуру (человеко-машинный интерфейс).

 

 

Центробежные насосы

Центробежные насосы имеют очень широкий диапазон мощностей, расходов и давлений. Они используются во многих приложениях, особенно в секторе обработки воды. Это наиболее распространенный тип насосов. Подведенная к рабочему колесу извне механическая энергия через лопатки рабочего колеса передается жидкости и преобразуется в потенциальную (давление) и кинетическую (расход) энергию.

 

На Рисунке 1показаны основные части центробежного насоса:

- корпус насоса в всасывающим и напорным патрубками

- рабочее колесо, закрепленное на валу.

Рис. 2

На Рисунке 2показан центробежный насос с приводом от трехфазного асинхронного электродвигателя, наиболее распространенного из пользуемых в настоящее время. При прямом подключении к сети эти вигатели вращаются в постоянной скоростью, однако в полной мере могут

использоваться также совместно с преобразователями частоты, работая при этом с переменной частотой вращения.

 

Основная задача насоса заключается в перемещении определенного количества жидкости за заданное время при заданном давлении. Основными параметрами при этом являются подача и напор.

Подача (или производительность) Q определяется как объем жидкости, перемещенный за единицу времени, и выражается в м3/с.

Напор (H) определяется как давление в данной точке сети, выраженное в метрах столба перекачиваемой жидкости*.

Зависимость между напором и давлением определяется выражением: Pr = rgH

Pr: давление (Па)

r: плотность жидкости (кг/м3)

g: ускорение свободного падения (9.81 м/с2)

H: напор (м)

Плотность воды: r = 1000 кг/м3

Полный напор (Total Dynamic Head, TDH)– разница давлений жидкости между входным и выходным патрубками насоса. TDH изменяется в зависимости от подачи насоса. Кривая изменения TDH в зависимости от подачи – основная характеристика каждого насоса.

Каждому значению частоты вращения насоса соответствует своя характеристика изменения TDH.

 

 

Максимальный напор(TDHmax) - максимальное давление, которое насос может создать при нулевой подаче. Соответствует максимальной высоте столба жидкости, как показано на Рисунке 4.

Полезная мощность(Pu), переданная жидкости, рассчитывается по формуле: Pu = rgHQ (в Вт)

Механическая мощность(P) рассчитывается с учетом КПД (n) насоса:

P=( 1/n)Pu =(1/n)rgHQ

Коэффициент полезного действия насоса n изменяется в зависимости от подачи насоса. Он равен нулю, если напор или подача также равны нулю. В этом случае никакой энергии жидкости не передается.

Номинальная рабочая точка ( BEP, Best Efficiency Point), определяется как точка характеристики, в которой КПД максимален. На Рисунке 5представлены характеристики изменения напора, КПД и мощности в зависимости

от подачи для типового центробежного насоса.

На Рисунке 6 продемонстрирована упрощенная технологическая схема системы очистки и подачи СОЖ с насосным агрегатом.

 

Рис. 6