WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 11 |

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский ...»

-- [ Страница 6 ] --

Средний срок службы оборудования примем 8 лет. Собствен ная потребляемая мощность: датчика уровня (ДУ) 0,1 кВт, датчика давления (ДД) и устройства Высота 0,01 кВт, – мала по сравнению с мощностью насосов, поэтому в расчетах ею пренебрегаем. Стои мость ДУ и ДД соответственно 2,5 и 3,5 тыс. рублей.

Таблица 1. Уточненная математическая модель водопотребления за сутки стационарная случай Рис. 3. Выбор насоса для башенной (индекс 1) и прямоточной Таблица 2. Характеристики и параметры элементов башенной Производительность типоразмеров, м3/сут электронасоса, кВт (12А) (20А) (25А) (36А) (63А) (90А) Цельнометаллическая водонапорная башня типа БР (индекс «б») Высота столба воды, м в. ст.

Стоимость башни с монтажом, тыс. руб.

Устройство управления и защиты для погружного насоса «Высота»

Таблица 3. Характеристики и параметры элементов прямоточной Производительность типоразмеров, м3/сут электронасоса, кВт (12А) (20А) (25А) (36А) (63А) (90А) Устройство управления и защиты для погружного насоса «Высота-Ч»

Собственная потреб ляемая мощность, кВт Стоимость, тыс. руб. 53,5 83,6 99,1 114,1 172,5 234, Критерий оценки эффективности.

Исследования показали, что в качестве критерия определения экономической эффективности при сравнении альтернативных ва риантов в водоснабжении нужно использовать минимум годовых затрат З на производство продукции (на подачу воды), где – элемент затрат;

ра – коэффициент амортизации;

Е – коэффи циент эффективности капиталовложений [3];

К – капитальные за траты, руб.;

Tор = 0,1 K – стоимость трудозатрат на ремонт и тех ническое обслуживание, равное 10% от стоимости капитальных вложений [3], руб.;

Э – затраты электроэнергии, руб.

Капитальные затраты равны сумме затрат по каждому элемен ту технологической схемы сумме затрат электроэнергии каждым из рассматриваемых элемен Э. Кроме того срок службы элементов (таблица 2,3) тов схемы и коэффициент эффективности капиталовложений одинаковы для всех рассматриваемых элементов.

С учетом этого получим:

где Математическая модель. Расчет эффективности.

Капитальные затраты, срок службы и нормативный коэффици ент эффективности капиталовложений определены, что нельзя ска зать о затратах на электроэнергию.

Энергопотребление сравниваемых схем, а точнее энергопо требление электронасоса, зависит от режима водопотребления.

В башенной технологической схеме, рис. 1, потребляемая электронасосом электроэнергия есть функция только одного аргу мента – времени, который преобразуется в расход водопотребления:

где – интервал времени, за который определяется энергопотреб ление;

H c – постоянный напор;

м в. ст., j – индекс итерации под знаком суммы;

Ф – интегральная функция нормального распределе ния (значения приводятся в таблицах для нормированной случайной величины, выраженной в кратностях среднеквадратического откло нения), q j +1 q j = q – шаг итерации, n - число шагов в интервале [0;

Qmax]. c – КПД насосного агрегата в точке, определяемой посто янным уровнем воды в башне.

В прямоточной технологической схеме, рис. 2, с учетом слу чайного характер расхода q(t ) и закона регулирования H (q ) = H cт, энергопотребление регулируемого электронасоса определяется со гласно известному выражению:

где Н ст – давление стабилизации на входе потребляющей части;

j (q j )H – зависимость КПД электронасоса от значений случайной величины q j при законе регулирования Нст [4].

Математическая модель для расчета экономического эффекта в общем виде представлена разностью затрат по первому варианту, схема рис. 1, и второму, схема рис. 2.

Перепишем поэлементно, введя индексы элементов и тариф стоимости электроэнергии c:

Преобразуем в (6) последнюю разность в фигурных скобках.

Для этого перепишем его с учетом (3) и (4), введя обозначение «v»

для произведения расхода на вероятность его появления:

Постоянное давление Нс на входе потребляющей части башен ной схемы определяется высотой столба воды в башне, такое же давление Нст для прямоточной схемы обеспечивается системой ста билизации давления преобразователя частоты. Допустим, что эти две величины равны: Нст=Нс.

С учетом этих замечаний и преобразований запишем (7) в виде:

Учитывая, что 365 = 8760 (часов ), окончательно получаем математическую модель для расчета оценки инновационного эффек та от замены башенной технологической схемы водоснабжения на прямоточную:

где K y, K д – разность капитальных затрат на устройства управ ления и датчики;

367 – коэффициент размерностей для Н[м в. ст.] и q[м3/час].

Основные данные для расчета представлены в таблицах 2 и 3.

Кроме того, необходимы дополнительные параметры электронасо сов и потока водопотребления для определения показателей их ре жимов и электропотребления, таблица 4.

Расчеты согласно математической модели сведем в таблицу 5.

Таблица 4. Показатели режимов электронасосов и потока Производ.

м3/сут Погружной электронасос типа ЭЦВ в башенной технологической схеме Марка 6-6,5-160 6-10-140 6-16-160 8-25-150 8-40-150 8-65- Погружной электронасос типа ЭЦВ в прямоточной технологической схе Марка 6-4-160 6-6,5-160 6-10-140 6-16-160 8-25-150 8-40- S, час2/м5 2,0325 0,8974 0,2778 0,1563 0,0541 0, м в.ст.

Qпред, м3/час Qmax, м3/час Qmin, м3/час м3/час Таблица 5. Экономическая эффективность прямоточной Производительность, типоразмер, м3/сут Разность капитальных затрат К, тыс. руб.

Разность годовых за трат, на амортиза цию и техобслужива- 125,42 115,10 110,25 167,93 148,07 170, ние тыс. руб.

Разность затрат на тыс. руб.

Разность полных за трат З, тыс. руб.

Капитальные вложе ния в первом варианте 421,65 421,75 423,90 607,00 611,15 745, К1, тыс. руб.

Экономия капиталь ных вложений К/К1,% Анализируя результаты расчетов можно сделать следующие выводы.

Средняя величина разности затрат на электроэнергию в сравниваемых вариантах по различным типоразмерам не превышает 4% от разности затрат на капитальные вложения.

Прямоточная технологическая схема эффективна для всех типоразмеров по сравнению с башенной схемой. Разность полных затрат, определяющая эффективность схемы для разных типоразме ров колеблется от 112,65 до 174,48 тыс. руб.

Экономия капитальных вложений, как доминирующая со ставная часть полных затрат для разных типоразмеров составляет 65…85%.

1. Мусин А.М. Методы технико-экономической оценки биотехнических систем животноводства. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005.

2. Гришин А.А., Гришин А.П. Вероятностный способ определения эко номического показателя для оценки ресурсосберегающих режимов ра боты электронасосов // Энергообеспечение и энергосбережение в сель ском хозяйстве. Труды 5-й Международной научно-технической кон ференции. Часть 3. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. С. 276.

3. Кормаков Л.Ф., Орсик Л.С. Техническое обеспечение сельскохозяйст венного производства. Организационно-экономический аспект. – М.:

ФГНУ «Росинформоагротех», 2005. – 252 с.

4. Гришин А.П., Гришин В.А. Коэффициент полезного действия частот но-регулируемого электронасоса // Автоматизация и информатизация электрифицированного сельскохозяйственного производства. Научные труды. Том 89. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. С. 118 – 127.

ВЫБОР ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

ДЛЯ ЭНЕРГОЭКОНОМНОГО ПИТАНИЯ ПОГРУЖНОГО

ЭЛЕКТРОНАСОСА

Канд. техн. наук А.П. Гришин (ГНУ ВИЭСХ) При работе преобразователя изменение частоты f всегда сопро вождается изменением амплитуды выходного напряжения U, между которыми существует функциональная зависимость U(f). В теории частотного электропривода эта функция имеет термин: «закон управ ления напряжением». Снижение потерь в двигателе электронасоса является одним из основных вопросов рационального управления частотного привода, заключающимся в оптимальном, по условию ми нимума потерь, соотношении между амплитудой и частотой напря жения, питающего двигатель в процессе регулирования [1]. В свою очередь, минимум потерь обеспечит энергоэкономный режим двига теля и его допустимый нагрев для безаварийной работы.

Тепловой режим электродвигателя зависит от двух факторов:

от нагрева определяемого потерями и от охлаждения. Охлаждение двигателя осуществляется потоком воды, образующимся между стенкой обсадной трубы скважины и поверхностью двигателя при всасывании её насосом, и зависит от скорости этого потока.

Частотное регулирование обеспечивает изменение частоты вращения насоса, а следовательно, и его производительность со гласно расходу потребления воды от некоторой максимальной вели чины qmax до минимальной qmin. Это необходимо для нормальной ра боты прямоточной технологической схемы, где потребитель получа ет воду напрямую, непосредственно из скважины. Снижение произ водительности или расхода погружного электронасоса повлияет на его тепловые режимы.

Таблица 1. Превышение температуры корпуса электродвигателя при различных значениях противодавления Противодавление, Интервалы изме нения расхода, Превышение тем Проведенные исследования [2, 3] влияния частоты питающего напряжения на нагрев электродвигателя погружного насоса для раз личных противодавлений подтвердили это положение, таблица 1.

Снижение частоты и расхода до некоторой граничной величи ны зависящей от противодавления, которое всегда имеет место при работе погружного насоса (для Нст=0,28 это 2,0 м3/ч, а для Нст=0, – 3,0 м3/ч) приведет к уменьшению потерь и нагрева. При дальней шем снижении частоты и расхода интенсивность охлаждения сни зится, и будет уступать интенсивности роста потерь, что приведет к увеличению нагрева. В таблице противодавление H cm нормировано по давлению соответствующему нулевому расходу.

В упомянутых исследованиях функция U(f) задавалась в виде степенной функции с показателем равным двум.

Следующий шаг в исследованиях тепловых режимов и потерь – определить влияние на них других видов U(f) и обосновать мето дологические подходы выбора оптимального закона. Цель – обеспе чить снижение затрат электроэнергии и увеличить ресурс электро двигателя.

Известен общий закон оптимального управления напряжением [1]:

где,, – соответственно напряжение, частота и момент на валу двигателя, нормированные по номинальным величинам.

Известно также, что условием выбора электропривода для ме ханизма, является соответствие их механических характеристик = f, где * – относительная, нормированная по номиналь ной величине, частота вращения привода. При этом в практических расчетах используют приближенное равенство.

Для вентиляторной механической характеристики вида = 2, закон управления напряжением согласно (1) будет иметь вид:

Иначе дело обстоит, если насос работает с противодавлением.

Механическая характеристика при этом будет иметь более сложную функциональную зависимость. Определим ее, следуя рекомендаци ям [4].

Мощность насоса зависит от расхода и определяется следую щим выражением:

где q – расход обеспечиваемый насосом, м3/ч;

H (q ) = H cm + Zq – напорная характеристика сети – зависимость давления создаваемо го насосом в функции расхода в сети с гидравлическим сопротивле нием Z, ч2/м5 и статическим напором (противодавлением) H cm, м в.

ст.;

н (q ) – КПД насоса зависящий от расхода [5].

Обеспечение электронасосом необходимых технологиче ских параметров в водопроводной сети: требуемого в данный мо мент времени расхода воды q и давления H (q ), обусловлено вели чиной относительной частоты вращения рабочего колеса насоса * или привода. А также параметрами самого насоса: S коэффици ентом гидравлического сопротивления насоса и H on давлением насоса при расходе равном нулю, и параметрами сети H cm и Z.

Зависимость, связывающая все эти величины, имеет вид [5]:

текущая частота вращения электронасоса;

п номи нальная частота вращения электронасоса при 50 Гц;

R = Z + S – суммарное гидравлическое сопротивление.

Заменим в (3) аргумент q на воспользовавшись (4) предва Разделим левую и правую часть равенства (5) на и получим зависимость момента насоса от частоты вращения, учитывающую параметры характеристики сети, в том числе противодавление:

Если принять Н ст = 0, то получим выражение для простой вентиляторной механической характеристики:

где – постоянный коэффициент, равный номинальному моменту, – номинальный момент насоса:

Для погружного электронасоса, работающего с большими ста тическими напорами, механическая характеристика будет иметь вид, отличный от простой вентиляторной.

Эта характеристика (6) для различных значений Н ст после преобразований и нормирования путем деления левой и правой час ти равенства (6) на отношение, будет иметь вид:

Рис. 1. Механическая характеристика насоса для различных значений Для насоса ЭЦВ4-2,5-65 с параметрами Ноп=73 м в. ст.;

S=2, ч /м ;

п=296 1/с;

Рп=1,5 кВт и работающего на сеть с гидравличе ским сопротивлением Z=2,0 ч2/м5, механические характеристики построенные по (9) приведены на рис. 1: для характеристики сети H (q ) = Zq 2 при Н ст = 0 и для трех значений H cm при Z = 0.

Значения КПД насоса в функции расхода рассчитаны по формуле, приведенной в [6].

Поскольку закон управления по (1) предусматривает управле ние напряжением, а следовательно, и потоком непрерывно, соответ ственно изменению нагрузки, а, также учитывая тождественность (2) и (8), можно говорить о прямой пропорциональности напряжения и момента, то есть ~.

Чтобы это условие было обеспечено для случая, когда механи ческая характеристика насоса отлична от квадратичной характери стики, необходимо выбрать закон управления напряжением преоб разователя согласно (1), где учитывалась бы механическая характе ристика насоса работающего с противодавлением, рис. 1.

Существуют преобразователи частоты, которые имеют раз личные виды настроек закона управления, в том числе произвольно задаваемой.

Механические характеристики, рис. 1, с достаточно для прак тических целей точностью, можно аппроксимировать прямыми вида =в*+с, таблица 2.

Закон управления напряжением, таблица 2, получен из условия *=(-), где =f2/f1nSп – параметр абсолютного скольжения, рас сматриваемый как промежуточный параметр нагрузки, f2 – частота ротора, Sп – номинальное скольжение [1].

Таблица 2. Аппроксимация механических характеристик погружного насоса и закон управления напряжением Противодавле Аппроксими выражение Достоверность аппроксимации Закон управле ния напряжением преобразователя Температура, гр. Цельсия Рис. 2. Превышение температуры корпуса электродвигателя Подставляя в (1) выражение механической характеристики в виде линейной функции и заменяя частоту вращения её выражением через частоту и абсолютное скольжение, получаем:

В [7] на числовом примере, показано, что управление по зако ну (10) обеспечит меньшую величину потерь по сравнению с управ лением по закону (2), а, следовательно, и меньший нагрев двигателя.

Расчет выполнен для погружного двигателя ПЭДВ 1,5 – 96.

По результатам расчетов построены графики превышения температуры корпуса и потерь мощности для двух вариантов управ ления напряжением (2) – на графиках индекс «квад» и (10) – на гра фиках индекс «расч», рис. 2 и 3.

Мощность потерь, Вт Рис. 3. Зависимость потерь мощности в зависимости от расхода Таким образом, изменение напряжения при частотном регули ровании в соответствии с расчетным законом (10) позволит обеспе чить снижение потерь и нагрева двигателя, таблица 3, а значит его энергоэкономную работу в допустимом тепловом режиме.

Таблица 3. Эффективность применения расчетного закона управления напряжением преобразователя в сравнении с квадратичным Полные потери мощно сти двигателя электро ры корпуса двигателя Правильный выбор закона управления имеет практическое значение, поскольку позволяет снизить потребляемую электроэнер гию.

Если взять максимальное значение снижения потерь для H cm = 0,82 при расходе 0,33 равное 76%, рис. 4, то экономия элек троэнергии составит:

что отношение Рпол = 4, если номинальный КПД электродвигателя 0,8.

Выбор закона управления напряжением преобразователя час тоты, учитывающим зависимость нагрузки от частоты вращения на соса, работающего с противодавлением, обеспечит снижение энер гопотребления до 15%.

1. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. – М.:

Наука, 1966. - 300 с.

2. Лачуга Ю.Ф., Гришин А.П. Ресурсосберегающие тепловые режимы по гружного частотно-регулируемого электронасоса // Техника в сельском хозяйстве, №2, 2005, с.23.

3. Гришин А.П. Ресурсосберегающие тепловые режимы частотно регулируемых погружных насосов различной мощности. // Вестник ГНУ ВИЭСХ. Выпуск №1/2006. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006.

4. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.:

Энергия, 1972. – 240 с.

5. Авраменко М.В., Гришин А.П. Электропотребление частотно регулируемых насосных агрегатов в системах сельскохозяйственного водоснабжения // Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. Выпуск 1 (59). М.: ВИЭСХ, 1987. С. 3-8.

6. Гришин А.П., Гришин В.А. Коэффициент полезного действия частотно регулируемого электронасоса // Автоматизация и информатизация элек трифицированного сельскохозяйственного производства. Научные тру ды. Том 89. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. С. 118 – 127.

7. Гришин А.П. Закон регулирования преобразователя частоты при пита нии погружного электронасоса // С.О.К., №7, 2007, с. 20-22.

ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ ЧАСТОТНО

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ВОДОСНАБЖАЮЩИХ СТАНЦИЙ

Д-р техн. наук Г.Я. Иванов, канд. техн. наук А.Ю. Кузнецов Насосы для перекачки чистых и сточных вод, других жидко стей потребляют до 25% всей вырабатываемой электроэнергии. Ра бота этих систем отличается неравномерным потреблением воды, тепловой энергии, в течение суток зависит от погодных условий, времени года.

Мощность водоснабжающих насосов лежит в пределах от долей киловатта до нескольких десятков мегаватт, и они, как прави ло, работают на сеть с противодавлением, причем статический напор в сети составляет обычно не менее 20% полного напора Н.

Предполагая, что водоснабжение обеспечивается одним на сосным агрегатом, выбранным по максимальному напору и произ водительности (наиболее распространенный вариант), можно счи тать, что при величинах водоразбора, меньших максимального, этот насос будет создавать избыточное давление в системе - Н. Это опас ное для системы трубопроводов давление может в несколько раз превышать необходимый напор.

Для борьбы с этим явлением наиболее распространен метод дроссельного регулирования – избыточное давление уничтожается на выходной задвижке с насосной станции [1]. При ее прикрытии создается сопротивление току воды. Характеристика системы при этой данной величине водоразбора, соответствует в полной мере ха рактеристике насоса.

Эта задача для насосов решается применением вместо дрос селирования и метода «включено - выключено» - регулирования час тоты вращения.

На рис. 1 показаны характеристики производительности цен тробежного насоса при дроссельном и частотном регулировании (использовались насосы мощностью до 10 кВт).

Кривая 1 характеризует работу нерегулируемого электро привода на номинальной частоте вращения;

кривая 2 характеризует работу магистрали при полностью открытых заслонках. Значения расхода и напора воды приведены в относительных единицах при использовании в качестве базовых величин Qном и Нном.

Рис. 1. Характеристики производительности насоса и магистрали Рис. 1 хорошо иллюстрирует известную энергетическую и технологическую неэффективность дроссельного регулирования по дачи воды насосом. На то обстоятельство, что при дроссельном ре гулировании расхода (подачи) воды возрастает напор (давление) в системе, и практически не удается снизить электропотребление, об ращается особое внимание.

Учитывая, что возрастание стоимости электроэнергии носит опережающий характер по сравнению со стоимостью других затрат, проблема энергосбережения при работе насосов холодного и горяче го водоснабжения, а также по перекачке других жидкостей приобре тает первостепенный характер. Дополнительным аргументом в поль зу необходимости внедрения на насосных станциях энергосбере гающих технологий являются существенные потери (утечки) воды в системе водоснабжения, чему способствует повышение давления (напора) в системе при дроссельном регулировании насосов. Расход воды и сопутствующие потери на одного жителя России за послед ние годы приведены в таблице 1 [2].

Таблица 1. Расход и сопутствующие потери воды На водоснабжающих установках для регулирования асин хронных электроприводов насосов применяется частотное регули рование, а в последнее время внедряется и наиболее эффективное из частотного - векторное управление.

Частотное регулирование с векторным управлением обеспе чивает поддержание скорости вращения ротора насоса, которая дос таточна для создания необходимого напора при действующей сис теме водоразбора.

Возможности энергосберегающего управления при регули ровании скорости электропривода, по сравнению с дроссельным регулированием, иллюстрируются на рис. 1. За счет уменьшения скорости насос работает при снижении расхода в точке С на кривой 2 при неизменной характеристики магистрали. Мощность, потреб ляемая электроприводом, в этом случае существенно снизится в со ответствии с формулой где g – ускорение свободного падения, м/с2;

– плотность жидкой среды, кг/м;

н – к.п.д. насоса, отн.ед.;

п – к.п.д. передачи, отн. ед.

Следует отметить, что для точного регулирования требуется задание двух параметров: давления(напора) и расхода воды на выхо де из насосной станции, причем оптимальнее – в наиболее активной точке системы.

Решение этих вопросов авторам удалось легко добиться с помощью применения на насосной установке векторного управле ния с однозонным регулированием скорости.

Последние годы в электроприводе с векторным управлением присутствует тенденция исключения из его структуры датчиков ме ханического движения и магнитного состояния за счет привлечения методов идентификации и организации оценки динамических вы ходных переменных. Если все координаты состояния объекта дос тупны для измерения, то управления, вырабатываемые регулятором, носят характер линейных преобразований соответствующих компо нент вектора пространства состояний и управляющих воздействий, что на практике бывает вполне достаточным для удержания давле ния в системе водоснабжения на должном уровне.

На рис. 2 приведена примененная авторами функциональная схема системы векторного управления скоростью асинхронного электродвигателя, включающая в себя двухканальный контур регу лирования вектора выходных переменных, а также локальный кон тур регулирования фазных токов статора асинхронного двигателя.

Рис. 2. Функциональная схема системы векторного управления Отличием данной функциональной схемы от других схем частотного регулирования является наличие дополнительных звень ев, в функции, которых входит обеспечение рациональных динами ческих режимов асинхронного электропривода (ЭП), при регулиро вании скорости.

Использованы следующие обозначения: РП и РС соответст венно П - регулятор потока и ПИ – регулятор скорости;

ПК1 – про межуточный преобразователь координат;

ОГР – звено ограничения амплитуды вектора управляющих воздействий;

ПК2 – преобразова тель координат;

РРТ – трехфазный регулятор токов статора;

ПЧ – преобразователь частоты, включающий в себя неуправляемый вы прямитель, индуктивно-емкостной фильтр и 3-х фазный мостовой автономный инвертор напряжения;

НАБ – наблюдающее устройст во, в функции которого входит ориентация магнитного поля асин хронной машины, а также текущая оценка координат вектора вы ходных переменных, используемого в качестве сигналов обратных связей.

Как правило, в сельскохозяйственных районах для водо снабжения установлены электродвигатели с большим запасом по мощности в расчете на максимальную производительность оборудо вания, не смотря на то, что часы пиковой нагрузки составляют всего 15%...20% общего времени его работы. В результате электродвига тели с постоянной скоростью вращения потребляют до 60% больше электроэнергии среднесуточно, чем это необходимо.

Отсюда следует, что основные резервы сбережения электри ческой энергии заключены в широкомасштабном применении энер госбергающих электроприводов. Наиболее радикальным, дающим большую экономию электроэнергии (30%...50%), способом является оснащение электродвигателей частотными преобразователями, по зволяющими регулировать частоту их вращения в зависимости от реальной нагрузки. При этом не требуется замена стандартного электродвигателя, что особенно актуально при реконструкции объ ектов.

Сравнение мощности потребляемой электроприводом (Р=4, кВт) центробежного насоса для разных способов регулирования, приведено в таблице 2 в относительных единицах.

Таблица 2. Мощность потребляемая электроприводом 1. При дроссельном регули- 0 0,22 0,44 0,66 0,88 1, ровании Р1.

2. При частотном регулиро- 0 0,01 0,08 0,24 0,56 1, вании с векторным управле нием Р1.

Важное достоинство регулируемого электропривода – сни жение эксплуатационных затрат, которое имеет несколько состав ляющих: снижение величины пусковых токов электродвигателей;

практическое исключение из работы дросселей, заслонок, различно го рода клапанов;

исключение гидроударов в гидравлической сети;

продление срока службы подшипников.

После проведенных авторами исследований был сделан вы вод, что экономический эффект от снижения эксплутационных за трат по меньшей мере сопоставим с эффектом от прямого сбереже ния энергоносителей. Так важнейшим достоинством применения регулируемого электропривода является экономия воды и теплоты при использовании его в насосных установках. Так в жилом и про изводственном секторах сельского хозяйства применение преобра зователей частоты в повысительных насосах горячей и холодной воды позволило сэкономить 10%...15% воды и 8% …10% тепловой энергии.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРЭ) позволяет экономить не только электрическую энергию, но и тепловую, сни жать электрическую нагрузку в часы максимума, а также экономить воду, регулируя температурный режим потребления в соответствии с требованиями санитарно-гигиенических норм, не допуская пере расхода тепловой энергии и воды.

1. Осипов О.И. Техническая диагностика автоматизированных электропри водов. - М.: Энергоатомиздат. 1991. - 160с.

2. Ecological heating sistems ofground cultivation constructions·G.Ivanov, A.Bojarsky,B.Malozyomov // Proceedings. The 8th Russia-Korea interna tional orum onresearsh and innovtion tivities. – June 26 - Jule 3, Tomsk: TRU, 2004. - P. 29 – 34.

3. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регу лированием. - М.: Академия, 2006 – 262 с.

4. Панкратов В.В., Зима Е.А. Энергооптимальное векторное управление асинхронными электроприводами. – Новосибирск: НГТУ, 2005. – 120с.

ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

НАСОСА ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Д-р техн. наук Г.Я. Иванов, канд. техн. наук А.Ю.К узнецов Научно-технический прогресс, определяющий мощный подъём производства, в значительной степени обусловлен широким внедрением достижений электроники и полупроводниковой техники.

Появление микроконтроллеров и микропроцессорных сис тем позволило из-за их дешевизны, малых габаритов, массы, мощно сти потребления и свойств программируемости функций решить проблему внедрения вычислительной техники в те области, в кото рых она ранее использовалась в весьма ограниченных масштабах, да и то на больших объектах.

Промышленностью России, а также ряда зарубежных стран выпускается много типов микроконтроллеров, благодаря которым обеспечены исключительные преимущества контроля, обработки информации и управления электроприводами широкого диапазона мощностей, используемых в технологических процессах разной сложности в сельской местности, в том числе для водоснабжения.

Так, например, для управления электроприводами, исполь зующимися для водоснабжения, авторами была предпринята попыт ка использовать микропроцессорную систему для управления сис темой водоснабжения фермерского хозяйства, причем при выборе схемы автоматизированного управления и используемого типа обо рудования целесообразно исходить из максимальной простоты и доступности программного обеспечения, благодаря которым систе ма контроля и управления может обслуживаться лицами, не являю щимися специалистами в области вычислительной и компьютерной техники.

Эксперимент проводился в фермерском хозяйстве где ис пользуется безбашенная система водоснабжения. Система водозабо ра состоит из скважины, оборудованной погруженным насосом типа ЭЦВ с асинхронным электродвигателем мощностью 2,2кВт и пред назначена для непрерывной подачи воды в потребительский водо провод (рис. 1).

До установки системы контроля и автоматизации, включение насосов осуществлялось в ручном режиме, что из-за разного расхода воды в течении суток приводило к резким колебаниям давления в водопроводе и как следствие – перебои с водой, частые ремонты во допровода.

Трубопровод воды Рис. 1. Схема работы оборудования водозабора Оптимизация всех факторов влияния на функционирование электропривода насосной установки была осуществлена с помощью комплекса технических средств системы частотного регулирования c векторным управлением асинхронным двигателем на базе микро контроллера типа FX1N семейства ПЛК MELSEC FX, позволяющих настроить систему контроля и автоматизации в соответствии с необ ходимыми требованиями технологического процесса.

Разработанная система контроля и автоматизации микропро цессорным контроллером включает в себя микропроцессорную сис тему (МПС), принтер (печать), монитор (дисплей) и контролирую щие и управляющие приборы, установленные в схеме на объекте (рис. 2).

печать Рис. 2. Комплекс технических средств управления Из схемы рис. 2 видно, что управление электроприводом на соса является далеко не единственной функцией, возлагаемой на микропроцессорную систему.

Примененная микропроцессорная система – МПС состоит из аналогового мультиплексора, преобразователя «Аналог - код», мо дуля контроллера дисплея (КД), модуля контроллера печати (КП) и устройства ввод-вывод (УВВ).

Аналоговый мультиплексор состоит из двух аналоговых по тенциометров для задания установок и встроенного переключателя режимов.

Преобразователь «Аналог - код» представлен модулями FNIN – 3A и имеет два аналоговых входа и один аналоговый выход.

Модуль подключается к базовому с помощью защищенного шлей фового кабеля и обеспечивает преобразование аналоговых сигналов в цифровые и обратно.

Модуль контроллера дисплея (КД) типа FNIN – 5DМ уста навливается непосредственно в контроллер для отображения и из менения состояния регистров контроллера.

Модуль контроллера печати (КП) представляет собой модуль дополнительного интерфейса типа FNIN – 322ADP, который исполь зуется для подключения к базовому модулю контроллера перифе рийных устройств (в нашем случае принтера).

Для печати информации применен принтер типа Canon LBP 2900, в качестве монитора использован дисплей ноутбука модели ACER ASPIRE 5101AWLMI.

Для измерения потребленной электрической энергии исполь зуется счетчик электрической энергии типа СОЭБ-Н, а при необхо димости ведения учета использования холодной воды можно ис пользовать счетчик, например, типа ОСБ.

На рис. 3 приведена функциональная схема сопряжения ана логового мультиплексора и преобразователя «Аналог - код».

Рис. 3. Схема сопряжения элементов системы управления На видеотерминальное устройство выводится оперативная информация о ходе технологического процесса и текущая – по за просам. Ноутбук позволяет вводить – выводить информацию при работе с микропроцессорной техникой, хранить и редактировать ее.

В случае необходимости возможна установка устройства алфавитно цифровой печати, предназначенного для нанесения на бумагу необ ходимых данных о ходе контроля параметров автоматизированного управления технологическим процессом водоснабжения.

В основу решения задачи контроля автоматизированного управления электроприводом системы водоснабжения фермерского хозяйства положены следующие принципы: максимальная степень автоматизации процесса воздействия управляющих сигналов от микропроцессорной системы на электропривод насоса и сведение к минимуму числа ручных операций, повышение достоверности ре зультатов автоматизированного контроля, высокая надежность сис темы, основанная на использовании микроконтроллера семейства ПЛК MELSEC FX и модульной структуры, максимальная простота программного обеспечения.

Примененный комплекс технических средств обладает высо кой надежностью, широкими функциональными возможностями, обеспечивает совместимость модулей на электрическом, функцио нальном и программном уровнях, что снижает себестоимость водо снабжения и способствует рациональному расходу энергии для ус ловий фермерского хозяйства.

5. Иванов Г.Я. и др. Частотно-регулируемый электропривод с векторным управлением для водоснабжения в АПК // Информационные техноло гии, системы и приборы в АПК.: Сборник научных трудов. – Новоси бирск, 2006. – С. 251-258.

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

НАСОСНО-СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Канд. техн. наук В.Г. Кушнир (Костанайский ГУ, Казахстан) Применяемое в настоящее время насосно-силовое оборудова ние на пастбищах разработано не специально для данных условий, и при определении их параметров учтены не все факторы пастбищ, влияющие на технические и экономические показатели использова ния установок. Это часто приводит к не обоснованному завышению капитальных вложений и эксплуатационных расходов. В связи с этим одна из важнейших задач организации пастбищного водоснаб жения заключается в обосновании параметров насосно-силового оборудования, предназначенного для эксплуатации в условиях паст бищ.

Отсутствие обоснованных методов выбора параметров водо подъемного оборудования, учитывающих природно-климатические, хозяйственные, гидрогеологические, энергетические и другие усло вия пастбищ, влияющие на эффективность СМВ, затрудняло опре деление параметров пастбищных установок для малодебитных шахтных колодцев.

В качестве основного критерия, позволяющего оценить на сосно-силовое оборудование, приняты приведенные затраты, кото рые складываются из затрат, обусловленных: овеществленным тру дом, то есть капитальными вложениями и соответственно амортиза ционными отчислениями;

необходимостью использования живого труда, то есть прямых затрат труда на пастбищах. В условиях пус тынных пастбищ живой труд более дефицитен в силу тяжелых кли матических, географических и прочих условий, а также нехватки кадров. В связи с этим в работе рассмотрены и решены вопросы снижения прямых затрат на пастбищах. Определены также наиболее выгодные способы резервирования СМВ.

Результаты исследований показали, что с технической и эко номической точек зрения для различных зон пастбищ нельзя реко мендовать единую схему механизированного водоподъема, необхо димо выбирать оптимальные схемы для каждого конкретного района с учетом его особенностей.

Выполненные научно-исследовательские работы [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], изучение опыта передовых хозяйств, учет условий применения водоподъемно-энергетического оборудования показали, что на паст бищах целесообразно применять следующие схемы механизирован ного водоподъема:

1. Стационарные водоподъемные установки с приводом от стационарных индивидуальных энергетических средств. В этом слу чае стационарный водоподъемник или насос приводятся в действие с помощью механического, электрического и пневматического при водов (рисунок 1).

Рис. 1. Первая схема механизированного водоподъема 2. Стационарные насосные установки с энергоснабжением от передвижной энергоустановки (на базе использования электро- или пневмопривода) (рисунок 2).

3. Передвижные водоподъемные агрегаты, установленные на транспортных средствах повышенной проходимости. В этом случае можно использовать электрический или пневматический привод (рисунок 3).

Эти схемы следует рассматривать как принципиально воз можные для применения в условиях пастбищ. Однако следует рас смотреть перспективы их использования, исходя из современного уровня развития техники и экономических предпосылок.

Рис. 2. Вторая схема механизированного водоподъема Рис. 3. Третья схема механизированного водоподъема Наиболее эффективно применение установок, использующих энергию ветра и солнца. По данным госиспытаний, по расчетам на учно-исследовательских институтов и проектно-конструкторских организаций, а также по фактическим данным хозяйств, применение ветроустановок на водоподъеме обеспечивает более низкие эксплуа тационные затраты по сравнению со всеми другими средствами ме ханизации на колодцах глубиной до 30 м.

Механизированное водоснабжение в условиях пастбищ имеет ряд критериев: минимум трудовых затрат или максимум производи тельности труда;

минимум расхода металла и топлива на единицу продукции (1 м3 воды);

минимум стоимости продукции;

максимум периодичности технического обслуживания;

минимум потерь про дукции и минимум удельных затрат на 1 м3 воды и др. Рассмотрим эти критерии с целью определения наиболее применяемых для вы бора параметров водоподъемных установок.

Производительность труда учитывает лишь частично техни ческие показатели установки, не затрагивая стоимостных показате лей по всему агрегату. Однако без последних невозможно опреде лить параметры установки, поэтому нельзя производительность тру да принять за критерий.

Стоимость кубометра поднятой воды – наиболее универсаль ный критерий, учитывающий отчисления на амортизацию и теку щий ремонт, заработную плату обслуживающего персонала, затраты на топливно-смазочные материалы и др. Однако при этом не учиты вается надежность водоподъемного оборудования, металлоемкость и др., в результате чего данный показатель не может быть полноцен ным критерием для выбора параметров пастбищных водоподъемных агрегатов.

Такие критерии, как минимальные затраты топлива на 1 м воды, максимум периодичности технического обслуживания, учи тывают лишь единичные показатели водоподъемной установки, что также неприемлемо для определения параметров установки.

В большинстве работ [1, 6, 8] критерии выбора параметров установки – приведенные затраты Зпр, поскольку они учитывают комплекс технических и экономических показателей водоподъем ных агрегатов. Поэтому приведенные затраты можно принять кри терием выбора насосно-силового оборудования для условий паст бищ. Оптимальным считается тот агрегат, приведенные затраты ко торого имеют минимальную величину, то есть:

Э - суммарные эксплуатационные затраты, руб;

где н - нормативный коэффициент эффективности, равный 0,15.

В [1, 8] отмечается, что формула (1) справедлива для случая, когда капитальные вложения единовременные, то есть срок строи тельства объекта не более одного года, а ежегодные эксплуатацион ные расходы постоянные. В большинстве случаев строительство во допойных пунктов со средствами механизации водоподъема завер шается за один год, поэтому формулу (1) можно использовать для определения параметров пастбищных водоподъемных установок.

Если у водоподъемных установок приведенные затраты одинаковы, то вспомогательным критерием может быть затраты то пливно-смазочных материалов на 1 м3 поднятой воды.

1. Шефтер Я.И. Ветроэнергетические агрегаты. М.: Машиностроение, 2. Тажибаев Л.Е. Основы водоснабжения и обводнения сельскохозяйст венных районов Казахстана. Алма-Ата: Кайнар, 1969.

Каплан Р.М. Обоснование системы механизированного водоснабжения на пастбищах Казахстана. // В кн.: Научные труды Каз.НИИМЭСХ.

Алма-Ата: Кайнар, 1973. Том 6.

Усаковский В.М. Водоснабжение в сельском хозяйстве. М.: Колос, Рождественский И.В. Разработка и усовершенствование методов и тех нических средств водоснабжения сельскохозяйственного производства и быта сельского населения. // В кн.: Тезисы докл. Всесоюзного науч. техн. совещания. М., 1972.

Хелленов О.Б., Останин В.С. Обоснование рациональных схем механи зированного водоподъема на пустынных пастбищах Туркменской ССР.

// В кн.: Тезисы докл. Межреспубл. науч.-произв. конф. по комплекс ной механизации производства. Ташкент, 1971.

Хелленов О.Б., Останин В.С., Аннаев А.Г. Состояние и перспективы механизации пастбищного водоснабжения в Туркмении. // В кн.: Тезисы докл. Всесоюз. науч.-технич. совещ. М., 1972.

Методика (основные положения) определения экономической эффек тивности использования в народном хозяйстве новой техники, изобре тений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977.

УПРАВЛЕНИЕ НАСОСАМИ В СИСТЕМАХ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Д-р техн. наук Н.М. Попов, асп. Д.В. Матыцин Для регулирования уровня воды в системах одноступенчато го и двухступенчатого подъема воды скважинными насосами в во донапорные башни широко используют два вида датчиков: электро контактные датчики (ЭКД) верхнего и нижнего уровней воды в башне и реле давления или электроконтактные манометры (ЭКМ).

Преимуществами ЭКД являются простая установка диапазона регу лирования и отсутствие необходимости отстройки от гидравличе ских ударов в системе водоснабжения.

Установка ЭКД непосредственно в водонапорной башне соз дает сложности в эксплуатации водоснабжающих установок. Преж де всего, во время монтажа необходимо прокладывать соединитель ные провода между датчиками уровня и станцией управления. Для прокладки проводов иногда требуются установка дополнительных опор. Кроме того, для периодической очистки и осмотра датчиков уровня обслуживающий персонал обязан подниматься на башню, а эту работу на высоте небезопасно выполнять, особенно в зимнее время. Неудобство обслуживания электроконтактных датчиков уровня приводит к тому, что они окисляются, нарушая нормальную работу всей системы управления.

Независимо от того, какой ток пропускается через ЭКД, со временем происходит коррозия металлических частей клеммника, который располагается над поверхностью воды в башне. При ржав лении происходит расширение металлических соединений. Резьбо вые соединения расширяются, поэтому изоляционные промежутки клеммника растрескиваются. В образовавшихся щелях на клеммни ке собирается и удерживается влага. Эта влага образует токопрово дящие мостики между клеммами, и работа клеммника нарушается.

Для увеличения надёжности работы датчиков уровня электрокон тактного типа соединение проводов от датчиков и от станции управ ления лучше производить через шайбы винтами с гайками, заизоли ровав места соединения полихлорвиниловой лентой.

ЭКМ измеряет давление столба воды от места установки ма нометра до верхнего уровня воды в башне. Стрелка ЭКМ связана с размыкающим и замыкающим неподвижными контактами, которые устанавливаются на различные пределы. В зоне этих пределов и обеспечивается регулирование давления воды в системе. На ЭКМ затруднительно установить диапазон регулирования до 0,2….0, атм. Такой диапазон уменьшает частоту включения насоса, но со кращается аварийный запас воды в башне.

При определении места установки ЭКМ следует учитывать, что он измеряет как высоту подъёма воды в башне, так и потери на пора особенно в протяженном трубопроводе (рис. 1) в соответствии с формулой.

где Pман1 — показания манометра при работающем насосе;

Нб1— давление столба воды при нижнем уровне воды в башне;

Pб1— потери напора в водоподъёмном трубопроводе в башне при движении воды вверх;

Pтр— потери напора в трубопроводе от места установки мано метра до башни.

Рис. 1. Размещение датчика давления в системе водоснабжения Когда расход воды потребителями близок к производитель ности насоса, движение воды вверх в водоподъемном трубопроводе может быть незначительным, тогда Pб 0 ;

значит, уровень воды в башне будет зависеть от того, в какое время она заполнялась по ко манде от ЭКМ.

По мере подъёма воды в башне показания манометра будут увеличиваться до значения:

где Нб2 — давление столба при верхнем уровне воды в башне.

Представим себе, что верхний уровень воды в башне был ус тановлен по манометру, когда был минимальный расход воды по требителями:

Pуст.верх = H б2 + Pб1 + Pтр.,откуда H б2 = Pуст.верх Pб1 Pтр.

При максимальном расходе воды потребителями, когда в башню вода не поступает:

Ясно, что H H б2 и вода может переливаться из башни. Та ким образом, уставку верхнего уровня воды по манометру необхо димо устанавливать при максимальном расходе воды потребителя ми. Тогда вода в башню движется с минимальной скоростью, что наблюдается в дневное время.

В ночное время практически весь поток воды направлен по башенному трубопроводу и Pб = Pмакс После заполнения башни водой до верхнего уровня насос ос танавливается и начинается расход воды из башни. Тогда манометр будет показывать в диапазоне:

где Pман3, Pман4 — показания манометра при верхнем и нижнем уров не воды в башне;

Pб2 — потери напора в трубопроводе башни при движении во ды вниз.

В тех случаях, когда в системе используется башня Рожнов ского, потери напора в трубопроводе башни можно не учиты вать: Pб1 = Pб 2 0.

Установка ЭКМ требует отстройки от гидравлических ударов.

Гидравлический удар (волна повышенного давления) может возникнуть при включении скважинного насоса, у которого уста новлен шаровой обратный клапан [1]. Сначала давление поднимает ся под шаровым клапаном, а затем практически мгновенно клапан открывается, и волна повышенного давления распространяется по трубопроводу. Гидравлический удар возникает и при мгновенном закрытии обратного клапана. Эти колебания давления следует учи тывать при проектировании устройств управления насосными уста новками.

Гидравлические удары в трубопроводах приводят к много кратным замыканиям контактов ЭКМ. Это многократное замыкание контактов требует усложнения схемы управления или принятия до полнительных мер.

Для отстройки схемы управления насосами от гидравличе ских ударов существует несколько решений:

— в схему управления включают электромагнитные или электрон ные реле времени;

— между трубопроводом и датчиком давления воды в системе уста навливают различные демпферы;

— устанавливают электроконтактные манометры в таких точках водопроводной сети, где не ощущаются гидравлические удары.

Включение реле времени в схему несколько усложняет ее.

Обычно последовательно с контактами нижнего предела давления SP1 включается реле времени КТ1, например пневматическое, а по следовательно с контактами верхнего предела давления SP2 — реле времени КТ2 (рис. 2).

Анализ работы схемы автоматического управления удобно производить по временным диаграммам элементов (рис. 3). При от сутствии воды в башне замкнуты контакты нижнего уровня SP1, че рез контакты срабатывает реле КТ1. Наличие сигналов на выходе элементов обозначим логической единицей “1”, а отсутствие сигна ла “0”. За сигнал принимаем замкнутое состояние контактов или на личие напряжения. Через выдержку времени замыкаются контакты КТ1, подается питание на катушку пускателя КМ.

Рис. 2. Включение реле времени в схему управления насосом В момент времени t1 давление воды достигает значения, при котором контакты SP1 размыкаются, но КМ удерживается в срабо тавшем состоянии через размыкающие контакты КТ2. Столб жидко сти и, следовательно, давление поднимается до замыкания контак тов верхнего предела SP2 в момент времени t2. Контакты КТ2 ра зомкнутся через выдержку времени t2-t3 пускатель КМ обесточится.

Рис. 3. Временные диаграммы работы схемы управления Повторное включение КМ произойдет в момент времени t5, после того как реле времени КТ1 отсчитает выдержку времени t4-t5.

Таким образом, обмотки реле времени КТ1 и КТ2 будут находится под напряжением небольшие промежутки времени в процессе регу лирования.

Нетрудно видеть, что в случае отсутствия в системе водо снабжения гидравлических ударов вместо реле времени можно ис пользовать обычные промежуточные реле. Если в схеме использует ся магнитный пускатель первой величины, то его катушка может коммутироваться непосредственно контактами манометра.

Однако использование реле времени не устраняет резких из менений положения стрелки электроконтактного манометра, поэто му многократно включаются реле времени, и от многократных за мыканий контакты ЭКМ подгорают.

Для погашения кратковременных повышений давления, дей ствующих на манометр в месте его установки, вкладывают шайбы с очень малыми отверстиями для пропуска воды к манометру [2], как это делается в реле давления.

В некоторых случаях для демпфирования резких изменений давления воды, подходящей к манометру, предлагается устанавли вать воздушный демпфер. Для этого манометр подключается к во допроводной сети через компенсационный бачок с калиброванным входным отверстием [3]. Размер входного отверстия изменяется от 1,2 до 2,4 мм в зависимости от диаметра трубопровода и высоты столба жидкости в башне.

В опытном хозяйстве “Минское” Костромской области уже в течении нескольких лет эксплуатируется воздушный демпфер, уста новленный между трубопроводом и манометром. Демпфер изготов лен из кислородного баллона, к нижней части которого подходит напорная трубка, а к верхней части подключен манометр. Баллон установлен вертикально, и в нижней части его предусмотрен вен тиль для слива воды. Слив воды производится через 3...6 дней в за висимости от температуры окружающего воздуха. Дело в том, что в верхней части демпфера воздух под давлением соприкасается с во дой и постепенно растворяется. Когда над поверхностью воды воз душная прослойка составит 20...30 см, демпфер практически не вы полняет свои функции. Значит, такой демпфер пригоден для уста новки на водонасосных станциях с обслуживающим персоналом.

В тех случаях, когда расстояние между водонапорной баш ней и станцией управления позволяет прокладывать соединительные провода, электроконтактный манометр устанавливают в нижней части ствола башни на высоте, доступной для обслуживания, в тех точках, где не ощущаются гидравлические удары. Опыт эксплуата ции датчиков давления в хозяйствах Костромской области показал, что их необходимо устанавливать на высоте 2...2,5 м от основания башни. На зимнее время включается подогрев таких датчиков уров ня, а обслуживание их производится с подставок.

Таким образом, во многих случаях использование ЭКМ име ет преимущество перед электроконтактными датчиками уровня, ус тановленными в верхней части водонапорной башни.

1. При определении уставок электроконтактных манометров следует учитывать потери напора в питающих трубопроводах.

2. При определении места установки ЭКМ необходимо принимать меры по отстройке схемы управления от гидравлических ударов.

1. Палишкин Н.А. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение.— М.: Агропромиздат, 1990.—351с.:ил.

2. Электрооборудование животноводческих предприятий и автоматизация производственных процессов в животноводстве / Под ред. И.Ф. Кудряв цева.— М.: Колос, 1979.— 368 с.

3. Коркин В.И., Бритвин Д.И., Панкратов А.И. Совершенствование схемы управления работой водокачки // Техника в сельском хозяйстве. 1985.

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАСОСАМИ В СИСТЕМЕ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

С АККУМУЛИРУЮЩЕЙ ЕМКОСТЬЮ

Асп. И.В. Павлова (Костромская ГСХА) При рассмотрении процессов в системах водоснабжения с аккумулирующими емкостями (водонапорными башнями) необхо димо соблюдение баланса воды [1] где q – объем воды, поступающий в аккумулирующую емкость (V), Q – потребности в воде в единицу времени.

Если потребности заданы, то рассмотрение этого уравнения позволяет согласовать режим работы насосной станции и аккумули рующей емкости. Так в случае равенства производительности насо сов потребностям (в любой момент времени) аккумулирующая ем кость в системе водоснабжения может отсутствовать, но осуществ ление требуемого равенства усложняет управление системой.

Трудности управления системой при наличии аккумули рующей емкости значительно уменьшаются, если максимальная производительность насосной станции qmax не меньше максимальной потребности Qmax. Теперь насосная станция может работать в режи ме включения (при минимальном уровне воды в баке) – выключения (при достижении максимально возможного уровня). Регулируемый объем аккумулирующей емкости в этом случае определяет частоту включения (выключения) насосов.

При заданном почасовом графике водопотребления (для пе риода, равного 1 суткам) его удовлетворение при непрерывной про изводительности можно осуществить, если производительность бу дет равна среднему потреблению Q / 24, а режим системы будет периодическим, т. е. заполнение аккумулирующей емкости на нача ло и конец суток одинаково, а регулируемый объем при равномер ной почасовой подаче воды будет максимальным. Например, для водонапорной башни «Караваевского племзавода» с параметрами:

высота водонапорной башни - 20 м., емкость бака - 25 м3 и макси мальная производительность насосной станции 20 м3/час (два насоса по 10 м3/час), при равномерной подаче воды по 9,375 м3/час доста точная расчетная регулируемая емкость будет менее 16 м3.

Рис. 1. Режим работы аккумулирующей емкости при равномерной Так определяется расход, подаваемый насосами в отсутствие ограничений на объем аккумулирующей емкости, если на регули руемый объем наложены ограничения V V max (аккумулирующая емкость уже построена). Добиться равномерности подачи не удает ся, но можно рассчитать режим, минимально отличающийся от рав номерного, решая задачу равномерного программирования [2].

Для повышения эксплуатационной надежности насосной станции [1] ее производительность может обеспечиваться набором n насосов одинаковой производительности q ( n q Q ). Теперь мо жет быть сформулирована задача минимизации регулируемого объ ема аккумулирующей емкости как задача оптимальной аппроксима ции заданных потребностей ступенчатой функцией производитель ности k q (k=0…n). Так для насосной станции «Караваевского племзавода» оптимальный режим двух насосов производительно стью по 6,5 м3час снижает регулируемую емкость до 13 м3, а при трех насосах по 4 м3час она становится равной 5 м3.

Рассчитанные режимы насосной станции (при дискретной производительности, минимизирующей регулируемую емкость) де монстрируют необходимость существенного усложнения алгоритма управления. Это объясняется тем, что почасовая работа насосов в общем случае не может обеспечить периодический режим системы.

Для его осуществления необходимо, чтобы суточное водопотребле ние было кратно часовой производительности насоса Qср = n q (n – целое число), или придется отказаться от почасового режима.

Рис. 2. Оптимальный режим работы двух насосов производительно Рис. 3. Оптимальный режим работы двух насосов производительно А если учесть, что потребление носит случайный характер и однажды рассчитанный режим может изменяться, то возникает не обходимость разработки алгоритма управления и расчета режима работы системы водоснабжения, обеспечивающего оптимальную аппроксимацию потребления и простоту управления.

Пусть расчет (управление) начинается с k-ого часа, когда на чальный объем воды в баке Vk меньше Vmax, и бак наполняется, а скорость поступления воды q k Qk 0. Тогда к началу (k+1)-го часа объем воды в баке должен стать V k +1 = V k + (q k Qk ) 1. Если V k +1 Vmax, следует продолжить осуществление режима наполне Теперь бак наполнен, и потребители получают воду из бака.

К началу (k+1)-го часа объем воды V k +1 = V k Q (1 t k ) и если V k +1 0, следует определить объем воды для следующего часа k = k + 1. При V k 0 расчет продолжается, а при Vk +1 0 опреде ляется t k = V k / Qk и осуществляется переход к режиму наполнения.

Рассчитывается объем воды на начало (k+1)-го часа V k +1 = V k + (q k Qk ) t k, и работа алгоритма начинается сначала.

Так может быть рассчитан режим работы системы водо снабжения и произведена оценка ее надежности.

Предложенный алгоритм управления на каждом шаге дол жен при превышении производительности насосной станции над потребностями минимизировать это превышение, обеспечивая ми нимальность регулируемого объема аккумулирующей емкости и число включений-выключений насосов. Реализация алгоритма пред полагает превышение производительности насосной станции над потребностями при наполнении бака, поэтому оставленное требова ние 0 V V max обеспечивает не переполнение емкости.

1. Лачуга Ю.Ф., Самсонов В.А., Дидманидзе О.Н. Прикладная математи ка. Нелинейное программирование в инженерных задачах. – М.: Колос, 2. Шабалин В.Д., Дадыкин Д.В. Критерии оптимизации работы насосных станций. // Актуальные проблемы науки в АПК: материалы межвузов ской научно-практической конференции, 3 - 4 февраля 2000 г.: В 2 то мах. – Кострома: Изд. КГСХА, 2000. Том 2. – С. 183-184.

РАСЧЕТ МЕТАЛОКЕРАМИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ С АДАПТИВНЫМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ

Канд. техн. наук К.А. Набатов, А.В. Щегольков, Наметившиеся тенденции развития АПК РФ создали акту альные предпосылки для использования в своих нуждах оборудова ния, работающего на принципиально новой элементной базе. К та кому типу оборудования относятся тепловентиляционные установ ки, в основе которых в качестве элементной базы используются по лупроводниковые металлокерамические нагревательные элементы (МНЭ) с адаптивным энергопотреблением. На мировом рынке обо рудование подобного типа производится такими фирмами как Cirrus и Nimbus. Однако эти подогреватели не доступны по своей цене для сельхозпроизводителей, сложные в эксплуатации и поэтому практи чески не используются.

Актуальной задачей в связи с этим является разработка ме тодики расчета МНЭ на основе металлокерамики, для тепловенти ляционных установок [1].

Общий вид нагревательного элемента представлен на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид нагревательного элемента:

1 – радиатор;

2 – МНЭ;

3 – элемент крепления Рассмотрим динамику параметров МНЭ. Баланс подводимой электрической и отводимой тепловой мощности:

где Рdt–электрическая энергия, подводимая к МНЭ, Вт;

HdT–тепловая энергия, затраченная на повышение температуры МНЭ на dT, Вт;

D(Tпоз-Tтеп)dt–количество рассеиваемой тепловой энергии за время dt, Вт;

T–температура МНЭ, С;

Ta–температура окружающей среды, С;

Н– теплоёмкость, Вт с/ С;

D–коэффициент теплового рассеяния МНЭ, Вт с/С;

D–коэффициент теплового рас сеяния радиатора, Вт с/ С.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 11 |
 




Похожие материалы:

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ И ...»

«Российская академия сельскохозяйственных наук Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ) ФГНУ Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению АПК (ФГНУ РОСИНФОРМАГРОТЕХ) Открытое акционерное ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АГРОХИМИИ им. Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. ДОКУЧАЕВА УТВЕРЖДАЮ УТВЕРЖДАЮ Министр сельского хозяйства Президент Российской академии Российской Федерации сельскохозяйственных наук _А. В. Гордеев _Г. А. Романенко 24 сентября 2003 г. 17 сентября 2003 г. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ...»

«МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно- производственной конференции Москва 2006 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова МЕЛИОРАЦИЯ: ЭТАПЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Материалы международной научно-производственной конференции, посвященной 40-летию начала осуществления широкомасштабной программы мелиорации Москва 2006 УДК 631.6 М 54 ...»

«ПЧЕЛОВОДСТВО А.Г МЕГЕДЬ В.П. ПОЛИЩУК Допущено Государственным агропромышленным комитетом Украинской ССР в качестве учебника для средних специальных учебных заведений по специальностям Пчеловодство и Зоотехния Киев Выща школа 1990 ББК 46.91я723 М41 УДК 638.1(075.3) Рецензенты: преподаватель М. И. Совкунец (Борзнянский совхоз-техникум Черни говской области), И. Ф. Доля (заведующий пчелофермой Республиканского учеб но-производственного комбината по пчеловодству) Переведено с издания: Мегедь О. Г., ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет. Институт наук о Земле ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVII Докучаевские молодежные чтения посвященной 110-летию Центрального музея почвоведения им. В.В. Докучаева НОВЫЕ ВЕХИ В РАЗВИТИИ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СРЕДСТВА ПОЗНАНИЯ ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XVI Докучаевские молодежные чтения посвященной 130-летию со дня выхода в свет книги Русский чернозем В.В. Докучаева ЗАКОНЫ ПОЧВОВЕДЕНИЯ: НОВЫЕ ВЫЗОВЫ 4– 6 марта 2013 года ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Международной научной конференции XV Докучаевские молодежные чтения посвященной 150-летию со дня рождения Р.В. Ризположенского ПОЧВА КАК ПРИРОДНАЯ БИОГЕОМЕМБРАНА 1– 3 марта 2012 года Санкт-Петербург ...»

«Санкт-Петербургский государственный университет ГНУ Центральный музей почвоведения им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии ГНУ Почвенный институт им. В.В.Докучаева Россельхозакадемии Фонд сохранения и развития научного наследия В.В. Докучаева Общество почвоведов им. В.В. Докучаева МАТЕРИАЛЫ Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения посвященной 165-летию со дня рождения В.В.Докучаева ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ СТРЕССОВ 1– 4 марта 2011 года Санкт-Петербург ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ ВЕТЕРИНАРНАЯ АССОЦИАЦИЯ МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ЗНАНИЯ МОЛОДЫХ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И АПК СТРАНЫ Санкт-Петербург 2012 1 УДК: 619 (063) Материалы международной научной конференции студентов, аспи рантов и молодых ученых Знания ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МАТЕРИАЛЫ ХІІ МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ (Гродно, 18-20 мая 2011 года) В ТРЕХ ЧАСТЯХ ЧАСТЬ 3 АГРОНОМИЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ ЗООТЕХНИЯ ВЕТЕРИНАРИЯ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ К 60-летию вуза Гродно УО ГГАУ УДК 63 (06) ББК М Материалы ХІІ Международной студенческой научной конференции. – Гродно, 2011. – ...»

«Казанский (Приволжский) федеральный университет Общество почвоведов им. В.В. Докучаева Институт проблем экологии и недропользования АН РТ НАСЛЕДИЕ И.В. ТЮРИНА В СОВРЕМЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ПОЧВОВЕДЕНИИ Материалы международной научной конференции Казань, 15-17 октября 2013 г. И.В.Тюрин (1892-1962) Казань 2013 УДК 631.4 ББК 40.3 Печатается по решению Ученого совета Института фундаментальной медицины и биологии ФГБОУ ВПО Казанский (Приволжский) федеральный университет Наследие И.В. Тюрина в ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издательство Санкт-Петербургского университета 2012 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 7 (34) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2012 УДК 631.4 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: Б.Ф. Апарин (председатель), Е.В. Абакумов, ...»

«ISSN 1561-1124 МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издательство Санкт-Петербургского университета 2009 САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ПОЧВОВЕДЕНИЯ И ЭКОЛОГИИ ПОЧВ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МУЗЕЙ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ИМ. В.В.ДОКУЧАЕВА МАТЕРИАЛЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ РУССКИХ ПОЧВ ВЫПУСК 6 (33) Издание основано в 1885 г. А.В. Советовым и В.В. Докучаевым Издательство С.-Петербургского университета 2009 УДК 631.4 + 577.34 ББК 40.3 М34 Редакционная коллегия: И.А. Горлинский (председатель), Б.Ф. ...»

«X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ 25-27 сентября 2013 г. г. Благовещенск АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ БОТАНИЧЕСКОГО САДА-ИНСТИТУТА ДВО РАН АМУРСКИЙ ФИЛИАЛ WWF РОССИИ БЛАГОВЕЩЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОЮЗА АМУРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РУССКОГО БОТАНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ АФ БСИ ДВО РАН X ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ЗАПОВЕДНОМУ ДЕЛУ 25-27 сентября ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ ФГОУ ВПО УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ МАТЕРИАЛЫ IX МЕЖДУНАРОДНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ 31 марта 2011 Димитровград 2011 г. УДК 631 Редакционная коллегия: Главный редактор Х.Х. Губейдуллин Научный редактор Т.А. Мащенко Редакционная коллегия И.И. Шигапов А.М. Кадырова ...»

«Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный аграрный университет имени К.Д. Глинки (Россия) Германо-российский кооперационный проект Развитие и внедрение современных технологий производства молока и говядины в РФ III РОССИЙСКО-ГЕРМАНСКАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Перспективы развития сельского хозяйства: кормопроизводство и кормление КРС как предпосылка высокой продуктивности в молочном и мясном скотоводстве ...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина В.А. Марков, Е.С. Иванов, Е.А. Лупанов Биоразнообразие и охрана природы Учебное пособие Рязань 2009 ББК 20.1я73 М26 Печатается по решению учебно-методического совета Государ ственного образовательного учреждения высшего профессиональ ного образования Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина в соответствии с ...»

«МАРЧЕНКОВ С.Я. ЛЮДИ ТОГДА БЫЛИ ДРУГИЕ РОМАН НОРДМЕДИЗДАТ САНКТ ПЕТЕРБУРГ 2010 Г. МАРЧЕНКОВ С.Я. ЛЮДИ ТОГДА БЫЛИ ДРУГИЕ. Санкт Петербург: Нордмедиздат, 2010. С.384. ISBN 978 5 98306 080 7 © МАРЧЕНКОВ С.Я., 2010 Оригинал макет подготовлен издательством НОРДМЕДИЗДАТ medizdat@mail.wplus.net Санкт Петербург, Лиговский пр., д.56/Г, оф.100. (812)764 79 31 Отпечатано с готовых диапозитивов в типографии “Турусел”. Бумага офсетная. Печать офсетная. Подписано в печать 28.05.2010 г. Тираж 50 экз. Объем 24 ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.