Optimizarea echipamentelor de pompare rapel în sistemele de alimentare cu apă

O. A. Steinmiller, Ph.D., Director General al CJSC Promenergo

Problemele în asigurarea presiunii în rețelele de alimentare cu apă ale orașelor rusești, de regulă, sunt omogene. Starea principalelor rețele a condus la necesitatea reducerii presiunii, în urma căreia a apărut sarcina de a compensa scăderea presiunii la nivelul rețelelor raionale, cartierului și intracasa. Dezvoltarea orașelor și creșterea înălțimii locuințelor, mai ales în cazul construcțiilor de etanșare, impun asigurarea presiunii necesare pentru noii consumatori, inclusiv prin dotarea cu unități de pompare amplificatoare (PNU) a clădirilor înalte (DPE) . Selectarea pompelor ca parte a rapelului statii de pompare(PNS) a fost realizat ținând cont de perspectivele de dezvoltare, parametrii de aprovizionare și presiune au fost supraestimați. Este obișnuit să aduceți pompele la caracteristicile cerute prin stroflarea cu supape, ceea ce duce la un consum excesiv de energie electrică. Pompele nu sunt înlocuite la timp; majoritatea funcționează cu eficiență scăzută. Deteriorarea echipamentelor a agravat nevoia de reconstrucție a PNS pentru a îmbunătăți eficiența și fiabilitatea funcționării.

Combinarea acestor factori conduce la necesitatea determinării parametrilor optimi ai PNS cu restricţiile existente asupra presiunii de intrare, în condiţii de incertitudine şi inegalitate a costurilor efective. Atunci când se rezolvă o astfel de problemă, apar întrebările legate de combinarea funcționării secvențiale a grupurilor de pompe și a funcționării în paralel a pompelor combinate în cadrul grupului, precum și de a combina funcționarea pompelor conectate în paralel cu variator de frecvență (VFD) și, în cele din urmă , selecția echipamentelor care furnizează parametrii necesari unui anumit sistem. Ar trebui luate în considerare schimbările semnificative din ultimii ani în abordarea selecției echipamentelor de pompare - atât în ​​ceea ce privește eliminarea redundanței, cât și în ceea ce privește nivelul tehnic al echipamentelor disponibile.

Relevanța deosebită a acestor probleme este determinată de importanța sporită a soluționării problemelor de eficiență energetică, care a fost confirmată în Legea federală a Federației Ruse din 23.11.2009, nr. 261-FZ „Cu privire la economisirea energiei și la creșterea eficienței energetice și la modificări la anumite acte legislative ale Federației Ruse.”

Intrarea în vigoare a acestei legi a devenit un catalizator al entuziasmului larg răspândit pentru soluții standard de reducere a consumului de energie, fără a evalua eficacitatea și fezabilitatea acestora la un anumit loc de implementare. Una dintre astfel de soluții pentru utilități a fost dotarea VFD a echipamentelor de pompare existente în sistemele de alimentare și distribuție a apei, adesea uzate moral și fizic, cu caracteristici excesive, funcționate fără a ține cont de modurile efective.

Analiza rezultatelor tehnice și economice ale oricărei modernizări (reconstrucții) planificate necesită timp și calificare a personalului. Din păcate, șefii majorității vodocanalelor municipale se confruntă cu o penurie a ambelor, când, în condiții de subfinanțare extremă constantă, trebuie să stăpânească rapid fondurile alocate pentru „reechiparea” tehnică prin minune.

Prin urmare, realizând amploarea orgiei introducerii necugetate a VFD pe pompele sistemelor de alimentare cu apă de rapel, autorul a decis să prezinte această problemă pentru o discuție mai largă de către experții care se ocupă de problemele de alimentare cu apă.

Parametrii principali ai pompelor (suflantelor), care determină gama de modificări ale modurilor de funcționare ale stațiilor de pompare (NS) și PNU, compoziția echipamentului, caracteristici de proiectare iar indicatorii economici sunt cap, flux, putere și eficiență (COP). Pentru sarcinile de creștere a presiunii în alimentarea cu apă, este important să legați parametrii funcționali ai suflantelor (alimentare, presiune) cu cei de putere:

unde p este densitatea lichidului, kg / m3; d - accelerația gravitației, m / s2;

О - debitul pompei, m3 / s; Н - capul pompei, m; P este presiunea pompei, Pa; N1, N - puterea utilă și puterea pompei (furnizată pompei prin transmisia de la motor), W; Nb N2 - puterea motorului de intrare (consumată) și de ieșire (prevăzută pentru transmisie).

Eficiența pompei n h ia în considerare toate tipurile de pierderi (hidraulice, volumetrice și mecanice) asociate conversiei energiei mecanice a motorului de către pompă în energia fluidului în mișcare. Pentru evaluarea ansamblului pompei cu motorul se ia în considerare randamentul unității na, care determină fezabilitatea funcționării la modificarea parametrilor de funcționare (presiune, debit, putere). Valoarea eficienței și natura modificării acesteia sunt determinate în mod semnificativ de scopul pompei și de caracteristicile de proiectare.

Varietatea de design a pompelor este mare. Pe baza clasificării complete și logice adoptate în Rusia, pe baza diferențelor de principiu de funcționare, în grupul de pompe dinamice vom evidenția pompele cu palete utilizate în instalațiile de alimentare cu apă și canalizare. Pompele cu palete asigură un debit fluid și continuu la eficiență ridicată, au fiabilitate și durabilitate suficiente. Funcționarea pompelor cu palete se bazează pe interacțiunea forței a palelor rotorului cu debitul lichidului pompat, diferențele de mecanism de interacțiune datorate designului conduc la o diferență în performanța pompelor cu palete, care sunt împărțite în direcția curgerii în centrifugă (radial), diagonală și axială (axială).

Ținând cont de natura problemelor luate în considerare, de cel mai mare interes sunt pompele centrifuge, în care, atunci când rotorul se rotește, o forță centrifugă Fu va acționa asupra fiecărei părți a lichidului cu masa m situată în canalul inter-lame la un distanța r față de axa arborelui:

unde w este viteza unghiulară a arborelui, rad / s.

Metode de reglare a parametrilor de funcționare ai pompei

tabelul 1

cu atât viteza de rotație n și diametrul rotorului D este mai mare.

Parametrii principali ai pompelor - debit Q, înălțime I, putere N, randament I] și turație n - se află într-o anumită relație, care este reflectată de curbele caracteristice. Caracteristica (caracteristica energetică) a pompei este o dependență exprimată grafic a indicatorilor principali de energie de debit (la o viteză constantă de rotație a rotorului, vâscozitatea și densitatea mediului la intrarea în pompă), vezi Fig. 1.

Curba caracteristică principală a pompei (caracteristică de funcționare, curbă de funcționare) este graficul dependenței înălțimii dezvoltate de pompă de debitul H = f (Q) la o viteză de rotație constantă n = const. Valoarea maximă a randamentului qmBX corespunde alimentării Qp și înălțimii Нр la punctul optim de funcționare Р Caracteristicile Q-H(Figura 1-1).

Dacă caracteristica principală are o ramură ascendentă (Fig. 1-2) - intervalul de la Q = 0 la 2b, atunci se numește ascendent, iar intervalul se numește o zonă de funcționare instabilă cu modificări bruște ale fluxului, însoțite prin zgomot puternic si socuri hidraulice. Caracteristicile care nu au o ramură crescătoare se numesc stabile (Fig. 1-1), modul de operare este stabil în toate punctele curbei. „Este necesară o curbă stabilă atunci când două sau mai multe pompe trebuie utilizate în același timp”, ceea ce este foarte economic în aplicațiile de pompare. Forma caracteristicii principale depinde de coeficientul de viteză al pompei ns - cu cât este mai mare, cu atât curba este mai abruptă.

Cu o caracteristică plată stabilă, capul pompei se modifică nesemnificativ atunci când se modifică debitul. Pompele cu caracteristici plate sunt necesare în sistemele în care, la o înălțime constantă, este necesară o gamă largă de control al debitului, care corespunde sarcinii de creștere a înălțimii în secțiunile de capăt ale rețelei de alimentare cu apă.

Pe PNS trimestrial, precum și ca parte a pomparii locale PNU. Pentru partea de lucru a caracteristicii Q-H, următoarea dependență este comună:

unde a, b sunt coeficienții constanți selectați (a >> 0, b >> 0) pentru o anumită pompă în cadrul caracteristicii Q-H, care are o formă pătratică.

Lucrarea folosește conexiunea în serie și paralelă a pompelor. Cu o instalare secvențială, înălțimea totală (presiunea) este mai mare decât dezvoltă fiecare dintre pompe. Instalarea în paralel asigură un debit mai mare decât fiecare pompă separat. caracteristici generale iar relațiile principale pentru fiecare metodă sunt prezentate în Fig. 2.

Când funcționează o pompă cu o caracteristică QH, este necesară o presiune pe sistemul de conducte (liniile de apă adiacente și rețeaua ulterioară) pentru a depăși rezistența hidraulică a sistemului - suma rezistențelor elementelor individuale care rezistă curgerii, care în cele din urmă. afectează pierderea de presiune. În general, putem spune:

unde ∆Н - pierderea de presiune pe un element (secțiune) al sistemului, m; Q este debitul lichidului care trece prin acest element (secțiune), m3 / s; k - coeficient de pierdere de presiune, în funcție de tipul de element (secțiune) al sistemului, C2 / M5

Caracteristica sistemului este dependența rezistenței hidraulice de debit. Funcționarea comună a pompei și a rețelei este caracterizată prin punctul de echilibru material și energetic (punctul de intersecție a caracteristicilor sistemului și pompei) - punctul de lucru (de funcționare) cu coordonatele (Q, i / i) corespunzătoare debitului și presiunii curente atunci când pompa funcționează pe sistem (Fig. 3) ...

Există două tipuri de sisteme: închis și deschis. În sistemele închise (încălzire, aer condiționat, etc.), volumul lichidului este constant, pompa este necesară pentru a depăși rezistența hidraulică a componentelor (conducte, dispozitive) în timpul mișcării necesare tehnologic a transportorului în sistem.

Caracteristica sistemului este o parabolă cu vârful (Q, H) = (0, 0).

În alimentarea cu apă, sistemele deschise prezintă interes transportarea lichidului dintr-un punct în altul, în care pompa asigură presiunea necesară în punctele de analizare, depășind pierderile prin frecare din sistem. Este clar din caracteristicile sistemului - cu cât debitul este mai mic, cu atât pierderile de frecare ale ANT sunt mai mici și, în consecință, consumul de energie.

Există două tipuri de sisteme deschise: cu o pompă sub punctul de analizare și deasupra punctului de analiză. Să considerăm un sistem deschis de primul tip (Fig. 3). Pentru a alimenta de la rezervorul nr.1 la marcajul zero (bazinul inferior) la rezervorul superior nr.2 (bazinul superior), pompa trebuie să asigure ridicarea geometrică H și să compenseze pierderea prin frecare a ANT, care depinde de debit. rată.

Caracteristicile sistemului

Parabola cu coordonatele (0; ∆H,).

Într-un sistem deschis de al 2-lea tip (Fig. 4)

apa sub influența diferenței de înălțime (H1) este livrată consumatorului fără pompă. Diferența de înălțime a nivelului curent de lichid din rezervor și punctul de analiză (H1) asigură un anumit debit Qr. Înălțimea cauzată de diferența de înălțime este insuficientă pentru a asigura debitul necesar (Q). Prin urmare, pompa trebuie să adauge înălțimea Н1 pentru a depăși complet pierderile prin frecare ∆Н1. Caracteristica sistemului este o parabolă cu începutul (0; -H1). Debitul depinde de nivelul din rezervor - atunci când scade, înălțimea H scade, caracteristica sistemului se deplasează în sus și debitul scade. Sistemul reflectă problema lipsei presiunii de intrare în rețea (contrapresiune echivalentă cu Rg) pentru a asigura alimentarea cantității necesare de apă tuturor consumatorilor cu presiunea necesară.

nevoile sistemului se modifică în timp (se schimbă caracteristicile sistemului), se pune problema reglării parametrilor pompei pentru a îndeplini cerințele actuale. O prezentare generală a metodelor de modificare a parametrilor pompei este dată în tabel. 1.

Cu controlul clapetei de accelerație și controlul by-pass, poate apărea atât o scădere, cât și o creștere a consumului de energie (în funcție de caracteristica puterii pompei centrifuge și de poziția punctelor de funcționare înainte și după acțiunea de control). În ambele cazuri, eficiența finală este redusă semnificativ, consumul relativ de energie pe unitatea de alimentare a sistemului crește și are loc o pierdere neproductivă de energie. Metoda de corectare a diametrului rotorului are o serie de avantaje pentru sistemele cu o caracteristică stabilă, în timp ce forfecarea (sau înlocuirea) rotorului permite aducerea pompei la funcționare optimă fără costuri inițiale semnificative, iar eficiența scade ușor. Cu toate acestea, metoda este inaplicabilă operativ, atunci când condițiile de consum și, în consecință, de aprovizionare se modifică continuu și semnificativ în timpul funcționării. De exemplu, atunci când „o instalație de alimentare cu apă de pompare furnizează apă direct în rețea (stații de pompare de la a 2-a, a 3-a cotă, stații de pompare etc.)” și când este recomandabil să se controleze frecvența unui motor electric folosind o frecvență curentă convertor (FCT), care oferă o schimbare a vitezei rotorului (viteza pompei).

Pe baza legii proporționalității (formula de conversie), este posibil să se construiască un număr de caracteristici ale pompei în domeniul vitezei de rotație folosind o caracteristică Q-H (Fig. 5-1). Conversia coordonatelor (QA1, HA) unui anumit punct A al caracteristicii Q-H, care are loc la viteza nominală n, pentru frecvențe n1

n2 .... ni, va duce la punctele A1, A2 .... Ai aparținând caracteristicilor corespunzătoare Q-H1 Q-H2 ...., Q-Hi

(Figura 5-1). А1, А2, Аi -, formează așa-numita parabolă a unor moduri similare cu vârful la origine, descrisă de ecuația:

O parabolă de moduri similare este locul punctelor care determină, la viteze (viteze) diferite, moduri de funcționare a pompei similare cu modul din punctul A. Conversia punctului B a caracteristicii Q-H la viteza de rotație n pe frecvente n1 n2 ni, va da puncte В1, В2, Вi definirea parabolei corespunzătoare a modurilor similare (0B1 B) (Fig. 5-1).

Pe baza poziției inițiale (când se derivă așa-numitele formule de conversie) cu privire la egalitatea între eficiența la scară completă și a modelului, se presupune că fiecare dintre parabolele unor astfel de moduri este o linie de eficiență constantă. Această prevedere stă la baza utilizării în sisteme de pompare ah VFD, care este considerat de mulți a fi aproape singura modalitate de a optimiza modurile de funcționare ale stațiilor de pompare. De fapt, cu un VFD, pompa nu menține o eficiență constantă nici măcar pe parabole unor astfel de moduri, deoarece cu o creștere a frecvenței de rotație n, debitele cresc și, proporțional cu pătratele turațiilor, pierderile hidraulice în calea de curgere a pompei. Pe de altă parte, pierderile mecanice sunt mai pronunțate la turații mici, când puterea pompei este scăzută. Randamentul atinge maximul la valoarea calculată a vitezei de rotație n0. Cu alții n, mai mic sau mai mare n0, Eficiența pompei va scădea pe măsură ce deviația crește n din n0... Luând în considerare natura schimbării eficienței cu o schimbare a vitezei, marcarea punctelor cu valori egale de eficiență pe caracteristicile Q-Н1, Q-H2, Q-Нi și conectându-le cu curbe, obținem astfel -numita caracteristica universala (Fig. 5-2), care determina functionarea pompei la turatie, randament si putere variabila a pompei pentru orice punct de functionare.

Pe lângă reducerea eficienței pompei, ar trebui să se țină cont de scăderea eficienței motorului din cauza funcționării PChT., care are două componente: în primul rând, pierderile interne ale PChT și, în al doilea rând, pierderile pe armonici în motorul electric controlat (datorită imperfecțiunii undei de curent sinusoidal la VFD). Eficiența unui PChT modern la o frecvență nominală a curentului alternativ este de 95-98%, cu o scădere funcțională a frecvenței curentului de ieșire, eficiența unui PChT scade (Fig. 5-3).

Pierderile la motoarele la armonici produse cu VFD (variind de la 5 la 10%) duc la încălzirea motorului și o deteriorare corespunzătoare a performanței, ca urmare, randamentul motorului scade cu încă 0,5-1%.

Imaginea generalizată a pierderilor „constructive” ale eficienței unității de pompare cu VFD, conducând la o creștere a consumului specific de energie (de exemplu, pompa TPE 40-300 / 2-S), este prezentată în Fig. 6 - reducerea vitezei la 60% din viteza nominală reduce la cu 11% față de cea optimă (la punctele de funcționare pe o parabolă de moduri similare cu randament maxim). În același timp, consumul de energie electrică a scăzut de la 3,16 la 0,73 kW, adică. cu 77% (denumirea P1, [(„Grundfos”) corespunde N1, în (1)]. Eficiența la reducerea vitezei este asigurată de o scădere a puterii utile și, în consecință, consumate.

Ieșire. O scădere a eficienței unității din cauza pierderilor „constructive” duce la o creștere a consumului specific de energie chiar și atunci când funcționează în apropierea punctelor cu randament maxim.

Într-o măsură și mai mare, consumul relativ de energie și eficiența controlului vitezei depind de condițiile de funcționare (tipul de sistem și parametrii caracteristicilor acestuia, poziția punctelor de funcționare pe curbele pompei în raport cu randamentul maxim), precum şi asupra criteriului şi condiţiilor de reglementare. În sistemele închise, caracteristica sistemului poate fi apropiată de o parabolă de moduri similare care trec prin punctele de eficiență maximă pentru viteze diferite, deoarece ambele curbe au unic un vârf la origine. V sisteme deschise caracteristica de alimentare cu apă a sistemului are o serie de caracteristici, ceea ce duce la o diferență semnificativă în opțiunile sale.

În primul rând, partea de sus a caracteristicii, de regulă, nu coincide cu originea coordonatelor din cauza componentei statice diferite a capului (Fig. 7-1). Capul static este mai des pozitiv (Fig. 7-1, curba 1) și este necesar pentru ridicarea apei la o înălțime geometrică într-un sistem de tip 1 (Fig. 3), dar poate fi și negativ (Fig. 7-1). , curba 3) - când capul de la intrarea în sistemul de tip 2 depășește capul geometric necesar (Fig. 4). Deși înălțimea static zero (Fig. 7-1, curba 2) este și posibilă (de exemplu, dacă contrapresiunea este egală cu înălțimea geometrică necesară).

În al doilea rând, caracteristicile majorității sistemelor de alimentare cu apă se schimbă constant în timp.... Aceasta se referă la deplasările caracteristicii vârfului sistemului de-a lungul axei presiunii, care se explică prin modificări ale mărimii apei de spate sau ale mărimii presiunii geometrice necesare. Pentru o serie de sisteme de alimentare cu apă, datorită modificării constante a numărului și locației punctelor de consum efectiv în spațiul rețelei, poziția punctului de dictare în câmp se modifică, ceea ce înseamnă o nouă stare a sistemului, care este descrisă. printr-o nouă caracteristică cu o curbură diferită a parabolei.

Ca urmare, este evident că în, a cărei funcționare este asigurată de o singură pompă, de regulă, este dificil să se regleze viteza pompei în concordanță neechivocă cu consumul curent de apă (adică în mod clar în funcție de caracteristicile curente ale sistem), menținând în același timp poziția punctelor de funcționare a pompei (cu o astfel de modificare a vitezei) la o parabolă fixă ​​de moduri similare care trec prin punctele cu randament maxim.

Scăderea eficienței cu un VFD în conformitate cu caracteristicile sistemului este deosebit de semnificativă în cazul unei componente semnificative de presiune statică (Fig. 7-1, curba 1). Deoarece caracteristica sistemului nu coincide cu parabola unor astfel de moduri, atunci cu o scădere a vitezei (datorită scăderii frecvenței curentului de la 50 la 35 Hz), punctul de intersecție a caracteristicilor sistemului iar pompa se va deplasa vizibil spre stânga. Deplasarea corespunzătoare pe curbele de eficiență va duce la o zonă de valori mai mici (Fig. 7-2, puncte „crimson”).

Astfel, potențialele de economisire a energiei pentru VFD în sistemele de alimentare cu apă diferă semnificativ. Evaluarea eficienței VFD în ceea ce privește energia specifică pentru pompare este orientativă.

1 m3 (Fig. 7-3). În comparație cu controlul discret de tip D, controlul vitezei are sens într-un sistem de tip C - cu o înălțime geometrică relativ scăzută și o componentă dinamică semnificativă (pierderi prin frecare). Într-un sistem de tip B, componentele geometrice și dinamice sunt semnificative, controlul vitezei este eficient pe un anumit interval de avansuri. Într-un sistem de tip A cu o înălțime mare de ridicare și o componentă dinamică mică (mai puțin de 30% din înălțimea necesară), utilizarea unui VFD din punct de vedere al costurilor energetice este nepractică. Practic, problema creșterii presiunii la secțiunile de capăt ale rețelei de alimentare cu apă este rezolvată în sisteme de tip mixt (tip B), ceea ce necesită fundamentarea substanțială a utilizării VFD pentru îmbunătățirea eficienței energetice.

Controlul vitezei, în principiu, permite extinderea domeniului de funcționare al pompei în sus de la ratingul Q-H. Așadar, unii autori propun să selecteze o pompă echipată cu un PCHT în așa fel încât să îi asigure timpul maxim de funcționare la caracteristica nominală (cu un randament maxim). În consecință, cu ajutorul unui VFD, atunci când debitul este redus, turația pompei scade față de cea nominală, iar cu o creștere, aceasta crește (la o frecvență curentă mai mare decât valoarea nominală). Cu toate acestea, pe lângă necesitatea de a ține cont de puterea motorului electric, observăm că producătorii de pompe trec în tăcere problema aplicării practice a funcționării pe termen lung a motoarelor de pompare cu o frecvență de curent care depășește semnificativ valoarea nominală.

Ideea de control în funcție de caracteristicile sistemului, care reduce excesul de capete și consumul excesiv de energie corespunzător, este foarte atractivă. Dar este dificil să se determine înălțimea necesară în funcție de valoarea actuală a debitului în schimbare din cauza varietății de poziții posibile ale punctului de dictare în starea de o secundă a sistemului (când numărul și locația punctelor de consum în rețeaua, precum și debitul în ele se modifică) și caracteristica vârfului sistemului pe axa de presiune (Fig. 8-1). Înainte de utilizarea masivă a instrumentației și controlului și transmisiei de date, este posibil doar „aproximarea” controlului după caracteristică pe baza unor ipoteze private pentru rețea, stabilind un set de puncte de dictare sau limitând caracteristica sistemului de sus în funcție de debitul. Un exemplu de astfel de abordare este reglarea în 2 poziții (zi/noapte) a presiunii de ieșire în PNS și PNU.

Ținând cont de variabilitatea semnificativă a amplasării vârfului caracteristicilor sistemului și a poziției curente în câmpul punctului de dictare, precum și de incertitudinea acesteia în diagrama rețelei, este necesar să concluzionăm că astăzi, în majoritatea sistemelor spațiale de alimentare cu apă se aplică controlul după criteriul presiunii constante (Fig. 8 -2, 8-3). Este important ca odată cu scăderea debitului Q, capetele în exces să fie reținute parțial, care sunt cu atât mai mari cu cât este mai la stânga punctul de funcționare și scăderea eficienței cu scăderea vitezei rotorului, de regulă. , va crește (dacă randamentul maxim corespunde punctului de intersecție a caracteristicii pompei la presiunea constantă setată).

Recunoscând posibilitatea reducerii puterii consumate și utile la reglarea vitezei pentru a răspunde mai bine nevoilor sestemei, este necesar să se determine eficiența reală a VFD pentru un anumit sistem, comparând sau combinând această metodă cu alte metode eficiente. de reducere a costurilor cu energia și, în primul rând, cu o scădere corespunzătoare a alimentului și/sau presiunii nominale pe o pompă cu creșterea numărului acestora.

Un exemplu ilustrativ de circuit de pompe conectate în paralel și în serie (Fig. 9), care asigură un număr semnificativ de puncte de funcționare într-o gamă largă de înălțimi și debite.

Odată cu creșterea presiunii în secțiunile rețelelor de alimentare cu apă apropiate consumatorilor, se ridică întrebările combinării funcționării secvențiale a grupurilor de pompe și a funcționării în paralel a pompelor combinate în cadrul aceluiași grup. Utilizarea VFD a ridicat și problema combinației optime a funcționării unui număr de pompe conectate în paralel cu control al frecvenței.

Atunci când sunt combinate, un confort ridicat este oferit consumatorilor datorită pornire lină/ oprire și o înălțime stabilă, precum și o scădere a puterii instalate - adesea numărul de pompe de așteptare nu se modifică, iar valoarea nominală a consumului de energie pe pompă scade. De asemenea, capacitatea PChT și prețul acestuia sunt reduse.

De fapt, este clar că alinierea (Fig. 10-1) vă permite să suprapuneți partea necesară a zonei de lucru a câmpului. Dacă selecția este optimă, atunci în cea mai mare parte a zonei de lucru și, în primul rând, pe linia de presiune constantă controlată (cap), este asigurată eficiența maximă a majorității pompelor și a unității de pompare în ansamblu. Subiectul de discuție al lucrării comune a pompelor conectate în paralel în combinație cu un VFD este adesea întrebarea dacă este recomandabil să se echipeze fiecare pompă cu propriul PChT.

Un răspuns fără echivoc la această întrebare nu va fi suficient de exact. Desigur, este corect să spunem că echiparea fiecărei pompe cu un PCT mărește spațiul posibil pentru amplasarea punctelor de operare pentru instalare. De asemenea, poate fi corect să ne gândim că atunci când pompa funcționează într-o gamă largă de debite, punctul de funcționare nu este la eficiența optimă, iar când 2 astfel de pompe funcționează la o viteză redusă, eficiența globală va fi mai mare (Fig. 10-2). Aceasta este punctul de vedere al furnizorilor de pompe echipate cu FC-uri integrate.

În opinia noastră, răspunsul la această întrebare depinde de tip specific caracteristicile sistemului, pompelor și instalației, precum și amplasarea punctelor de funcționare. Cu controlul constant al presiunii, nu este necesară o creștere a spațiului punctului de operare și, prin urmare, o instalație echipată cu un FC în panoul de comandă va funcționa în același mod ca o instalație, fiecare pompă fiind echipată cu un FC. Pentru a asigura o fiabilitate tehnologică mai mare, este posibil să instalați un al doilea PChT în dulap - unul de rezervă.

Cu selecția corectă (eficiența maximă corespunde punctului de intersecție a caracteristicii principale a pompei și linia de presiune constantă), eficiența unei pompe care funcționează la frecvența nominală (în zona de eficiență maximă) va fi mai mare decât eficiența totală a două din aceleași pompe care asigură același punct de funcționare în timpul funcționării fiecăreia dintre ele la o viteză redusă (Figura 10-3). Dacă punctul de funcționare se află în afara caracteristicilor unei (două, etc.), atunci o pompă (două, etc.) va funcționa în modul „rețea”, având un punct de lucru la intersecția caracteristicii pompei și constanta. linie de presiune (cu randament maxim). Și o pompă va funcționa cu un PChT (avand în același timp un randament mai mic), iar viteza acesteia va fi determinată de cererea curentă a sistemului de alimentare, asigurând localizarea corespunzătoare a punctului de funcționare a întregii instalații pe linia de presiune constantă.

Este recomandabil să selectați pompa în așa fel încât linia de presiune constantă, care determină și punctul de funcționare cu randament maxim, să se intersecteze cu axa presiunii cât mai sus posibil față de liniile caracteristice ale pompei determinate pentru turații reduse. Aceasta corespunde afirmației menționate mai sus privind utilizarea pompelor cu caracteristici stabile și blânde (cât mai scăzute cu un coeficient de viteză ns) la rezolvarea problemelor de creștere a presiunii în secțiunile terminale ale rețelei de pompe.

În condiția „o pompă funcționează...” întreaga gamă de livrare este asigurată de o pompă (funcționând în acest moment) cu viteza variabila, prin urmare, de cele mai multe ori pompa funcționează cu un debit mai mic decât cel nominal și, în consecință, la un randament mai mic (Fig. 6, 7). În prezent, există o intenție strictă a clientului de a se limita la două pompe ca parte a instalației (o pompă funcționează, una în standby) pentru a reduce costurile inițiale.

Costurile operaționale influențează selecția într-o măsură mai mică. În același timp, în scopul „reasigurării”, clientul insistă adesea asupra folosirii unei pompe, al cărei debit nominal depășește debitul calculat și/sau măsurat. În acest caz, opțiunea selectată nu va corespunde modurilor reale de consum de apă într-un interval de timp semnificativ al zilei, ceea ce va duce la un consum excesiv de energie electrică (datorită eficienței mai scăzute în cea mai „frecventă” și largă gamă de alimentare), reduce fiabilitatea și durabilitatea pompelor (datorită atingerii frecvente a cel puțin 2" în domeniul debitului admis, pentru majoritatea pompelor - 10% din valoarea nominală), va reduce confortul alimentării cu apă (datorită frecvenței funcția de oprire și pornire). Ca urmare, recunoscând validitatea „externă” a argumentelor clientului, trebuie să acceptăm drept fapt redundanța majorității pompelor de amplificare nou instalate pe cele interne, ceea ce duce la o eficiență foarte scăzută a unităților de pompare. În acest caz, utilizarea unui VFD oferă doar o parte din posibilele economii în exploatare.

Tendința de a folosi două unități de pompare (una - de lucru, una - de așteptare) se manifestă pe scară largă în construcția de locuințe noi, deoarece Nici organizațiile de proiectare, nici de construcție și instalare nu sunt interesate practic de eficiența operațională a echipamentului ingineresc al locuinței care se construiește, principalul criteriu de optimizare fiind prețul de achiziție, asigurând în același timp nivelul parametrului de control (de exemplu, alimentarea și presiunea la un un singur punct de dictare). Majoritatea clădirilor rezidențiale noi, ținând cont de numărul crescut de etaje, sunt dotate cu PNU. Compania condusă de autor ("Promenergo") furnizează PNU-uri atât produse de "", cât și producție proprie pe baza pompelor "Grundfos" (cunoscute sub numele de IANS). Statisticile aprovizionărilor Promenergo pe acest segment timp de 4 ani (Tabelul 2) ne permit să remarcăm predominanța absolută a două unități de pompare pompare, în special în rândul instalațiilor cu VFD, care vor fi utilizate în principal în sistemele de alimentare cu apă potabilă menajeră, și în principal în clădiri rezidenţiale.

În opinia noastră, optimizarea compoziției PNU, atât în ​​ceea ce privește costurile cu energia electrică, cât și în ceea ce privește fiabilitatea în exploatare, ridică problema creșterii numărului de pompe de lucru (cu scăderea alimentării fiecăreia dintre ele). Eficiența și fiabilitatea pot fi asigurate doar printr-o combinație de control în trepte și continuu (frecvență).

Analiza practicii sistemelor de pompare booster, ținând cont de capacitățile pompelor moderne și ale metodelor de control, ținând cont de resursele limitate, a făcut posibilă propunerea conceptului de modelare a alimentării cu apă periferică ca abordare metodologică de optimizare a PNS (PNS). ) în contextul reducerii consumului de energie și a costului ciclului de viață al echipamentelor de pompare. Pentru o alegere rațională a parametrilor stației de pompare, ținând cont de relația structurală și de natura multimodală a funcționării elementelor periferice ale sistemului de alimentare cu apă, au fost elaborate modele matematice. Soluția model face posibilă fundamentarea unei abordări a alegerii numărului de suflante din PNS, care se bazează pe studiul funcției de cost ciclului de viață în funcție de numărul de suflante din PNS. Într-un studiu asupra modelului unui număr de sisteme de operare, s-a constatat că, în majoritatea cazurilor, numărul optim de pompe de lucru în PNS este de 3-5 unități (cu condiția să fie utilizat un VFD).

Literatură

1. Berezin S.E. Statii de pompare cu pompe submersibile: calcul si proiectare / S.E. Berezin. - M .: Stroyizdat, 2008.

160 s.

2. Karelin V.Ya. Pompe și stații de pompare / V.Ya. Karelin, A.V. Minaev.

M .: Stroyiz-dat, 1986 .-- 320 p.

3. Karttunen E. Alimentare cu apă II: per. din finlandeză / E. Karttunen; Asociația finlandeză a inginerilor civili RIL - SPb .: Revista nouă, 2005 - 688 p.

4. Kinebas A.K. Optimizarea alimentării cu apă în zona de influență a stației de pompare Uritskaya din Sankt Petersburg / A.K. Kinebas, M.N. Ipatko, Yu.V. Ruksin și colab. // VST. - 2009. - Nr. 10, partea 2. - str. 12-16.

5. Krasilnikov A. Unități de pompare automate cu control al frecvenței în cascadă în sistemele de alimentare cu apă [Resursă electronică] / A. Krasilnikova / Ingineria construcțiilor. - Electron, dan. - [M.], 2006. - Nr. 2. - Mod de acces: http: //www.archive-online.ru/read/stroing/347.

6. Leznov B.S. Economie de energie și antrenare variabilă în instalații de pompare și suflare a aerului / B.S. Leznov. - M .: Energoatom - editura, 2006 .-- 360 p.

7. Nikolaev V. Potențialul de economisire a energiei la sarcina variabilă a suflantelor cu lame / V. Nikolayev // Instalații sanitare. - 2007. - Nr. 6. - str. 68-73; 2008. - Nr. 1. - str. 72-79.

8. Echipamente industriale de pompare. - M .: OOO „Grundfos”, 2006. - 176 p.

9. Steinmiller O.A. Optimizarea statiilor de pompare a sistemelor de alimentare cu apa la nivelul retelelor raionale, bloc si intracasa: autor. dis. ... Cand. tehnologie. stiinte / O.A. Steinmiller. - SPb .: GASU, 2010 .-- 22 p.

COMUNICARE RAPIDA

Îndeplinirea acestei sarcini se bazează pe efectuarea de teste la scară completă a unităților de pompare, care sunt efectuate pe baza tehnicii de diagnosticare dezvoltate pentru stațiile de pompare, prezentată în Fig. paisprezece.
Pentru optimizarea funcționării unităților de pompare este necesară determinarea eficienței acestora și a consumului specific de energie prin teste în teren ale unităților de pompare, care vor permite evaluarea eficienței economice a stației de pompare.
După determinarea eficienței unităților de pompare, se determină eficiența stației de pompare, de unde se procedează ușor la selectarea celor mai economice moduri de funcționare a unităților de pompare, ținând cont de dis-
precizia alimentării stației, dimensiunile standard ale pompelor instalate și numărul permis de porniri și opriri ale acestora.
În mod ideal, datele obținute pot fi folosite pentru a determina eficiența unei stații de pompare.
măsurători directe în timpul testelor la scară maximă ale unităților de pompare, pentru care va fi necesar să se efectueze teste la scară maximă la 10-20 de puncte de alimentare din domeniul de funcționare al pompei la diferite valori ale deschiderii supapei (de la 0 la 100). %).
Atunci când se efectuează teste la scară maximă ale pompelor, trebuie măsurată viteza rotorului, în special în prezența regulatoarelor de frecvență, deoarece frecvența curentă este direct proporțională cu numărul de rotații ale motorului.
Pe baza rezultatelor testelor, se construiesc caracteristicile reale pentru aceste pompe specifice.
După determinarea eficienței unităților de pompare individuale, se calculează eficiența stației de pompare în ansamblu, precum și cele mai economice combinații de unități de pompare sau modurile lor de funcționare.
Pentru a evalua caracteristicile rețelei, puteți utiliza datele de contabilizare automată a costurilor și presiunilor pe conductele principale de apă la ieșirea din stație.
Un exemplu de completare a formularelor pentru efectuarea testelor pe teren ale unei unități de pompare este prezentat în Anexă. 4, grafice ale performanței efective a pompei - în anexă. 5.
Sensul geometric al optimizării funcționării unei stații de pompare este de a selecta pompele de lucru care răspund cel mai bine nevoilor rețelei de distribuție (debit, înălțime) la intervalele de timp luate în considerare (Fig. 15).
În urma acestei lucrări se asigură o reducere cu 5-15% a consumului de energie electrică, în funcție de mărimea stației, de numărul și dimensiunile standard ale pompelor instalate, precum și de natura consumului de apă.

O sursă: Zakharevich, M. B. Îmbunătățirea fiabilității sistemelor de alimentare cu apă prin introducerea unor forme sigure de organizare a funcționării și construcției lor: manual. indemnizatie. 2011(original)

Mai multe despre subiectul Îmbunătățirea eficienței stațiilor de pompare:

1. Zakharevici, M. B. / M. B. Zakharevici, A. N. Kim, A. Yu. Martyanova; SPbEASU - SPb., 2011. - 6 Îmbunătățirea fiabilității sistemelor de alimentare cu apă prin introducerea unor forme sigure de organizare a funcționării și construcției acestora: manual. manual, 2011

Baza pentru utilizarea eficientă energetic a echipamentelor de pompare este munca coordonată în rețea, de exemplu. punctul de lucru trebuie să fie în intervalul de funcționare al caracteristicii pompei. Îndeplinirea acestei cerințe permite ca pompele să fie operate cu eficiență și fiabilitate ridicate. Punctul de funcționare este determinat de caracteristicile pompei și de sistemul în care este instalată pompa. În practică, multe organizații de aprovizionare cu apă se confruntă cu problema funcționării ineficiente a echipamentelor de pompare. Adesea eficiența este stația de pompare este mult mai mică decât eficiența. pompele instalate pe el.

Studiile arată că eficiența medie este din sistemele de pompare este de 40%, iar 10% din pompe funcționează cu eficiență. sub 10%. Acest lucru se datorează în principal redimensionării (selectarea pompelor cu valori de debit și înălțime mai mari decât cele necesare pentru funcționarea sistemului), reglării modurilor de funcționare a pompei folosind clapete (adică supapă), uzurii echipamentului de pompare. Alegerea unei pompe cu parametri mari are două laturi.

De regula, in sistemele de alimentare cu apa, programul de consum de apa variaza foarte mult in functie de ora din zi, ziua saptamanii, anotimp. Totodată, stația trebuie să asigure un consum maxim de apă în regim normal în timpul sarcinilor de vârf. La aceasta se adaugă adesea nevoia de a furniza apă pentru nevoile sistemelor de stingere a incendiilor. În absența reglementării, pompa nu poate funcționa eficient pe toată gama de variație a consumului de apă.

Funcționarea pompelor în condiții de modificare a debitelor necesare într-un interval larg duce la faptul că echipamentul funcționează în afara zonei de lucru de cele mai multe ori, cu valori de eficiență scăzute. și resurse scăzute. Uneori eficiența este staţiile de pompare este de 8-10%, în timp ce randamentul este pompele instalate pe ele în domeniul de funcționare este de peste 70%. Ca urmare a unei astfel de exploatări, consumatorii au o părere falsă cu privire la nefiabilitatea și ineficiența echipamentelor de pompare. Și având în vedere faptul că pompele de uz casnic reprezintă o parte semnificativă a acesteia, apare un mit despre nefiabilitatea și ineficiența pompelor de uz casnic. În același timp, practica arată că o serie de pompe domestice în ceea ce privește fiabilitatea și eficiența energetică nu sunt inferioare celor mai buni analogi din lume. Există multe modalități de optimizare a consumului de energie, dintre care principalele sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabel 1. Metode de reducere a consumului de energie al sistemelor de pompare

Eficacitatea uneia sau alteia metode de control este determinată în mare măsură de caracteristicile sistemului și de programul modificării acestuia în timp. În fiecare caz, trebuie luată o decizie în funcție de caracteristicile specifice ale condițiilor de funcționare. De exemplu, reglementarea recent răspândită a pompelor prin modificarea frecvenței nu poate duce întotdeauna la o scădere a consumului de energie. Acest lucru se întoarce uneori. Utilizarea unui convertizor de frecvență are cel mai mare efect atunci când pompele funcționează într-o rețea cu predominanța componentei dinamice a caracteristicii, adică. pierderi în conducte și supape. Utilizarea controlului în cascadă prin pornirea și oprirea numărului necesar de pompe instalate în paralel are cel mai mare efect atunci când funcționează în sisteme cu o componentă predominant statică.

Prin urmare, principala cerință inițială pentru realizarea măsurilor de reducere a consumului de energie sunt caracteristicile sistemului și modificarea acestuia în timp. Principala problemă în dezvoltare măsuri de economisire a energiei este legat de faptul că la unitățile de operare parametrii rețelei sunt aproape întotdeauna necunoscuți și sunt foarte diferiți de cei de proiectare. Diferențele sunt asociate cu modificări ale parametrilor rețelei din cauza coroziunii conductelor, schemelor de alimentare cu apă, volumelor de consum de apă etc.

Pentru a determina modurile reale de funcționare ale pompelor și parametrii rețelei, devine necesar să se efectueze măsurători direct la instalație folosind echipamente speciale de control și măsurare, de exemplu. efectuarea unui audit tehnic sistem hidraulic... Pentru implementarea cu succes a măsurilor care vizează îmbunătățirea eficienței energetice a echipamentelor instalate, este necesar să existe informații cât mai complete despre funcționarea pompelor și să se țină seama de acestea în viitor. În general, se pot distinge mai multe etape secvențiale specifice ale auditului echipamentelor de pompare.
1. Colectarea de informații preliminare privind compoziția echipamentului instalat la instalație, incl. informații despre procesul tehnologic în care sunt utilizate pompele (stațiile primului, al doilea, al treilea ascensor etc.)
2. Clarificarea la fața locului a informațiilor preliminare primite despre compoziția echipamentului instalat, posibilitatea obținerii de date suplimentare, disponibilitatea instrumentelor de măsură, sistemul de control etc. Planificarea preliminară a testării.
3. Efectuarea de teste la fața locului.
4. Prelucrarea și evaluarea rezultatelor.
5. Întocmirea unui studiu de fezabilitate pentru diferite opțiuni modernizare.

Tabelul 2. Motive pentru creșterea consumului de energie și măsuri de reducere a acestuia

Orez. 1. Functionarea pompei in retea cu componenta statica predominanta cu reglare in frecventa

Orez. 2. Funcționarea pompei în rețea cu pierderi predominante prin frecare în timpul reglării frecvenței

La prima vizită pe șantier se pot identifica pompele care sunt „problematice” din punct de vedere al consumului de energie. Tabelul 2 prezintă principalele semne care pot indica funcționarea ineficientă a echipamentelor de pompare și măsurile tipice care pot corecta situația, indicând perioada aproximativă de rambursare a măsurilor de economisire a energiei.

În urma testelor, este necesar să obțineți următoarele informații:
1. Caracteristicile sistemului și modificările acestuia în timp (diagrame orare, zilnice, săptămânale).
2. Determinarea caracteristicilor reale ale pompelor. Determinarea modurilor de funcționare a pompei pentru fiecare dintre modurile caracteristice (cel mai lung regim, maxim, debit minim).

Evaluarea aplicării diferitelor opțiuni de modernizare și a metodei de reglementare se bazează pe un calcul al costului ciclului de viață (LCC) al echipamentului. Partea principală a costurilor ciclului de viață al oricărui sistem de pompare o reprezintă costurile cu energia. Prin urmare, în etapa evaluării preliminare a diferitelor opțiuni, este necesar să se utilizeze criteriul densității puterii, adică. puterea consumată de echipamentul de pompare, raportată la unitatea debitului lichidului pompat.

concluzii:
Sarcinile de reducere a consumului de energie al echipamentelor de pompare sunt rezolvate, in primul rand, prin asigurarea functionarii coordonate a pompei si a sistemului. Problema consumului excesiv de energie al sistemelor de pompare în exploatare poate fi rezolvată cu succes prin modernizare care vizează îndeplinirea acestei cerințe.

La rândul lor, orice măsuri de modernizare ar trebui să se bazeze pe date fiabile privind funcționarea echipamentului de pompare și caracteristicile sistemului. În fiecare caz, este necesar să se ia în considerare mai multe opțiuni și ca instrument de alegere cea mai bună opțiune utilizați o metodă de evaluare a costului ciclului de viață al echipamentului de pompare.

Alexander Kostyuk, dr. în fizică și matematică, director al programului pompe de apă;
Olga Dibrova, inginer;
Serghei Sokolov, inginer principal. SRL „UK” Grupul HMS „

1. O revizuire analitică a elementelor de bază ale teoriei pompei, injecție
echipamente si tehnologii pentru rezolvarea problemelor de creare si crestere
presiunea în sistemele de alimentare și distribuție cu apă (AAC) 10

1.1. Pompe. Clasificare, parametri de bază și concepte.

Nivelul tehnic al echipamentelor moderne de pompare 10

Parametrii de bază și clasificarea pompelor 10

Echipament de pompare pentru creșterea presiunii în alimentarea cu apă ... 12

O privire de ansamblu asupra inovațiilor și îmbunătățirilor pompelor din punct de vedere practic 16

1.2. Tehnologia utilizării suflantelor în SPRV 23

1. Statii de pompare pentru sisteme de alimentare cu apa. Clasificarea 23

   Scheme generale și metode de reglare a funcționării pompelor la creșterea presiunii 25

   Optimizarea performanței suflantei: controlul vitezei și colaborarea 30

Probleme de asigurare a presiunii în rețelele externe și interne de alimentare cu apă 37

Concluzii capitolul 40

2. Asigurarea presiunii necesare in exterior si intern
rețelele de alimentare cu apă. Îmbunătățirea componentelor WMS la nivel
districte, cartier și rețele interne 41

2.1. Direcții generale de dezvoltare în practica utilizării pompei

echipamente pentru creșterea presiunii în rețelele de alimentare cu apă 41

l 2.2 ". Sarcini de asigurare a presiunii necesare în sistemele de alimentare cu apă

o scurtă descriere a SPRV (pe exemplul Sankt Petersburgului)

Experiență în rezolvarea problemelor de creștere a presiunii la nivelul rețelelor raionale și trimestriale 48

2.2.3. Caracteristicile sarcinilor de creștere a presiunii în rețelele interne 55

2.3. Enunțarea problemei de optimizare a componentelor de amplificare

SPRV la nivel de raion, cartier și rețele interne 69

2.4. Concluzii pentru capitolul „..._. 76

3. Model matematic de optimizare a echipamentelor de pompare

la nivelul periferic al SPRV 78

3.1. Optimizarea statică a parametrilor echipamentului de pompare

la nivelul rețelelor raionale, cartiere și interne 78

descriere generala structura rețelei raionale de alimentare cu apă în rezolvarea problemelor de sinteza optimă.” 78

Minimizarea costurilor energetice pentru un mod de consum de apă „83

3.2. Optimizarea parametrilor echipamentelor de pompare la periferie
nivelul nominal al sistemului de alimentare cu apă la schimbarea modului de consum de apă 88

Modelarea multimodală în problema minimizării costurilor energetice (abordări generale) 88

Minimizarea costurilor energetice cu posibilitatea de reglare a vitezei (rotația roții) a compresorului 89

2.3. Minimizarea costurilor cu energie în caz

reglarea frecvenței în cascadă (control) 92

Model de simulare pentru optimizarea parametrilor stației de pompare
echipamente la nivel periferic SPRV 95

3.4. Concluzii capitolului

4". Metode numerice de rezolvare a problemelor de optimizare a parametrilor
echipamente de pompare 101

4.1. Date inițiale pentru rezolvarea problemelor de sinteză optimă, 101

Studiul regimului de consum de apă folosind metodele de analiză a seriilor temporale _ 101

Determinarea regularităților seriilor temporale ale consumului de apă 102

Distribuția de frecvență a costurilor și a coeficienților

Consum neuniform de apă 106

4.2. Prezentarea analitică a performanței de pompare
echipament, 109

Modelarea performanței suflantelor individuale tyat 109

Identificarea caracteristicilor de performanță ale suflantelor din stațiile de pompare 110

4.3. Găsirea optimului unei funcții obiectiv 113

Căutare optimă folosind metode de gradient 113

Planul modificat al lui Hollaid. 116

4.3.3. Implementarea algoritmului de optimizare pe un computer 119

4.4. Concluzii la capitolul 124

5. Eficacitatea comparativă a intensificatorilor

WMS bazat pe estimarea costurilor ciclului de viață

(folosind MIC pentru a măsura parametrii) 125

5.1. Metodologia comparativă de evaluare a eficacității

componente de amplificare în secțiunile periferice ale SPRV 125

5.1.1. Costul ciclului de viață al echipamentului de pompare., 125

Criteriul de minimizare a costurilor totale actualizate pentru evaluarea eficacității componentelor în creștere ale WMS 129

Funcția țintă a modelului expres pentru optimizarea parametrilor echipamentelor de pompare la nivel periferic C1IPB 133

5.2. Optimizarea componentelor de amplificare la periferie
zonele SPRV în timpul reconstrucției și modernizării 135

Sistem de control al alimentării cu apă folosind un complex mobil de măsurare MIK 136

Evaluarea de către experți a rezultatelor măsurării parametrilor echipamentului de pompare al stației de pompare folosind MIC 142

Un model de simulare a costului ciclului de viață al echipamentelor de pompare pentru stațiile de pompare bazat pe date parametrice de audit 147

5.3. Probleme organizaționale de implementare a optimizării

decizii (clauze finale) 152

5.4. Concluzii capitolului 1 54

General concluzii.”155

Lista heratura 157

Anexa 1. Câteva concepte, dependențe funcționale și
caracteristici care sunt esențiale la alegerea pompelor 166

Anexa 2. Descrierea programului de cercetare

modele de optimizare ale microdistrictului SPRV 174

Anexa 3. Rezolvarea problemelor de optimizare și construirea

modele de simulare LCD NS folosind un procesor de masă 182

Introducere în muncă

Sistemul de alimentare și distribuție cu apă (AAC) este principalul complex responsabil de instalații de alimentare cu apă, asigurând transportul apei pe teritoriul instalațiilor furnizate, distribuția pe întreg teritoriul și livrarea către punctele de colectare de către consumatori. Stațiile de pompare cu injecție (amplificare) (NS, PNS), ca unul dintre principalele elemente structurale ale sistemului de alimentare cu apă, determină în mare măsură capacitățile operaționale și nivelul tehnic al sistemului de alimentare cu apă în ansamblu și, de asemenea, determină în mod semnificativ indicatorii economici ai funcţionarea acestuia.

O contribuție semnificativă la dezvoltarea subiectului a fost adusă de oamenii de știință ruși: N.N. Abramov, M.M. Andriyashev, A.G. Evdokimov, Yu.A. Ilyin, S.N. Karambirov, V.Ya. Karelin, A.M. Kurganov, AP Merenkov, LF Moshnin, EA Preger , SV Sumarokov, AD Tevyashev, V. Ya. Khasilev, PD Khorunzhiy, F. Alievlev și alții.

Problemele cu care se confruntă utilitățile rusești în furnizarea presiunii în rețelele de alimentare cu apă sunt de obicei similare. Starea rețelelor principale a condus la necesitatea reducerii presiunii, în urma căreia a apărut sarcina de a compensa scăderea corespunzătoare a presiunii la nivelul rețelelor raionale și trimestriale. Selectarea pompelor ca parte a PNS a fost adesea efectuată ținând cont de perspectivele de dezvoltare, parametrii de productivitate și presiune au fost supraestimați. A devenit obișnuită aducerea pompelor la caracteristicile cerute prin stroflare cu ajutorul supapelor, ceea ce duce la un consum excesiv de energie electrică. Pompele nu sunt înlocuite la timp; majoritatea funcționează cu eficiență scăzută. Deteriorarea echipamentelor a agravat nevoia de reconstrucție a PNS pentru a îmbunătăți eficiența și fiabilitatea funcționării.

Pe de altă parte, dezvoltarea orașelor și creșterea înălțimii caselor, mai ales în cazul etanșării clădirilor, impun asigurarea presiunilor necesare pentru noii consumatori, inclusiv prin dotarea clădirilor înalte (DPE) cu suflante. Crearea presiunii necesare diferiților consumatori în secțiunile terminale ale rețelei de alimentare cu apă poate fi una dintre cele mai realiste modalități de creștere a eficienței sistemelor de alimentare cu apă.

Combinarea acestor factori stă la baza formulării problemei determinării parametrilor optimi ai PYL cu restricțiile existente asupra presiunii de intrare, în condiții de incertitudine și denivelare a debitelor efective. La rezolvarea problemei, apar întrebările legate de combinarea funcționării secvențiale a grupurilor de pompe și a funcționării în paralel a pompelor combinate într-un singur grup, precum și combinarea optimă a funcționării pompelor conectate în paralel cu variator de frecvență (VFD) și , în cele din urmă, selecția echipamentelor care furnizează parametrii necesari ai unui sistem specific de alimentare cu apă. Ar trebui luate în considerare schimbările semnificative din ultimii ani în abordarea selecției echipamentelor de pompare - atât în ​​ceea ce privește eliminarea redundanței, cât și în ceea ce privește nivelul tehnic al echipamentelor disponibile.

Relevanța problemelor avute în vedere în disertație este determinată de importanța sporită, care în conditii moderne entitățile interne de afaceri și societatea în ansamblu dau problema eficienței energetice. Necesitatea urgentă de a rezolva această problemă este consacrată în Legea federală a Federației Ruse din 23.11.2009, nr. 261-FZ „Cu privire la economisirea energiei și la creșterea eficienței energetice și la modificarea anumitor acte legislative ale Federației Ruse”.

Costurile de exploatare a sistemului de alimentare cu apă reprezintă o parte majoră a costului de alimentare cu apă, care continuă să crească din cauza creșterii tarifelor la energie electrică. Pentru a reduce intensitatea energetică mare importanță dat la optimizarea HWS. Estimări de renume de la 30% la 50 % consumul de energie al sistemelor de pompare poate fi redus prin schimbarea echipamentului de pompare și a metodelor de control.

Prin urmare, pare relevantă îmbunătățirea abordărilor metodologice, dezvoltarea modelelor și furnizarea de suport cuprinzător de luare a deciziilor pentru optimizarea parametrilor echipamentelor de injecție a secțiunilor de rețea periferică, inclusiv la pregătirea proiectelor. Distribuția presiunii necesare între unitățile de pompare, precum și determinarea, în cadrul unităților, a numărului și tipului optim de unități de pompare, ținând cont de distribuția

8 fluxuri uniforme, va oferi o analiză a opțiunilor de rețea de margine. Rezultatele obţinute pot fi integrate în problema optimizării WMS-ului în ansamblu.

Scopul lucrării este de a cerceta și dezvolta soluții optime pentru selectarea echipamentelor de pompare de rapel pentru secțiunile periferice ale sistemului de alimentare cu apă în procesul de pregătire pentru reconstrucție și construcție, inclusiv suport metodologic, matematic și tehnic (diagnostic).

Pentru atingerea scopului, în lucrare au fost rezolvate următoarele sarcini:

analiza practicii în domeniul sistemelor de pompare de rapel, ținând cont de capacitățile pompelor moderne și ale metodelor de control, o combinație de funcționare secvențială și paralelă cu VFD;

determinarea unei demersuri metodologice (concept) pentru optimizarea echipamentelor de pompare de rapel a sistemului de alimentare cu apa in conditii de resurse limitate;

elaborarea de modele matematice care formalizează sarcina alegerii echipamentelor de pompare pentru secțiunile periferice ale rețelei de alimentare cu apă;

analiza și dezvoltarea de algoritmi pentru metode numerice de cercetare a modelelor matematice propuse în teză;

dezvoltarea și implementarea practică a unui mecanism de colectare a datelor inițiale pentru rezolvarea problemelor de reconstrucție și proiectare a noilor PNS;

implementarea unui model de simulare pentru formarea costului ciclului de viață pentru versiunea considerată a echipamentului PNS.

Noutate științifică. Este prezentat conceptul de modelare periferică a alimentării cu apă în contextul reducerii intensității energetice a sistemului de alimentare cu apă și al reducerii costului ciclului de viață al echipamentului de pompare „periferic”.

Au fost elaborate modele matematice pentru alegerea rațională a parametrilor stațiilor de pompare, ținând cont de relația structurală și de natura multimodală a funcționării elementelor periferice ale sistemului de alimentare cu apă.

Abordarea alegerii numărului de suflante din PNS (unități de pompare) este teoretic fundamentată; studiul funcției de cost a ciclului de viață PNS a fost realizat în funcție de numărul de suflante.

Algoritmi speciali pentru găsirea extremelor funcțiilor multor variabile, bazați pe metode ale gradientului și aleatorii, au fost dezvoltați pentru a studia configurațiile optime ale NN în zonele periferice.

S-a creat un complex mobil de măsurare (MIC) pentru diagnosticarea sistemelor de pompare booster în funcțiune, patentat în modelul de utilitate nr. 81817 „Sistem de control al alimentării cu apă”.

A fost determinată metodologia de alegere a versiunii optime a echipamentului de pompare pentru stațiile de pompare pe baza modelării prin simulare a costului ciclului de viață.

Semnificația practică și implementarea rezultatelor lucrării. Sunt oferite recomandări cu privire la alegerea tipului de pompe pentru instalațiile de amplificare și Ш 1С pe baza unei clasificări rafinate a echipamentelor moderne de pompare pentru creșterea presiunii în sistemele de alimentare cu apă, ținând cont de diviziunea taxonometrică, caracteristicile operaționale, de proiectare și tehnologice. .

Modelele matematice ale PNS ale secțiunilor periferice ale sistemului de alimentare cu apă permit reducerea costului ciclului de viață prin identificarea „rezervelor”, în primul rând din punct de vedere al intensității energetice. Sunt propuși algoritmi numerici pentru a aduce soluția problemelor de optimizare la valori specifice.

1. Revizuire analitică a elementelor de bază ale teoriei pompei, echipamentelor de injecție și tehnologiei pentru rezolvarea problemelor de creare și creștere a presiunii în sistemele de alimentare și distribuție a apei (AAC).

1.1. Pompe. Clasificare, parametri de bază și concepte. Nivelul tehnic al echipamentelor moderne de pompare.

1.1.1. Parametrii de bază și clasificarea pompelor.

1.1.2. Echipament de pompare pentru creșterea presiunii în alimentarea cu apă.,

1.1.3. Prezentare generală a inovațiilor și îmbunătățirilor pompelor în ceea ce privește aplicarea practică.

1.2. Tehnologia de utilizare a suflantelor în SPRV.

1.2.1. Statii de pompare pentru sisteme de alimentare cu apa. Clasificare.

1.2.2. Scheme generale si metode de reglare a functionarii pompelor la cresterea presiunii.

1.2.3. Optimizarea performanței suflantei: controlul vitezei și colaborarea.

1.3. Probleme de asigurare a presiunii în rețelele externe și interne de alimentare cu apă.

1.4. Concluzii dar capitol.

2. Asigurarea presiunii necesare in retelele de alimentare cu apa externa si interioara. Creșterea componentelor AAC la nivelul rețelelor raionale, trimestriale și interne.

2.1. Direcții generale de dezvoltare în practica utilizării echipamentelor de pompare pentru creșterea presiunii în rețelele de alimentare cu apă.

2.2. Sarcinile de asigurare a presiunii necesare în rețelele de alimentare cu apă.

2.2.1. O scurtă descriere a SPRV (pe exemplul Sankt Petersburgului).

2.2.2. Experiență în rezolvarea problemelor de creștere a presiunii la nivelul rețelelor raionale și trimestriale.

2.2.3. Caracteristici ale sarcinilor de creștere a presiunii în rețelele interne.

2.3. Enunțarea problemei de optimizare a componentelor de amplificare

SPRV la nivel de raion, cartier și rețele interne.

2.4. Concluzii pe capitol.

3. Model matematic de optimizare a echipamentelor de pompare la nivel periferic al sistemului de alimentare cu apă.

3.1. Optimizarea statica a parametrilor echipamentelor de pompare la nivel de raion, cartier si retele interne.

3.1.1. Descrierea generală a structurii rețelei raionale de alimentare cu apă în rezolvarea problemelor de sinteză optimă.

3.1.2. Minimizarea costurilor energetice pentru un mod de consum de apă.

3.2. Optimizarea parametrilor echipamentului de pompare la nivelul periferic al sistemului de alimentare cu apă la schimbarea regimului de consum de apă.

3.2.1. Modelarea polimodală în problema minimizării costurilor energetice (abordări generale).

3.2.2. Minimizarea costurilor energetice cu posibilitatea de reglare a vitezei (rotația roții) a compresorului.

3.2.3. Minimizarea costurilor energetice în cazul reglajului (controlului) în cascadă a frecvenței.

3.3. Un model de simulare pentru optimizarea parametrilor echipamentelor de pompare la nivelul periferic al sistemului de alimentare cu apă.

3.4. Concluzii pe capitol.

4. Metode numerice de rezolvare a problemelor de optimizare a parametrilor echipamentelor de pompare.

4.1. Date inițiale pentru rezolvarea problemelor de sinteză optimă.

4.1.1. Studiul regimului de consum de apă prin metode de analiză a seriilor temporale.

4.1.2. Determinarea regularităţilor seriilor temporale ale consumului de apă.

4.1.3. Distribuția de frecvență a costurilor și coeficienții consumului neuniform de apă.

4.2. Prezentarea analitică a performanței echipamentelor de pompare.

4.2.1. Modelarea performanței suflantelor individuale

4.2.2. Identificarea caracteristicilor de performanță ale suflantelor din stațiile de pompare.

4.3. Găsirea optimului funcției obiectiv.

4.3.1. Căutare optimă folosind metode de gradient.

4.3.2. Planul modificat al Olandei.

4.3.3. Implementarea algoritmului de optimizare pe computer.

4.4. Concluzii pe capitol.

5. Eficiența comparativă a componentelor de impuls ale sistemului pe baza evaluării costului ciclului de viață folosind MIC pentru măsurarea parametrilor).

5.1. Metodologie de evaluare a eficienței comparative a componentelor de amplificare în secțiunile periferice ale FPWS.

5.1.1. Costul ciclului de viață al echipamentului de pompare.

5.1.2. Criteriul de minimizare a costurilor totale actualizate pentru evaluarea eficacității componentelor în creștere ale sistemului.

5.1.3. Funcția țintă a modelului expres pentru optimizarea parametrilor echipamentelor de pompare la nivelul periferic al sistemului de alimentare cu apă.

5.2. Optimizarea componentelor de amplificare la secțiunile periferice ale sistemului de distribuție a apei în timpul reconstrucției și modernizării.

5.2.1. Sistem de control al alimentării cu apă folosind un complex mobil de măsurare MIK.

5.2.2. Evaluarea de către experți a rezultatelor măsurării parametrilor echipamentului de pompare al stației de pompare folosind MIC.

5.2.3. Un model de simulare a costului ciclului de viață al echipamentelor de pompare pentru stațiile de pompare bazat pe date parametrice de audit.

5.3. Probleme organizatorice de implementare a solutiilor de optimizare (dispozitii finale).

5.4. Concluzii pe capitol.

Lista recomandată de disertații

• Metode de economisire a energiei pentru selectarea parametrilor și optimizarea controlului unui grup de suflante cu palete în procese tehnologice nestaționare 2008, doctor în științe tehnice Nikolaev, Valentin Georgievich

• Metode de economisire a energiei de control al modurilor de funcționare ale unităților de pompare ale sistemelor de alimentare cu apă și canalizare 2010, doctor în științe tehnice Nikolaev, Valentin Georgievich

• Îmbunătățirea metodelor de calcul a sistemelor de alimentare și distribuție cu apă în condiții de informații inițiale multimodale și incomplete 2005, doctor în științe tehnice Karambirov, Sergey Nikolaevich

• Controlul automat al fluxului de materiale în sistemele de susținere a vieții inginerești 1999, candidat la științe tehnice Abdulkhanov, Nail Nazimovici

• Dezvoltarea de modele pentru diagnosticare funcțională și structurală la optimizarea sistemelor de alimentare și distribuție cu apă 2006, candidat la științe tehnice Selivanov, Andrey Sergeevich

Introducerea disertației (parte a rezumatului) pe tema „Optimizarea statiilor de pompare a sistemelor de alimentare cu apa la nivel de retele raionale, bloc si intracasa”

Teze similare la specialitatea „Alimentare cu apă, canalizare, sisteme de construcție pentru protecția resurselor de apă”, 23.05.04 cod VAK

• Dezvoltarea metodelor de diagnosticare și control operațional al sistemelor de alimentare și distribuție cu apă (AAC) în condiții de urgență 2002, candidat la științe tehnice Zaiko, Vasily Alekseevich

• Simularea experimentală și numerică a proceselor tranzitorii în rețelele inelare de alimentare cu apă 2010, candidat la științe tehnice Likhanov, Dmitri Mihailovici

• Analiza, diagnosticarea tehnica si renovarea sistemelor de alimentare si distributie a apei pe principiile echivalentului energetic 2002, doctor în științe tehnice Shcherbakov, Vladimir Ivanovici

• Îmbunătățirea metodelor de calcul hidraulic al sistemelor de alimentare și distribuție cu apă 1981, candidat la științe tehnice Karimov, Rauf Khafizovich

• Reglarea cu economisire a energiei a modului de funcționare a principalelor instalații de drenaj ale minelor și carierelor prin intermediul unei acționări electrice 2010, candidat la științe tehnice Bochenkov, Dmitri Alexandrovich

Concluzia tezei pe tema „Alimentarea cu apă, canalizare, sisteme de construcție pentru protecția resurselor de apă”, Steinmiller, Oleg Adolfovich

Lista literaturii de cercetare pentru disertație candidat la științe tehnice Steinmiller, Oleg Adolfovich, 2010

Vă rugăm să rețineți că textele științifice de mai sus sunt postate pentru informare și obținute prin recunoașterea textelor originale ale disertațiilor (OCR). În acest sens, ele pot conține erori asociate cu imperfecțiunea algoritmilor de recunoaștere. Nu există astfel de erori în fișierele PDF ale disertațiilor și rezumatelor pe care le livrăm.