Водоснабжение и канализация

Насосы. Насосные станции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Автоматикой называется отрасль науки и техники, которая рассматривает теорию автоматического управления, а также принципы построения автоматических систем и образующих их технических средств.

Введение автоматизации управления насосными станциями является одним из важнейших направлений технического прогресса в области подачи и отвода воды в населенных пунктах и на промышленных предприятиях.

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

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

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

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

снижает строительную стоимость, так как оборудование концентрируется на меньшей площади машинного зала и отпадает необходимость в устройстве бытовых и вспомогательных помещений;

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

дает возможность сосредоточить управление несколькими автоматизированными насосными станциями в одном пункте, что делает систему более гибкой и надежной;

исключает участие персонала станции в технологических операциях, протекающих в антисанитарных условиях.

Полная замена обслуживающего персонала автоматическими устройствами не всегда целесообразна, особенно на ответственных насосных станциях  II  подъема, где рекомендуется иметь персонал, наблюдающий за работой агрегатов и аппаратурой управления. Полное автоматизированное управление целесообразно применять на насосных станциях из артезианских скважин и на небольших канализационных насосных станциях.

В СССР и за рубежом наибольшее распространение получил принцип автоматизированного управления с местного диспетчерского пункта, расположенного в помещении насосной станции.

Опыт эксплуатации автоматизированных насосных станций показывает, что затраты на автоматизацию окупаются в течение 1 —1,5 лет.

На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т. д.); прием импульсов параметров и. передача сигналов в диспетчерский пункт. Для наблюдения за параметрами работы насосной станции служат различные датчики, которые преобразуют контролируемую величину в электрический сигнал, поступающий в исполнительный механизм.

В качестве основного параметра автоматизированного управления работой насосов I подъема следует принимать уровень воды на первом из очистных сооружений станции при Поверхностных источниках водоснабжения (обычно смеситель) или уровень чистой воды в водосборном резервуаре при подземных источниках водоснабжения. В качестве параметров автоматизированного управления насосами II подъема принимают: напор в заданной точке распределительной сети; уровень воды в баке водонапорной башни; напор в отводящем коллекторе в насосной станции. В настоящее время внедряется микропроцессорное управление работой насосных станций. На канализационных насосных станциях основным параметром автоматизированного управления работой станции является допустимый уровень воды в Приемном резервуаре.

Датчиком называется элемент автоматического устройства, контролирующий колебания той или иной физической величины и преобразующий эти колебания в изменения другой величины, удобной для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматических устройств.

Реле называют устройства, которые состоят из трех основных органов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного. Воспринимающий орган принимает управляющий импульс и преобразует его в физическую величину, воздействующую на промежуточный орган. Промежуточный орган, принимая сигнал, воздействует на исполнительный орган, который скачкообразно изменяет выходной сигнал и передает его электрическим цепям управления.

В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:

датчики уровня — для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении уровня воды в баках и резервуарах;

датчики, или электроконтактные манометры, — для управления цепями автоматики при изменении давления в трубопроводе;

струйные реле — для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе;

реле времени — для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов;

термические реле — для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях за выдержкой времени;

вакуум-реле — для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе;

промежуточные реле — для переключения отдельных цепей в установленной последовательности;

реле напряжения — для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении;

аварийные реле — для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.

Электродный датчик уровня. Основными элементами электродного датчика уровня являются блок сигнализации и электроды, устанавливаемые на высоте контролируемого уровня. При достижении уровнем воды того или иного электрода вследствие электрической проводимости воды замыкаются соответствующие цепи в электрической схеме сигнализации и управления насосными агрегатами.

Датчик давления. В качестве датчика давления используются электроконтактные манометры, для которых так же, как и для обычных манометров, применяют трубчатую пружину. Электроконтактные манометры имеют два подвижных контакта — левый, замыкающийся при давлении ниже величины, на которую он установлен, и правый, замыкающийся при давлении, превышающем установленную для него величину. Кроме подвижных контактов манометр имеет один контакт, жестко укрепленный на стрелке. Контактная система и изоляция манометров позволяет включать их в цепи управления напряжением до 360 В переменного тока или 220 В постоянного тока.

Датчик контроля за заливкой насоса. Датчик мембранного типа для контроля за заливкой насоса с помощью вакуум-насоса. При заполнении насоса водой мембрана датчика прогибается, поднимает шток и замыкает контакты. После снижения давления мембрана возвращается в исходное положение пружиной.

Особенностями датчика мембранного типа являются их большая чувствительность и способность выдерживать высокие давления.

Струйное реле. Принцип действия струйного реле основан на использовании кинетической энергии жидкости. Движущаяся жидкость отклоняет вращающийся на шарнире маятник, выполненный в виде тонкой пластинки, подвешенной к оси. Маятник поворачивается в направлении движения воды и включает контакты реле.

Реле времени. Для обеспечения выдержки времени между отдельными операциями при автоматическом управлении служат реле времени. Для получения значительных выдержек времени (от нескольких секунд до нескольких минут) применяют термические реле времени (термогруппы). Реле состоит из двух неподвижных контактных пружин и двух биметаллических пластинок, на одной из которых намотана нагревательная обмотка. Биметаллические пластинки состоят из двух частей, выполненных из различных металлов с разным коэффициентом расширения. Обе части пластинки наложены одна на другую и плотно соединены. От тока, проходящего через обмотку, пластинка нагревается и, изгибаясь, замыкает или размыкает контакты в цепи управления. Подобные реле, но несколько измененной конструкции применяют в  качестве  реле  тепловой  защиты.

Электромагнитные реле. Наиболее широко используются в схемах автоматизированного управления работой насосных агрегатов и в системах телемеханики электромагнитные реле. По своему устройству и принципу действия электромагнитные реле очень похожи на магнитный пускатель, только значительно меньше его по размерам и рассчитаны на более слабый ток.

На небольшом стальном стержне круглого сечения (сердечнике) надета катушка с обмоткой из медного изолированного провода. От тока, проходящего через обмотку катушки, сердечник намагничивается и притягивает якорь, укрепленный на корпусе реле и поворачивающийся на ребре. Притягиваясь к сердечнику, якорь поднимает и замыкает электрические контакты, вклепанные в эластичные (контактные) металлические пластинки, которые соединены с внешней (исполнительной) электрической цепью. Если ток из обмотки реле выключить, сердечник размагнитится, якорь под действием пружинящих контактных пластинок возвратится в исходное положение, и контакты разомкнутся.

Электромагнитное реле срабатывает от сравнительно слабого тока, но включает электрические цепи, по которым проходит ток значительно большей силы. Таким образом, реле выполняет роль усилителя, являясь промежуточным звеном между цепью слабого тока и исполнительной (высшей) цепью значительно большей мощности.