Оценка перспектив развития территории Жуковского района Калужской области
Содержание
Введение
Основные понятия насосных установок
.1 Основные параметры и классификация насосов
.2 Основные понятия насосных установок
Грунтовые воды
.1 Грунтовые воды и их режим
.2Классификация подземных вод
Датчики аварийного уровня
.1 Аварийные насосы для откачивания грунтовых вод
.2Устройство для откачивания грунтовых вод
.3Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Автоматическое управление при работе на башню
Заключение
Список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы:Разработка полезных ископаемых подземным и открытыми способами характеризуется значительными притоками подземных вод. Поэтому необходимо производить комплекс сложных работ по предупреждению их поступления в карьерные выработки. Доля затрат на осушительные мероприятия в общем комплексе горных работ достигает 10-15% капиталовложений. При осушении месторождений осушительные работы имеют цель заблаговременно снизить притоки и напоры вод, а так же осуществить их плавный перевод за границы карьерного поля. Для удаления воды из карьера оборудуются сложные водоотливные установки, бесперебойная работа которых обеспечивает безопасную отработку месторождений и создает необходимые условия труда. Она определяет: тип насосных агрегатов, их производительность, режимы работы, расположение водоотливных установок по горизонтам карьера. Несоответствие между производительностью водоотливных установок и притоками вод, как правило, влечет за содой затопление рабочей зоны карьера. Причины подобных явлений в неправильном выборе оборудования водоотливной установки без учета ожидаемых притоков вод.
Во всем мире грунтовые воды являются важным источником для полива. Возможно, это самый надежный водный источник, который есть в нашем распоряжении, но и к использованию грунтовых вод нужно подходить с умом. Необходимо обеспечить возобновляемость этого ресурса, а также защиту и без того хрупкой экосистемы, частью которой мы все являемся. В отличие от поверхностных вод, которые можно "увидеть" и, вследствие этого, наглядно представить происходящие в них процессы, а также оценить их количественные запасы, грунтовые воды скрыты от нашего взора, что усложняет их оценку.
Чрезмерная откачка грунтовых вод в конечном итоге приведет к работе насоса всухую и выведет его из строя, а простой оборудования повлечет за собой дополнительные расходы, связанные как со снижением производительности, так и с ремонтом. Для защиты насосной установки от работы всухую очень важным является оценка количества воды, которое может выдавать скважина.
Чрезмерная откачка грунтовых вод.Иногда работа на максимальной нагрузке приводит к чрезмерной откачке грунтовых вод, и вместе с водой начинает откачиваться песок. Для предотвращения такой ситуации Вы может сделать следующее: Установить песочный сепаратор или специальный выдвижной (телескопический) фильтр. Это снизит содержание в воде ила и песка и послужит хорошим защитным барьером от их попадания в насос, что, в свою очередь, увеличит срок службы насоса. Обеспечить плавность включения / выключения насоса, увеличив время включения и выключения до 3 секунд. При включении насоса для откачки грунтовых вод, установленного в полном водоносном слое, в течение первых секунд насос будет работать с повышенной производительностью. При этом из-за повышенного давления всасывания произойдет "возмущение" водоносного слоя, в результате чего "поднятые" со дна ил и песок вместе с водой попадут в насос. Избежать избыточного всасывания можно увеличив время включения / выключения насоса до 3 секунд.
Если используется частотно регулируемый электропривод, то в качестве начальной частоты необходимо установить значение 25 Гц и только после этого ее увеличивать. В погружных электродвигателях с подшипниками скольжения используется естественная смазка подшипников + перекачиваемая вода, однако при частоте меньше 25 Гц такая смазка будет невозможной. Для защиты от попадания песка / ила в подшипник электродвигателя рекомендуется выбирать насос с механическим уплотнением из карбида кремния. Для предотвращения образования илистых отложений на корпусе двигателя рекомендуется установить на нем охлаждающий кожух, причем скорость охлаждающей жидкости должна быть не менее 1 м/с.
Всё вышесказанное определяет актуальность выбранной темы исследования.
При написании данной курсовой работы была преимущественно использована литература поводоотливной установки, а также справочное пособие.
Цель данной курсовой работы: раскрыть понятие об используемых компонентах, а именно датчиках верхнего и нижнего уровня, также аварийного уровня.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
Раскрыть основные понятия насосных установок;
Рассмотреть классификацию грунтовых вод;
Проанализировать о понятиях аварийные насосы для откачивания грунтовых вод.
Объект исследования - поддерживание уровня грунтовых вод
Предмет исследования - насосы для откачивания грунтовых вод.
При написании работы были использованы методы двух уровней: теоретический и эмпирический.
Значимость теоретического метода заключается в тщательном изучении теоретических источников, отборе, анализе и систематизации материала.
Важность эмпирического метода проявляется в поддержки уровня грунтовых вод, а именно в рассмотрении и сравнении различных способов используемых компонентах.
Научно-практическая значимость работы. Материал может быть использован в педагогической деятельности на теоретических и практических семинарах, колледжах, ВУЗах.
Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.
1. Основные понятия насосных установок
.1Основные параметры и классификация насосов
Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.
Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции, принципиальная схема которой применительно к условиям водоснабжения и канализации. В этой схеме для привода насоса используется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода или другая рабочая жидкость забирается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия жидкости, прошедшей через насос, всегда больше, чем энергия перед насосом.
Основными параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного действия.
Напор представляет собой приращение удельной энергии жидкости на участке от входа в насос до выхода изнего. Выраженный в метрах напор насоса определяет высоту подъема или дальность перемещения жидкости
Подача характеризуется объемом жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, и измеряется обычно в м/с, л/с или м3/ч.
Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного напора и преодоления всех видов потерь неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.
Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь связанных с преобразованием насосом механической .энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).
История возникновения и развития насосов показывает, что первоначально они предназначались исключительно для подъема воды. Однако в настоящее время область их применения настолько широка и многообразна, что определение насоса как машины для перекачивания воды было бы односторонним. Помимо водоснабжения и канализации городов, промышленных предприятий и электростанций насосы применяются для орошения и осушения земель, гидроаккумулирования энергии, транспортирования материалов. Существуют питательные насосы котельных установок тепловых электростанций, судовые насосы, насосы для нефтяной, химической, бумажной, пищевой и других отраслей промышленности. Насосы используются при производстве строительных работ (намыв земляных сооружений, водопонижение, откачивание воды из котлованов, подача бетона и строительных растворов к сооружениям и ъ П.), при разработке месторождений и транспортировании полезных ископаемых гидравлическим способом, при гидроудалении отходов производственных предприятий» качестве вспомогательных устройств насосы служат для обеспечения" смизки и охлаждения машин.
Таким образом, насосы являются одним из наиболее распространенных видов машин, причем их конструктивное разнообразие чрезвычайно велико, поэтому классификация насосов по их назначению весьма затруднительна. Более логичной представляется классификация, основанная на различиях в принципе действия. В динамических насосах жидкость движется под силовым воздействием в камере постоянного объема, сообщающейся с подводящими и отводящими устройствами. В зависимости от вида силового воздействия на жадкость динамические насосы в свою очередь, делятся на логгастные насосы и насосы трения.
Объемные насосы работают по принципу вытеснения жидкости из камеры за счет уменьшения ее объема. Периодическое изменение объема камеры происходит за счет возвратно-поступательного или вращательного движения рабочего органа насоса. Попеременное заполнение камеры перекачиваемой жидкостью и ее опорожнение обеспечиваются клапанными устройствами входного и выходного патрубков насоса.
Конструктивное исполнение насосов различных типов определяется в основном видом их рабочих органов.
Кроме классификаций, существует также разделение насосов по виду перекачиваемой жидкости, по виду привода и по другим классификационным признакам.
Необходимо отметить, что, несмотря на большие различия в принципе действия, конструкции насосов всех типов, включая насосы, применяемые в системах водоснабжения и канализации, должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:
надежность и долговечность работы;
экономичность и удобство эксплуатации;
изменение рабочих параметров в широких пределах при условии сохранения высокого КПД;
минимальные размеры и масса;
простота устройства, заключающаяся в минимальном числе деталей и полной их взаимозаменяемости;
удобство монтажа и демонтажа.
Выбор типа насоса в каждом конкретном случае производится с учетом его эксплуатационных и конструктивных качеств, наиболее полно удовлетворяющих технологическому назначению рассматриваемой насосной станции.
.2 Основные понятия насосных установок
Насосной установкой называют насосный агрегат, комплектующее оборудование которого смонтировано по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса. На рисунке приведена схема насосной установки для перекачки жидкости. Насос 9, приводимый в движение электродвигателем 10, засасывает жидкость из расходной емкости 2 и по всасывающей магистрали 5 и напорной магистрали 13 перекачивает жидкость в приемную емкость 16.
Рис. 1. Схема насосной установки:
- сооружение (помещение) для насосной установки; 2 - расходная емкость; 3 - фильтр; 4 - обратный клапан; 5 - всасывающая магистраль; 6, 7, 14, 17 - вентили; 8 - магистраль для заливки насосов; 9 - насос; 1 О - электродвигатель; 11, 12 - манометры; 13 - напорная магистраль; 15 - расходомер; 16 - приемная емкость; 18 - пульт управления насосной установкой; 19 - противопожарное оборудование; 20 - вспомогательное оборудование; 21 - сливная магистраль
Можно указать, что насосная установка имеет следующие элементы: гидробаки (гидроемкости); гидролинии (магистрали, трубопроводы); контрольно-измерительное оборудование (манометры, расходомеры, электроизмерительные приборы); пускорегулирующее оборудование (вентили, задвижки, устройства электрооборудования); противопожарное оборудование; вспомогательное оборудование (тали, кран-балки). Состав сооружений, тип и количество основного и вспомогательного оборудования насосной установки определяется исходя из назначения насосной установки.
На каждую насосную установку заводится журнал (или паспорт), в котором содержатся следующие разделы: правила ведения журнала; проведение регламента и выполнения работ на установке (оборудовании) в процессе эксплуатации; учет наработки установки и оборудования; учет технических осмотров установки и оборудования; учет неисправности установки и оборудования; оценка состояния установки и оборудования; регистрация изменений в составе насосной установки и оборудования. Указанные выше виды работ выполняются на основании документов (паспортов) элементов насосной установки.
Для использования насоса по целевому назначению к нему необходимо подвести энергию. Существуют различные виды энергии для привода насоса, например, электрическая энергия, механическая энергия, тепловая энергия, солнечная энергия.
Насосным агрегатом называют агрегат, состоящий из соединенных между собой насоса или нескольких насосов и приводящего двигателя. Виды насосных агрегатов можно классифицировать: по роду привода:электронасосный агрегат, в котором приводящим двигателем является электродвигатель; трубонасосный агрегат, в котором приводящим двигателем является гидро- или пневмо-турбина; дизель-насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является дизель; мотонасосный агрегат, в котором приводящем двигателем является карбюраторный двигатель; гидроприводный насосный агрегат, в котором приводящим двигателем является гидродвигатель; пневмоприводный насосный агрегат, в котором приводящем двигателем является пневмодвигатель; по конструктивному объединению насоса с приводом: электронасос - насосный агрегат, с приводом от электродвигателя, узлы которого входят в конструкцию насоса; турбонасос - насосный агрегат, с приводом от турбины, узлы которой входят в конструкцию насоса; паровой насос - насосный агрегат с приводом от парового цилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса;гидроприводный насос - насосный агрегат с приводом от гидроцилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса; пневмонасос - насосный агрегат с приводом от пневмо-цилиндра, распределительное устройство которого входит в конструкцию насоса.
В системах водоснабжения, водоотведения, отопления и других для привода насоса обычно используют электродвигатели. Таким образом, электронасосный агрегат является наиболее распространенным элементом гидравлических установок.
Паспорт электронасосного агрегата- официальный документ, удостоверяющий тип насоса и его показатели. В паспорте электронасосного агрегата обычно указывается следующее: назначение насоса; характеристики перекачиваемой среды; технические показатели; комплект поставки; устройство и принцип работы; указания по соблюдению мер безопасности; рекомендации по подготовке насоса к работе, по техническому обслуживанию; характерные неисправности и методы их устранения; свидетельство о приемке; гарантийные обязательства; сведения о консервации и упаковке; габаритные чертежи и размеры.
В паспорте насоса могут приводиться и другие сведения, например, материалы основных деталей, чертежи быстроизнашивающихся деталей, методика проверки соосности осей и др. В паспорте насоса на характеристике насоса обозначена рабочая часть характеристики насоса, т. е. зона характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатация.
Таким образом, в паспорте указываются следующие показатели насоса:технические - масса, габариты, частота вращения и др.;эксплуатационные - сроки гарантии, допустимое отклонение показателей, характерные неисправности и др.;эргономические - уровень шума, уровень вибрации и др.;надежностные - срок службы, наработка на отказ и др.;специальные - допустимая температура подшипников, сопротивление изоляции обмоток двигателя и др.Количество показателей, приводимых в паспорте насоса, обычно определяется организацией, изготавливающий насос.
Насосная установка требует квалифицированного обслуживания и эксплуатации. Для насосной установки составляются инструкции по обслуживанию и эксплуатации. К обслуживанию и эксплуатации насосной установки допускаются только лица, хорошо знающие эксплуатируемую насосную установку, техническую документацию на ее элементы и инструкции по обслуживанию и эксплуатации.
Насосная установка, как правило, состоит из различных систем: гидравлической системы, системы электроснабжения, системы автоматики и др. Понятие системы частично субъективно, так как приходится выделять из насосной установки те элементы и явления, которые отвечают целям исследования и достаточно легко поддаются анализу, синтезу или различным расчетам. Содержание понятия системы связано с тем, что реальные системы обладают пространственной или функциональной замкнутостью. Элемент - часть системы, выполняющий определенные функции.
Гидравлическая система представляет собой совокупность баков, трубопроводов, насосов, контрольно-измерительной и пускорегулирующей аппаратуры и предназначена для выполнения определенных функций.Система энергоснабжения насосной установки обеспечивает электрическую связь с энергосистемой и обеспечивает непрерывное снабжение всех потребителей насосной установки электроэнергией.Система автоматики обеспечивает дистанционное управление насосной установкой, системой энергоснабжения и т. д.
2. Грунтовые воды
Во всем мире грунтовые воды являются важным источником для полива. Возможно, это самый надежный водный источник, который есть в нашем распоряжении, но и к использованию грунтовых вод нужно подходить с умом. Необходимо обеспечить возобновляемость этого ресурса, а также защиту и без того хрупкой экосистемы, частью которой мы все являемся. В отличие от поверхностных вод, которые можно "увидеть" и, вследствие этого, наглядно представить происходящие в них процессы, а также оценить их количественные запасы, грунтовые воды скрыты от нашего взора, что усложняет их оценку. Основные причины, ограничивающие использование грунтовых вод:
Производительность скважины
Износ деталей насоса
Засорение системы
Чрезмерная откачка грунтовых вод
Подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта. Образуются главным образом за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных <#"justify">Q=KJF,илиQ=VF.
Режим грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод, количество и качество их изменяются во времени. Это тесно связано с меняющимся количеством инфильтрующихся атмосферных осадков. В многоводные годы при большом количестве атмосферных осадков (включая и снеговой покров) уровень грунтовых вод повышается, а в маловодные годы понижается. При таких колебаниях некоторые слои пород то заполняются водой, то осушаются. В результате периодически появляется зона переменного насыщения <#"justify">3. Датчики аварийного уровня
Изобретение относится к области управления насосом от датчиков уровней воды в резервуаре. Устройство содержит датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную в виде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляет собой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста. В устройство введено реле времени, катушка которого подключена параллельно катушке реле постоянного тока, а размыкающий контакт реле времени подключен к замыкающему контакту реле постоянного тока, параллельно размыкающему контакту датчика нижнего уровня. Изобретение направлено на повышение надежности устройства за счет применения защиты электродвигателя от аварийного режима работы при обрыве контрольного провода, соединяющего датчик нижнего уровня и схему управления. 1 ил.
Изобретение относится к области автоматического управления погружным электронасосом от датчиков верхнего и нижнего уровней воды в резервуаре.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство автоматического управления погружным насосом, содержащее трубчатые датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную ввиде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляет собой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста.
Однако, как показывает эксплуатация, надежность известного устройства недостаточна, что объясняется восприимчивостью электродных датчиков к воздействию условий окружающей среды. При этом возможны обрывы проводов, соединяющих датчики с элементами принципиальной электрической схемы. В случае обрыва провода от датчика верхнего уровня происходит, так называемый, «перелив», когда электронасос не отключается при заполнении резервуара. В случае обрыва провода от датчика нижнего уровня электронасос включается и работает до тех пор, пока вода в резервуаре не достигнет верхнего уровня (электрода датчика). Затем реле включается и своим размыкающим контактом отключает катушку магнитного пускателя. Уровень воды в резервуаре по мере ее расхода будет снижаться, контакт датчика при этом разомкнется и, поскольку, вследствие обрыва провода от датчика, он оказывается не зашунтированным цепью из последовательно соединенных замыкающих контактов реле постоянного тока и размыкающих контактов реле нижнего уровня, реле отключится, а электронасос при этом включится. Таким образом, установится режим чередования отключенного состояния электронасоса, определяемого временем снижения уровня воды по мере расхода в резервуаре от максимального (на который установлен датчик) до уровня, при котором этот датчик размыкает свои контакты и включенного состояния электронасоса, определяемого временем достижения уровня воды в резервуаре, при котором замыкаются контакты датчика верхнего уровня, начиная с момента предыдущего их размыкания при снижении уровня воды по мере ее расхода,
В результате, по причине частых пусков, это приведет к неминуемому выходу из строя обмоток электронасоса, наряду с повышенным износом силовых контактов магнитного пускателя, то есть получим аварийный режим (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Утв. Мин-вом энергетики РФ 13.01.03, ввод.в действие с 01.07.2003, Москва, пункт 2.5.12).
Задача изобретения - повышение надежности устройства автоматического управления погружных насосов за счет применения защиты электродвигателя от аварийного режима работы при обрыве контрольного провода, соединяющего датчик нижнего уровня и схему управления.
Технический результат достигается тем, что в устройство автоматического управления погружным насосом, содержащее трубчатые датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную в виде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляет собой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста, согласно изобретению дополнительно введено реле времени, катушка которого подключена параллельно катушке реле постоянного тока, а размыкающий контакт реле времени подключен к замыкающему контакту реле постоянного тока параллельно размыкающему контакту датчика нижнего уровня
Сущность изобретения поясняется электрической схемой на приведенной фигуре.
Устройство содержит магнитный пускатель 1, реле постоянного тока 2, датчик уровня 3, контакты нижнего уровня 4, контакты верхнего уровня 5, элементы цепи питания реле - понижающий трансформатор 6 с первичной и вторичной обмотками, диодный выпрямительный мост 7 и предохранитель 8, электронасос 9, размыкающий контакт 10 и замыкающий контакт 11 реле 2, реле времени 12 и его размыкающий контакт 13. Контакт реле времени 13 и контакты верхнего 5 и нижнего 4 уровней датчика 3 включены непосредственно в параллельные ветви питания катушек реле (цепи управления реле 2 и 12), а в ветвь с контактами нижнего уровня 4 и контактами 13 реле времени 12 включен замыкающий контакт 11 реле 2. Цепь питания катушек реле 2 и 12 подключена к вторичной обмотке трансформатора 6 через входную цепь (выводы переменного тока) выпрямительного моста 7, на выходе моста подключены катушки реле 2 и 12. Первичная обмотка трансформатора 6 подключена к фазе «С» через предохранитель 8.
Устройство автоматического управления погружным электронасосом работает следующим образом.
При отсутствии воды в резервуаре контакты верхнего 5 и нижнего уровней 4 датчика уровня 3 разомкнуты, реле постоянного тока 2 и реле времени 12 отключены и, следовательно, электронасос 9 включен. При достижении водой контакта верхнего уровня 5 включатся реле 2 и 12, при этом контакты 10 реле 2 отключат магнитный пускатель 1 и электронасос 9 отключится. Уровень воды в резервуаре по мере ее расхода будет снижаться. Выход из воды контактов верхнего уровня 5 датчика 3 не приведет к отключению реле 2 и 12, поскольку они удерживаются во включенном состоянии через контакты 11 реле 2. Уставка реле времени 12 выбрана меньшей по отношению ко времени, за которое (исходя из практики эксплуатации данного резервуара) уровень воды снижается до размыкания контакта 4 датчика уровня 3. Таким образом, контакт 13 размыкается раньше, нежели разомкнутся контакты 4 датчика нижнего уровня, и, в случае целости электрического провода датчика нижнего уровня 4, включенное состояние катушек реле 2 и 12 не изменится. И лишь выход из воды контакта нижнего уровня 4 приведет к разрыву цепи питания реле 2 и 12, размыкающие контакты 10 реле 2 возвращаются в исходное состояние и включают электронасос 9. В дальнейшем последовательность работы электронасоса повторяется.
Теперь рассмотрим работу устройства автоматического управления погружным насосом при наличии обрыва электрического провода от датчика нижнего уровня 4. В этом случая алгоритм работы устройства несколько изменится. При отсутствии воды в резервуаре электронасос 9 включен. При достижении водой контакта верхнего уровня 5 включаются катушки реле 2 и 12, что приводит к отключению электронасоса 9. В этом состоянии электронасос будет находиться в течение времени, равного уставке реле времени 12. По истечении этого времени происходит размыкание контакта 13. Катушки реле 2 и 12 обесточиваются, что приведет к включению электронасоса 9. В дальнейшем эта измененная (по сравнению с последовательностью без обрыва провода датчика нижнего уровня 4) последовательность работы электронасоса 9 повторяется. При этом исключается аварийный режим, поскольку исключены частые повторные пуски электронасоса и соблюдены требования, изложенные в Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей, упомянутых выше.
Устройство автоматического управления погружным насосом, содержащее трубчатые датчики верхнего и нижнего уровней, реле постоянного тока, размыкающие контакты которого включены в цепь управления катушки магнитного пускателя, подключающего к электросети электронасос, понижающий трансформатор, первая обмотка которого подключена через предохранитель к электросети, а вторая обмотка трансформатора подключена к входу выпрямительного моста через цепь, выполненную в виде параллельно соединенных ветвей, одна из которых представляетсобой замыкающие контакты датчика верхнего уровня, а другая - последовательно соединенные размыкающие контакты датчика нижнего уровня и замыкающие контакты реле постоянного тока, катушка которого подключена к выходу выпрямительного моста, отличающееся тем, что с целью повышения надежности, в него дополнительно введено реле времени, катушка которого подключена параллельно катушке реле постоянного тока, а размыкающий контакт реле времени подключен к замыкающему контакту реле постоянного тока параллельно размыкающему контакту датчика нижнего уровня.
.1 Аварийные насосы для откачивания грунтовых вод
Чрезмерная откачка грунтовых вод в конечном итоге приведет к работе насоса всухую и выведет его из строя, а простой оборудования повлечет за собой дополнительные расходы, связанные как со снижением производительности, так и с ремонтом. Для защиты насосной установки от работы всухую очень важным является оценка количества воды, которое может выдавать скважина. Ниже приведена схема проверки производительности скважины с учетом максимальной откачки (пиковой нагрузки). Перед началом проверки необходимо выполнить следующее: Установить насос требуемой производительности Отметить уровень понижения грунтовых вод при разных значениях подачи насоса Измерить подачу насоса при различных положениях регулирующей задвижки в нагнетательной линии насоса.
Порядок проведения проверки 1. Включить насос при закрытой задвижке. Измерить статический уровень воды. 2. Открыть задвижку, чтобы обеспечить примерно 1 /4 (четверть) пиковой нагрузки. 3. Измерить расстояние от поверхности до динамического уровня воды при работе на 1 /4 от пиковой нагрузки. 4. Наполнить резервуар ёмкостью 1 л водой из нагнетательного патрубка насоса. 5. Закрыть емкость, сделать на ней метку: "1 /4". 6. Продолжить проверку на 1 /4 пиковой нагрузки в течение следующих 15 минут. Измерить динамический уровень воды. 7. Если динамический уровень воды понизился, то необходимо отметить на какую величину. 8. Повторить предыдущие шаги для 1 /2, 3 /4 и полной (1/1) пиковой нагрузки. Примерно через один час Вы будете располагать данными, отражающими зависимость между подачей насоса и уровнем воды в скважине. Также у Вас будет четыре емкости с водой, полученные при разных значениях подачи насоса: 1 /4, 1 /2, 3 /4 и 1/1. 9. Полностью открыть задвижку. Снять величину показаний производительности насоса и измерить расстояние от поверхности земли до уровня перекачиваемой воды в скважине. 10. Наполнить водой емкость №5, закрыть ее и сделать надпись с указанием фактической производительности насоса. 11. Не отключая вашу установку, включить по возможности все насосные установки, расположенные в радиусе 1,5 км. 12. По возвращению на место проведения испытаний, снять величину показаний производительности насоса и измерить расстояние от поверхности земли до уровня воды в скважине при данной производительности. 13. Проверка завершена. Выключить насос, полученные образцы воды из скважины нужно будет сохранить, исключив действия на них вибрации, высоких температур или солнечного излучения. Анализ результатов проверки Собранные в результате проверки образцы грунтовых вод необходимо изучить на следующий день. По возможности нужно избегать прикосновения к емкостям с образцами воды, ограничиваясь лишь их визуальным осмотром. Задача проведения данного анализа заключается в определении наличия песка, который присутствует в образцах с водой в виде нерастворимого осадка. 1. Провести визуальный осмотр емкости с надписью "1 /4" на предмет наличия на дне песка. Рассчитать удельную производительность скважины при 1 /4 от пиковой нагрузки. 2. Провести визуальный осмотр емкости с надписью "1 /2" на предмет наличия на дне песка. Рассчитать удельную производительность скважины при 1 /2 от пиковой нагрузки. 3. Аналогично провести визуальный осмотр емкостей на предмет наличия в них песка на 3 /4 и на полной (1/1) пиковой нагрузке. Сравнив полученные расчеты удельной производительности можно получить допустимый рабочий диапазон производительности насосной установки с заданным значением м3 /ч на каждый метр понижения уровня грунтовых вод.
Износ деталей насоса. Неправильный выбор материала, из которого выполнен насос, и как результат, износ его деталей приводят к снижению производительности скважины. Напротив, правильно подобранный насос и его внутренние компоненты, изготовленные из бронзы или нержавеющей стали, с самого начала эксплуатации станут залогом надежной и эффективной работы насоса, практически не требующей дополнительного техобслуживания. В чугунных насосах рабочее колесо выполнено из железа. В результате контакта железа с водой происходит реакция окисления железа, и на нем образуется ржавчина. При вращении рабочего колеса за счет силы трения быстрого потока жидкости (со скоростью 5+15 м/с) происходит отслоение ржавчины с поверхности колеса. Процессы коррозии / эрозии приводят к постепенному износу рабочего колеса, изменяют его форму и размеры. При этом снижается производительность и КПД насосной установки в целом. Перед выбором рабочего колеса и насоса необходимо учитывать следующие факторы: Рекомендация: Подбирайте насос исходя из указанных ниже факторов, которые, однако, не являются исчерпывающими.
Забивка насосной системы посторонними включениями. Трубопровод, частично забитый песком, илом или ржавчиной, может стать причиной следующих нежелательных явлений: Избыточное энергопотребление Недостаточная подача воды Износ внутренних деталей насоса Для предотвращения забивки насосной системы Вы может сделать следующее: Установить циклоны или мешочные фильтры, которые не допустят попадания песка, ила и ржавчины в систему трубопроводов. Открытый водоем / пруд. Может использоваться в качестве источника воды для полива в том случае, когда размеры твердых частиц в воде слишком маленькие, что не позволяет циклонам или фильтрам улавливать их. Твердые частицы оседают на дне в виде илистых отложений, а забор воды для полива производится из верхних слоев водоема. Примечание: При использовании открытого водоема / пруда в качестве источника воды для полива функции насоса для откачки грунтовых вод обычно ограничиваются тем, что насос непосредственно производит забор воды из водоема. Далее в работу включаются распределительные насосы, которые обеспечивают необходимое давление в насадке и компенсируют потери на трение в трубопроводе. Величина напора зависит от скорости вращения рабочего колеса и камеры насоса, установка мембранного бака снижает значение требуемого напора. Помимо этого установка бака зачастую увеличивает межремонтный интервал.
Чрезмерная откачка грунтовых вод. Иногда работа на максимальной нагрузке приводит к чрезмерной откачке грунтовых вод, и вместе с водой начинает откачиваться песок. Для предотвращения такой ситуации Вы может сделать следующее: Установить песочный сепаратор или специальный выдвижной (телескопический) фильтр. Это снизит содержание в воде ила и песка и послужит хорошим защитным барьером от их попадания в насос, что, в свою очередь, увеличит срок службы насоса. Обеспечить плавность включения / выключения насоса, увеличив время включения и выключения до 3+х секунд. При включении насоса для откачки грунтовых вод, установленного в полном водоносном слое, в течение первых секунд насос будет работать с повышенной производительностью. При этом из+за повышенного давления всасывания произойдет "возмущение" водоносного слоя, в результате чего "поднятые" со дна ил и песок вместе с водой попадут в насос. Избежать избыточного всасывания можно увеличив время включения / выключения насоса до 3 секунд.
Если используется частотно+регулируемый электропривод, то в качестве начальной частоты необходимо установить значение 25 Гц и только после этого ее увеличивать. В погружных электродвигателях с подшипниками скольжения используется естественная смазка подшипников + перекачиваемая вода, однако при частоте меньше 25 Гц такая смазка будет невозможной. Для защиты от попадания песка / ила в подшипник электродвигателя рекомендуется выбирать насос с механическим уплотнением из карбида кремния. Для предотвращения образования илистых отложений на корпусе двигателя рекомендуется установить на нем охлаждающий кожух, причем скорость охлаждающей жидкости должна быть не менее 1 м/с.
.2 Устройство для откачивания грунтовых вод
Схема отличается весьма малой потребляемой мощностью, небольшими габаритами и массой и не требует налаживания. Оно содержит датчики уровня воды Е1-ЕЗ, триггер на оптопаре U2, электронный ключ на транзисторе VT1, узел управления насосом на оптопаре U1 и микромощный импульсный источник питания (элементы, размещённые в правой - по рисунку - части схемы).
Устройство работает следующим образом. Пока уровень грунтовых вод находится ниже датчиков E1-E3, полевой транзистор VT1 и транзистор оптопары U2 закрыты, излучающие диоды оптопар U2, U1 обесточены, поэтому оптосимистор последней закрыт и насос, подключённый к зажимам X1 и X2, обесточен. При достижении уровнем воды датчиков E1 и EЗ (они расположены на одном уровне) на затвор транзистора VT1 через сопротивление воды между ними и резистор R1 поступает напряжение положительной полярности с выхода источника питания и транзистор открывается, соединяя эмиттер транзистора оптопары U2 с общим проводом. Когда же продолжающий повышаться уровень воды достигает датчика Е2, открывается транзистор оптопары U2 (базовый ток протекает через воду и токоограничительный резистор R3) и включаются излучающие диоды оптопар U1 и U2. Благодаря положительной оптической обратной связи триггер переключается в единичное состояние ("защёлкивается"). Излучающий диод оптопары U1 включает оптосимистор, и на насос подаётся напряжение питания.
При откачке воды её уровень понижается, но насос благодаря "защёлкнутому" триггеру продолжает работать и после того, как вода опустится ниже датчика E2. При дальнейшем понижении уровня, когда он становится ниже датчиков E1 и EЗ, насос работает ещё несколько секунд, так как транзистор VT1 остаётся открытым благодаря заряженному конденсатору С1. После его разрядки через резистор R4 транзистор VT1, а вслед за ним и транзистор оптопары U2 закрываются, излучающие диоды оптопар обесточиваются и насос отключается. В дальнейшем этот цикл повторяется.
Блок питания выполнен на основе релаксационного генератора, в качестве электронного ключа применён симметричный динистор VS1. Конденсатор С4 - балластный, С5 - накопительный. Выходное напряжение блока питания - 5,5 В, выходной ток - 5 мА, ток короткого замыкания - 8,5 мА.
Устройство собрано на фрагменте универсальной макетной платы размерами 30x35 мм. К деталям особых требований не предъявляется. Конденсаторы С1, С2 - керамические КМ или импортные, СЗ - оксидный импортный, С4 - плёночный помехоподавляющий, С5 - плёночный К73-17 с номинальным напряжением 63 В или КМ (50 В). Резисторы - любые с указанной на схеме рассеиваемой мощностью. Симметричныйдинистор DB3 (VS1) и диоды 1 N4007 (VD2-VD5) извлечены из ЭПРА неисправной КЛЛ. Из неё же извлечён дроссель, кольцевой магнито-провод которого (типоразмера К10x6x5) использован для намотки трансформатора T1. Его первичная обмотка содержит пять, а вторичная - десять витков провода МГТФ 0,07. Диод VD6 - любой кремниевый маломощный (например, КД509А, КД510А), стабилитрон VD1 - любой маломощный с напряжением стабилизации 5...7 В (например, КС162А, КС168А или импортный). Транзистор VT1 - любой из серий КП504, КП505.
Оптопара 4N35 (U2) заменима любой, у которой оптотранзистор имеет вывод базы (подойдут 4N25-4N28, 4N35-4N37, OPTO611). В качестве U1 желательно применить оптопару со встроенным узлом обнаружения нуля сетевого напряжения ZCC (ZeroCrossingControl), например, MOC3042, MOC3062, S21MD3, S21ME4, OPTO630 (они более надёжны при работе на индуктивную нагрузку).
Смонтированная плата помещена в пластмассовую коробку, в дне которой предварительно закреплены датчики E1-E3. Они представляют собой отрезки нержавеющей проволоки диаметром 1,9 мм, извлечённой из провода марки АС 16/2,7, применяемого в воздушных линиях электропередач. Длина датчиков E1 и E3 - 220, E2 - 70 мм. Отверстия под них расположены в ряд с шагом 10 мм (датчик E1 закреплён в среднем). Учитывая специфические условия эксплуатации (повышенная влажность), плата после подпайки проводов, соединяющих её с датчиками и клеммными зажимами X1-X4 (их закрепляют в верхней части коробки с помощью скоб), залита эпоксидным компаундом. Если применить коробку из прозрачной пластмассы, а для заливки - прозрачный компаунд, то вместо стабилитрона VD1 можно установить цепь из трёх включённых последовательно светодиодов АЛ307БМ, их свечение в дежурном режиме будет сигнализировать о наличии сетевого напряжения.
Для обеспечения эффективной откачки воды из подвала были выполнены следующие работы. Бетонная стяжка пола - с небольшим уклоном в одну сторону. В самой низкой части подвала выкопан приямок глубиной 0,5 м и обложен в полкирпича насухо, без раствора. В приямок помещено пластмассовое ведро, в нижней части и дне которого просверлено свыше 300 отверстий диаметром 2,5 мм, играющих роль фильтра тонкой очистки. Пространство между стенками приямка и ведром заполнено гравием с фракцией 10.20 мм, выполняющим функцию фильтра грубой очистки воды.
На дно ведра помещён аквариумный насос. При небольшой потребляемой мощности (8 Вт) он имеет вполне достаточную производительность - около 200 л/ч. Вода сбрасывается в проходящую рядом канализационную трубу, для чего в неё врезан штуцер. Коробка с устройством свободно установлена на пластмассовой крышке ведра. Для прохода датчиков в её центральной части просверлены три отверстия диаметром 3 мм.
При использовании насоса с потребляемой мощностью свыше 20 Вт опто-симистор U2 следует использовать для управления более мощным симистором.
.3 Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов. Автоматическое управление при работе на башню
откачивание насос грунтовый вода
Практически все системы сельского водоснабжения можно разделить на три группы. Наиболее широко применяемая - башенная система водоснабжения. Сегодня пейзаж России немыслим без цельнометаллических водонапорных башен Рожновского. Нельзя проехать и нескольких километров, чтобы не заметить очередную, появившуюся на горизонте.
Две другие системы, которые применяются реже - это безбашенные с гидропневмобаком и с двумя ступенями подъема.
Рассмотрим башенную систему. Надежная работа системы в автоматическом режиме прежде всего зависит от того, в какой степени учтены особенности, условия и режимы взаимного функционирования всех элементов системы. Режим водопотребления на селе характеризуется большой неравномерностью расходов, с коэффициентом часовой неравномерности, достигающим 2,5. Это значит, что днем в период максимального разбора воды ее часовой расход может в 2,5 раза превышать среднее значение (1/24 часть) суточного расхода. Ночью, наоборот, расход воды резко сокращается. Непосредственное включение насоса в сеть без башни в условиях сильной неравномерности расхода привело бы к ненормальному режиму работы насоса с недостаточным напором или, наоборот, с малой подачей и чрезмерным давлением. На такие режимы работы и насосы, и сеть водоснабжения не рассчитаны, при этом в сети происходили бы глубокие перепады давления, перебои в подаче воды, резко возросло бы потребление электроэнергии. Включение в сеть водоснабжения водонапорной башни позволяет насосу и потребителям воды действовать по своим графикам, причем насос всегда работает в расчетном, наиболее выгодном и правильном режиме. В такой системе башня выполняет несколько функций:
. За счет столба воды в колонне она поддерживает требуемое практически постоянное статическое давление воды в системе. В результате потребитель получает воду бесперебойно и с постоянным расчетным напором.
. Создавая постоянное давление в сети, башня обеспечивает работу насоса в постоянном режиме, с расчетной подачей и давлением при резко неравномерном расходе воды потребителями. При малом потреблении насос работает на башню, при большом - к подаче насоса добавляется поток воды, идущий из башни.
. В башне сохраняется нерасходуемый запас воды на случай пожара или аварии в системе водоснабжения.
. Башня сохраняет технологический (хозяйственный) запас воды на случай планового или аварийного отключения напряжения сети, перерыва в работе насоса в связи с техническим обслуживанием и т.п.
. В башне размещается регулирующий объем воды, который определяет периодичность включения насоса.
. Наконец, в башне размещается регулирующий объем воды, который необходим в случае, когда производительность насоса меньше, чем максимальный часовой расход водопотребления.
Основными показателями башни, вытекающие из функционального назначения, являются ее высота и емкость бака. Высота башни определяется необходимым напором, а емкость бака - величиной запаса воды, регулирующего и полного объемов. Для определения регулирующего объема надо знать характер потребления воды на ферме и график работы насосной станции. Расходование воды из бака и его пополнение имеет периодический характер, определяемый с одной стороны графиком потребления воды qп, а с другой - подачей насоса qн. Рассмотрим действие насоса и башни на примере рис. 1, где показана схема водоснабжения (а), графики подачи, расхода воды и наполнения бака (б) и (в). Пусть в исходном положении бак залит полностью, а насос отключен, следовательно питание потребителей водой происходит за счет содержимого бака, рис. 1 (б). С течением времени уровень воды в баке опустится до отметки нижнего уровня (НУ). В этот момент насос будет включен. Дальнейший режим бака зависит от соотношения между подачей насоса и текущим расходом воды. Пусть расход превышает подачу (рис. 1 (в) зона S). Тогда уровень воды в баке будет продолжать снижаться до тех пор, пока расход не уменьшится и не станет меньше подачи насоса (точка 2). Лишь после этого уровень начнет повышаться вновь. Когда бак вновь заполнится и вода достигнет верхнего уровня (ВУ), насос будет отключен, после чего процесс повторится вновь.
<#"300" src="/wimg/17/doc_zip4.jpg" /> <#"justify">Таблица 1Подача насоса, qнм3/ч26,31016254063Регулирующий объем, Wрегм30,850,250,831,332,083,335,25Высота регулирующего объема, hм0,020,070,120,190,300,480,75
Из таблицы видно, что приемлемым для всех рассчитанных вариантов будет регулирующий объем Wpег = 5,25 м3, который обеспечивается датчиком с межконтактным расстоянием 0,75 м. Однако принимать предельную величину за исходную при выборе длины датчика было бы неосмотрительным.
Это объясняется тем, что существует ряд причин, требующих иметь некоторый запас по регулирующему объему, а равнозначно и по частоте включений электронасоса. К ним относятся следующие:
при расчете приняты номинальные значения подач электронасосов; на практике зачастую применяются насосы с запасом по высоте подъема, что приводит к подачам, превышающем номинальное;
на подачу электронасоса оказывают влияние штатные изменения частоты и амплитуды питающего напряжения, а также изменение динамического уровня воды в скважине и других ее гидрогеологических характеристик;
для повышения надежности снабжения водой на случай кратковременных остановок насоса или задержек в срабатывании автоматики регулирующий объем в баке принимают на 30% больше расчетного Wрег.
Учитывая сказанное, запишем:
W'рег = Wрег · 1,3 = 6,8 м3,
отсюда минимальная величина перепада равна 0,98 м.
Приведенные выше данные справедливы для случая, когда максимальный часовой расход воды потребителем не превышает подачу электронасоса. Только в этом случае регулирующий объем бака определяется однозначно. Иное положение возникает при расходе, превышающем подачу насоса. Автоматика, реагирующая только на уровень воды в баке, к такому ориентированному действию неспособна, она «глупа». Поэтому период максимального расхода воды может наступить не при заполненном баке, а наоборот, когда вода достигает в нем нижнего уровня. Насос включится, но уровень воды будет снижаться ниже нижнего уровня до тех пор, пока подача насоса не станет выше текущего расхода. Сказанное поясняет рис. 1, где для ясности момент t1 достижения водой нижнего уровня совмещен с началом превышения расхода над подачей. Следовательно, к регулирующему объему Wрег1, ограниченному верхним и нижним уровнями, надо добавить еще Wрег2, который «вырабатывается» в период времени t1 - t2, указанного превышения расхода над подачей. Его величина численно определяется как площадь S заштрихованной части графика. Следовательно, в случае, когда подача насоса меньше максимального расхода, полный регулирующий объем следует определять как:
Wрег = Wрег1 + Wрег2 = (0,25qн / Zmax)+ S.
Очевидно, что при выборе перепада между верхним и нижним уровнями в автоматических установках надо учитывать и возможное увеличение регулирующего объема за счет Wрег2. Это особенно важно при использовании малогабаритного четырехдюймового электронасосного оборудования, подача которых не превышает 2-3 м3/час и значительно ниже максимальных часовых расходов. Таким образом, вопрос возможности применения таких насосов сводится, прежде всего, к двум моментам: достаточна ли подача их для обеспечения суточных расходов у потребителей и хватит ли объема башни для размещения дополнительного регулирующего объема Wрег2.
Заключение
Подводя итог данной работе, можно сделать вывод, что система работает на откачивании верхнего до нижнего рабочего уровня. В случае подъема воды до аварийного уровня включается дополнительный насос.
Дополнительный насос включается также, если работа первого не привела к понижению уровня до нижнего уровня или повышению до аварийного верхнего уровня за определенное время. Для предотвращения преждевременного срабатывания насосов необходимо ввести задержки включения/отключения при смачивании/осушении соответствующих электродов.
При использовании открытого водоема / пруда в качестве источника воды для полива функции насоса для откачки грунтовых вод обычно ограничиваются тем, что насос непосредственно производит забор воды из водоема. Далее в работу включаются распределительные насосы, которые обеспечивают необходимое давление в насадке и компенсируют потери на трение в трубопроводе. Величина напора зависит от скорости вращения рабочего колеса и камеры насоса, установка мембранного бака снижает значение требуемого напора. Помимо этого установка бака зачастую увеличивает межремонтный интервал.
Список использованной литературы
Алексеев В.В. Стационарные машины - М: Недра, 1989, с 304.
Картавый Н.Г. Стационарные установки - М: Недра,
Попов В.Н. Водоотливные установки. Справочное пособие. - М.: Недра, 1990, с 302.
Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом. - Алматы, 1994, с 120.
Картавый Н.Г., Топорков А.А. Шахтные стационарные установки. Справочное пособие. - М.: Недра, 1978, с 245.