Насосная станция над артезианской скважиной-принципиальная схема управления насосом, бактерицидными установками

Автоматизация для скважинных насосов

Автоматизация производства — это использование таких технологических устройств

и оборудования, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся

человеком, передаются различным специальным приборам и автоматическим устройствам.

Под автоматикой в данном случае подразумевают совокупность командных реле,

силовой электрической части и различные виды защит, задача которых – уберечь

электродвигатель и сам погружной насос типа ЭЦВ от выхода из строя. Наиболее

широко распространены две основные схемы управления работой насоса: по уровню

рабочей среды (воды) в сборном накопительном резервуаре и по давлению в напорном

трубопроводе.

Контроль по уровню

Первая схема применяется при работе насоса на сборный накопительный резервуар или водонапорную башню, откуда вода к потребителю подается уже насосами второго подъема.

Внутри резервуаров с водой устанавливаются специальные датчики уровня (электроды),

которые с помощью реле контроля уровня отслеживают нижний (включение насоса) и

верхний (отключение насоса при заполнении резервуара) уровни. Применение в данной

схеме поплавковых выключателей вместо электродов менее надежно, что обусловлено их

небольшим рабочим ресурсом. Обязательно предусматривается устройство аварийного

слива при переполнении резервуара (сигнализации переполнения при этом обычно не

применяется).

Данная схема характерна для крупных водозаборных скважин, когда от одной

емкости осуществляется водоснабжение целого населённого пункта или

поселка.

Главное преимущество, которое достигается при таком подходе, – стабильный режим работы

насоса. Гидравлика постоянна: номинальный расход подается на высоту, определяемую

глубиной скважины, высотой башни и дополнительно предусматривает еще 1–2 м – на излив.

Один цикл соответствует по расходу полному объему башни с учетом расхода текущего

водоразбора. Исключена возможность кратковременных пусковостановов, что

продлевает срок эксплуатации оборудования. Достаточно грамотно подобрать насос под

требуемые параметры, один раз квалифицированно произвести пусконаладку, и стабильная

работа системы обеспечена.

Контроль по давлению

По второй схеме насос управляется командами от реле давления, установленного на

трубопроводе. На самом реле настраиваются два параметра: давление включения насоса и

давление, при котором насос должен отключиться. Данная схема характерна для

индивидуальных скважин и обычно используется вместе с мембранными баками,

предназначенными для поддержания необходимого избыточного давления в сети,

компенсации гидравлических ударов и малых расходов. Чрезвычайно важно произвести

правильную настройку реле в соответствии с характеристиками насоса и объемом

мембранного бака. Чтобы насос не включался слишком часто, заданный предел

давлений должен лежать в

средней зоне рабочей характеристики насоса. Гистерезис значений выбирается, как

правило, в диапазоне 1,2–2,5 бар с учетом данных о максимально допустимом количестве

включений насоса в определенный период времени.

Реле давления, применяющиеся в этой схеме, можно условно разделить на бытовые и промышленные. Первые, например, реле MDR фирмы Condor, XMP (Telemecanique) и др.,

имеют мощные контактные группы, способные выдерживать ток до 16 А, но не оборудованы

шкалой настройки с указанием регулируемого диапазона давлений. Настройка таких реле производится с помощью манометра. Преимуществами реле данного типа являются их

относительная дешевизна и возможность применения в силовых цепях (непосредственно для управления насосом). Недостатками – невысокая точность настройки и небольшой рабочий

ресурс – вследствие влияния больших пусковых токов. Промышленные реле, например, FF4

фирмы Condor и KPI (Danfoss), отличаются повышенной точностью и надежностью, но имеют слаботочные контакты и требуют организации коммутации через внешний пускатель. Тип реле влияет на выбор дальнейшей электрической схемы и системы автоматики.

При использовании бытовых устройств достаточно напрямую подключить насос через его контактные группы к сети. Простота и дешевизна данного варианта привлекают многих

покупателей, однако иных преимуществ это не дает. Более того, подобная экономия средств

влечет за собой дополнительные затраты в процессе эксплуатации на замену преждевременно вышедшего из

строя реле (подгорели или окислились контакты). При этом сам пользователь, поставив новое

реле, вряд ли сможет восстановить прежние настройки и проверить режим работы, что, в

худшем случае, может привести к отказу насоса. Известная поговорка «скупой платит дважды»

здесь не работает: заплатить при поломке насоса придется трижды – за подъем насоса, ремонт и,

в третий раз, за опускание насоса в скважину и ввод в эксплуатацию. Для работы насоса с промышленным реле необходимы промежуточные устройства (различные варианты шкафов управления с устройствами дополнительной защиты или без них).

Защита насоса

Как показывает практика, основными причинами выхода скважинного насоса из строя являются работа при повышенном или пониженном напряжении питания в электрической сети, перегрузка электродвигателя и работа в режиме «сухого» хода, т.е. без воды. Любой производитель указывает в технической документации насоса требования по питающему напряжению (это стандартно это 1×230 или 3×400 В) и допустимые отклонения относительно номинала.

Радикальный способ обеспечить качественное электропитание насоса – это применение стабилизаторов переменного напряжения соответствующей мощности, что затратно.

Чаще всего в систему автоматики устанавливают реле контроля напряжения. Данные устройства отключают насос при падении напряжения и перенапряжении, а также могут контролировать последовательность и асимметрию фаз (для трехфазных двигателей). Наличие в реле временной задержки по включению обеспечивает защиту от частых скачков напряжения в сети.

Защита электродвигателя от перегрузки осуществляется с помощью тепловых токовых реле, отключающих его при достижении установленного значения тока. Очень важно, чтобы диапазон настройки токового реле соответствовал номинальному току насоса.

Защита насоса от «сухого» хода может осуществляться двумя способами: непосредственно – по уровню воды в скважине с помощью датчиков (электродов) или поплавков и косвенно – по значению тока или сдвигу фаз тока и напряжения электродвигателя с помощью специальных реле. В некоторых двигателях, например, MS 3 насосов SQ фирмы Grundfos, эта защита уже стандартно встроена. Недостатком косвенной защиты является именно ее «вторичность»: реле срабатывает только тогда, когда проточная часть и подшипники уже остались без воды,

смазывающей и охлаждающей их. В случае, если производительность насоса превышает дебет самой скважины, подобная ситуация может возникать несколько раз в сутки, что негативно сказывается на сроке службы насоса. В этой ситуации настоятельно рекомендуется использовать электродное реле контроля уровня, которое позволяет отключить насос еще до возникновения аварийной ситуации.

В зависимости от конкретной ситуации для управления и защиты скважинным насосом могут использоваться различные комбинации и типы защитных устройств, выпускаемых

как самими заводами-изготовителями насосного оборудования, так и другими

производителями.

Основными процессами, которые могут выполняться на насосных станциях приборами автоматики, являются:

1) прием и передача управляющего импульса на пуск и остановку насосных агрегатов;

2) выдержка времени как перед пуском после получения командного импульса, так и между отдельными процессами;

3) включение одного или нескольких насосных агрегатов в установленной последовательности;

4) создание и поддержание необходимого вакуума во всасывающем трубопроводе и корпусе насоса перед его пуском;

5) открывание и закрывание задвижек на трубопроводах в заданные, моменты при пуске и остановке агрегата;

6) контроль за установленным режимом работы при пуске, работе и остановке;

7) отключение насоса при нарушении установленного режима и включение резервного агрегата;

8) передача параметра режима работы насоса на диспетчерский пункт;

9) защита агрегата от электрических, тепловых и механических повреждений;

10) контроль за отоплением и вентиляцией в помещении насосной станции;

11) охрана от проникания на станцию посторонних лиц;

12) включение и отключение дренажных насосов и насосов, подающих воду на охлаждение и уплотнение сальников фекальных насосов;

13) включение механизированных грабель.

Комплексная схема автоматизированного управления насосной станции обычно состоит из следующих отдельных частей: схемы автоматизации залива насоса; схемы автоматизации задвижки на напорном трубопроводе; схемы автоматизации электропривода насоса; схемы взаимосвязи, обеспечивающей последовательность действия системы в целом и осуществляющей необходимые блокировки, а также автоматическую защиту агрегата и сигнализацию.

Серийный выпуск типовых станций автоматического управления насосными агрегатами в значительной мере облегчает проектирование, получение необходимого оборудования, монтаж и эксплуатацию автоматических устройств насосных станций. Харьковский электромеханический завод выпускает около 20 типов унифицированных станций управления ПЭХ. Орловский завод приборов разработал и приступил к серийному выпуску станций автоматического управления СУНО1, СУНО-2 л СУНО3, пригодных для автоматического управления глубинными насосами любого типа. Станция СУНО1 применяется для управления электродвигателями мощностью до 55 кВт, СУНО2—до 125 кВт, СУНО3 — от 125 до 250 кВт.

Станцию СУНО2 можно применять и для управления горизонтальными насосами, для чего в схему введено реле РК.З, контролирующее заливку водой насоса перед его пуском.

Схема станций автоматического управления обеспечивает:

1) местное, автоматическое и телемеханическое управление насосным агрегатом;

2) контроль за работой насоса с помощью контактного манометр или струйного реле;

3) блокировку, предотвращающую пуск электродвигателя при отсутствии воды в бачке для смачивания подшипников насоса ЭЦ перед его пуском; для этого устанавливают сигнализатор наличия воды 1СВ (для насосов других типов вместо сигнализатора устанавливают перемычку) ;

4) отключение электродвигателя при нарушении нормального режима работы насосного агрегата, при затоплении водой павильона насосной станции или при перегреве подшипников;

5) сигнализацию при аварийной остановке насосного агрегата и открывании дверей павильона насосной станции.

При местном управлении переключатель ПУ ставят в положение «Местное». При этом замыкаются контакты переключателя 1—2. Агрегат управляется кнопками «Пуск» и «Стоп» (рис. 13.7). При местном управлении схема контроля за работой насоса отключается. При автоматическом управлении переключатель ПУ ставят в положение «Автоматическое». При этом замыкаются контакты переключателя 7—8 и размыкаются контакты 1—2, отключая местное управление. При телемеханическом управлении переключатель ПУ ставят в положение «Телемеханическое». При этом замыкаются контакты переключателя 5—6, 9—10 и размыкаются контакты 1—2 местного управления. Для автоматического управления на клеммной панели станции управления между клеммами 5—5а, 15—15а ставят перемычки. Размыкающий контакт датчика автоматического управления включают на клеммы И и 15, а замыкающий — на клеммы 11 к 23.

При телемеханическом управлении после подачи командного импульса «Включить» по цепи: «клемма ЗЬ — контакты ПУ 5—6 — перемычка 7—7а—размыкающий контакт РПЛ — перемычка 89—5» срабатывает реле включения РКП. Своим замыкающим контактом реле РКН включает реле управления РУ, которое самоблокируется своим замыкающим контактом через размыкающий контакт РО. Другой замыкающий контакт РУ включает катушку пускателя и подготавливает цепь реле контроля за работой насоса РК.

Реле управления РУ работает с выдержкой времени 5 с. Этим достигается восстановление работы насосного агрегата при кратковременном исчезновении напряжения. Одновременно с включением пускателя Л начинает работать реле контроля 1РК. Если насос подает воду, контакты струйного реле СР1 разомкнутся и реле 1РК возвратится в исходное положение. Если во время работы насоса подача воды снизится, замкнутся контакты реле СР1, реле РК сработает и его размыкающий контакт включит реле аварии РА. Для деблокирования необходимо выключить автомат и выяснить причину отключения агрегата. Аналогично происходит отключение агрегата при перегреве подшипников, затоплении павильона или при открывании двери павильона.

На рис. 13.8 приведена схема автоматизированного управления насосными агрегатами на канализационной насосной станции.

Главная цепь автоматического управления насосными агрегатам» канализационных насосных станций — не допустить переполнения приемного резервуара выше заданного уровня. Уровень жидкости контролируется электродным сигнализатором* ЭРСУ2. Датчики-электроды устанавливают на специальной металлической конструкции в приемном резервуаре, а сигнальные блоки — на стене помещения решеток (см. рис. 13.1).

Пуск насосов производится при открытой задвижке. При достижении уровня сточной жидкости Р3 электрод включения 4Д через промежуточное реле 1РУ и магнитный пускатель Л-1 включит в работу первый рабочий насос. Кроме того, промежуточное реле 1РУ через магнитный пускатель Л-2 включит в работу насос гидроуплотнения сальников и прибор КЭП1 автоматизированного управления механизированными граблями. Если уровень жидкости продолжает повышаться, то при уровне Р2 электрод включения ЗД через реле 2РУ и магнитный пускатель Л-3 включит в работу второй рабочий насос и второй прибор КЭП2. Если второй насос не сработает, то при дальнейшем повышении уровня жидкости в приемном резервуаре до Р2 электрод включения 2Д включит в работу резервный насосный агрегат.

Электрод 1Д сигнализирует о достижении аварийного уровня жидкости в резервуаре и через реле ЗРУ подает импульс на закрывание задвижки в приемно-аварийной камере.

Промежуточное реле РУ электродного датчика включает магнитный пускатель насоса, кроме того, реле РУ блокируется во включенном состоянии через соответствующий электрод отключения (ЗД для второго насоса и 4Д для первого насоса). Такая блокировка обеспечивает последовательность отключения работающих насосов.

При уменьшении уровня сточной жидкости в резервуаре и выходе из жидкости электрода 2Д через заданную выдержку времени реле РВП выключается из работы резервный насосный агрегат. При понижении, уровня до Р% выключается из работы второй насос и через контакт реле 2РУ выключается прибор КЭП2. При понижении уровня до Рг из жидкости выходит электрод 4Д и выключает из работы первый рабочий насос. Одновременно обесточивается реле 1РУ, которое через свои контакты в цепях управления насосами гидроуплотнения сальников и прибора КЭП1 выключает их из работы.

Для механизированных грабель решетки предусмотрено местное и автоматизированное управление по программе времени, получаемой с помощью командного электропневматического прибора КЭП12У. Время работы и пауз механизированных грабель устанавливают по опыту эксплуатации канализационной насосной станции. Прибор КЭП12У позволяет изменять время включения и отключения от 3 мин до 18 ч.

При защемлении грабель в прозорах решетки срабатывает муфта предельного момента, электродвигатель отключается и включается звуковой сигнал, одновременно лампочка сигнализации подает сигнал на пульт диспетчерского управления.

Нур ДП АвтомНС скваж печ.dwg