ООО "Политерм : использование ZuluGIS при написании выпускной квалификационной работы магистра на тему «Совершенствование системы водоснабжения города Трехгорный»
Архивная публикация
Автор: Выпускник НГАСУ «Сибстрин»,
Специалист компании ООО «Корпус»
Карпицкий А.В.
Являясь сотрудником компании ООО «Корпус», которая в своей деятельности использует программные продукты ООО «Политерм», в рамках написания выпускной квалификационной работы магистра было принято решение использовать данные продукты т.к. они позволяют гибко подходить к расчетам систем водоснабжения.
Объектом для исследования был выбран город Трехгорный, состоящий из трех зон водоснабжения, обусловленных сложным рельефом с большим перепадом высот.
Цель работы: Исследование и анализ башенных систем водоснабжения. Исследование систем частотного преобразования. Моделирование модернизмодернизаации насосной станции третьего подъема водоснабжения города Трехгорный с подключением насосов к частотным преобразователям/
Исходными данными для работы служила расчетная схема водоснабжения города Трехгорный с диаметрами и расчетными нагрузками на потребителях.
На первом этапе было проведено исследование литературы описывающих башенные системы водоснабжения, а также систем частотного преобразования.
Что касается башенных систем, был сделан вывод, что хоть у таких систем и существуют положительные стороны применения, такие как:
— простота и надежность конструкции;
— длительность эксплуатации;
— не требует высококвалифицированных специалистов для обслуживания самой башни.
Но также имеется ряд критических недостатков:
— возможность промерзания в зимнее время в тяжелых физико-географических условиях;
— значительные капитальные затраты на обслуживание;
— трудоемкость эксплуатации;
— коррозионные процессы.
В настоящее время использование водонапорных башен оправдано не более чем на 20%, в случае фактического использования.
Что касается преобразователей частоты были выделены следующие преимущества:
1. Экономия электроэнергии.
Применение частотного преобразователя позволяет снизить пусковые токи и регулировать потребляемую мощность двигателя в зависимости от фактической нагрузки.
2. Увеличение срока службы промышленного оборудования.
Плавный пуск и регулировка скорости вращения момента на валу позволяют увеличить межремонтный интервал и продлить срок эксплуатации электродвигателей
3. Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание.
ЧП не имеют движущихся частей, нуждающихся в регулярной чистке и смазке.
4. Возможность удаленного управления и контроля параметров оборудования с электроприводом
Во многих частотных преобразователях реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики, они могут встраиваться в многоуровневые системы автоматизации
5. Широкий диапазон мощности двигателя.
Частотные преобразователи устанавливают как на однофазные конденсаторные двигатели мощностью 1 кВт, так и на синхронные электромашины мощностью в десятки МВт.
6. Защита электродвигателя от аварий и аномальных режимов работы.
ЧП комплектуют защитой от перегрузок, коротких замыканий, пропадания фаз. Преобразователи также обеспечивают перезапуск при возможности подачи электроэнергии после ее отключения. Возможность бесступенчатой точной регулировки частоты вращения без потери мощности, что невозможно при использовании редукторов.
7. Снижение уровня шума работающего двигателя.
Возможность замены двигателя постоянного тока асинхронными электрическими машинами с частотными регуляторами. Для оборудования, требующего регулировки момента и скорости вращения, часто используются двигателя постоянного тока, скорость вращения которых пропорциональна поданному напряжению. Такие электрические машины стоят дороже асинхронных и требуют дорогостоящих промышленных выпрямителей. Замена двигателей постоянного тока на асинхронные электромашины с частотным управлением даёт хороший экономический эффект.
Также имеются и недостатки:
1. Высокая сложность подключения и настройки оборудования
2. Требуются высококвалифицированный персонал для поддержания системы в рабочем состоянии
3. Высокая стоимость оборудования
Исходя из всех положительных и отрицательных качествах каждой системы, можно сделать вывод, что включение в систему частотного преобразователя для управления насосами улучшает качество работы.
Существующая схема водоснабжения города Трехгорный
Станция 3-го городского подъёма сдана в эксплуатацию в 1985 году, процент износа объекта составляет 37,36%.
В насосной станции 3-го подъёма установлено три насосных агрегата типа 1Д315-71. Данный насос по паспортным данным обеспечивает производительность 315 м3/ч при напоре 71 м. вод. ст., электрическая мощность насоса составляет 90 кВт. В работе находится один насос.
Из насосной станции часть воды подаётся в разводящую сеть III зоны, другая часть подаётся в водонапорную башню высотой 36 метров и ёмкостью бака 300 м3.
Поверочный расчет (рисунок 1), показал, что в зоне третьего подъема имеется недостаток напора на потребителях, т.к. водонапорная башня ограничивает подаваемый напор, что так же показывает неэффективность башни в данной схеме.
Хорошо иллюстрирует итоги расчета пьезометрический график (Приложение 1), который указывает на то, что водонапорная башня ограничивает свободный напор и тем самым снижает качество обеспечения водоснабжением потребителей.
Рисунок 1 – Поверочный расчет системы с водонапорной башней
Далее к рассмотрению были приняты два варианта реконструкции системы:
1. Разделение третьей зоны водоснабжения города на две части с питанием от двух насосов, с установкой на них частотных преобразователей.
2. Питание всей третьей зоны от одного насоса с подключением частотного преобразователя.
Для каждого варианта были произведены поверочные расчеты. Т.к. первый вариант предполагает разделение сети на зоны, ZuluGIS позволяет быстро определить новое потокораспределение воды в системе и оценить её работу в новых условиях.
Далее в комплексе ZuluHydro, с помощью функции «Оптимизация насосного оборудования» были определены параметры работы насосов при подключении их к частотным преобразователям.
1 Вариант
Согласно проведенному расчету (рисунок 3, 4) насосы в полной мере обеспечивают потребности водоснабжения потребителей, не выходя на максимальное количество оборотов рабочего колеса, снижая расходы на электроэнергию. Также данный вариант обеспечивает перспективу подключения новых потребителей без каких-либо дополнительных вложений.
Суммарный перерасход электроэнергии составляет 925,37 кВт, в денежном эквиваленте - 1 172 055, 15 рублей в год. Данный вариант развития является более дорогим в обслуживании, но имеет больший запас на перспективу расширения области водоснабжения третьей зоны.
2 Вариант
Данный вариант предполагает оставить один насос на всю третью зону водоснабжения с подключением частотного преобразователя (Рисунок 5). Для соблюдения надежности системы, предполагается подключение резервного насоса ко второму частотному преобразователю.
С учетом того, что в данном варианте из системы убирается только водонапорная башня, был произведен поверочный расчет для того, чтобы убедиться в возможности обеспечения населения водой. Расчет показал, что один насос вполне справляется со своей задачей.
Далее согласно тем же данным была произведена оптимизация насоса с учетом подключенного частотного преобразователя.
Экономия на электроэнергии составила 513 306,8 рублей в год
Анализируя данные варианты, можно сделать вывод, что их можно рассматривать как этапы развития системы водоснабжения города. На первом этапе развития системы, как более эффективным, использовать 2 вариант развития. При возникновении потенциальных проблем на потребителях, можно приступить к реализации второго этапа, который представлен 1 вариантом.
Данная последовательность в развитии системы сохранит эффективность, а самое главное, безопасность системы.
Рисунок 2 – Распределение потребителей и итоги расчета оптимизации насосов при первом варианте реконструкции
Рисунок 3 – Распределение потребителей и итоги расчета оптимизации насосов при первом варианте реконструкции
Рисунок 4 – Итоги расчета оптимизации насосов при втором варианте реконструкции
В выпускной работе, с помощью ГИС «Zulu», были выполнены все расчетные аспекты работы, которые подтвердили выводы, сделанные при литературном обзоре. Функционал программы позволяет в полной мере решать нестандартные задачи и гибко подходить к различным ситуациям.
Компания «Политерм» входит в группу «Проект поддерживают» портала Gisa.ru
RSS
Реклама
