Введение 3
Глава 1 Теоретические основы движения жидкости 7
1.1 Экспериментальное изучение движения жидкости 9
1.2 Теоретические основы работы центробежного насоса 19
1.3 Характеристика центробежного насоса 25
1.4 Методика расчёта энергопотребления насосными установками 33
Глава 2 Системы автоматизированного управления насосных станций 39
2.1 Область применения систем автоматизации 39
2.2 Проблемы автоматизации систем водоснабжения 42
2.3 Основные принципы систем автоматизации 45
2.4 Системные аспекты автоматизации городской системы водоснабжения 51
2.5 Наблюдение за системой водоснабжения 52
2.6 Некоторые аспекты цифровизации автоматизированного управления 55
2.7 Обнаружение системных аномалий 56
2.8 Обработка помех в системах автоматизации 58
2.8.1 Автоматизация систем водоподготовки 60
2.9 Контроль давления в системах распределения воды 64
2.10 Обнаружение утечек 66
2.11 Стимулирующие факторы для экономии энергии 67
2.12 Интегрированные системы 70
2.13 Децентрализованные системы подачи и распределения воды 71
2.14 Перспективы развития систем автоматизации 73
2.14.1 Экологический аспект внедрение средств автоматизации 76
Глава 3 Практическое применение теоретических и экспериментальных результатов 79
3.1 Расчёт энергопотребления насосными установками 79
3.2 Определение влияния внутренней коррозии труб на энергетические характеристики насоса 81
3.3 Оценка потенциала энергосбережения 90
Заключение 93
Список используемых источников 94
Проблемы, связанные с управлением водными ресурсами, неуклонно возрастают в связи с изменением климата, демографическими и социально-экономическими изменениями. Такое изменение может спровоцировать конфликты между пользователями (ирригация, питьевая вода, промышленность, гидроэнергетика и т.д.) и между регионами. Кроме того, наводнения и засухи продолжают опустошать многие регионы нашей страны, в то время как водные экосистемы подвергаются все большей угрозе.
Обеспечение доступа к данным и информации о состоянии и тенденциях в области водных ресурсов, а также об их использовании является одним из ключевых факторов успешного осуществления политики в области водных ресурсов, будь то на национальном или международном уровне.
Организации, осуществляющие водопользование должны иметь возможность получать достоверную, актуальную и актуальную информацию для всей своей деятельности, включая регулирование, планирование, адаптацию к изменению водопотребления, управление рисками и информационной среде.
Однако необходимые данные и информация, как правило, являются фрагментарными, неполным, разрозненными и разнородными, и доступ к ним зачастую трудно организовать по многим причинам (множественность производителей данных, несогласованность данных и информации.
Часто используется недостаточный объем данных, отсутствует регулярное обновление информации о водопользовании необходимой для эффективного осуществления политики в области водных ресурсов.
Это может иметь значительные негативные экономические последствия, особенно в случае принятия решений, основанных на неполных или неточных данных и информации. Тем не менее улучшение можно добиться при наличии достаточно развитой системы автоматизации, соответствующего плана действий, направленного, с одной стороны, на рационализацию доступа к имеющейся информации и, с другой стороны, на организацию подготовки недостающих данных и их преобразования в информацию, полезную для принятия решений для оптимального использования имеющегося оборудования на водопроводных сетях.
Настоящая работа посвящена изучению основных принципов работы насосного хозяйства в системах водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий, оценки энергетической эффективности данного оборудования, разработке мероприятий, направленных на повышение потенциала энергосбережения, внедрение новых средств измерений, информационных технологий, комплексных систем контроля и учёта то за потреблением такого ценного ресурса как вода.
В работе рассмотрены российские нормативные акты в сфере водопользования, а также некоторые документы различных международных организаций, которые направлены на повышение надежности и безопасности водоснабжения различных регионов мира, Проведён анализ возможности использования международного опыта для решения проблем автоматизации систем водоснабжения в Российской Федерации.
«Руководство по комплексному управлению водными ресурсами», опубликованное в марте 2009 года на пятом Всемирном форуме по водным ресурсам в Стамбуле, и «Руководство по комплексному управлению водными ресурсами, водными ресурсами и бассейнами приграничных рек, озер и водоносных горизонтов», опубликованный в 2012 году на 6-м Всемирном форуме по водным ресурсам в Марселе. «Руководство по организации и восстановления водных экосистем в бассейнах рек и озер», опубликованный в марте 2015 года в ходе 7-го Всемирного водного Форума в северной Корее, и некоторые другие.
Таким образом можно заметить, что проблемы, рассматриваемые в настоящей работе актуальны не только в России, но и за рубежом. За последние годы проблема улучшения качества водоснабжения, в том числе и за счет автоматизации насосного хозяйство многократно поднималась на различных международных форумах.
При формировании темы настоящей работы были выявлены следующие элементы системного подхода:
• объект исследования: насосный хозяйство водопроводных систем городских;
• предмет исследования: системы автоматизации и управления насосными станциями;
• основная проблема: создание достаточно простой и в тоже время надежной и эффективной системы автоматизированного управления насосным хозяйством.
При формулировании проблемы исследования было выделено противоречие: Требуется оптимизировать систему управления насосным хозяйством таким образом, чтобы упростить, удешевить её, но при этом обеспечить высокую степень автоматизации и надежность управления.
Целью работы является: Оптимизация системы автоматизированного управления насосной станции для повышения энергоэффективности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Исследовать гидродинамические процессы, протекающие при работе центробежного насоса.
2) Проанализировать принципиальные решения при проектировании систем автоматизированного управления насосными станциями.
3) Разработать энергосберегающие мероприятия, провести технико-экономические сравнения принятых решений
Научная новизна полученных результатов состоит в обосновании и разработке мероприятия по повышению энергетической эффективности повысительных насосных станций на основании анализа возможности применения современных систем автоматизации и управления.
Методы исследований. Для решения поставленных задач проводилось документальное исследование достигнутого уровня техники в области водоснабжения и эксплуатации насосных установок.
Практическая значимость работы состоит в разработке предложений для повышения экономичности и безопасности работы насосного хозяйства, научно обоснованном подходе к выбору оборудования, определение наиболее экономичных сочетания режимов, устранение несоответствия параметров насоса и сети посредством регулирования и мониторинга трубопроводов.
Практическая значимость работы подтверждена в публикации результатов исследования в статье:
Влияние геометрии улитки насоса на параметры потока. В сборнике статей Всероссийской научно-практической конференции Природопользование и устойчивое развитие регионов России. - МНИЦ, Пенза, 2021.
Личный вклад автора состоит в непосредственном участии в обследовании систем холодного водоснабжения, насосного хозяйства, анализе полученных данных, обосновании темы, цели, задач и методики исследований. Автором предложен ряд организационных, малозатратных и долгосрочных мероприятий применительно к повышению энергоэффективности работы насосов.
На защиту выносятся: Результаты документального исследования, позволяющие оптимизировать работу насосного оборудования в водопроводных сетях, обоснование необходимости устройства систем автоматизированного управления и контроля за работой насосов.
Апробация работы. Диссертация носит методологический характер и проявляет себя в наличии научно обоснованных и апробированных в результате документального исследования методов и средств совершенствования расчёта энергетических характеристик насоса.
Автор организовал и принимал участие в проведении документального исследования и разработки технического отчёта.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, общих выводов, библиографии из 35 наименования. Общий объем работы 97 стр., включая 35 иллюстраций, 6 таблиц.
В процессе работы были выявлены наиболее существенные аспекты применения насосного оборудования и связанного с ними проблемами контроля и управления. Рассмотрены наиболее существенные пути повышения энергетической эффективности насосного оборудования, определены условия, при которых возникают дополнительные затраты электроэнергии на перекачивание воды, что может повести за собой не только экономические, но и также технические проблемы, связанные с выходом из строя насосов, создание аварийных ситуаций, перебои с водоснабжением населенных мест и промышленных предприятий. Для обеспечения необходимой степени автоматизации рассмотрены предпосылки, условия и технические средства, позволяющие обеспечить на современном уровне надежное управление системами водоснабжения. Разработан комплекс организационно-технических мероприятий, которые направлены на повышение надежности, увеличение срока службы, снижения эксплуатационных затрат энергопотребляющего оборудования.
Проведено технико-экономическое обоснование внедрения энергосберегающих мероприятий на примере насосных станций для индивидуального жилого дома, а также насосной станции, предназначенной для повышения давления холодной воды в многоэтажном жилом доме. В результате установлено, что одним из самых эффективных средств экономии энергоресурсов, в частности электроэнергии, является поддержание в удовлетворительном состоянии систем водоснабжения, арматуры, насосного хозяйства, электрических сетей, а также всей инфраструктуры водопроводных сетей населенных мест и промышленных предприятий.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
