Автоматизация одноагрегатных насосных установок

Наряду с безбашенными автоматизированными установками ВУ промышленность поставляет сельскому хозяйству погружные электронасосы, укомплектованные станцией управления, предназначенной для автоматического включения и отключения насоса при помощи датчика уровней или контактного манометра.

Автоматизация насосных установок позволяет повысить надежность и бесперебойность водоснабжения, уменьшить затраты труда и эксплуатационные расходы, сократить размеры регулирующих резервуаров. Автоматизация башенных насосных установок, как правило, сводится к автоматическому включению насосных агрегатов при опорожнении напорного бака и к их отключению при наполнении этого бака. Более совершенная автоматизация, кроме указанных операций, должна еще пре­дусматривать автоматическое отключение насосных агрегатов при нарушении нормальных режимов пуска и работы и при наличии резервных агрегатов автоматическое включение их в работу. Автоматически должны осуществляться контроль и сигнализация за режимами пуска, работы, остановки агрегатов и за наличием и уровнем воды в водонапорном баке и водоисточнике, если последний имеет ограниченный дебит воды. Датчики уровней, как правило, используют электродного типа (рис. 9.3) с электродами нижнего и верхнего уровней воды в баке и общим электродом, которым обычно служит корпус датчика, присоединяемый к заземленному нулевому проводу сети. Работа датчиков в электрических схемах происходит таким образом, что при отсутствии воды между электродом нижнего уровня и заземленным корпусом насосный агрегат включается, а при появлении воды между электродом верхнего уровня и корпусом через воду между ними замыкается электрическая цепь и электродвигатель насоса отключается.

Показанный на рисунке 9.3, а трубчатый электродный датчик уровней с электроподогревом состоит из трех соосных труб, наружная из которых является общим заземленным электродом, средняя короткая — электродом верхнего уровня, а внутренняя — электродом нижнего уровня. В последней трубе находится нагревательный элемент, выполненный в виде нихромовой спирали с надетыми на нее изолирующими фарфоровыми бусами. Нагреватель включается в зимнее время во избежание образования льда внутри датчика и отказа в его работе.

 

 

насосов, не укомплектованных типовыми станциями управления с элементами автоматики. Поэтому прежде чем перейти к изучению типовой станции управления «Каскад», рассмотрим простейшие схемы автоматизации насосных установок с использованием датчиков уровней (рис. 9.4). Или электроконтактного манометра (рис. 9.5), получивших распространение в сельском хозяйстве, на примере которых можно уяснить принципы работы автоматизированных башенных насосных устано­вок, заложенные в электронных блоках типовых станций управления «Каскад», ШЭП и других.

Рассмотрим электрическую схему автоматизированной работы погружного насоса с использованием датчика уровней в баке напорной башни и датчика сухого хода в скважине насоса (рис. 9.4).

 

 

 

 

Когда вода заполнит промежуток пространства между электродом нижнего уровня и корпусом датчика, подключенным к нулевому заземленному проводу, контакты SL2 замкнутся, но реле KV1 не включится, так как его контакты KV1.2, включенные последовательно с контактами SL2, разомкнуты. Когда вода достигнет электрода верхнего уровня датчика, контакты SL1 замкнутся, реле KV1 включится и, разомкнув свои контакты KV1.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ, отключит последний, а, замкнув замыкающие контакты KV1.2, станет на самоподпитку через нижние контакты датчика SL2. Электродвигатель насоса отключится, погаснет сигнальная лампа HL2 и загорится HL1. Повторное включение электродвигателя насоса произойдетпри понижении уровня воды до положения, когда разомкнутся контакты SL2 и реле KV1 обесточится.

 

Реле KV1 выбрано постоянного тока, так как обмотка реле переменного тока при разомкнутом магнитопроводе могла бы перегореть при медленном заполнении водой верхнего промежутка датчика уровней, показанного на электрической схеме контактами SL1. Это может произойти вследствие того, что ток в обмотке реле переменного тока в данном случае может нарастать медленно до значения тока трогания (срабатывания), который в несколько раз больше его номинального тока, когда магнитопровод этого реле замкнут. Увеличение тока в цепи катушки реле KV1 с повышением уровня воды в верхнем промежутке датчика уровней вызвано уменьшением сопротивления слоя воды между верхним электродом и корпусом датчика уровней, так как увеличивается смачиваемая поверхность электрода и соответственно как бы увеличивается площадь сечения проводящего электрический ток слоя воды этого промежутка.

Сопротивление R2 выбирают таким, чтобы при фазном напряжении сети 220 В на обмотке реле KV1 было напряжение 24 В постоянного тока. В случае аварийного снижения уровня воды в зоне погружного насоса ниже допустимого положения, когда вода выйдет из промежутка датчика сухого хода и ток между электродом датчика сухого хода и корпусом датчика (напорного трубопровода) прекратится. Что соответствует в электрической схеме размыканию контактов датчика сухого хода SL3, реле KV2 обесточится и разомкнет контакты KV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ, который отключит электродвигатель погружного насоса. Лампа HL4 погаснет, a HL5 загорится, сигнализируя об аварийном снижении уровня воды в скважине или колодце. Для защиты электродвигателя погружного насоса от пе­регрузок вместо тепловых реле может быть использовано устройство ФУЗ-М, которое более надежно защищает электродвигатель погружного насоса как от перегрузок, так и от неполно-фазных режимов работы. Выключателем SA2 можно включать сигнальную лампу HL3 для контроля уровня воды в напорном баке. Если лампа HL3 не горит, то либо насос не включается, либо он включен, но не подает воды, либо подача насоса меньше расхода потребителей в это время. Эксплуатация датчиков уровней, установленных в баках водонапорных башен, затруднительна особенно в зимний период, когда требуется их ремонт или настройка. По регулированию работы башенных насосных установок с изменением регулируемого напора (высоты между верхним и нижним уровнем воды в баке) в пределах от 0,5 до 1,5 м. В качестве датчиков давления часто используют электроконтактные манометры ЭКМ. Которые могут обеспечить заданный режим регулирования, подавая сигнал на включение насосного агрегата при убывании воды в напорном баке до нижнего установленного уровня НУ, соответствующего давлению включения p₁, и подавая сигнал на отключение при подъеме воды до верхнего установленного уровня ВУ, соответствующего давлению отключения р₂ (рис. 9.5). При наличии в скважине воды в зоне погружного насоса контакты датчика сухого хода SL будут замкнуты, а реле KV2 будет держать в замкнутом состоянии свои контакты KV2.1 в цепи катушки магнитного пускателя КМ. В автоматическом режиме при уменьшении давления, когда вода из бака расходуется потребителями при отключенном насосе, подвижный стрелочный контакт манометра SP будет переме­щаться к неподвижному контакту 1, соответствующему давлению включения насоса, и при его касании магнитный пускатель КМ включит электродвигатель погружного насоса и своими замыкающими контактами КМ 2 станет на самоподпитку. При включении электронасосного агрегата в напорном трубопроводе возникает кратковременное повышение давления в момент трогания насоса. В этом случае, подвижный контакт манометра SP может коснуться контакта 2, реле KV1 может кратковременно разомкнуть свои контакты в цепи катушки пускателя КМ, но пускатель не отключится, так как питание его катушки будет осуществляться через контакты реле времени КТ. После разбега электронасосного агрегата и стабилизации давления реле времени разомкнет свои контакты КТ. При подъеме воды в напорном баке до установленного верхнего уровня ВУ, соответствующего давлению отключения р₂, подвижный контакт манометра SP коснется контакта 2. Реле KV1, размыкая свои контакты KV1.1, отключит магнитный пускатель КМ и электродвигатель насоса. Вследствие разбора воды уровень ее в напорном баке будет снова снижаться, давление уменьшится, и кон­такт SP снова коснется контакта 1. Работа схемы повторится. Электроконтактный манометр желательно брать с малой ценой деления, так как возникнет трудность разделения контактов 1 и 2 ввиду их близкого расположения и возможного пе­рекрытия подвижным контактом SP. Для погашения кратковременных повышений давления, действующих на электроконтактный манометр в момент включения погружного насоса, на ответвлении к манометру устанавливают 1...2 демпфирующие круглые пластинки с малыми отверстиями. Этой цели можно достигнуть при помощи вентиля, установленного на ответвлении к манометру, степень открытия, которого устанавливается такой, при которой не возникает броска давления в манометре при включении насоса. В этих случаях реле времени КT в схеме на рисунке 9.5 не требуется.