АНАЛИЗ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ НАСОСОВ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ “ГУВАЛАК”

АННОТАЦИЯ

В статье приведён анализ работы насосов мелиоративных насосных станций в общих напорных трубопроводах и режимы для орошения земель. В качестве примера рассмотрен режим работы агрегатов насосной станции «Гувалак» которая получает воду из бассейна оросительной системы «Каршинский магистральный канал». Режим работы определяется графиком водоподачи, составленным в строгом соответствии с потребностью воды, что уменьшает непроизводительные потери оросительной системы, снижает затраты электроэнергии на водоподъём и увеличивает срок использования оборудования. Проведён анализ годового графика подъёма воды насосной станции “Гувалак”, где в первом случае вода использована с избытком, а во втором случае заметен недостаток подачи воды

АBSTRACT

This article discusses the analysis of pump operation in general pressure pipeline modes for land irrigation. As an example, the operating mode of the units of the Guvalak pumping station, which receives water from the basin of the Karshi Main Canal irrigation system, is considered. Due to the fact that the operating mode of reclamation pumping stations is dictated by a water supply schedule drawn up in strict accordance with demand, which reduces unproductive losses of its irrigation system, reduces energy costs for water lifting and increases the service life of the equipment. An analysis of the annual water rise schedule of the “Guvalak” pumping station was carried out, where in the first case the water was used in excess and in the second case there was a noticeable lack of water supply.

Ключевые слова: насосная станция, напорные трубопроводы, машинный водоподъём, регулирование производительности, график водоподачи, оросительная система.

Keywords: pressure pipelines, machine water lift, performance control, water supply schedule, irrigation system.

Управление режимами работы насосных станций является одним из ключевых элементов эксплуатации и надёжности гидроэнергетических установок. В основе управления режимами работы лежит регулирование подачи насосных агрегатов. В практике эксплуатации насосных агрегатов нередко приходится прибегать к регулированию их параметров, главным образом подачи реже - напора. Анализ результатов исследований годового водопотребления насосных агрегатов позволяет провести оценку того или иного способа регулирования. Так, например, режим работы мелиоративных насосных станций диктуется графиком водоподачи, имеющим значительные колебания во времени в течение поливного сезона, а, иногда, в течение суток. И этим вызывается необходимость регулирования подачи насосной станции. Регулирование подачи может также иметь место на насосных станциях городского водоснабжения, на гидрoаккумуляторных установках, на установках для перекачки нефти, на циркуляционных и питательных насосах теплоэлектростанций и т.д. Мониторинг систем машинного водоподъёма, может дать наибольший экономический эффект в процессе эксплуатации технических показателей элементов систем машинного водоподъёма [3]. Одной из основных составляющих надёжности насосных станций является управление режимами работы оросительных насосных станций, то есть подача воды насосной станцией в строгом соответствии с потребностью, что уменьшает непроизводительные потери её в оросительной сети, снижает затраты электроэнергии на водоподъём и увеличивает долговечность оборудования.

Проведённые анализы показывают, что в практическом плане совместная работа ряда насосов в общих напорных трубопроводах широко используется в насосных станциях машинного орошения. Изменение общей эффективности насосной станции учитывается при включении или выключении насосных агрегатов [2].

1. В целом оптимизация режимов работы насосных станций и насосных агрегатов решена не полностью[1].
2. Большой пусковой ток в 5-7 раз больше номинального тока, в результате чего в электродвигателях, трансформаторах, коммутационных аппаратах, кабельных линиях и других силовых каналах происходят избыточные потери электроэнергии.
3. Вызывает повышенную вибрацию и шум насосов.
4. В результате повышения давления вызывает возникновение гидроударных процессов.
5. Резкие динамические воздействия на механическую часть насосных агрегатов приводят к преждевременному износу самого электродвигателя и механических частей насоса, то есть снижению ресурса электродвигателя и насоса, сокращению срока ремонта и в свою очередь, увеличивая затрат по техническое обслуживание и ремонт насосных агрегатов.
6. При запуске двигателя вызывает напряжения, из-за чего насосный агрегат находится в ненормальном режиме работы и появляется снижение по чувствительности по напряжению.

Целью данной работы является определение энергетической и экономической эффективности насосных станций машинного орошения.

Исследованы режимы работы насосных агрегатов в составе системы «Преобразователь частоты – асинхронный двигатель – центробежный насос – напорный трубопровод». Структура с учётом их технико-экономических показателей имеет различные формы в зависимости от коэффициента расхода, напора, геометрических параметров напорной передачи.

В качестве примера эксплуатации насосных станций отдельного напорного трубопровода, рассмотрена станция «Гувалак» бассейна оросительной системы «Каршинский главный канал». асосная станция имеет 5 агрегатов, три рабочих и два резервных насосных агрегата, всего электродвителей на насосной станции 5, их суммарная мощность равна 2500 кВт. Геодезическая высота насосной станции 32 метров, производительность насосов 0,3 м³/с, длина напорного трубопровода 760 м., общая протяжённость магистральных трубопроводов 3,81 км, орошаемая площадь составляет 4000 Га, общая продолжительность работы агрегатов в течение этого года составила 10136 м/ч.

Рассмотрим режим работы насосов насосной станции «Гувалак». На рисунке 1 изображён годовой график подъёма воды насосной станции насосными агрегатами 1НА,2НА,3НА,4НА,5НА. Исходя из графика видно что в первом случае вода использована с избытком, во втором случае показан недостаток подачи воды относительно графика потребления. Избыток потребления воды наблюдался начиная с января по апрель, июнь, с сентября по декабрь. Недопоставлен относительно графика в мае, июле, августе.

Рисунок 1. Годовой график анализа подъёма воды агрегатов насосной станции “Гувалак”

На графике насосные агрегаты 1НА-5НА; зеленый цвет показывает избыток потребления воды относительно графика потребления; красный цвет - недостаточный объём подачи воды относительно графика потребления.

Разница между графиками потребления воды и подъёма воды с помощью агрегатов насосной станции (ΔQ ) непосредственно влияет

- на число насосов (n);

- на - конструктивные особенности напорной трубы и насосных агрегатов Конс_(труба)

- на изменение уровня воды входящих и выходящих каналов (Δδ)

ΔQ=φ(n, Конс_.труб.,Δδ)                                                  (1)

Если число агрегатов на насосной станции в меньшем количестве, то разница между таблицей потребления воды и между объёмом поднимаемой воды будет существенно большой .

Допустим, на насосной станции установлены два агрегата. В таком случае при подъёме общий объём воды (м³/с), поднятой каждым насосным агрегатом при одинаковой мощности составляет 0.5 м³/с.

Рисунок 2. Модель подъёма воды группой насосных агрегатов

На арисунке 2 : насосные агрегаты 1НА-3НА; Q₁- номинальный расход воды для первого насосного  агрегата; Q₂- номинальный расход воды для второго насосного агрегата и т.д..

Для ситуации указанной на рис. 2 расход воды при работе первого насоса составляет:

ΔQ₁=0÷ Q_1,                                                                         (2)

где Q₁- номинальный расход воды для первого насосного агрегата

Объём потребляемой воды для двух насосных агрегатов составляет:

ΔQ= Q₁+Q₂                                                          (3)

Расход воды при работе второго насоса составляет:

ΔQ₂= Q₂-Q₁                                                                   (4)

В таких случаях контроль эффективности насосной станции равен объёму подъёма воды одним насосным агрегатом. (НА. При неравномерном распределении контроль должен выполняться приведением п в действие одного насосного агрегата с большим объемом Q2.

При этом диапазон регулирования производительности разных типов насосных агрегатов должен быть следующим:

ΔQ= Q_n (max)                                                    (5)

Поэтому для контроля разницы потребления DQ в насосных агрегaтах с высоким значением Q все промежуточные зоны должны быть закрыты. Влияние колебаний уровня входного канала (Δδ) на работу насосного агрегата показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Влияние колебаний уровня входного канала (Н,м) на работу насосного агрегата (Q)

Здесь Q-Н – напорная характеристика насоса; H_{тр 1,2} – Q - напорные характеристики трубопроводной системы; Н_{max, min, ср.} - максимальный, минимальный и средний напор насоса.

На графиках отражается влияние статического напора на режим работы насосного агрегата, так как статический напор – это разница уровня воды в верхнем и нижнем сооружениях (подводящем канале).

На каждой насосной станции принято устанавливать однотипные насосы с одинаковыми электродвигателями переменного тока с короткозамкнутым ротором серии для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения (насосов, вентиляторов и др) кроме того количество насосных агрегатов колеблется от 2 до 10 в зависимости от принятого типоразмера.

Выводы

1.В результате наблюдений потребления энергии насосной станции были определены резервы сэкономленной энергии в пределах 10-17%.

2. Исходя из того что график потребления воды не соответствует возможностям насосной станции, разница между графиком водопотребления и водораспределением составляет 15-20%, вследствии этого определены потери электрической энергии и воды .

3. Установлено, что на общую производительность насосной станции влияют:

- количество насосных агрегатов на насосной станции (шт.);

- конструктивные особенности соединения насосных агрегатов с напорным трубопроводом;

- изменение уровня воды в нижних бьефах впускных и отводящих каналов

Приведенный анализ показывает что регулирование насосных станций по требуемому расходу оросительной воды возможно только путём изменения некоторых технологических и электрических параметров: изменением характеристики трубопровода путем частичного перекрытия его задвижкой; изменением частоты вращения насосных агрегатов; изменением характеристики трубопровода путём частичного перекрытия его задвижкой,

Список литературы:

1. Аракелян А.К., Шепелин А.В. Способы построения систем автоматического управления электроприводами насосов, работающих на длинные трубопроводы // Электротехника. – Москва, 2001. № 2. – С. 35-40.
2. Уришев, Б. У., Бейтуллаева, Р. Х., Гайимназаров, И. Х., & Умиров, А. П. (2015). Влияние регулирования водоподачи насосов на водноэнергетические параметры насосных станций. In Актуальные вопросы технических наук (pp. 85-86).
3. Турабеков А.О. Система машинного водоподъёма//ООО «ЕL-Press»-Карши, 2008, С. 57-65.
4. Ibragimov.M, Akbarov.D, Fayziyev.M., Beytullaeva, R., Nimatov, K., & Safarov, K. S. (2023, March). Analysis of the methods of diagnosing asynchronous motors according to vibration indicators. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 1142, No. 1, p. 012031). IOP Publishing.
5. Beitullaeva, R., Tukhtaev, B., Norboev, A., Nimatov, K., & Djuraev, S. (2023). Analysis of pump operation in common pressure pipelines using the example of the “Chirchik” pumping station. In E3S Web of Conferences (Vol. 460, p. 08015). EDP Sciences.
6. Urishev, B., Beytullayeva, R., Umirov, А., & Almardonov, О. (2021). Hydraulic energy storage of wind power plants. In E3S Web of Conferences (Vol. 264, p. 04053). EDP Sciences.
7. Уришев, Б. У., Бейтуллаева, Р. Х., Умиров, А. П., Джумаева, С. Х., Нашвандов, А. А., & Тоштурдиев, Ш. Ж. (2019). Оценка энергоэффективности использования насосных станций. In Colloquium-journal (No. 24-1, )