Qн.ном ≥ qмакс,г і нн.ном ≥ нр .

Максимальні годинні втрати води, м³/год, визначають за формулою

Q_МАКС,Г = , (10)

де: Q_СР,Д— середньодобові витрати води в господарстві, м³; і — коефіцієнт добової і годинної нерівномірності витрат води (приймають за даними будівельних норм і правил).

Розрахунковий напір, м (Рис.1),

Н_Р = Н_ВС + Н_НАГ + h_В,Н = (Z_Б – Z_В) + Н_Б + Н_БК + h_В,Н ,(11)

де:Н_ВС — висота всмоктування (відстань від рівня води у водозабірній споруді до осі насоса), м; Н_НАГ — висота нагнітання (відстань від осі насоса до максимального рівня води в баку водона­пірної башти); м;h_В,Н— втрати напору у всмоктувальній і напір­ній трубах, м; (Z_Б – Z_В)— різниця геодезичних відміток землі біля водонапірної башти та мінімального рівня води у водозабірній споруді, м;Н_Б — висота башти (від землі до дна бака), м; Н_БК — висота максимального рівня води в баку, м.

Рис.1. Технологічна схема баштової водокачки.

Висоту максимального рівня води в баку з плоским дном визна­чають за формулою

Н_БК = ,(12)

де: S — площа дна бака, м².

Втрати напору у всмоктувальній і напірній трубах визначають :іа формулами (7)...(9).

Електродвигун, потрібний для привода насоса, вибирають за загальною методикою, наведеною вище.

Номінальна потужність двигуна Рдв.ном повинна дорівнювати або бути трохи більшою від його розрахункової потужності Рдв.р, тобто мусить виконуватись умова: Рдв.ном ≥ Рдв.р .

Розрахункова потужність двигуна, кВт,

Рдв.р = (Q_Н.НОМ Н_Н.НОМ g K_ЗАП)/(η_Н,НОМ η_ПЕР), (13)

де: Q_Н.НОМ— номінальна подача насоса, м³/с;Н_Н.НОМ — номінальний напір, м; — густина води, кг/м³;g —прискорення вільного падін­ня, м/с²;η_Н,НОМ— номінальний к. к. д. насоса; η_ПЕР — к. к. д. передачі; Кзап — коефіцієнт запасу потужності (беруть при потуж­ності: до 0,75 кВт — 2; від 0,75 до 1,5 кВт —1,5; від 1,5 до 3,5 кВт — 1,2; від 3,5 до 35 кВт —1,15 і при потужності понад 35 кВт—1,1).

Важливою особливістю відцентрових насосів є те, що їх об'ємна подача пропорціональна першому степеню, напір і момент статич­них опорів — другому, а споживана потужність — третьому сте­пеню частоти обертання. Тому при визначенні потужності двигуна, необхідного для привода насоса, треба враховувати розбіжність між номінальною і фактичною частотами його обертання.

Перерахування основних параметрів відцентрових насосів мож­на виконати за формулами:

Q_Н.ФАК = Q_Н.НОМ( n_Н,ФАК/ n_Н,НОМ); H_Н.ФАК = H_Н.НОМ( n_Н,ФАК/ n_Н,НОМ)²;(14)

M_Н.ФАК = M_Н.НОМ( n_Н,ФАК/ n_Н,НОМ)²; P_Н.ФАК = P_Н.НОМ( n_Н,ФАК/ n_Н,НОМ)³, (15)

де:n_Н,ФАК і n_Н,НОМ — фактична і номінальна частоти обертання насоса;Q_Н.ФАК , H_Н.ФАК , Мн.фак іP_Н.ФАК— подача, напір, момент статичних опорів і споживана потужність насоса при фактичній частоті обертання;Q_Н.НОМ , H_Н.НОМ ,M_Н.НОМ і P_Н.НОМ — те саме, при номінальній частоті обертання.

Режим роботи електропривода баштової автоматизованої водо-насосної установки залежить від номінальної подачі насосаQ_Н.НОМ, витрат води в системі водопостачання Q_с та регульованого об'єму води в баку водонапірної башти V_РЕГ.

Тривалість роботи приводного електродвигуна насосної установки

t_Р = V_РЕГ/( Q_Н.НОМ - Q_с). (16)

Тривалість паузи в роботі двигуна

t_П = V_РЕГ/Q_с. (17)

Тривалість одного циклу

t_Ц = t_Р + t_П = V_РЕГ/( Q_Н.НОМ - Q_с) + V_РЕГ/Q_с =

=( Q_Н.НОМ V_РЕГ)/( Q_Н.НОМ Q_с - Q_с²). (18)

Відносна тривалість вмикання

= t_Р /t_Ц = (V_РЕГ ( Q_Н.НОМ Q_с - Q_с² )) / (( Q_Н.НОМ - Q_с)Q_Н.НОМ V_РЕГ)) = = Q_с/ Q_Н.НОМ. (19)

Частота вмикання двигуна

Z = 1/t_Ц= ( Q_Н.НОМ Q_с - Q_с²)/( Q_Н.НОМ V_РЕГ). (20)

Для визначення витрат води в системі, при яких частота вмикання двигуна максимальна, треба від виразу (20) взяти першу похідну по Q_с і прирівняти її до нуля:

dZ/dQ_с = ( Q_Н.НОМ - 2Q_с)/( Q_Н.НОМ V_РЕГ) = 0. (21)

Розв'язавши рівняння (20) відносно Q_с , матимемо

Q_с = Q_Н.НОМ /2. (22)

Після підстановки в рівняння (20) замістьQ_с його значення Q_Н.НОМ /2 ,одержимо формулу для визначення максимальної частоти вмикання двигуна.

Z_макс = (Q_Н.НОМ((Q_Н.НОМ/2) – (Q_Н.НОМ /2)²))/(Q_Н.НОМV_РЕГ) = Q_Н.НОМ/(4V_РЕГ). (23)

Аналіз рівнянь (19) і (20) показує, що при зменшенні витрат води в системі водопостачання (Q_с < 0,5Q_Н.НОМ) відносна трива­лість і частота Z вмикання електродвигуна баштової насосної шовки також зменшуються. При певних значеннях іZ режим роботи двигуна стає короткочасним, а його нагрівання — наймен­шим. При збільшенні витрат води в системі (Q_с> 0,5Q_Н.НОМ) відносна тривалість вмикання збільшується, а частота вмикання змен­шується. При певних значеннях цих величин режим роботи двигуна є повторно-короткочасним. Нагрівання двигуна вище, ніж у корот­кочасному режимі. Коли (Q_с = Q_Н.НОМ), відносна тривалість вмикан­ня = 1, а частота вмикання Z = 0. Режим роботи двигуна стає тривалим, а його нагрівання — найбільшим. Тому електродвигун, потрібний для привода насоса, вибирають із серії машин, призначених для тривалого режиму роботи.

Автоматичне керування сучасними баштовими водонасосними установками з заглибними електронасосами здійснюється за допомогою систем керування серії САУНА і комплектних пристроїв "КАСКАД.Впроваджуються у виробництво Універсаль­ні станція керування і захисту для заглибних електродвигунів УСУЗ та інші сучасні станція керування і захисту.

До комплектного пристрою «Каскад» входять: ящик керування типу ЯНН, електродні датчики нижнього і верхнього рівнів (у пристроях з автоматичним керуванням за рівнем води в баку водонапірної башти) або електроконтактний манометр (у пристроях з автоматичним керуванням за тиском води у водонапірній трубі) та електродний датчик сухого ходу.

Основними складовими частинами ящика керування є силова апаратура і блок керування E1FQ типу БОН9200, який має чарунку керування і захисту, що забезпе­чує живлення логічної частини і захист електронасоса від аварійних режимів, та чарунку автоматичного керування за рівнем ЯУУ або чарунку автоматичного керування за тиском ЯУД. Чарунки ЯУУ і ЯУД взаємозамінні.

Рис.2. Принципіальна електрична схема керування електронасосом за допомогою пристрою «Каскад»

Принципіальну електричну схему автоматичного керування електронасосом баштової насосної установки за допомогою комплектного пристрою «Каскад» зображено на Рис.2.

Автоматичне керування електронасосом за рівнем води в баку водонапірної башти здійснюється так.

Для керування в режимі водопідйому перемикач, розташований в чарунці ЯУУ блока керування E1FQ (на схемі не показаний), ставлять в положення «Водоподьем», а перемикач S1 — в положення АУ («Автоматическое управление») і вмикають автоматичний вимикач QF. Якщо при цьому води в баку водонапірної башти немає, то контакти SLЗ і SL2 датчика рівня води в баку не обмива­ються водою і вмикається електронасос. Вода подається в бак. Коли рівень її досягне контакту SLЗ, електронасос вимкнеться, подача води припиниться. При витраті води і опусканні її рівня нижче контакту SL2 електронасос вмикається.

Для керування в режимі дренажу перемикач, розташований в чарунці ЯУУ, ставлять в положення «Дренаж», а перемикач S1 — в положення ДУ і вмикають автоматичний вимикач QF. Якщо при цьому рівень дренажних вод у свердловині підніметься вище контакту SLЗ, то електронасос ввімкнеться, а при зниженні рівня дренажних вод нижче контакту SL2 — вимкнеться.

Для автоматичного керування електронасосом за допомогою електроконтактного манометра спочатку в чарунці ЯУД блока керування E1FQ на розбірному з'єднанні «Время работы насоса» встановлюють перемичку в положення, що відповідає тривалості роботи насоса, необхідній для заповнення бака водонапірної башти водою (до 90 хв.). Потім перемикач S1 ставлять у положення АУ, вмикають автоматичний вимикач QF і встановлюють рухомий контакт електроконтактного манометра так, щоб при рівні води в баку нижче контрольованого рівня відбувалось надійне автома­тичне вмикання електронасоса. Після закінчення часу уставки, за який бак заповнюється водою, електронасос вимикається. Вода подається споживачам завдяки напору, створюваному водонапір­ною баштою. При цьому рівень води в баку знижується і зменшується статичний тиск у напірній трубі. При зниженні тиску нижче від контрольованого електроконтактним манометром значення елек­тронасос автоматично вмикається.

Дистанційне керування здійснюється подаванням команд від пристроїв телемеханіки на реле вмикання КL2 і вимикання КLІ. Воно дає можливість диспетчеру, який знаходиться на значній відстані від насосної установки, вмикати і вимикати електронасос незалежно від рівня води в баку водонапірної башти.

Місцеве керування електронасосом здійснюється перемикачем S1. У положенні "1"— насос ввімкнений, в положенні "0" — вимкнений.

При аварійних режимах (коротке замикання, перевантаження, робота на двох фазах, сухий хід) електронасос вимикається. Наступне вмикання насоса можливе лише після усунення причини спрацювання захисту.

Порядок виконання роботи:

1. Ознайомитися з інструкцією до виконання роботи, теоретичними матеріалами по вивченню автоматизованої установки «Каскад», підготувати звіт.

2. Підготувати робоче місце до виконання роботи, зібрати схему досліджень (Рис.2). Зібравши дослідну схему, покликати керівника виконання робіт і тільки після перевірки та з його особистого дозволу та контролю подавати напругу на схему.

3. Отримавши дозвіл керівника робіт, включити установку «Каскад». Провести експеримент згідно з програмою досліджень.

4. Виключити живлення лабораторної установки, повернути органи керування у початкове положення.

5. Після закінчення роботи прибрати робоче місце, повернути керівнику робіт інструкції до виконання робіт, роздатковий матеріал та інструменти.

Контрольні питання:

1. Яке практичне застосування установки «Каскад»?

2. Поясніть конструкцію установки «Каскад».

3. Поясніть роботу установки «Каскад»за принциповою електричною схемою (Рис.2).

4. Поясніть методику виконання лабораторного дослідження установки «Каскад».

5. Як виконують розрахунок баштових насосних установок водопостачання?

Література:[6], с. 320…336, [7], с. 132…148.

Завдання на самостійну підготовку: вивчити теорію, підготувати звіт.

Лабораторна робота № 10

Вивчення автоматизованих електротехнологічних установок «ЛУЧ», «ІКУФ»

Мета роботи: отримати навички в дослідженні, розрахунку та використанні установки «Луч» та «ІКУФ».

Прилади та обладнання:

1. Універсальні автоматизовані установки «Луч» та «ІКУФ».

2. Амперметр ~ 16А.

3. Вольтметри ~600В.

4. Прилад комбінований Ц 4352.

5. Універсальний лабораторний стенд.

6. Люксметр Ф-102.

7. Таймер.

8. З’єднувальні провідники.

Основні теоретичні положення:

Джерела інфрачервоного випромінювання. Джерелом інфрачервоного випромінювання є будь-яке нагріте тіло. Потужним джерелом інфрачервоних променів є Сонце, у спектрі якого переважають промені з довжиною хвиль від 0,76 до 5 мкм. За спектральним складом джерела інфрачервоного випроміню­вання поділяють на «світлі» і «темні». «Світлі» випромінювачі за конструкцією і принципом дії подібні до ламп розжарювання, але порівняно з останніми мають нижчу температуру нагрівання воль­фрамової спіралі (2270—2770 К). Максимум спектральної густини випромінювання цих джерел знаходиться в межах 1000... 1400 нм. Промисловість випускає інфрачервоні дзеркальні лампи типу ИКЗ, ИКЗК, ИКЗС і КИ. Колби ламп типів ИКЗ та ИКЗК мають параболічну форму. Для відбивання і концентрації променів в необхідному напрямі верхня внутрішня поверхня колби вкрита дзеркальним шаром алюмінію або сріблом Виготовляють колби із звичайного скла, тому термостійкість їх низька (100...150°С). Небезпечним для цих ламп є попадання на гарячу колбу вологи, тому без світильників лампи використовувати в тваринницьких приміщеннях не рекомендується. Завдяки зниженій порівняно з лампами розжарювання температурі вольфрамової нитки ці лампи мають строк служби до 5000 годин. Нижня частина колби ламп ИКЗК і ИКЗС вкрита від­повідно червоним та синім термостійким лаком для зменшення випромінювань видимої частини спектра.

Лампи типу КИ являють собою циліндричну колбу, виготовлену із термостійкого кварцового скла, яке добре пропускає інфра­червоні промені. По осі колби розміщена вольфрамова нагрівальна моноспіраль. Для концентрації потоку випромінювання в необхідному на­прямку і захисту ламп від механічних пошкоджень і крапель води використовують світильники ССПО1-250-001-УЗ для ламп ИКЗК-220-250, ОРИ-1 для ламп ИКЗ-220-500, «ЛатвИКО» для ламп КИ-220-1000-1 та інші.

Основна частина потоку випромінювання ламп ИКЗ та ИКЗК припадає на область спектра з довжиною хвиль 0,6—2 мкм. «Темними»називають низькотемпературні інфрачервоні випро­мінювачі. Вони являють собою металеву трубку, всередині якої в вогнетривкій ізоляційній масі розміщена нагрівальна ніхромова спіраль. Ніхромову спіраль вмонтовують також у керамічну основу. Температура нагрівання ніхромової спіралі становить 700...1000 К, а температура на поверхні випромінювача — 400...600°С. Максимум випромінювання припадає на частину спектра з довжи­ною хвилі 3,5...4 мкм. Відсутність контакту нагрітої спіралі з повітрям забезпечує тривалий строк служби випромінювача. Інфрачервоне випромінювання широко використовують для обігрівання молодняку тварин і птиці. Воно не тільки проявляє теплову дію, а й активізує біологічні процеси в організмі тварин, підвищує їх тонус. Найбільший ефект досягається при відповідності максимумів спектральної чутливості шкіри тварин і спектрального розподілу енергії випромінювача. Шкірою тварин практично повні­стю поглинаються випромінювання з довжиною хвиль 2,5...3,5 мкм, а в діапазоні 0,4…2 мкм коефіцієнт поглинання становить 0,5...0,8 і значною мірою залежить від виду тварин та їх кольору. Особливо добрі результати дає одночасне опромінення тварин і птиці інфрачервоними і ультрафіолетовими променями. Промис­ловість випускає для одночасного інфрачервоного і ультрафіолетового опромінення установки ИКУФ-1М та «Луч».

Універсальна автоматизована установка «Луч» призначена для інфрачервоного обігрівання і ультрафіолетового опромінення молодняку тварин і птиці. Вона складається з пульта керування, 40 опромінювачів і регулятора напруги (два автотрансформатори типу АТ-10). Опромінювач являє собою жорстку овальну конструкцію (Рис. 1), в якій на кронштейні змонтовані дві інфрачервоні лампи 2 і між ними одна еритемна лампа 1 типу ЛЭ-15 або ЛЭО-15. Зверху в кожусі 3 розташована пускорегулююча апаратура лампи ЛЭ-15. Знизу опромінювач закритий захисною решіткою 5. Автотрансформатори типу АТ-10 служать для регулювання напруги на інфрачервоних лампах, що дає змогу регулювати температурний режим у процесі вирощування молодняку.

Принципіальна електрична схема установки «Луч» зображена на Рис.2. Схема забезпечує ручне і автоматичне керування. При ручному керуванні вмикають і вимикають інфрачервоні лампи пере­микачем SА1, а необхідну напругу на лампах встановлюють пере­микачами Q2 і Q3. При автоматичному керуванні перемикач SA1 встановлюють у положення «А». Після цього перемикачами Q2 і Q3 встановлюють необхідну напругу для інфрачервоних ламп. Тривалість періодів роботи і перерв регулює реле часу типу 2РВМ, яке має дві програми.

Рис. 1. Опромінювач установки «Луч»:

1— еритемна лампа; 2 — інфрачервона лампа; 3 — кожух пускорегулюючої апаратури; 4 — підвіска; 5 — захисна решітка.

Ручне керування лампами ЛЭ-15 здійснюють вимикачем SА2. При автоматичному керуванні лампами ЛЭ-15 перемикачSА2 встановлюють у положення «А», а режим роботи забезпечує друга програма реле часу 2РВМ (контакт КТ1: 2) відповідно до заданої добової дози.

Рис. 2. Принципіальна електрична схема установки «Луч».