Разработка мини-станции для автоматического управления насосом (стр. 1 из 6)
1. Вопросы автоматизации насосных станций
1.1 Общая классификация насосов
Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса как машины предназначенной для перемещения жидкости и увеличения её энергии. При работе насоса энергия, получаемая им от двигателя превращается в потенциальную, кинетическую и в незначительной мере в тепловую энергию потока жидкости.
Насосы относятся к классу гидравлических машин.
Классификация насосов по энергетическому и конструктивному признакам представлена на рис. 1.1.1.
ГОСТ 17398–72 подразделяет насосы на два основных класса: динамические и объёмные.
В динамических насосах передача энергии потоку происходит под влиянием сил, действующих на жидкость в рабочих полостях, постоянно соединённых с входом и выходом насосов. Характерными представителями этого класса являются центробежные и осевые насосы. Среди динамических насосов, применяемых в промышленности, наиболее распространены лопастные, в которых жидкая среда перемещается под воздействием движущихся лопастей, и вихревые. В последних жидкость перемещается в тангенциальном направлении благодаря действию плоских радиальных лопастей, расположенных по периферии рабочего колеса.
Большое распространение лопастных машин обусловлено удобством комбинирования их с приводными двигателями, компактностью при больших подачах, достаточно высоким КПД, возможностью достижения высоких давлений.
1.2 Понятие об автоматических насосных станциях
Все основные операции на насосной станции (открытие задвижки на всасывающем трубопроводе; включение вакуум-насоса, если отсутствует заливка из напорного трубопровода; включение электродвигателя рабочего насоса; отключения вакуум-насоса; открытие задвижки на напорном трубопроводе; работа насоса; укрытие задвижки; остановка насоса) могут быть автоматизированы. При помощи элементов автоматизации насосные агрегаты могут включаться или отключаться в зависимости от уровня воды в резервуарах и давления в трубопроводах. Насосные агрегаты автоматически отключаются также в случаях перегрузки двигателя, падения напряжения в сети, прекращения подачи воды насосом, перегрева подшипников и т. д. Сигнализацию об изменении уровня воды в резервуарах и давления в трубопроводе осуществляют различные реле, в том числе реле уровня.
Применяются полуавтоматические и полностью автоматические насосные станции. На первых процесс пуска отдельных насосных агрегатов частично или полностью автоматизирован, но первоначальный импульс производится вручную персоналом станции. На автоматических насосных станциях включение отдельных агрегатов, их остановка и все операции по регулированию во время самой работы производятся автоматически без участия обслуживающего персонала. Наибольший экономический эффект и наивысшие технические показатели дают полностью автоматизированные насосные станции.
1.3 Анализ существующих схемотехнических решений датчиков уровня жидкости
Для автоматизации насосных станций применяются специальные электромагнитные, механические, гидравлические и тепловые приборы. В частности, в настоящее время, вариация схемотехнических решений датчиков уровня жидкости очень многообразна. Среди прочих схем данного типа можно выделить несколько, отличающихся своей простотой, которые мы рассмотрим ниже.
Поплавковое реле уровня предназначено для воздействия на электрическую цепь при определенном уровне воды в резервуаре. В резервуар, в котором контролируется уровень жидкости, погружается поплавок 1 (рис. 1.3.1), подвешенный на конце троса, перекинутого через блок 3. На другом конце его укреплен уравновешивающий груз 9. На обеих ветвях троса укреплены две переключающие шайбы 2 и 8, которые при предельных уровнях жидкости в резервуаре поворачивают коромысло 4 контактного устройства 6 и замыкают контакты проводов 7 и 5. Эти контакты в свою очередь замыкают или размыкают соответствующие исполнительные цепи управления. Во избежание неустойчивой работы агрегата необходимо обеспечить мгновенное перемещение контактов из одного положения в другое.
Сильфонное реле уровня (рис. 1.3.2) состоит из гофрированной тонкостенной трубки 2, закрытой с двух концов. В дне этой трубки сделано отверстие, где закреплен штуцер 1 для включения реле в трубопровод. На стержне 5 прикреплен рычаг 4, соединенный с контактами 3. При повышении давления трубка 2 сильфона растягивается, приподнимает рычаг 4, и цепь сети управления разрывается. При снижении давления пружина 6 сжимает трубку 2 и переводит рычаг 4, вследствие чего цепь сети управления через линейные провода Л1 и Л2 замыкается. Беспоплавковое реле уровня работает при давлении 1·105 Н/м2
Рис. 1.3.1. Поплавковое реле уровня
Рис. 1.3.2. Сильфонное реле уровня
Реле давления электроконтактного типа изображено на рис. 1.3.3 Как и в обычных манометрах, основной частью его является трубчатая пружина 1. Электроконтактный манометр имеет два неподвижных контакта – левый 2, замыкающийся при давлении ниже предельного, на которое он рассчитан, и правый 4, замыкающийся при давлении, превышающем установленную – для него величину. Подвижный контакт 3 укреплен на стрелке манометра. Контактная система и изоляция манометра допускают возможность включения их в цепи управления напряжением до 380 В переменного тока или 220 В постоянного тока.
Рис. 1.3.3. Реле давления (электроконтактный манометр типа ЭКМ)
Реле времени (рис. 1.3.4) устанавливается, чтобы обеспечить выдержку времени (от нескольких секунд до нескольких минут) между отдельными операциями при автоматическом управлении. Реле состоит из двух неподвижных контактных пружин и двух биметаллических пластинок, каждая из которых состоит из двух разных металлов с различными коэффициентами расширения.
При нагревании такой пластинки одна часть ее расширяется больше, другая – меньше, благодаря чему пластинка изгибается. На одной из пластинок намотана нагревательная обмотка. При прохождении тока через обмотку пластинка нагревается и, изгибаясь, замыкает или разрывает цепь управления.
Рис. 1.3.4 Реле времени
Электромагнитное реле (рис. 1.3.5) широко используется в схемах автоматики и телемеханики. Реле срабатывает от сравнительно слабого тока, но оно может включить электрические цепи, по которым проходит ток значительно большей силы.
Следовательно, реле является промежуточным звеном между цепью слабого тока и исполнительной цепью значительно большей мощности.
Рис. 1.3.5. Схема электромагнитного реле телефонного типа
На железный стержень (сердечник) 1 надета катушка с обмоткой 2 из медного изолированного провода. При прохождении тока через обмотку сердечник притягивает якорь 6, укрепленный на корпусе реле в шарнире 5. Притягиваясь к сердечнику, якорь замыкает электрические контакты 4, укрепленные на контактных пластинках 3. Последние соединены с исполнительной электрической цепью проводами. Если тока в обмотке реле нет, пружинящие контактные пластины сами размыкают цепь, поворачивают якорь вокруг шарнира 5 и отводят его от сердечника.
На рис. 1.3.6 приведена простейшая схема автоматического управления одним насосным агрегатом при помощи поплавкового реле уровня и магнитного пускателя. Импульс от поплавкового реле передается на агрегат без промежуточного реле. Так как реле уровня РУ работает на рабочем напряжении, то контакты его должны быть рассчитаны на силу тока в катушке магнитного пускателя, включающего электродвигатель. Система работает следующим образом. При заполнении резервуара водой поплавковое реле разрывает цепь катушки магнитного пускателя МП.
Рис. 1.3.6. Простейшая схема автоматического управления одним насосным агрегатом
Последний, сработав, размыкает три фазы МП1 МП2 и МП3 силового тока. Двигатель выключается. Когда же уровень воды опускается до нижнего предела, поплавковое реле РУ замыкает цепь катушки магнитного пускателя МП и двигатель включается в работу. В схеме предусмотрена защита двигателя от перегрузки – термическое реле РТ. Контроля за работой агрегата, а также сигнализации в схеме нет; предусмотрена установка переключателя П для переключения на ручное управление.
Такая схема может применяться лишь при небольшом расстоянии между насосом и резервуаром, когда падение напряжения и проводах, соединяющих катушку магнитного пускателя с поплавковым реле уровня, незначительно. Для работы реле на пониженном напряжении устанавливается понижающий трансформатор.
Электроконтактные реле уровня. Действие их основано на использовании электропроводимости жидкостей и сыпучих материалов. При достижении уровнем (например, жидкости) металлического электрода сопротивление между электродом и металлической стенкой сосуда резко изменяется. Это изменение сопротивления приводит к изменению тока в цепи электрод – стенка сосуда, подключенной к источнику ЭДС.
На рис. 1.3.7 изображен простой электроконтактный сигнализатор уровня. В момент достижения уровнем жидкости электрода Э ток в
Рис. 1.3.7. Электромагнитный сигнализатор уровня
Управляющей цепи база – эмиттер становится таким, что транзистор переходит в режим насыщения и лампа Л1 (12 В, 105 мА) зажигается, сигнализируя о наполнении емкости. Вместо лампы может быть использовано любое реле с Iсраб=100 мА. Контакты реле могут замыкать цепь привода исполнительного механизма, регулирующего уровень.