4.1 pompe, instalatii si statii moderne de pompare a apei

7/23/2019 4.1 Pompe, Instalatii Si Statii Moderne de Pompare a Apei

1/41

41 POMPE, INSTALAII I STAIIDEPOMPAREAAPEI

PARTEA II 4. ECHIPAMENTE I SISTEME MODERNE DEAUTOMATIZARE I ACIONARE CU UTILIZARE N MAS

4.1 Pompe, instalaii i staii automatizate de pompare a apei potabile

4.1.1 Caracteristica general i clasificarea pompelor centrifugaleApa reprezint surs principal de via pentru lumea vegetal, animal iuman. Acest produs este att de simplu dup coninut, ns desvrit dup

proprieti i principii de circulaie n natur. n plus, el se afl peste tot n natur la adncimi relativ mici n pmnt, iar n unele cazuri izvoarele ies chiar lasuprafaa pmntului, revrsndu-se apoi n ruri.

La nceput omul nu avea nevoie de pompe, deoarece apa era peste tot, iarcasele de locuit nu erau nalte, ca s fie nevoie de o ridicare anumit a apei.Aceast necesitate a aprut atunci, cnd fiii oamenilor i-au zidit, spre nefericirea

lor, orae mari cu cldiri nalte. n ziua de astzi un ora mare, fr aprovizionarecu ap, este paralizat complet. Pentru aceasta este suficient s dispar energiaelectric, care alimenteaz motoarele electrice de antrenare ale pompelor.

Ele reprezint nite mecanisme mecanice de generare a energiei hidraulice -energia datorat suprapresiunii unui lichid, aflat n micare cu o anumit vitez saudebit, consumnd pentru aceasta energie mecanic, dezvoltat de un motor electric.Fiind nite generatoare hidraulice, pompele au 2 parametri hidraulici la ieire presiuneap(t), exprimat n Pascali [ ]Pa ,sau n [ ]bari (1bar =105 Pa) i debitulQ(t) al lichidului n hm3 sau [ ]sl , care au aceeai semnificaie ca i tensiuneasau curentul unui generator electric de curent continuu. Deoarece pompele suntdestinate pentru ridicarea lichidului la o nlime H, exprimat n metri, oreprezentare fizic real o are caracteristica H(Q), care se deosebete decaracteristica p(Q) doar printr-o alt scar pe axa ordonatelor, ntruct

g

pH

= , [ ]m , unde - densitatea lichidului, 3mkg ; g=9,81 m/s2.

Dependena nlimii H (sau a presiunii p) de debitul Q este puternic neliniar,mai ales la viteze mari (fig. 4.1).nlimea de ridicare are o valoaremaxim H=H0 la un debit Q=0

(van de ieire nchis), iar odatcu creterea debitului semicoreaz. Aceast micorareeste determinat de mai muli

parametri constructivi i hidraulici,care nu pot fi exprimai printr-oform analitic (formul) general.De aceea caracteristica H(Q) sescoate experimental de uzina

productoare i se indic n datelede paaport ale pompei. Fig. 4.1. Caracteristici H(Q) ale pompelor

65


2/41


Aadar, pompele reprezint de fapt nite agregate de pompare, constituitedin 2 elemente principale de putere motor i pomp. n sfera comunal iindustrial cea mai larg utilizare au obinut-o pompele centrifugale, care au la

baz una sau mai multe roi rotitoare cu nite palete radiale de o geometriespecial, care comunic lichidului o anumit for centrifug.

Pompele clasice aveau o execuie separat a motorului, instalat pe o ram saucarcas comun n cazul debitelor mici i mijlocii, numit i consol, sau unfundament de beton n cazul debitelor mari. O astfel de construcie prevedea unarbore lung de cuplare a motorului la pomp i nite semicuplaje cu mase igabarite mari, cu buloane axiale de nurubare. Aceste pompe aveau o construciemai simpl n cazul unui racord axial de aspiraie i unui racord radial de refulare.ns aceast construcie complic foarte mult asamblarea schemelor hidraulice alestaiilor de pompare cu mai multe pompe i mrete spaiile acestor staii (fig.4.2)

Fig.4.2. Staie de pompare cu pompe clasice de aspiraie axial i refulare radial

Pompele centrifugale moderne se caracterizeaz printr-o varietate mult maimare de tipuri i construcii mai avansate i performante, de aceea ele se clasificdup mai multe criterii. Dup destinaia principal ele pot fi: de alimentare cuap potabil sau ap cald, de circulaie a apei fierbini n sistemele de nclzire, deevacuare a apelor murdare de canalizare, de condiionare a aerului, de drenaj,

pentru utilizri industriale, speciale i casnice. Dup mediul de instalare pompe terestre i submersibile (cufundate n ap); Dup modul constructiv de asamblare a motorului i pompei monobloc

(pentru puteri i debite mici), cu carcas comun (standard pentru puterimijlocii) i carcas divizat (pentru puteri mari i debite pn la 10000m3/h):

66


3/41


Dup presiunea pompe monoetajate de presiune joas cu o singurroat i pompe multietajate de presiune nalt cu mai multe roi, conectate nserie;

Dup modul de rcire a rotorului cu rotor umed i rotor uscat; Dup numrul rotoarelor cu 1 rotor i cu 2 rotoare; Dup modul de variaie a vitezei de rotaie - cu vitez constant, variabil

n 2-3 trepte constante i lin variabil n diapazon mare (25-100 %); Dup modul de amplasare al flanelor de intrare /ieire cu aspiraie axial

/ refulare radial sau aspiraie / refulare ntr-o linie dreapt (in-line).Pompele centrifugale moderne cu construcie separat, rotor uscat, aspiraie

axial i refulare radial standardizat au o utilizare limitat ( pn la 500 m3/h i10-15 bar) din cauza gabaritelor mari. n figura 4.3, a este artat o astfel pompde construcie consol [VeroNorm-NP a companiei germane WILO.Semicuplajele dintre motor i pomp au protecie, identificat prin culoare neagr.

a) b)Fig.4.3. Agregate de pompare de construcie consol VeroNorm (a) i monoblocWilo BAC (b) cu aspiraie / refulare standardizat ale companiei germane WILO

Tendinele actuale ale pompelor moderne sunt orientate spre o construciemonobloc mai compact (fig.4.3, b) i spre o aspiraie /refulare n aceeai linie, caresimplific mult montare

conductelor hidraulice. n figura4.4 sunt artate elementeleconstructive principale ale unuiagregat monobloc cu rotor uscatal motorului i pomp cuaspiraie /refulare n linie.Arborele de antrenare al pompeiare nevoie n acest caz de ogarnitur special de etanare().

67


4/41


Fig, 4,4. Elemente constructive ale pompelor cu rotor uscat i aspiraie /refularen aceeai linie WILO

Compania WILO produce pompe cu aspiraie - refulare n linie pn la 17000m3/h n toate variantele constructive: monobloc, carcas comun, separat idivizat axial (pentru debite foarte mari cu motoare de tensiune nalt) (fig. 4.5).

Fig. 4.5. Pompe cu aspiraie - refulare nlinie monobloc, carcas comun, separat

i divizat axial ale companiei WILOCele mai compacte pompe monobloc

n linie ns sunt pompele cu rotorulumed, care pentru debite mici (pn la 65m3/h) permit o instalare direct pe conducte,adic fr nici o carcas sau fundament.Elementele constructive principale ale uneiastfel de pompe sunt artate n figura4.6. Motorul i pompa alctuiesc n acest

caz un singur bloc compact cu o cuplare direct a roii pompei la rotorul

motorului, fr nici o garnitur de etanare. Rotorul i rulmenii lui sunt rciiefectiv de lichidul de pompare, de aceea sunt executai din materiale rezistente lacorozie. Statorul este separat de lichid cu ajutorul unui pahar subire de ogrosime 0,1-0,3 mm, confecionat din material nemagnetic. Avnd o rcire maiintensiv, aceste pompe permit puteri mai mari n aceleai gabarite, precum itemperaturi relativ mai mari ale lichidului, posed un nivel de zgomot redus, ceeace favorizeaz utilizarea lor n sistemele de nclzire i alimentare cu ap cald.ns aceste pompe au un randament mai mic i necesit o instalare orizontal ncomparaie cu pompele cu rotorul uscat, care pot fi montate i vertical.

68


5/41


Fig. 4.6. Elemente constructive principale ale pompei monobloc cu rotorul umedn figura 4.7 sunt artate 3 variante ale pompelor WILO cu rotorul umed cu

muf filetat ClassicStar-RS i racord de tip flan TOP-2 (5). Motoarele acestorpompe sunt monofazate sau trifazate i prevd 3 sau 4 trepte de vitez: 60-65 %,80-85 % i 100 %, obinute prin comutarea seciilor nfurrilor statorice la unnumr diferit de poli. Condensatorul pentru pornirea motoarelor monofazate seconecteaz n exterior.

Fig. 4.7. Pompe cu rotorul umed ale companiei WILO cu 3-4 trepte de vitez

Caracteristicile de catalog nlime-debit H(Q) i putere-debit PQ) alepompelor Wilo TOP-5 100/10 i Wilo - P 50/250, pentru 3 sau 4 trepte discrete devitez, sunt prezentate n figura 4.8 prin linii ngroate. n aceast figur suntindicate, de asemenea, prin linii subiri caracteristicile parabolice ale cderilor de

presiune n elementele reelei hidraulice, proporionale cu Q2. Punctele deintersecie ale acestor caracteristici determin regimul staionar de funcionare.

69


6/41


Fig. 4.8. Caracteristici H(Q) i P(Q) de catalog ale pompelor WiloTOP-5, Wilo-P

Pompele de circulaie ale sistemelor de nclzire se utilizeaz, de regul, n

pereche i conectare paralel. Pentru aceste, precum i pentru alte sisteme, au fostelaborate pompe duble - cu 2 rotoare ( agregate motoare - fig. 4.9, c), conectateparalel, care pot funciona separat sau concomitent. La o funcionare separat,

70


7/41


agregatul al doilea se conecteaz n mod automat n caz de ieire din funcie aprimului agregat, sau numai n orele de vrf (la sarcini maxime). Pentru a excluderecirculaia prin agregatul deconectat, pompele duble prevd la ieire o supapcomutatoare cu 3 poziii; I, II i I+II (fig. 4.9, a,b).

a) b)Fig. 4.9. Principii deconectare a agregatelor i exemplu de pompdubl Wilo TOP-SD

O grup aparte o alctuiesc pompele de nalt presiune - multietajate (cu maimulte roi centrifugale, cuplate n serie) obinuite (fig. 4.10) i submersibile (fig.

4.11). Primele asigur o ridicare a apei pn la 120-240 m, iar ultimele 500 m.

Fig. 4.10. Pompe multietajate de nalt presiune ale companiei WILO

71


8/41


a)Fig. 4.11. Pompe submersibile casnice (a) cu diametru 72-75 mm, motoare

monofazate i pompe submersibile din cupru pentru debite mari (pn la 1000m3/h), nlimi de ridicare mari (pn la 400-500 m), cu lungimi 0,5-4 m imotoare trifazate de puteri 1-160 kW pentru diametre 80, 100, 150, 200 i 300 mmale puurilor

4.1.2 Pompe moderne cu convertizoare integrate de frecven variabil

Convertizoarele moderne de frecven variabil (CFV), cu performanele lortehnice i de gabarit deosebite, au fcut n ultimii ani o revoluie n tehnica de

pompare. Ele au fost integrate n carcasa agregatelor de pompare mpreun cutraductoarele de presiune (debit) i cu sistemele de reglare automat a acestor

parametri. Ca urmare, pompele clasice au cptat noi proprieti, devenind nitesurse reglabile i flexibile de energie hidraulic, fiind numite i pompe inteligente.

Prima firm, care a propus aceast integrare constructiv a echipamentelormenionate de automatizare n agregatele de pompare a fost compania

GRUNDFOS. Apoi au fost propuse diferite principii i legi de reglare automatoptim a vitezei agregatelor de pompare, mai ales pentru sistemele de nclzire icondiionare a aerului. Ca urmare, randamentul i eficacitatea acestor sisteme a

72


9/41


crescut, fiind economisite pn la 25 % din energia termic i electric consumat.innd cont de utilizarea n mas a acestor sisteme, creterea eficacitii loreconomice este destul de important, mai ales pentru acele ri, n care energiaelectric este relativ scump. Germania, spre exemplu, a introdus prin standardelede Stat o utilizare obligatorie n sistemele de nclzire a reglrii turaiei tuturor

pompelor de circulaie cu puteri termice mai mari de 25 kW.n figura 4.12 sunt prezentate 2 caracteristicile hidraulice ale pompei HP(Q)pentru o turaie nominal Nnn = i pentru o turaie subnominal n < Nn , precum icaracteristica reelei hidraulice HR(Q) cu o nlime static HST,=const i cucderi variabile de presiune pe rezistenele hidraulice ale reelei, dependente dedebit ( )Qhi . Aceste caracteristici pot fi descrise analitic doar aproximativ:

( )Qhn

nHQH i

N

P

=

2

0)( ;

( )QhHQH iSTR +=)( ,

unde0H - nlimea maxim de ridicarea apei pentru un debit Q = 0 (cu van

nchis la ieire); STH - nlimea static,egal cu nlimea geografic, la care apaeste ridicat de pomp; ( ) 2QRQh Hii = -cderile de presiune pe toate rezistenelehidraulice ale pompei i reelei HiR ,condiionate de frecrile apei pe poriuniliniare i cotite, pe supape, robinete i

alte elemente de vehiculare a apei nconducte. Fig.4.12. Caracteristici H(Q) ale pompei i reelei

Intersecia acestor caracteristici determin punctul static de funcionare cucoordonatele (Hi,Qi) pentru un debit unic QP =QR = Q. n punctul nominalA(HN,QN) pompa are un randament (maxim): max == N . Dac debitul reeleihidraulice (RH) se micoreaz, de exemplu, pn la o valoare Q i=Q1., i dacviteza pompei ar fi constant, presiunea ar crete pn n punctul B(H 1Q1). Caurmare, n reea ar crete pierderile hidraulice cu o valoare, proporional cu

presiunea diferenial p : ( ) ppQHgQQHQHgP NH === 11111 .

ns la o alimentare a agregatului de pompare (AP) de la un convertizor defrecven variabil (CFV), comandat de regulatorul de presiune (RP) al bucleinchise, creterea menionat a presiunii este exclus, deoarece traductorul (TP) iregulatorul de presiune (fig. 4.13, a) controleaz permanent abaterea presiunii realede la cea prescris (nominal), meninnd-o nul i stabiliznd astfel presiunea

p=const i nlimea H=HN=const prin micorarea turaiei motorului i pompeipn la valoarea n=n1 (fig. 4.12). Caracteristica modificat HP(Q) pentru n=n1 nacest caz se deplaseaz paralel n jos, ceea ce condiioneaz o reducere a puteriielectrice consumate, proporional cu nlimea diferenial H . De aceea acest

73

Q

H(Q)

0H1H

NH

1Q NQ

B

A

STH

0

H

ih

)(QHR

)(QHP

Nn


10/41


principiu de reglare i stabilizarea automat a presiunii a cptat denumirea delegea cp (fig. 4.13, b).

a) b)

Fig. 4.13. Schema bloc i principiul de reglare al legii constp =

Diapazonul maxim de reglare a turaiei poate fi obinut, egalnd expresiilecaracteristicilor pompei i reelei n punctul (H=HST, Q=0) :

STN

MIN Hn

nH =

2

0 , de unde obinem:0H

H

n

nST

N

MIN= , iar ca urmare

i diapazonul maxim de reglare a turaiei pompei0

11H

H

n

nD ST

N

MIN ==

Reducerea puterii CP , sau a consumului de energie electric W , se calculeaz: == pQHgQP iiCi

iCii

tPW =

,unde CMP = -randamentul sumar al pompei,motorului i convertorului; it- intervalul de timp cu un debitQi din diagrama de sarcin a

pompei n timp de 24 h (fig.4.14);

Fig. 4.14. Diagrama de sarcin a pompei n decurs de 24 orenlimea maxim H0 depinde de construcia pompei i de turaia ei. Pentru

pompe de ap curat H0 (1,2 1,3) HN, unde valoarea mai mare corespundeturaiei sincrone 3000 rot/min. Pentru pompe de ap murdar de canalizare H 0 (1,4 1,5) HN, deoarece ele au un spaiu mai mare dintre roata de lucru i carcas.Ca urmare, reducerea maxim posibil a consumului de energie electric n cazulreglrii automate a turaiei cu ajutorul CFV nu poate depi pentru pompele dealimentare cu ap curat 20-30 %, iar pentru pompele apelor de canalizare 40-50%. ns aceast reducere a energiei electrice se datoreaz nu numai excluderii

pierderilor hidraulice exterioare din reea ( p =0), ci i micorrii pierderilor dininteriorul pompei. La o micorare a debitului de consum, valoarea randamentului

maxim al pompei se micoreaz parial i se deplaseaz n stnga ( fig. 4.15). Deexemplu, dac randamentul nominal al pompei, la o turaie de 1500 rot/min,

74

RP CFV AP RH

TP


11/41


constituie 68 %, atunci la micorarea debitului cu 50 % acest randament scade frCFV pn la 47 %, iar cu CFV la 1400 rot/min el scade numai pn la 60 %.

Fig. 4.15. Dependena randamentului pompei centrifugale de debitul i turaia eiinnd cont, c odat cu reducerea real a consumului de energie electric cu

15-20 % se micoreaz totodat i consumul de ap, sau de energie termic nsistemele de nclzire, cu 5-10 %, convertizoarele de frecven se rscumpr n 1-2 ani. Acest lucru a fost neles de SA AP-CANAL i TERMOCOMChiinu, care au echipat toate staiile cu pompe de tensiune joas cu convertizoarede frecven ale diferitor productori.

Diferite companii au propus i altelegi raionale de reglare tehnologicautomat a pompelor sistemelor denclzire, alimentare cu ap cald, rcire icondiionare a aerului. Una din aceste legieste legea vp (variabil), principiul sereglare al creea este artat n figura 4.16.n acest caz presiunea scade proporionalcu debitul, ns nu mai mult de 50 %.

Fig. 4.16. Principiul de reglare al legii vpAceast lege de reglare proporional poate fi realizat prin mai multe variante,

de exemplu prin aceeai structur a buclei de reglare automat, nlocuind reacienegativ de presiune printr-o reacie pozitiv de debit. Aceasta din urm poate fiobinut, folosind acelai traductor de presiune, semnalul cruia se trece printr-unelement de extragere a rdcinii ptrate, deoarece HQ .

n figura 4.17 sunt prezentate familii de caracteristici hidraulice ale pompelorWilo TOPE80/1-10 pentru o lege cp i vp . Prin linii parabolice subirisunt reprezentate caracteristicile reelei. Toate aceste legi, evident sunt raionale

pentru sistemele cu debit variabil Q=var.

75


12/41


Fig. 4.17. Caracteristici hidraulice ale pompelor cu rotor umed Wilo TOPE 80/1-10 pentru legi de reglare tehnologic cp i vp

O alt lege tehnologic de reglare automat a agregatelor de pompare estelegea de reglare a nlimii sau presiunii difereniale n funcie de temperatura

agentului termic sau frigorificTp

(T=const). Aceast lege este utilizat pentrusistemele de nclzire, rcire i condiionare a aerului cu un debit Q=const. Ea esterealizat cu o structur asemntoare celei din figura 4.13, n care traductorul de

presiune se nlocuiete cu un traductor de temperatur, care controleaztemperatura agentului termic n conducta de retur a sistemului de nclzire.

Aceast lege poate avea 2 principii inverse de reglare automat a presiunii(nlimii) i stabilizare a temperaturii agentului termic ntr-un diapazon necesar dela Tmin i pn la Tmax, modificnd turaia agregatului de pompare (fig. 4.18, a).Primul este destinat pentru sistemele centralizate de nclzire comunal cu apfierbinte n calitate de agent termic. El asigur o acordare optim a acestui sistemla variaiile curente ale temperaturii mediului ambiant TMed i la consumul real alreelei de energie termic, utiliznd pentru aceasta un consum minim de energieelectric a agregatelor de pompare. n acest caz este limitat nu numai diapazonulde temperaturi stabilizate, ci i diapazonul de nlimi HS min i HS max, necesar

pentru o circulaie normal a apei fierbini. Sistemul se acordeaz la regimul desarcin maxim: la o temperatur de stabilizare Tmax a agentului din conducta retur,la o nlime (presiune) maxim HS max i la o temperatur minim a mediuluiexterior TMed min.. n caz dac temperatura mediului crete, regulatorul detemperatur al convertizorului de frecven micoreaz automat turaia, nlimea

i consumul de energie electric al agregatului (prin sgeata ndreptat n jos), nsnu mai jos de HS min i Qmin. n cazul utilizrii unui controler de automatizare,

76


13/41


consumul de energie electric poate fi redus n timpul nopii, micornd, deexemplu, temperatura agentului termic de la 60C la 40C(fig. 4.18, b).

a)

b)Fig. 4.18. Principiile legii Tp =constant i realizarea ei n 24 ore

Primul principiu poate fi utilizat, de asemenea, i pentru sistemele de nclzire(climatizare) cu aer cald a halelor industriale mari, conform schemelor indicate n

paragraful precedent. n acest caz aerul este nclzit cu arztoare de gaz saumotorin, fiind suflat de ventilatoare i repartizat n hale printr-un sistem deaeroconducte, montate sub plafon.

Cel de-al doilea principiu este prevzut pentru sistemele frigorifice sau decondiionare aeruluin regim de rcire, care are un algoritm direct proporional dereglare a turaiei i presiunii agentului n funcie de temperatura mediului ambiant

(sgeata caracteristicii HS(TMewd) din figura 4.18 este ndreptat n sus). n cazulrcirii unei hale industriale n timp de var, odat cu creterea temperaturii

77


14/41


mediului, regulatorul de temperatur al convertizorului mrete turaia i presiuneade circulaie a agentului frigorific n scopul stabilizrii temperaturii interioare.

A patra lege tehnologic de reglare automat a turaiei pompelor este cea destabilizare a debitului Q=const. Ea se utilizeaz mai mult n liniile tehnologiceindustriale. Toate aceste legi stau la baza panourilor de i automatizare ale

pompelor individuale i staiilor cu mai multe agregate, conectate paralel.Compania german WILO produce o nomenclatur mare de pompe de puteremic cu rotorul umed sau uscat, cu 1 agregat sau 2 agregate (motoare), integrate cuconvertizoare de frecven. n figura 4.19 sunt prezentate pompele cu rotor umedde putere mic Wilo Stratos cu un singur motor i Wilo TOP-ED cu 2 agregate

paralele cu rotor umed, precum i Wilo CronoLine IL E cu rotor uscat.

Fig. 4.19. Agregate de pompare de mic putere integrate cu convertizoare de

frecven ale companiei WILO

Stratos este una din cele mai eficiente serii de pompe cu rotorul umed,deoarece este realizat cu motoare sincrone cu magnei permaneni pe rotor, careau randament mai nalt dect motoarele asincrone datorit excluderii pierderilor nrotor. Pentru o rotire sincron a rotorului i cmpului statoric, tranzistoareleinvertorului autonom sunt comutate cu o frecven, impus traductorul de poziieal rotorului (acest principiu mai este numit ECM motor de curent continuu cucomutaie electronic ). Aceste pompe sunt destinate pentru sisteme de nclzire,

climatizare i rcire n case de locuit pn la 6-7 familii i cldiri comerciale.Compania GRUNDFOS produce pompe cu turaie reglabil cu CFV integratentr-o gam i mai larg de puteri pn la 45 kW. Una din modificaiile pompelorde circulaie UPS-200 cu rotor umed de putere mic a fost deja menionat, fiindutilizate n punctele termice ale companiei Danfoss (p. 4.2). Unele agregateintegrate TPE cu rotor uscat i cu puteri pn la 45 kW sunt artate n figura 4.20.Ele se produc n 2 serii principale: TPE 1000 i TPE 2000. Prima serie este

prevzut pentru realizarea tuturor legilor tehnologice de reglare, menionate maisus, iar seria 2000 numai pentru legea de stabilizare a presiunii cp .

78


15/41


Fig. 4.20. Agregate de pompare TPE integrate cu convertizoare de frecven alecompaniei GRUNDFOS

Un avantaj deosebit al seriei TPE i UPS l constituie integrarea adugtoare atraductorului de presiune n partea de refulare. Ca urmare, aceste agregate conintoate elementele, necesare unui sistem de stabilizare automat a presiunii pompa,motorul, convertizorul i traductorul, ceea ce simplific implementarea n practic.

Asamblarea tuturor elementelor componente principale ale acestor agregate esteartat n figura 4.21. n partea de sus este amplasat modulul de comand iinterfa pentru o funcionare n reea de automatizare cu controlere programabile.Sub acest dispozitiv este montat convertizorul de frecven, iar nc mai jos motorul standardizat. n partea inferioar este cuplat pompa cu ambele racordurin aceeai linie, iar traductorul de presiune este montat n racordul de refulare.

79


16/41


Fig. 4.21. Asamblare elementelor componente principale ale agregatelor TPE

Toate aceste agregate mai prevd o telecomandde la distan, ns preul lor este relativ mare 2200-12000 Euro pentru puteri 1,1-22 kW.

Compania Grundfos produce i alte modificaiide pompe integrate cu convertizoare, destinate

pentru sisteme de nclzire (MAGNA fig. 4.22),de ridicare a presiunii (n variant multietajat), de

dozare, precum i pompe standardizate,submersibile, de drenaj i speciale. Nu lipsesc niciinstalaiile automatizate cu mai multe pompe.

Fig. 4.22. Pompe de circulaieMAGNA seria UPE 2000

4.1.3 Instalaii moderne i staii automatizate depompare

Companiile WILO i GRUNDFOS produc, de asemenea, o nomenclatur mare

de instalaii automatizate de pompare i staii cu mai multe pompe, compactasamblate i gata pentru utilizare n cldiri de locuit sau n aplicaii industriale. Eleinclud tot echipamentul necesar pentru automatizare, reglare, protecie, indicare.

80


17/41


Pentru alimentarea cu ap a caselor private cu cteva etaje, precum i pentruirigarea grdinilor sau vilelor, multe companii produc diferite agregate casnicesimplificate i uor transportabile cu resiver de 20/50 l i membran interioar,

presostat de automatizare i manometru de indicare (fig. 4.23, a), sau cu rezervorde acumulare de 120 l (fig. 4.23, b). Primele permit aspiraia apei din fntni

adnci pn la 8-9 m, fiind prevzute cu clapete de reinere a apei la deconectareamotorului monofazat. Furtunul de refulare este mbrcat cu o manta de oel.Resiverul permite o amortizare a oscilaiilor presiunii, necesar pentru limitareafrecvenei maxime de comutaie a motorului la comanda automat a presostatului.

n figura 4.24 sunt prezentate 2 agregate

automatizate de ridicare a presiunii.

Fig. 4.23 Agregate de pompare automatizate i nereglabile pentru utilizri casnice

81


18/41


Fig. 4.24. Agregate automatizate cu pomp miltietajat de presiune ridicatn figura 4.25 sunt prezentate mai multe variante se instalaii sau staii depompare cu 2, 3 sau 4 pompe nereglabile sau reglabile n frecven, cu agregateorizontale sau verticale. Agregatele orizontale sunt destinate pentru presiuni relativmai mici, iar agregatele verticale pentru presiuni mai mari. Aceste instalaii au oconstrucie compact, fiind montate pe o ram comun mpreun cu conductele deaspiraie - refulare din oel inoxidabil, resiverul de amortizare a oscilaiilor de

presiune, supapele de reinerea circulaiei inverse a apei, presostatul sau traductorulde presiune, manometrul i panoul programabil de automatizare i protecie amotoarelor cu microcontroler. Acest microcontroler asigur protecia motoarelor iconectarea sau deconectarea consecutiv a pompelor n funcie de debitul deconsum i presiunea de ieire, precum i n funcie de regimul ales.

82


19/41


Fig.4.25. Instalaii automatizate de pompare cu 2-4 pompe reglabile i nereglabileCompania WILO a elaborat mai multe variante de panouri de automatizare ale

instalaiilor i staiilor de pompare cu 1-6 pompe paralele ale sistemelor dealimentare cu ap potabil. Panoul simplificat ER(Regulator economic) prevedeautomatizarea a unei staii cu 2, 3 sau 4 pompe nereglabile pn la 4 kW fiecare(fig. 4.26). Caracteristicile H(Q) ale staiei i reelei cu funcionarea a 1-3 pompe

paralele i algoritmul de comutare al lor sunt artate n figura 4.27.

Fig. 4.26. Partea frontal a panoului de automatizare ER pentru 2-4 pompe

83


20/41


Fig. 4.27. Caracteristici H(Q) ale staiei cu 1-3 pompe paralele i panou ERPartea frontal a panoului prevede ntreruptorul principal 1, comutatoarele 2 i

3 de alegere a regimului Manual / Automat sau numrului pompei respective nregim automat: 1, 2, 1+2 sau 3, 4, 3+4 (fig. 4.26). Funcionarea staiei este blocatn cazul unei presiuni insuficiente la intrare, cnd se aprinde indicatorul rou 4, iarindicatoarele luminiscente de culoare verde 5 (continu sau licritoare) identificstarea fiecrei pompe n regim normal sau de avarie. Pompa urmtoare (de vrf) seconecteaz n caz dac presiunea real de la ieirea staiei scade sub valoarea pmini se deconecteaz n caz de presiunea depete valoare p max1. Aceste comutaiisunt temporizate cu o pauz reglabil 0-2 min pentru a exclude procesele tranzitoriide variaie a presiunii i frecvenele eventuale mari de comutaie ale pompelor.Pompa de baz aleas se deconecteaz doar la o scdere total a debitului i ocretere a presiunii pn la valoarea pmax2 (fig. 4.27). Motorul fiecrei pompe este

protejat n funcie de curentul consumat i de temperatur real, controlat cuajutorul unui senzor pozitiv PTC.

Panourile CR(Confort regulator) asigur o automatizare a unei staii cu 1-6pompe cu puteri pn la 7,5 kW, dintre care una (de baz) este reglat de unconvertizor de frecven, iar celelalte 5 pompe sunt nereglabile, fiind prevzute

pentru o alimentare direct de la reea. Panoul CRn este destinat pentru o reglareautomatizat a tuturor n pompelor cu convertizoare de frecven pentru sistemede alimentare cu ap, nclzire, condiionare a aerului dup toate legile de reglaretehnologic automat, menionate n punctul precedent.

Panoul CR prevede mai nti o conectare a unei pompe de baz (1-6) laconvertizorul de frecven, ns celelalte pompe nereglabile se conecteaz, sau se

deconecteaz consecutiv i cu o temporizare dorit n caz dac la pompa reglabila atins puterea maxim sau minim, iar presiunea totui se abate de la valoarea

84


21/41


prescris Wi cu Sa sau -Sa (fig. 4.28). Sistemul prevede 2 valori de prescriere Wi1 interioar, sau n timpul zilei, i alta Wi2 exterioar, sau n timpul nopii.

Fig. 4.28. Caracteristici H(Q) ale staiei cu 1-3 pompe paralele i panou CR

n caz de necesitate a conectrii pompei urmtoare, se conecteaz acea pomp,care are un timp de funcionare mai mic. Pentru o uzare uniform a tuturor

pompelor, sistemul de automatizare prevede pentru regimul pompei reglabile debaz o rotaie a pompelor 1-6 n funcie de timpul lor de funcionare. n caz de

defectare a convertizorului, pompa respectiv se transfer la o alimentare directde la reea, iar n caz de defectare a unei pompe nereglabile, se conecteazurmtoarea pomp din cele de rezerv. Sistemul controleaz, de asemenea, i

presiunea de intrare a staiei, deconectnd sau conectnd automat pompele n cazde dispariie sau apariie a valorii necesare de presiune. El asigur i alte protecii.

Partea frontal a panoului CR conine un indicator digital 1 cu 4 rnduri i 16simboluri pentru afiarea strii pompelor, convertizorului i regulatorului (fig.4.29). Tasta 2 asigur o intrare n meniuri sau submeniuri, tasta 3 o prescriere a

parametrilor necesari, iar tasta Return (OK) 4 o confirmare a alegerii fcute.

Indicatoarele luminiscente 5-7 semnalizeaz starea normal sau de avarie.

85


22/41


Fig. 4.29. Partea frontal a panoului CR de automatizare a 1-6 pompe

Panoul CRn prevede o pomp n regim de Pilot (de baz), iar celelalte pompe

reglabile pot avea o prescriere constant mai mic dect cea nominal. Acest panouinclude un taimer special, care are funcia de a programa semnalele de prescriere nfuncie de cele 7 zile ale sptmnii (de lucru sau de odihn), precum i n timp de24 de ore (zi sau noapte), schimbnd automat timpul de var sau iarn. Acest lucrueste necesar n sistemele de nclzire cu o reglare a turaiei pompelor n funcie detemperatur.

n figura 4.30 este artat o staie compact cu 6 pompe paralele, conectate lacolectoarele de intrare i ieire, i automatizate cu panoul CR.

86


23/41


Fig. 4.30. Staie modern cu 6 pompe paralele i panou CR ale companiei WILOCompaniile Grundfos i Wilo produc, de asemenea, pompe submersibile

pentru drenaj (evacuarea apelor murdare din bazine i subsoluri) cu nlimi deridicare 10-50 m (fig. 4.31) i pompe instalate pe uscat i submersibile pentru

87


24/41


staii de canalizare i epurare a apelor riziduale cu fecaloide (fig. 4.32). Unelepompe submersibile pentru ape reziduale conin un dispozitiv de tiat, care reducedimensiunile elementelor solide pentru o transportare mai uoar a lor.

Fig. 4.31. Pompe submersibile pentru drenaj ale companiei WILO

Fig. 4.32. Pompe submersibile pentru ape de canalizare ale companiei WILO

88


25/41


Compania WILO propune diferite soluii pentru staii de canalizare, nparticular: cu montare uscat (n exteriorul rezervorului de acumulare a apelorreziduale) sau submersibil (n interiorul rezervorului) a pompelor de evacuare aacestor ape, precum i diferite variante de separare a impuritilor (fig.4.33).

Fig. 4.33. Variante demontare a pompelor submersibile ale staiilor de canalizare

n figura 4.34 este prezentat o vedere general a aerotancurilor (bazinelor) decurire biologic (prin microorganisme) a apelor reziduale unei staii de epurare.

89


26/41


Fig.4.34.Aerotancuri de curire biologic prin microorganisme a apelor reziduale

4.1.4 Sistemul de alimentare cu ap al oraului Chiinu

Pentru centrele rurale, raionale i oreneti ale Republicii Moldovaprincipalele surse de ap potabil sunt cele subterane, iar pentru oraul Chiinu rul Nistru. Extragerea ei se efectueaz cu ajutorul staiilor de pompare de

prima ridicare, echipate cu pompe submersibile n cazul surselor subterane, saucu pompe centrifugale cu montare uscat n cazul rului Nistru (fig. 4.35).

90


27/41


Fig. 4.35. Principiul de alimentare cu ap al staiilor de prim ridicare cu pompecentrifugale cu montare uscat

Apa subteran este curat i nu necesit nici o prelucrare sanitar, de aceea estepompat direct n rezervorul staiei de a doua ridicare. Apa din rul Nistru trece odezinfectare primar n rezervoarele deschise din s. Chicani (r. Criuleni). Din

aceste rezervoare ea este pompat apoi prin 2 conducte paralele la Staia Centralde Tratare a Apei a or. Chiinu, care se afl la nordul microraionului CiocanaNou. Dezinfectarea apei la aceast Staie se efectueaz cu hipoclorit de natriu n2 faze: preliminar (nainte de orice tratare) i final (dup filtrarea apei). Pnn a.2012 pentru aceasta se utiliza clor lichid, care este exploziv i foarte periculos

pentru organismul uman. Hipocloritul de natriu este puin periculos, ns estecorosiv i la temperaturi ridicate se descompune, de aceea necesit o pstrare ntancuri din materiale plastice i la temperaturi nu mai mari de 20C. El se importdin Romnia ntr-o concentraie de 19% (190 g/l) n camioane speciale.

Concentraia aceasta ns este prea mare pentru dezinfectarea apei, de aceeahipocloritul de sodiu trebuie diluat apoi cu ap (la Staia de Clorurare a SA ApCanal Chiinu) pn la o concentraie de 10% (100 g/l). Renovarea Staiei de Clorurare a fost efectuat de firma SALONIX-TEH Chiinu, care a ctigat acest drept la o licitaie public, concurnd cu alteorganizaii. Echipamentul tehnic principal al acestei renovri l constituieechipamentul companiei SIEMENS, att n partea de sistemelor de acionare, cti sistemelor de automatizare. Hipocloritul de natriu, fiind un oxidant foarte

puternic al fierului i altor metale, necesit alegerea conductelor dintr-un polimertermoplastic, numit PVDF (polivinildenftorid), la fel ca i robinetele, sau

pompele de diluare i dozare. Pentru o fiabilitate nalt toat armtura conducteloreste dublat, fiind prevzute, de asemenea, i pompe de rezerv. n particular, aufost alese 2 pompe centrifugale de diluare Von Taine 1010 PVDF de 370W, 9600l/h, 3 bari (una n lucru, iar alta n rezerv) i 8 pompe de dozare cu membran detipul Chem+Ad Seria CE60 (Siemens) de 120 l/H, 3 bari (5 pentru clorurarea

prealabil, dintre care 2x2 n lucru, iar 1 de rezerv, i 3 pentru clorurarea final(fig. 4.36, a, b). Ultimele pompe au o funcionare asemntoarele compresorului

pneumatic; motorul de acionare rotete un excentric, care acioneaz periodicasupra unei membrane flexibile, care absoarbe i apoi refuleaz hipocloritul de

sodiu prin intermediul a 2 supape.Pentru asigurarea unei precizii suficiente de diluare u dozare a hipocloritului

pompele centrifugale au fost dotate cu variatoare de frecven Micromaster 4200,37 kW (Siemens), iar pompele de dozare sunt incorporate cu variatoare necesarede frecven de la uzin. Msurarea debitelor mari de diluare (pn la 9600 l/h) seefectueaz cu debitmetre electromagnetice, iar msurarea debitelor mici de dozare(pn la 300 l/h) cu debitmetre camerale, n interiorul crora se rotesc 2 roi nform de oval (fig. 4.36, c). Debitul unui ciclu de rotaie a roilor este proporionalcu viteza de rotaie a lor, nmulit la patru.

91


28/41


a) b) c)Fig. 4.36. Pomp de dozare cu membran Chem+Ad CE60 (a), pomp

centrifugal de diluare Von Taine 1010 PVDF (b) i debitmetru cameral cu 2roi n form de oval (c)

n figura 4.37 sunt artate schema tehnologic virtual, configurat pe ecranulpanoului operatorului senzorial Touch, i fotografia real a echipamentelor depompare i msurare a debitului hipocloritului de sodiu la diluarea (micorareaconcentraiei lui). n primul tanc 1.1 se depoziteaz hipocloritul concentrat de19%, care apoi se dilueaz cu ap pn la o concentraie de 10 %, fiind repompatn tancurile de consum 2.1-2.4. Descrcarea acestora se face consecutiv (cte unul,n ordinea umplerii lor). Nivelul lor de 25 m3 este controlat cu traductoare continueultrasonore, utiliznd n plus i cte un traductor discret pentru semnalizareanivelului minim i maxim (n fig. 4.37, a acestea sunt specificate cu cercuri roii).

92


29/41


Schema este vie, deoarece indic valoarea curent a fiecrui parametru msurat.

93


30/41


Fig. 4.37. Schema tehnologic (a) i echipamentele reale (b) de diluare NaClOn figura 4.38 sunt indicate schema i echipamentele de dozare prealabil i

final NaClO n conductele de intrare i ieire cu toate debitele setate i msurate.

94


31/41


Fig. 4.38. Schema i echipamentele reale de dozare prealabil i final NaClOAlimentarea pompelor de dozare din figura 4.38, b cu hipoclorit se face prin

una din 2 conducte (colectoare) de intrare cu un diametru interior de 50 mm,montate la un nivel puin mai sus de podea, iar conductele de refulare de 15 mm ndiametru, cu manometrele i debitmetrele respective, sunt ndreptate mai nti n

sus, unde sunt configurate colectoarele respective de ieire din Staia de Clorurare.Automatizarea Staiei se efectueaz cu ajutorul unui controler modularSIMATIC S7-300, asociat cu un panou senzorial al operatorului KTP 1000 Basic(fig. 4.39, a) cu procesor central CPU 314C-2PN/DP cu 24/16 intrri/ieiri discretei 5/2 intrri/ieiri analogice (fig. 4.39, b). Comanda variatoarelor de frecveneste realizat prin reeaua PROFIBUS-DP, iar sistemul de achiziie a datelor i dedispecerizare SCADA prin reeaua PROFINET/ ETHERNET.

a)

95


32/41


Fig. 4.39. Schema simplificat de automatizare i conexiunile CPU 314C-2PN/DPFiecare tip de pompe este prevzut cu 2 regimuri: AUTOMAT i

MANUAL, care se alege printr-un comutator respectiv de pe panoul frontal aldulapului de comand. Regimul AUTOMAT este comandat de controlerul ,iar MANUAL- de 2 butoane START/STOP i releu intermediar K1 (fig. 4.40).

a).

96


33/41


Fig.4.40.Principii de alegere a regimului de comand Automat/Manual al pompelorAerul din Staia de Clorurare este rcit/ nclzit i stabilizat la temperatura

prescris cu ajutorul unui sistem automatizat de condiionare cu controlerprogramabil i panou de vizualizare i comand, elaborat de aceiai firmSALONIX-TEH. Acest sistem este constituit dintr-un din 2 schimbtoare de

cldur (unul pentru rcire vara, altul pentru nclzire iarna), 1 filtru de aer, 1ventilator axial de aer proaspt (), 2 ventilatoare de absorbie ()a aerului din ncpere (unul n funciune, iar altul n rezerv), 2 supape de reglare adebitului maxim de aer, 2 traductoare de temperatur a aerului din ncpere i dinatmosfer i 1 ciller de 29 kW al firmei Carrier cu 2 compresoare de tip Spiral.Toate ventilatoarele sunt reglate de variatoare de frecven.

Hipocloritul de sodiu se amestec definitiv cu apa celor 2 conducte de intrarentr-un rezervor de amestecare (), mpreun cu alte substane, deexemplu coagulani, utilizai pentru separarea unor impuriti, care nu pot fi

reinute de filtre. Din acest rezervor de beton apa murdar se direcioneaz n uneledin multiplele rezervoare acoperite de decantare () de volum foartemare, unde se limpezete pe cale natural timp de cteva ore. Dup aceasta apaeste separat de murdriile de la fundul decantoarelor, fiind apoi ndreptat spreSecia de Filtrare, care este constituit din mai multe celule de filtrare, acoperitecu faian i descoperite, ntruct aceast secie este acoperit i nclzit pe timpde iarn (fig. 4.41). Filtrarea n aceste celulese efectueaz n 2 trepte - cu crbuneactivat i cu nisip special (ceolit). Calitatea de filtrare a apei este inut n

permanen sub control de ctre laboratorul de analiz chimic al acestei Secii.

97


34/41


Fig. 4.41. Aspectul general al celulelor Seciei de Filtrare, acoperite cu faianApa filtrat este scurs apoi n rezervoarele principale (de volum foarte mare)

ale celor2 Staii Centrale de Pompare, care sunt alturate i care alimenteaz cuap tot oraul Chiinu. Deoarece aceste staii sunt situate pe unul din cele mainalte dealuri ale oraului (cu excepia microraioanelor Telecentru i Botanica), apa

n unele zone ale oraului se scurge n mod natural (fr nici o pompadugtoare), iar n celelalte zone apa se pompeaz cu pompe de 160-250 kW, 0,4kV, debite mari i presiuni relativ joase 4-5 Bari Astfel de presiuni, mpreun cunlimea geografic, sunt suficiente pentru alimentarea cldirilor pn la 9 etaje.

Pompele acestor staii sunt adncite n pmnt la un astfel de nivel, nct apadin rezervoare s se scurg liber la intrarea lor, ceea ce simplific pornirea (fig.4.42, a).. Ele au o construcie OnLine, adic cu absorbie i refulare ntr-o liniedreapt, ceea ce simplific mult montarea conductelor (fig. 4.42, b, c). Conductelede absorbie sunt vopsite n culoare verde, iar conductele de refulare n culoare

albastr, ambele tipuri fiind dotate cu vane () acionate cu motorelectric, iar n caz de rezerv manual. Agregatele de pompare sunt vopsite nculoare sur. Configuraia conductelor de refulare este mai complicat, deoareceele sunt grupate n colectoare pentru diferite zone ale oraului. n figurile

prezentate se observ unele conducte verzi cuplate la cele albastre fr pomp(numai cu robinet de nchidere/deschidere, pentru alimentarea dirct). Dulapurileelectrice i panourile de comand ale motoarelor de acionare sunt amplasate la unnivel mai sus (la nivel cu podeaua obinuit i de-a lungul unui perete lateral).

98


35/41


a)

b)

c)

99


36/41


Fig. 4.42. Agregate de pompare de tensiune joas ale Staiilor Centrale de PomparePomparea la cele mai lungi distane, sau la nlimi ridicate, se efectueaz cu

pompe nereglabile de 630 kW. 6 kV (fig. 4.43).

Fig. 4.43. Agregate de pompare de tensiune nalt ale Staiei de pompare N2.

Fiecare Staie Central, la fel ca i fiecare staie micro raional, este dotat deSA Ap Canal cu un variator de frecven

pentru limitarea presiunii maxime a apei livratei n scopul economiei de energie electric, aacum a fost menionat n subpunctele precedente.n figura 4.44 este artat variatorul de frecvenVLT 6000 HVAC al companiei DANFOSS,

utilizat la una din Staiile Centrale pentrureglarea unui motor de 200 kW.Localitile ridicate ale microraioanelor

Telecentru, Botanica, Buiucani, precum icldirile cu 16-20 de etaje, sunt alimentate cuap de la staiile raionale de a doua ridicare.Aceste staii din urm sunt nzestrate cu 4-5

pompe cu motoare de diferite puteri (15-250kW), presiuni (5-9 bari) i diferite debite,

deoarece relieful i consumul raional al orauluieste diferit. Cldirile guvernamentale au o staie

100


37/41


separat cu pompe submersibile, situate pe malul rului Bc. Fig. 4.44,VLT-6000

4.1.5 Exemple de calculare i modelare a sistemelor de reglare automat apresiunii i nivelului instalaiilor de pompare cu turaie reglabil

Utilizarea n mas a instalaiilor de pompare cu turaie reglabil, menionatemai sus, este destinat n majoritatea cazurilor stabilizrii presiunii lichidelor nconducte sau nivelului n rezervoare n scopul reducerii consumului de energieelectric i de ap. De aceea calculul i acordarea acestor sisteme de reglareautomat capt o importan deosebit, n primul rnd la implementarea lor n

practic. Acest calcul poate fi efectuat pe baza schemei generale de reglareautomat a presiunii din figura 4.13, a (punctul 4.1.2). n cazul stabilizriinivelului traductorul i regulatorul de presiune se nlocuiesc cu un traductor i unregulator de nivel, iar reeaua de presiune - cu rezervorul de acumulare.

Evident, c descrierea matematic i funciile de transfer ale convertizorului defrecven, motorului (acionrii electrice - AE) i agregatului de pompare nu seschimb. n particular, pentru un motor de 200 kW i o turaie de 1475 rot/min(154,4 rad/s), care rotete o pomp cu un debit nominal 630 m3/h (0,175 m3/s) io nlime nominal de 90 m (o presiune de 9 bari), funcia de transfer a acionriielectrice

( )( )

( ) ssT

K

sU

ssH

AE

AE

p

AE21

44,15

1 +=

+==

,

Unde tensiunea de prescriere maxim a convertizorului UP max=10V; iar coeficientul

sV

rad

UKp

N

AE 44,1510

4,154

max.===

i constanta detimp TAE=2 s.

Debitul pompelor variaz direct proporionalcu viteza de rotaie a lor - Q, de aceeacaracteristicile statice H(,Q) sunt paralele (fig.4.45), iar funcia de transfer a lor n raport cuturaia este o mrime constant:

( )( )

( )300113,0

4,154

175,0m

Qk

s

sQsH

N

N

P =====

.

Fig. 4.45.Caracteristici H(,Q) ale pompei i reelei

ns debitul pompelor depinde nu numai de vitez, ci i de presiunea reelei, carese opune creterii lui i invers. Aceast dependen reciproc este deja dinamic ineliniar, identificat prin ecuaia fundamental de variaie a presiunii nfuncie de variaiile debitelor pompei Q(t) i de consum al reelei QC(t)

( ) ( )dt

dpCtpQtpQ RPC = ,,, ,

unde CRP = dV/dp - capacitana reelei de presiune, msurat n

==

barm

Pam

kgsm 3324 . care caracterizeaz capacitatea de comprimare a volumului

101

Q

H

STH

1n

2n

3n

RTH

0

H

0H


38/41


lichidului reelei dVRP sub aciunea presiunii dp i care reprezint ineria hidraulica acestei reele - reacia presiunii n timp dp/dt la o variaie a Q(,p,t) - QC(p,t).

De exemplu, pentru o reea a unui microraion cu o presiune nominal pN =7,5x105 Pa =7,5 bari i un volum VRP = 45 m3 , capacitana CRP se calculeaz:

CRP = SRP/g = VRP/pN = 45/7,5 = 6 m3/bar

O ecuaie fundamental similar este specific i pentru instalaiile de pompareale staiilor de canalizare cu stabilizarea nivelului apei n rezervorul de acumulare:

( ) ( )dt

dhStpQtpQ RC = ,,, ;

unde SR=VR/hRN suprafaa rezervorului,m2, care servete ca ineriehidraulic a acestuia - dependena vitezei de variaie n timp a nivelului dh/dt dediferena debitelor de intrare i ieire Q(,p,t) - QC(p,t); VR volumulrezervorului; hRN- adncimea nominal a rezervorului. Dac presupunem unrezervor cu un volum VR =72 m3 i o nlime hRN =2,4 m, atunci suprafaa SR=30 m2.

Aceste 2 ecuaii difereniale dinamice sunt neliniare, de aceea funciile detransfer ale reelei de presiune sau rezervorului pot fi determinate printr-o abateremic Q de la regimul staionar nominal QN sau QC , n care debitul pompeidepinde de viteza i de presiunea p (sau de nivelul h), iar QC numai de p(t):

( ) pkQQpkkQpp

QQQQQpQ PNpNNN ++=++=

+

+=+=

,

( ) hkQQhkkQhh

QQQQQhQ

hNhNNN++=++=

+

+=+=

,

undeN

NQQQk

=

=

= - coeficientul de variaie a debitului la o variaie a

vitezei = var i la o presiune constant p=const, care a fost calculat mai sus;

bars

m

p

Q

pp

Q

pp

Q

p

Q

p

Qk

N

N

NN

N

N

Np

3

0

078,09

175,04

25,025,1

0=

=

=

=

=

=

=

- coeficientul de variaie a debitului la o variaie a presiunii p = var i la o vitez = const, care este egal cu rigiditatea caracteristicii H(,Q).

073,04,2

175,0==

=

=

=N

N

hh

Q

h

Q

h

Qk

s

m2 - coeficientul de variaie invers (cu

semnul minus) a debitului la o variaie a nivelului h = var i la o vitez = const ;

Dac introducem ultimele relaii n ecuaiile fundamentale iniiale, mpreun cuvariaia QC(p), i dac inem cont, c ( )pQQ CN = , atunci obinem urmtoarelerelaii ale reelei de presiune i rezervorului n abateri i n form operaional:

( ) ( ) ( ) ( )spsCspksQsQ RPpC = ;( ) ( ) ( ) ( )shsSshksQsQ RhC = ,

de unde se obin funciile de transfer ale reelei de presiune sau rezervorului, nraport cu semnalul de comand (de vitez):

( )( )( ) ssT

k

sT

k

sCksQ

spsH

RP

RP

RP

p

RPp 771

0145,0

11

11

+=

+=

+=

+=

= ,

102


39/41


( )( )

( ) ssT

k

sT

k

sSksQ

shsH

R

R

R

h

Rh 4111

0155,0

11

11

+=

+=

+=

+=

=

;

Unde sk

CT

p

RPRP 77

078,0

6=== - constanta de timp a reelei de presiune;

82,12078,011 === pRP kk s bar coeficientul de transfer al reelei.

sk

ST

h

RR 411

073,0

30=== - constanta de timp a rezervorului;

7,13073,011

===

hR kk m s coeficientul de transfer al rezervorului,

Traductoarele de nivel i de presiune pot fi reprezentate ca elementeproporionale. Ele au un diapazon standardizat al semnalului de ieire 4-20 mA sau0-10 V, precum i valori nominale standardizate. Traductorul de nivel poate fi ales

cu o valoare standardizat de 4,0 m, iar traductorul de presiune cu o valoarestandardizat de 10 bar. Ca urmare, coeficienii standardizai de transfer ai lor( )

( )1

10

10===

sp

sUk

N

NSP , V/bar ;

( )

( )5,2

4

10===

sh

sUk

N

N

SN , V/m;

innd cont, c valorile standardizate nominale ale semnalelor de prescriere aleregulatoarelor tehnologice sunt egale, de obicei, cu 10V, semnalele de ieire aletraductoarelor de nivel i presiune trebuie calibrate cu ajutorul unor dispozitive decalibrare. Coeficienii de amplificare ale acestor dispozitive trebuie s fie egale:

.33,15.71

1010===

NSP

CPpk

k ; 66,14,25,2

1010=

==

NSN

CNhk

k .

Coeficientul sumar al traductorului de presiune 33.133,11 === CPSPTP kkk V/bar

Coeficientul sumar al traductorului de nivel 15,466,15,2 === CNSNTN kkk V/m

Aa dar, obiectul de reglare (OR) al regulatoarelor de presiune sau nivelconine 2 constante aperiodice de timp diferite: una mic - TAE, care nu secompenseaz, i alta mare - TRP, sau TR, care trebuie compensate cu ajutorulregulatoarelor. Conform criteriului modulului de acordare optim a regulatoarelor,

procesele dinamice sunt garantate optime, dac n aceste cazuri se alege o funcie

proporional integral (PI) cu constanta izodrom i de integrare egale :

( )sT

sTsH

I

IZRT

+=1

; TIZ = TOR; TI = 2 kORTAE

Pentru regulatorul de presiune (RP) sT PIZ 77= ;

sxxTkkkkT AETPRPAEIP 2,1233,182,122200113,044,1522 ===

Coeficientul de amplificare al componentei proporionale a acestui regulator

16,642,1

77===

PI

PIZ

PPT

Tk

Pentru regulatorul de nivel (RN) sT NIZ 411= ;

sxxxTkkkkT AETNRAEIN 1215,47,1300113,044,1522 ===

103


40/41


Coeficientul se amplificare al componentei proporionale a regulatorului de nivel

4111

411===

NI

NIZ

NPT

Tk

Schema structural a sistemului calculat de reglare automat a presiunii, cuun coeficient kPP de 2 ori mai mic, este artat n figura 4.46, iar n figura 4.47

este reprezentat procesul tranzitoriu al acestui sistem la umplerea reelei.

Fig. 4.46. Schema structural a sistemului de reglare automat a presiunii

Fig. 4.47. Procesul tranzitoriu al SRA a presiunii la umplerea reelei

104


41/41


Schema structural i procesul tranzitoriu al sistemului de reglare automat anivelului sunt artate n figurile 4.48-4.49.

Fig. 4.48. Schema structural a sistemului de reglare automat a nivelului

Fig. 4.49. Procesul tranzitoriu al SRA a nivelului la umplerea rezervorului

105

4.1 pompe, instalatii si statii moderne de pompare a apei

Documents