ЕвроТехсервис

Автоматизация водоснабжения водоотведения. Нижний Тагил

Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения

Достоинства: не надо источника энергии.

Измерение уровня жидкости

Измерение уровня жидких и сыпучих тел относится к вспомагательным операциям. Технические средства, применяемые для измерения уровня жидкости называются уровнемерами. Приборы, предназначенные для сигнализации предельных значений, называются сигнализаторами уровня.

При выборе уровнемера необходимо учитывать температуру, абразивные свойства, вязкость, электрическую проводимость, радиоактивность и химическую агрессивность среды. Кроме того учитываются свойства окружающей среды – огнеопасность, взрывоопасность.

По принципу действия выделяют:

1. указательные стекла;

Работа основана на принципе сообщающихся сосудов. Указательное стекло соединяют с сосудом нижним концом. По изменению положения уровня жидкости в стеклянной трубке судят об изменении уровня в сосуде.

Недостатки: предназначены для местного контроля уровня жидкости (длина не более 0,5 м).

Делятся на два вида: с поплавком постоянного погружения (рис. 17) и с поплавком переменного погружения (буйковые).

Рис. 17. Схема поплавкового уровнемера:

1 – поплавок; 2 – валы; 3 – грузик; 4 – шкала

Плотность поплавка 1 меньше плотности жидкости, в которую он погружен. На поплавок постоянного сечения действует выталкивающая сила F, которая по закону Архимеда определяется зависимостью F=ρgSx. Сила, противодействующая выталкивающей, создается силой тяжести поплавка G, т.е. G=F=const. Степень погружения поплавка определяется как x=G/ρgS=const. Следовательно, поплавок повторяет перемещение столба жидкости x=f(H).

Такие уровнемеры используются для измерения небольших уровней и только для местного контроля. Недостаток: перевернутая шкала с нулем вверху.

У буйковых уровнемеров плотность поплавка больше плотности жидкости. Буек изготавливается из металла и имеет цилиндрическую форму. Для удержания в сосуде с жидкостью буек сверху придавливается грузом или пружиной. Перемещение буйка преобразуется в выходной сигнал с помощью электрических и пневматических преобразователей. Недостатки: большая металлоемкость, недостаточная надежность и точность из-за наличия кинематических узлов, невозможность применения в вязких и кристаллизующихся средах.

Применяется в однородных, в том числе агрессивных средах, в сосудах, находящихся при высоких статических давлениях до 25 МПа, при высоких температурах до +450. Диапазон измерения 0,2÷16 м. Класс точности 1,5.

Измерение уровня жидкости с постоянной плотностью сводится к измерению давления, создаваемого столбом жидкости, т.е. Р=ρgH, где Н – высота столба жидкости.

Гидростатические уровнемеры подразделяются на пьезометрические и с непосредственным измерением столба жидкости.

1. Пьезометрические – с непрерывным продуванием воздухом или газом (рис. 18). Применяют для измерения уровня разнообразных жидкостей в том числе агрессивных в сосудах, находящихся под давлением и в открытых резервуарах.

Рис. 18. Схема пьезометрического уровнемера

Принцип действия: в трубку 1 подается сжатый воздух через ротаметр 2. В момент равенства давлений воздуха, подаваемого в трубку, и давления, создаваемого столбом жидкости высотой Н, из трубки начинают выходить пузырьки воздуха с частотой 1-3 пузырька в секунду. Показания снимаются по вторичному прибору – манометру 3. Недостатки: требуется ручная корректировка; сосуд должен быть прозрачный; удаленность приборов не более 30 м.

2. Гидростатические с непосредственным измерение столба жидкости (с дифманометром) (рис.19).

Рис. 19. Схема уровнемера с дифманометром

Высота столба жидкости в первом колене дифманометра 3 поддерживается постоянной, за счет уравнительного сосуда 2, который заполняется той же жидкостью, что и сосуд 1. Вентиль 4 после выравнивания уровней в сосудах 1и 2 необходимо закрыть. При изменении уровня жидкости в сосуде 1, высота столба жидкости во втором колене изменяется, соответственно изменяется и давление. По величине перепада давления судят об уровне жидкости. .

В электрических уровнемерах положение уровня жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Наиболее распространены омические и емкостные уровнемеры.

Омические уровнемеры (рис. 20) используют для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей.

Рис. 20. Схема омического уровнемера

Чувствительным элементом является электрод Э, который располагается на определенном уровне в измерительном сосуде. Принцип действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением. В эту цепь включается электромагнитное реле К1, который своими контактами К1.1 и К1.2 переключает необходимые цепи. В качестве электродов используют металлические стержни, а для агрессивных жидкостей – угольные электроды.

Омические уровнемеры нельзя использовать в вязких и кристаллизующихся средах.

Преобразователь емкостного уровнемера представляет собой электрический конденсатор, емкость которого зависит от уровня жидкости. Принцип действия основан на использовании диэлектрических свойств контролируемой среды. Конденсатор может быть выполнен в виде цилиндрических стержней (рис. 21, а) или пластин, расположенных параллельно друг к другу (рис. 21, б) и включенныех в схему измерительного моста.

Емкость преобразователя равна сумме емкостей двух участков:

где Сh – емкость участка, погруженного в жидкость с диэлектрической проницаемостью (εж ); СH-h – емкость участка, находящегося в среде с диэлектрической проницаемостью среды (εср ).

Рис. 21. Схема емкостного уровнемера

В них используются диэлектрические свойства среды. Достоинства: нет движущихся частей; возможность измерения уровня в сосудах, находящихся под давлением и разрежением, при высокой и низкой температуре, почти во всех чистых и агрессивных жидкостях, кроме вязких и кристаллизующихся сред.

В пьезоэлектрических ИПД действие основано на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристалла ( кварц, турмалин) от давления.

Классификация автоматических регуляторов

1. По роду энергии, используемой для приведения в действия:

2. По назначению различают регуляторы расхода, давления, температуры, уровня, соотношения параметров.

3. По способу действия: непосредственного или прямого действия и косвенного действия.

В регуляторах прямого действия усилие, необходимое для перемещения регулируемого органа, создается чувствительным элементом.

Регуляторы косвенного действия используют энергию постороннего источника.

4. По характеру изменения скорости регулирующего воздействия: с постоянной скоростью перемещения РО и с переменной скоростью перемещения РО.

5. По характеру действия различают регуляторы непрерывного (интегральные) и прерывистого действия.

Интегральные: И-регуляторы (астатические), пропорциональные П-регуляторы (статические) и изодромные ПИ-регуляторы.

Позиционные: импульсные и релейные.

Интегральными называют регуляторы, у которых при отклонении регулируемого параметра от заданного значения РО перемещается в одном направлении в пределах рабочего хода до тех пор, пока регулируемый параметр снова не примет заданного значения.

Пропорциональными называются регуляторы, у которых величина перемещения РО пропорциональна отклонению регулируемого параметра, т.е. каждое значение регулируемого параметра соответствует определенное положение РО.

Изодромные регуляторы обладают одновременно свойствами П-регуляторов и И-регуляторов.

Автоматическое управление насосами в системах водоснабжения

Насосные станции по оборудованию и протекающим в них технологическим процессам сравнительно легко поддаются автоматизации. Процессы, связанные с пуском, остановом и конт­ролем за состоянием насосно-силового оборудования, осуществля­ются в строго установленной последовательности автоматически, без непосредственного участия обслуживающего персонажа.

На насосных станциях автоматически выполняются следующие операции:

• пуск и останов агрегатов с выдержкой по времени как перед пуском после получения импульса управления, так и между отдельными операциями;

• включение одного или нескольких насосных агрегатов в уста­новленной последовательности, причем включение произво­дится либо на полное напряжение (прямой пуск), либо на по­ниженное с последующим включением на полное напряжение после установленной выдержки (ступенчатый пуск);

• создание и поддержание необходимого разрежения во всасы­вающем трубопроводе и насосе перед пуском, если он не на­ходится под заливом;

• открытие и закрытие задвижек на трубопроводах в определен­ном порядке при пуске и останове насосов;

• контроль за выполнением установленного режима при пуске, работе и останове насосов, отключение работающего насоса при нарушении режима его работы и включение резервного насоса;

• передача сигналов о работе насосных агрегатов и аварийных ситуациях на диспетчерский пункт;

• защита насосных агрегатов при перегреве подшипников, вследствие работы насоса без залива, при перегрузке привод­ного электродвигателя и т. п.;

• отопление и вентиляция станций, их охрана от проникновения посторонних лиц, а также включение и отключение дренаж­ных насосов.

На насосных станциях может проводиться автоматическое ре­гулирование напора и производительности агрегатов. Оно может осуществляться либо на входе воды в насос, либо на выходе из него путем дросселирования задвижками на трубопроводах или изменением скорости вращения насоса. Проводятся контроль за давлением воды во всасывающей и напорной линиях насосов, температурой подшипников и сальников, наличием напряжения на вводных шинах насосной станции и на шинах щита автомати­ческого управления, а также защита насосных агрегатов от корот­кого замыкания, перегрузки и т.п. При появлении перечислен­ных недопустимых отклонений срабатывает реле защиты, выклю­чая агрегаты из работы. Последующее включение агрегатов в работу возможно лишь после устранения неполадок.

При автоматическом управлении включение и останов насос­ных агрегатов осуществляется с помощью реле уровня, установ­ленного, например, над баком водонапорного сооружения или резервуара, а также реле давления, установленного в характерных точках сети. Полученный от реле сигнал обеспечивает необходи­мые переключения в схемах управления и сигнализации, вслед­ствие чего насосы включаются в определенной последователь­ности. Возможные варианты автоматического включения насосов и осуществления их залива перед пуском в работу показаны на рис. 46.

Рис. 46. Схема основных функций автоматики насосных станций

Автоматическое управление насосами в системах и водоотведения

Одним из основных назначений систем автоматического управления канализационных станций является поддержание в заданных пределах уровня жидкости в приемных резервуарах.

Электродные датчики, используемые для контроля залива насосов, широко применяются также для контроля наличия воды в трубопроводах при эксплуатации автоматизированных насосных станций. Схема автоматического управления насосной станцией с тремя агрегатами приведена на рис. 47.

Рис. 47. Схема автоматического управления насосной станцией: 1– подводящий трубопровод; 2 – обводной аварийный трубопровод; 3 – механизированная решетка; 4 – соленоидный клапан; 5 – молотковая дробилка; 6 – насосы; КУР – кнопка управления решеткой; КУД – кнопка управления задвижкой; КУЗ – кнопка управления задвижкой; КУН – кнопки управления насосами; ПУ – переключатель управления; ДСУ – датчик сельсинного устройства; УСП – универсальный сельсинный приемник; КА – кнопка аварийная; МП – магнитный пускатель

Пуск первого насоса происходит при подъеме уровня жидкости в приемном резервуаре до положения, соответствующего наполнению подводящего коллектора до 80%. При дальнейшем повышении уровня последовательно включаются второй и третий насосы. Их отключение происходит в обратном порядке. Пуск и отключение насосов производятся с помощью реле уровня и реле времени. При аварии и выходе из строя основного оборудования происходит автоматическое переключения подводящего коллектора на обводной с помощью включенных в схему управления задвижек и шиберов. Схема такой автоматизированной насосной станции отличается высокой надежностью и дает возможность управления без обслуживающего персонала, что позволяет снизить эксплуатационные расходы на 15%. а расход электроэнергии — на 9,3%.

На городских станциях аэрации сбраживание осадков производится в метантенках с помощью «острого» пара. Эффективная эксплуатация этих сооружений требует обязательного применения автоматических устройств для поддержания в заданных пределах температуры сбраживания осадка и его перемешивания (t=45˚C). Большое значение имеет также автоматизация контроля ряда параметров процесса, к которым относятся расходы сырого и сброженного осадков, уровень осадка в метантенке, давление и расход газа, pH и др.

На рис. 55 представлена функциональная схема автоматизации метантенка. При автоматическом управлении подогревом осадка измеритель температуры помещается в центре метантенка. С помощью этого датчика сигнал об изменении температуры осадка передается на интеллектуальный преобразователь температуры МЕТРАН-280. При температуре ниже заданного значения автоматически включается насос перемешивания осадка и задвижка на его напорной линии. Одновременно открывается запорно-регулирующий клапан на паропроводе и во всасывающий патрубок насоса подается пар для подогрева осадка. Перемешивание осадка производится одновременно с его подогревом. После увеличения температуры до заданного значения термопреобразователь подает сигнал, вызывающий отключение паропровода, остановку насоса и закрытие напорной задвижки.

Для измерения величин расхода пара, его температуры и давления используется расходомер.

Рис. 55. Функциональная схема автоматизации метантенка

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет

Кафедра электропривода и автоматизации

Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения

Конспект лекций
для студентов образовательной программы 270800.62 (08.03.01) «Строительство» профиль «Водоснабжение и водоотведение»

всех форм обучения

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления

270800.62 «Строительство» в качестве электронного издания

для использования в учебном процессе