DOI: https://doi.org/10.31498/2225-6733.38.2019.181294

Про ефективність використання імпульсної подачі робочого середовища в системах водопостачання

F. I. Lukhtura, M. V. Medvedieva, I. A. Kukin, N. S. Sidorenko

Анотація


Розглянуто практичне використання отриманих раніше теоретичних результатів із застосуванням імпульсного (циклічного) підключення насосів, що працюють на мережу, для покриття суттєво змінних навантажень насосної станції. Проведено аналіз ефективності роботи насосних станцій з різними блоками насосних установок і параметрами систем водопостачання при змінних навантаженнях на основі аналізу розробленої математичної динамічної моделі системи виробництва і розподілу робочого середовища (води). Отримана інженерна теорія послужила також основою для розробки алгоритмів оптимізації системи регулювання подачі нагнітача шляхом його переводу на холостий хід, в т. ч. глибоким дроселюванням, при ступінчастому регулюванні або з повним відключенням приводного двигуна, для аналізу роботи насосної станції на змінних режимах при покритті нерівномірних графіків її навантажень з оцінкою витрат споживаної енергії, з метою визначення та підвищення економічної ефективності від використання різного складу насосного обладнання в пропонованих режимах. Визначено, в залежності від ємності мережі та акумулюючих пристроїв і величини споживання рідини раціональні компоновки насосного обладнання, ефективні значення тривалості імпульсів подачі робочого середовища агрегатами насосної станції та паузи між імпульсами, а також сквапності імпульсів, при використанні різних блоків насосного обладнання. При цьому важливою характеристикою надійності системи «електропривід-насос» є частота циклів, що лімітують кількість регламентованих включень електродвигунів відповідної потужності. Показано суттєвий вплив перерахованих факторів і зазначених функціональних параметрів на характеристики імпульсного підключення нагнітачів і інтенсивність подачі енергоносія при змінних навантаженнях. Характерно, що при порівнянні різних режимів імпульсної подачі (з холостим ходом і без) кращим режимом є режим з повним відключенням насосів від мережі. При цьому ефективність зростає з ростом числа експлуатованих агрегатів і досягає 15% в порівнянні з традиційним способом подачі робочого середовища для покриття змінних навантажень станції. Отримані результати також можуть бути корисні для вирішення оптимізаційних завдань при роботі насосної станції на змінних режимах при покритті її річних графіків навантажень. Даний підхід і представлені рішення можуть бути поширені на інші класи нагнітальних станцій з компресорами або вентиляторами, що використовують газ як робоче середовище для покриття нерівномірних навантажень нагнітальних станцій

Ключові слова


графіки навантажень; насосна станція; насос; робоче середовище; енергія; акумулятор; імпульсне (циклічне, поетапне) регулювання; ефективність

Посилання


Список использованных источников (ГОСТ):

Бондаренко Г.А. Инженерная теория регулирования винтовых компрессоров перево-дом на холостой ход / Г.А. Бондаренко // Вісник Сумського державного університету. – 2003. – № 3 (49). – С. 63-71. – (Серія : Технічні науки).

Бондаренко Г.А. Некоторые особенности работы компрессоров на пневмосеть / Г.А. Бондаренко, В.В. Шишов // Проектирование и моделирование. Компрессорное и энергетическое машиностроение. – 2008. – № 1 (11). – С. 62-65.

Бондаренко Г.А. Винтовые компрессоры в системах обеспечения сжатым воздухом / Г.А. Бондаренко, П.Е. Жарков. – Сумы: СумГУ. – 2003. – 130 с.

Бондаренко Г.А. Винтовые воздушные компрессорные станции / Г.А. Бондаренко. – Сумы : СумГУ, 2003. – 245 с.

Штейнмиллер О.А. Статическая и полирежимная оптимизация параметров насосного оборудования системы «районная насосная станция – абонентская сеть» / О.А. Штейн-миллер, А.Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. – 2009. – № 2 (19). – С. 41-45.

Штейнмиллер О.А. Численные методы решения задачи оптимального синтеза повысительных систем подачи и распределения воды микрорайона / О.А. Штейнмиллер // Вестник гражданских инженеров. – 2009. – № 4 (21). – С. 81-87.

Сумароков С.В. Математическое моделирование систем водоснабжения / С.В. Сумаро-ков. – Новосибирск : Наука, 1983. – 167 с.

Штейнмиллер О.А. Задача оптимального синтеза повысительных систем подачи и распределения воды (СПРВ) микрорайона / О.А. Штейнмиллер, А.Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. – 2009. – № 1 (18). – С. 80-84.

Копытин А.Н. Современные подходы в определении эффективности работы насосных агрегатов / А.Н. Копытин, О.Ю. Царинник // Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2007. – № 8. – С. 14-16.

Костин В.И. Регулирование производительности нагнетателей при смешанной схеме совместной работы / В.И. Костин // Известия ВУЗов. Строительство. – Новосибирск, 2006. – № 6. – С. 61-64.

Абрамов Н.Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды / Н.Н. Абрамов. – М. : Стройиздат, 1972. – 288 с.

Sarbu I. Energetic optimization of water pumping in distribution systems / I. Sarbu, I. Borza // Periodica Polytechnica. – 1998. – Vol. 42, № 2. – Pp. 141-152. – (Series : Mechanical Engineering).

Variable speed drive-based pressure optimization of a pumping system comprising individual branch flow control elements / J. Tamminen, T. Ahonen, A. Kosonen, J. Ahola, J. Tolvanen // 16th European Conference on Power Electronics and Applications (26-28 August 2014; Lappeenranta, Finland). – 2014. – Pp. 1-11. – Mode of access: DOI: 10.1109/EPE.2014.6910988.

Vodovozov V. Circulation centrifugal pump with variable speed drives and minimal electric-ity consumption / V. Vodovozov, L. Gevorkov, Z. Raud, // 11th IEEE International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG) (4-6 April 2017; Cadiz, Spain). – 2017. – Pp. 334-339. – Mode of access: DOI: 10.1109/CPE.2017.7915193.

Market Transformation of Energy-Efficient Technologies in the EU / A.T. Almeida, P. Fonseca, H. Falkner, P. Bertoldi // Energy Policy. – 2003. – Vol. 31. – Pp. 563-575. – Mode of access: DOI: 10.1016/S0301-4215(02)00100-3.

Frequency-Converter-Based Hybrid Estimation Method for the Centrifugal Pump Operational State / T. Ahonen, J. Tamminen, J. Ahola, J. Kestilä // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2012. – Vol. 59. – Pp. 4803-4809. – Mode of access: DOI: 10.1109/TIE.2011.2176692.

Лухтура Ф.И. О применении импульсной подачи рабочей среды в системы водоснабжения / Ф.И. Лухтура, М.В. Медведева // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків : НТУ «ХПІ». – 2019. – № 5 (1330). – С. 48-57. – (Серія : Нові рішення в сучасних технологіях). – Режим доступу: DOI: 10.20998/2413-4295.2019.05.07.

О повышении эффективности работы нагнетательных станций / Ф.И. Лухтура, Н.В. Карнаух, М.В. Медведева, В.Ю. Ивашин // Вісник Приазовського державного технічного університету. – 2018. – Вип. 37. – С.61-74. – (Серія : Технічні науки). – Режим доступу: DOI: 10.31498/2225-6733.37.2018.160239.

References:

Bondarenko G.A. Inzhenernaya teoriya regulirovaniya vintovykh kompressorov perevodom na kholostoy khod [Engineering theory of regulation of screw compressors by transfer to idle]. Vísnik Sums’kogo derzhavnogo uníversitetu – The Sumy State University Bulletin, 2003, no. 3 (49), pp. 63-71. (Rus.)

Bondarenko G.A., Shishov V.V. Nekotoryye osobennosti raboty kompressorov na pnevmoset’ [Some features of the operation of compressors on the pneumatic network]. Proyektirovaniye i modelirovaniye. Kompressornoye i energeticheskoye mashinostroyeniye – Design and modeling. Compressor and power engineering, 2008, no. 1 (11), pp. 62-65. (Rus.)

Bondarenko G.A., Zharkov P.E. Vintovyye kompressory v sistemakh obespecheniya szhatym vozdukhom [Screw compressors in compressed air supply systems]. Sumy, SumGU Publ., 2003. 130 р. (Rus.)

Bondarenko G.A. Vintovyye vozdushnyye kompressornyye stantsii [Screw air compressor stations]. Sumy, SumGU Publ., 2003. 245 р. (Rus.)

Shteynmiller O.A., Kim A.N. Staticheskaya i polirezhimnaya optimizatsiya parametrov nasosnogo oborudovaniya sistemy «rayonnaya nasosnaya stantsiya – abonentskaya set’» [Static and multi-mode optimization of the parameters of the pumping equipment of the system «district pumping station – subscriber network»]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2009, no. 2 (19), pp. 41-45. (Rus.)

Shteynmiller O.A. Chislennyye metody resheniya zadachi optimal’nogo sinteza povysitel’nykh sistem podachi i raspredeleniya vody mikrorayona [Numerical methods for solving the problem of optimal synthesis of upgrading water supply and distribution systems in a microdistrict]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2009, no. 4 (21), pp. 81-87. (Rus.)

Sumarokov S.V. Matematicheskoye modelirovaniye sistem vodosnabzheniya [Mathematical modeling of water supply systems]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1983. 167 p. (Rus.)

Shteynmiller O.A., Kim A.N. Zadacha optimal’nogo sinteza povysitel’nykh sistem podachi i raspredeleniya vody (SPRV) mikrorayona [The task of optimal synthesis of upgrading water supply and distribution systems (SPRV) of the microdistrict]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2009, no. 1 (18), pp. 80-84. (Rus.)

Kopytin A.N., Tsarinnik O.Yu. Sovremennyye podkhody v opredelenii effektivnosti raboty nasosnykh agregatov [Regulation of supercharger performance with a mixed scheme of joint work]. Santekhnika, otopleniye, konditsionirovaniye – Plumbing, heating, air conditioning, 2007, no. 8, pp. 14-16. (Rus.)

Kostin V.I. Regulirovaniye proizvoditel'nosti nagnetateley pri smeshannoy skheme sovmestnoy raboty [Regulation of supercharger performance with a mixed scheme of joint work]. Izvestiya vuzov. Stroitel’stvo – News of universities. Building, 2006, no. 6, pp. 61-64. (Rus.)

Abramov N.N. Teoriya i metodika rascheta sistem podachi i raspredeleniya vody [Theory and method of calculating water supply and distribution systems]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1972. 288 p. (Rus.)

Sarbu I., Borza I. Energetic optimization of water pumping in distribution systems. Periodica Polytechnica. Series: Mechanical Engineering, 1998, no. 42, vol. 2, pp. 141-152.

Tamminen J., Ahonen T., Kosonen A., Ahola J., Tolvanen J. Variable speed drive-based pressure optimization of a pumping system comprising individual branch flow control elements. 16th European Conference on Power Electronics and Applications, Lappeenranta, Finland, 2014, pp. 1-11. doi: 10.1109/EPE.2014.6910988.

Vodovozov V., Gevorkov L., Raud Z. Circulation centrifugal pump with variable speed drives and minimal electricity consumption. 11th IEEE International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG), Cadiz, Spain, 2017, pp. 334-339. doi: 10.1109/CPE.2017.7915193.

Almeida A.T., Fonseca P., Falkner H., Bertoldi P. Market Transformation of Energy-Efficient Technologies in the EU. Energy Policy, 2003, no. 31, pp. 563-575. doi: 10.1016/S0301-4215(02)00100-3.

Ahonen T., Tamminen J., Ahola J., Kestilä J. Frequency-Converter-Based Hybrid Estimation Method for the Centrifugal Pump Operational State. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012, no. 59, pp. 4803-4809. doi: 10.1109/TIE.2011.2176692.

Lukhtura F. I., Medvedeva M.V. O prymenenyy ympul’snoy podachy rabochey sredy v systemy vodosnabzhenyya [On the application of pulsed supply of a working medium to water supply systems]. Visnyk Natsional’noho tekhnichnoho universytetu «Kharkivs’kyy politekhnichnyy instytut». Seriya: Novi rishennya v suchasnykh tekhnolohiyakh – Bulletin of the National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute». Series: New solutions in modern technologies, 2019, no. 5 (1330), pp. 48-57. doi: 10.20998/2413-4295.2019.05.07. (Rus.)

Lukhtura F.I., Karnaukh N.V., Medvedeva M.V., Ivashin V.Yu. O povyshenyy éffektyvnosty raboty nahnetatel’nykh stantsyy [On increasing the efficiency of injection stations]. Visnyk Pryazovs’koho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu. Seriya: Tekhnichni nauky – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technіcal sciences, 2018, iss. 37, pp. 61-74. doi: 10.31498/2225-6733.37.2018.160239. (Rus.)


Метрики статей

Завантаження метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Лицензия Creative Commons
Вміст даного сайту доступний згідно з ліцензією Creative Commons «Attribution» («Атрибуція») 4.0 Всесвітня.