DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2019.02.04

Про ефективність імпульсної подачі робочого середовища для покриття добового графіка навантажень насосної станції

Fedor Lukhtura, Marina Medvedieva

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 із різними блоками насосних установок і параметрами систем водопостачання при змінних навантаженнях на основі аналізу розробленої математичної динамічної моделі системи виробництва й розподілу робочого середовища (води). Отримана інженерна теорія послужила також основою для розробки алгоритмів оптимізації системи ступеневого регулювання подачі нагнітачів шляхом їх переведення на холостий хід, в т.ч. глибоким дроселюванням, або з повним відключенням приводного двигуна, на змінних режимах роботи насосної станції при покритті нерівномірних графіків її навантажень з оцінкою витрат споживаної енергії, з метою підвищення економічної ефективності та вибору певного складу насосного обладнання в пропонованих режимах. Визначено, в залежності від ємності мережі та акумулюючих пристроїв, величини споживання рідини і режимів регулювання, раціональні компоновки насосного обладнання з мінімізацією споживання електроенергії. Оцінені 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 «електропривод–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 та 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 сягає 15 % порівняно 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 як робоче середовище газ, для покриття нерівномірних навантажень нагнітальних станцій.


Ключові слова


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

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


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, 3 (49), 63-71.

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, 1 (11), 62-65.

Bondarenko, G. A., Zharkov, P. E. Vintovyye kompressory v sistemakh obespecheniya szhatym vozdukhom [Screw compressors in compressed air supply systems]. Sumy, Izd-vo SumGU, 2003, 130.

Bondarenko, G. A. Vintovyye vozdushnyye kompressornyye stantsii [Screw air compressor stations]. Sumy, Izd-vo SumGU, 2003, 245.

Kryukov, O. V. Kompleksnaya optimizatsiya energopotrebleniya agregatov kompressornykh stantsiy [Integrated optimization of energy consumption of compressor station units]. Gazovaya promyshlennost' Gas industry, 2013, 30-33.

Stogney, V.G., Barracks, A. V. Optimizatsiya rezhimov raboty kompressornykh stantsiy promyshlennykh predpriyatiy: ucheb. posobiye [Optimization of operating modes of compressor stations of industrial enterprises: studies. manual]. Voronezh, Voronezh. politekhn. in-t., 1987, 87.

Kochkin, P. A., Mukhin, I. N. Metody povysheniya effektivnosti raboty kompressornykh stantsiy [Methods to improve the efficiency of compressor stations]. Informatizatsiya i sistemy upravleniya v promyshlennosti [Informatization and control systems in industry], 2009, 3(23).

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, 2 (19), 41-45.

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, 4 (21), 81-87.

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

Turk, V. I. Nasosy i nasosnyye stantsii [Pumps and pumping stations]. Moscow, Stroyizdat, 1976, 304.

Shevelev, F. A., Orlov, G. A. Vodosnabzheniye bol'shikh gorodov zarubezhnykh stran [Water supply of large cities of foreign countries].Moscow, Stroyizdat, 1987, 347.

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, 1 (18), 80-84.

Yevdokimov, A. Minimizatsiya funktsiy i yeye prilozheniye k zadacham avtomatizi-rovannogo upravleniya inzhenernymi setyami [Minimization of functions and its application to the tasks of automated management of engineering networks]. Kh.: Vishcha shkola, 1985, 288.

Yevdokimov, A. Optimal'nyye zadachi na inzhenernykh setyakh [Optimal problems on engineering networks]. Khar'kov, Vishcha shkola, 1976, 153.

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, 8, 14-16.

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]. Novosibirsk, 2006, 6, 61-64.

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

Sarbu, I., Borza, I. Energetic optimization of water pumping in distribution systems. Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng., 1998, 42, 2, 141-152.

Gevorkov, L., Vodovozov, V., Lehtla, T., Bakman, I. PLC-based flow rate control system for centrifugal pumps. 56th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON), 14-15 Oct. 2015. Riga, Latvia, 2015, doi: 10.1109/RTUCON.2015.7343115.

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, 26-28 Aug. 2014. Lappeenranta, Finland, 2014, doi: 10.1109/EPE.2014.6910988.

Annus, I., Uibo, D., Koppel, T. Pumps Energy Consumption Based on New EU Legislation. Procedia Engineering, 2014, 89, 517-524, doi: 10.1016/j.proeng.2014.11.473.

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), 4-6 April 2017. Cadiz, Spain, 2017, 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, 31, 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, 59, 4803-4809, doi:10.1109/TIE.2011.2176692.

Lukhtura, F., Medvedieva, М. On the application of pulsed supply of working environment in water supply systems. Bulletin of NTU "KhPI". Series: New solutions in modern technologies. – Kharkiv: NTU "KhPI", 2019, 5 (1330), xx–xx, doi:10.20998/2413-4295.2019.05.01.

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


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Бондаренко, Г. А. Инженерная теория регулирования винтовых компрессоров переводом на холостой ход / Г. А. Бондаренко // Вісник Сумського державного університету. Серія Технічні науки. – 2003. – №3 (49). – С. 63-71.
  2. 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.
  3. Бондаренко, Г. А. Винтовые компрессоры в системах обеспечения сжатым воздухом / Г. А. Бондаренко, П. Е. Жарков. – Сумы: Изд-во СумГУ. – 2003. – 130 с.
  4. Бондаренко, Г. А. Винтовые воздушные компрессорные станции / Г. А. Бондаренко. – Сумы: Изд-во СумГУ, 2003.– 245 с.
  5. Крюков, О. В. Комплексная оптимизация энергопотребления агрегатов компрессорных станций / О. В. Крюков // Газовая промышленность. – 2013. – С. 30-33.
  6. Стогней, В. Г. Оптимизация режимов работы компрессорных станций промышленных предприятий: учеб. пособие / В. Г. Стогней, А. В. Бараков. – Воронеж: Воронеж. политехн. ин-т., 1987. – 87 с.
  7. Кочкин, П. А. Методы повышения эффективности работы компрессорных станций / П. А. Кочкин, И. Н. Мухин // Информатизация и системы управления в промышленности. – 2009. – № 3(23).
  8. Штейнмиллер, О. А. Статическая и полирежимная оптимизация параметров насосного оборудования системы «районная насосная станция – абонентская сеть» / О. А. Штейнмиллер, А. Н. Ким // Вестник гражданских инженеров. – 2009. – № 2 (19). – С. 41-45.
  9. 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.
  10. Сумароков, С. В. Математическое моделирование систем водоснабжения / С. В. Сумароков. – Новосибирск : Наука, 1983. – 167 с.
  11. Турк, В. И. Насосы и насосные станции / В. И. Турк. – М. : Стройиздат, 1976. – 304 с.
  12.  Шевелев, Ф. А. Водоснабжение больших городов зарубежных стран / Ф. А. Шевелев, Г. А. Орлов. – М. : Стройиздат, 1987. – 347 с.
  13. 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.
  14. Евдокимов, А. Минимизация функций и ее приложение к задачам автоматизированного управления инженерными сетями / А. Евдокимов. – Харьков : Вища школа, 1985 – 288 с.
  15. Евдокимов, А. Оптимальные задачи на инженерных сетях / А. Евдокимов. – Харьков : Вища школа, 1976. – 153 с.
  16. 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.
  17. Костин, В. И. Регулирование производительности нагнетателей при смешанной схеме совместной работы / В. И. Костин // Известия вузов. Строительство. – Новосибирск, 2006. – № 6. – С. 61-64.
  18. Абрамов, Н. Н. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды / Н. Н. Абрамов. – М. : Стройиздат, 1972. – 288 с.
  19. Sarbu, I. Energetic optimization of water pumping in distribution systems / I. Sarbu, I. Borza // Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. – 1998. – Vol. 42, № 2. – P. 141-152.
  20. Tamminen, J. 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 Aug. 2014. Lappeenranta, Finland. – 2014. –doi: 10.1109/EPE.2014.6910988.
  21. Vodovozov, V. Circulation centrifugal pump with variable speed drives and minimal electricity 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. –doi: 10.1109/CPE.2017.7915193.
  22. Almeida, A. T. Market Transformation of Energy-Efficient Technologies in the EU / A. T. Almeida, P. Fonseca, H. Falkner, P. Bertoldi // Energy Policy. – 2003. – Vol. 31. – P. 563-575. – doi: 10.1016/S0301-4215(02)00100-3.
  23. Ahonen, T. 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. – P. 4803-4809. – doi: 10.1109/TIE.2011.2176692.
  24. 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», Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2019. – № 5 (1330). – С. 48-57. –doi: 10.20998/2413-4295.2019.05.07.
  25. Лухтура, Ф. И. О повышении эффективности работы нагнетательных станций / Ф. И. Лухтура, Н. В. Карнаух, М. В. Медведева, В. Ю. Ивашин // Вісник Приазовського державного технічного університету, Серія: Технічні науки. – 2018. – Вип. 37. – С.61-74. – doi:10.31498/2225-6733.37.2018.160239.
  26. 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», Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2019. – № 5 (1330). – С. 48-57. –doi: 10.20998/2413-4295.2019.05.07.
  27. Лухтура, Ф. И. О повышении эффективности работы нагнетательных станций / Ф. И. Лухтура, Н. В. Карнаух, М. В. Медведева, В. Ю. Ивашин // Вісник Приазовського державного технічного університету, Серія: Технічні науки. – 2018. – Вип. 37. – С.61-74. – doi:10.31498/2225-6733.37.2018.160239.