Управление на водни помпи и помпени системи

BиК операторите са под постоянен натиск от увеличаващите се разходи за електроенергия, както и заради климатичните промени и динамиката в законодателството в сектора. От голямо значение за тях е да разработят стратегии за намаляване на експлоатационните разходи и същевременно да оптимизират производителността на активите. Често явление е канализационните помпи да засмукват и препомпват влакнести материали, които водят до блокирането им.

Има случаи, в които това може да се случи няколко пъти на ден. Прекъсването на работата на помпата може да продължи до няколко дни, като през това време байпасните връзки на помпената станция са претоварени. Тотален срив на системата може да предизвика изтичане на отпадъчни води, което би довело до въздействия върху околната среда и човешкото здраве, увеличаване на разходите за почистване и нарушаване на законите.

Системите за управление на помпи подобряват осезателно надеждността и ефективността им, като намаляват до минимум времето им на престой, значително редуцират експлоатационните разходи и същевременно подобряват пропускателния им капацитет.

Системите за управление на помпи регулират действието им за постигане на оптимални дебити и напори на водата. ВиК операторите настройват своите системи за управление, така че да поддържат: минимални напори от най-малко 20 м воден стълб за пожарогасене; нужните нива на водата в напорните резервоари и хидрофорите; концентрацията на хлор във водоснабдителните системи; подходяща защита на помпите и електрооборудването при извънредни ситуации като сривове в електрозахранването, спиране подаването на вода, промени на напрежението в мрежата и повреда на оборудването.

Регулираща арматура за помпи
За помпени системи, при които защитата от пренапрежение и икономиите на електроенергия са от критично значение, обикновено се използва регулираща арматура (спирателни кранове) за помпи. Спирателните кранове се свързват електрически със системата за управление на помпите и осигуряват регулируеми времена на отваряне и затваряне за прекъсване на водния поток според критичния за системата период на срив.

За разлика от възвратните клапани, скоростта на работа на спирателните кранове не се влияе от скоростта на водния поток или неговото налягане. Сферичният спирателен кран е подходяща регулираща арматура за помпени системи, тъй като осигурява нужните проценти на ограничаване на дебита, има солидна конструкция и практически нулеви местни напорни загуби. За водопроводи за чиста вода могат да се използват дискови спирателни кранове, а за отпадъчна вода - ексцентрични конусни спирателни кранове.

Технологична последователност
Когато помпата бъде стартирана и създаде налягане, диференциалният манометър, монтиран на напорния щуцер на помпата, подава сигнал на спирателния кран да се отвори. По време на процеса на спиране, на крана се подава сигнал да се затвори, докато помпата продължава да работи. Когато спирателният кран е в почти затворено положение, краен прекъсвач, монтиран на спирателния кран, спира помпата. След спиране на електроенергията, водният поток бързо започва да тече в обратна посока. Спирателният кран трябва да се затвори бързо, за да се предотврати обратно завъртане на помпата и бързо изпразване на хидрофора.

Спирателният кран е оборудван със задвижващ хидравличен цилиндър. Цилиндърът може да бъде задвижван чрез вода под напор, подавана от водопровода или от независима система с масло. Хидравличните устройства за управление, свързани чрез електрическа връзка с блока за управление на помпата, се монтират на самия кран или на табло.

Електромагнитните хидравлични разпределители направляват работната течност към отворите на цилиндъра, за да се задвижи крана. Скоростта на отваряне и затваряне се управлява от вентили за регулиране на дебита. Хидравличното устройство за управление на крана има байпасна тръба, през която водният поток заобикаля контролния клапан за нормална работа и преминава през друг, бързо затварящ се клапан.

Спирателният кран може да бъде оборудван с електромотор, в случай че липсва подаване на чиста вода за задвижването с цилиндър. Времената на отваряне и затваряне могат да бъдат регулирани на място с помощта на специално управляващо устройство за мотора. За защита на помпата и системата в случай на спиране на електрозахранването, спирателният кран може да има резервно електрозахранване от акумулаторна батерия.

Функцията на хидравличния блок е да управлява надеждно сферичния спирателен кран за регулиране на помпата с помощта на вода или масло. За разлика от спирателния кран, задвижван от електромотор, този блок за управление позволява настройка на място на времето на работа на крана, така че той да отговори на характеристиките на напорния тръбопровод в случай на хидравличен удар.

Устройствата за управление са монтирани в блока и са фабрично свързани с клеморед в разпределителна кутия за по-лесен монтаж. Те могат да бъдат монтирани в специален шкаф за защита на оборудването в агресивни среди.

Има четири щуцера за налягане: подаване, изпразване, отваряне и затваряне. Щуцерът за подаване е снабден със спирателен кран и манометър за по-лесно отстраняване на повреди в системата за управление. Щуцерите за подаване и изпразване се управляват от месингови двупътни нормално отворени електромагнитни клапани, свързани с твърда месингова тръба, за осигуряване на бързо затваряне на крана в случай на прекъсване на електрозахранването, така че да се намали до минимум обратния ход на помпата.

Времето на затваряне на крана в извънредни обстоятелства се регулира в рамките на 10-30 секунди чрез балансиращия клапан в долната камера. Нормалното отваряне и затваряне на спирателния кран се управлява от месингов четирипътен електромагнитен клапан и допълнителни спирателни кранове с независимо управление. Спирателните кранове за регулиране на дебита позволяват независимо управление на времената на действие в рамките на 30 до 600 секунди.

Електромагнитните клапани са електрически свързани с разпределителната кутия чрез водонепропусклив тръбопровод. Кабелите на електромагнитните клапани са свързани с клемите в разпределителната кутия.

Когато са нужни допълнителни функции за контрол или се желае управление на много такива едновременно, се използват програмируеми логически контролери. Те могат да бъдат програмирани на място за неограничен брой конфигурации за вход/изход.

Система за управление
Мембранният резервоар съдържа въздух под налягане и вода, разделени от мембрана. Когато налягането на водата се промени, въздухът се свива или разширява, при което диференциалния манометър се включва или изключва. Това осигурява буфер, който намалява броя цикли на помпата и защитава от хидравличен удар.

Някои от компонентите на тази система са:
• Главното захранване и предпазителите са обединени в един блок, който предпазва управляващите устройства, електронните компоненти и помпите от свръхнапрежение. Той се монтира на мястото на свързване на външното електрозахранване с мрежата на помпената станция.
• Ръчният прекъсвач служи за включване и изключване на захранването. Пултът за управление предпазва потопяемите помпи от ниско или високо напрежение, от спад на водното ниво, от кладенци с нисък дебит, от колматирани филтри на тръбни кладенци, от повредени помпи и електромотори и твърде чести включвания и изключвания. В пултовете за управление на помпите обикновено има микропроцесори, които следят напрежението на електрозахранването и консумираната от мотора й мощност.
• Диференциалният манометър измерва напора в тръбопровода и подава сигнал на помпата да стартира или спре, при предварително зададени настройки за ниско и високо налягане. Диференциалните манометри могат да управляват потопяеми помпи в кладенци и стандартни центробежни помпи. Подходящите настройки за високо и ниско налягане позволяват едновременната работа на няколко помпи в режим на “водещи” и “следващи”.

Система за управление на водните нива в напорния резервоар
Напорните резервоари осигуряват допълнителен капацитет за покриване на върховата консумация и в някои случаи осигуряват резервно водоснабдяване при повреда на помпата в кладенеца. Центробежните помпи засмукват вода от резервоара и я препомпват във водопроводната мрежа. Диференциалните манометри отчитат налягането в тръбопровода и подават сигнал на помпите да се включат или изключат при предварително зададени налягания.

При промяна нивото на водата в резервоара, сензорите подават сигнал на блока за управление на водното ниво, който от своя страна подава сигнал на блока за управление на помпата, за да я включи или изключи. Дозаторната помпа за подаване на хлор се задейства, когато има напрежение, и подава хлорен разтвор в навлизащата в резервоара вода.

Стандартните компоненти на системата за управление включват:
• автоматичен превключвател – позволява на системата да работи в ръчен или автоматичен режим.
• алтернатор за помпи – автоматично включва резервна помпа при спиране на една или две помпи
• контролери за постоянно налягане за помпи – поддържат постоянен напор чрез промяна на скоростта на електромотора. За да могат да работят, помпите трябва да са оборудвани със специални електромотори с променлива честота.
• протектори за двигателите на потопяеми помпи – защитават електромоторите от високо или ниско напрежение, от твърде често включване или изключване при заблатени черпателни резервоари, при претоварване, при прегрели електромотори или при спад на водното ниво. Могат да бъдат монтирани в блока за управление на помпата или в автоматичния превключвател.
• стартери за електромоторите на помпите – осигуряват временно електрозахранване за стартиране на електромотори с високо напрежение. Могат да бъдат монтирани в блока за управление на помпата или в автоматичния превключвател.
• датчици за дебит – отчитат дебита на водата и подават сигнал на специални помпи – например на дозаторните помпи за химикали. Те могат да работят с програмируеми логически контролери, осигурявайки правилната доза химикал.
• поплавъчни превключватели за водно ниво или електроди – включват или изключват оборудването или сигнализацията в зависимост от нивото на водата в резервоара.
• ръчен превключвател за захранването на помпите в извънредни ситуации – превключва електрозахранването от мрежово на такова от резервен генератор.
• сензори за ниско водно ниво в кладенци – изключват помпите в кладенците, когато водата в тях спадне под нивото на най-ниско разположения датчик. Електрозахранването не се възстановява, докато водното ниво не достигне горния сензор.
• електромагнитни вентили – автоматично отварят и затварят спирателни кранове.
• датчик за часовете на работа на помпата – показва продължителността на работа на помпата.