Приводы в системах защиты от наводнений

Официальный поставщик продукции Leroy-Somer

От Нового Орлеана до Нидерландов мир полон мест, которым угрожает наводнение. И вековое оружие в борьбе со стихийными бедствиями — водяной насос — продолжает становиться все более эффективным благодаря использованию двигатели с переменной скоростью вращения и движущие силы, которые ими управляют.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в период с 1998 по 2017 год наводнения унесли жизни более два миллиарда человек по всему миру. Помимо непосредственной опасности для жизни людей, наводнения могут опустошать сельскохозяйственные угодья (часто расположенные на пойменной территории) и наносить ущерб как структурным, так и инфраструктурным активам населенных пунктов.

И со все более интенсивными ливнями и повышением уровня моря оба наблюдаемых последствия изменения климата, сильное наводнение ожидается, что он станет более распространенным, по крайней мере, в краткосрочной и среднесрочной перспективе.

Технология предварительной откачки была в основном ограничена строительством земляных сооружений, насыпей, плотин и отводных каналов. Затем паровой двигатель позволил викторианцам на востоке Англии работать мощные насосы чтобы земли, расположенные ниже уровня моря, могли быть достаточно хорошо осушены для ведения сельского хозяйства. В двадцатом веке паровая энергия уступила место мощи дизельного топлива, а затем — с 1970-х годов — электричеству.

С какими проблемами сталкивается моторизованный напорный насос? И почему двигатели с регулируемой частотой вращения являются особенно подходящим ответом на них?

Паводковая вода по определению непредсказуемый. Если его поступление — в потенциально подавляющем масштабе — следует за длительным периодом засухи, насосы, которые некоторое время стояли без движения, необходимо активировать мгновенно, мощно и эффективно, чтобы начать перекачивать большие объемы воды (крупнейшая в мире насосная станция за пределами Нового Орлеана может перекачивать 150 000 галлонов паводковой воды в секунду) при постоянно меняющихся скоростях потока.

Различная степень реагирования на наводнение достигается, в первую очередь, за счет изменения количества работающих насосов.

В системах защиты от наводнений необходимо использовать несколько насосов (даже в самых маленьких конструкциях рабочий насос должен иметь резервный). Распределение работы между большим количеством насосов меньшего размера, а не меньшим количеством насосов большего размера — это первый шаг к созданию более безопасной и управляемой системы. Кроме того, чем меньше насос, тем менее он подвержен нагрузкам из-за проблем с плавающим мусором, вихрями и захваченным воздухом.

После этого двигатели с регулируемой частотой вращения являются необходимым условием, если насосы должны взаимодействовать с характерной динамикой поведения паводковой воды с оптимальная эффективность.

Прямой запуск (или остановка) насоса для подачи паводковой воды, вероятно, вызовет гидравлический удар после резкого изменения расхода по трубе. Эти гидравлические удары сокращают срок службы оборудования и приводят к утечкам в соединениях и разрывам труб. Использование плавного пуска или частотно-регулируемых приводов (ЧРП) обеспечивает плавное ускорение вращения насоса до номинальной скорости; с ЧРП, предлагающим дополнительное преимущество полностью регулируемой частоты вращения двигателя после этого.

Несмотря на то, что в принципе желательно, эффективное регулирование скорости двигателей паводковых насосов может быть сложное дело.

Например, хотя с точки зрения энергопотребления имеет смысл, чтобы двигатель с регулируемой частотой вращения работал не быстрее, чем это строго требуется, насосы и трубы, которые работают с большими объемами паводковой воды, могут, в зависимости от конструкции, быть более или менее уязвимыми к накоплению отложений. Системы, в которых это является проблемой, могут обнаружить, что при работе на стабильно высокой скорости образование отложений сводится к минимуму, как и соответствующая механическая нагрузка на двигатели.

Также важно, чтобы насосы не переусердствовали. Например, в таких районах, как болота вокруг реки Грейт-Уз, необходимо регулировать уровень воды, чтобы обеспечить судоходство (прогулочные суда сегодня там, где когда-то было коммерческое движение по водным путям). Другими словами, необходимо найти баланс между тем, ни недостаточный дренаж ни перерасход.

Поэтому проектировщик системы защиты от наводнений должен тщательно рассчитать целевые уровни воды в окружающей среде, подлежащей защите. Это точки сбора данных, которые приводы будут использовать для определения скорости двигателя: чем выше уровень воды поднимается выше целевого уровня, тем быстрее будет работать насос; чем ниже уровень воды падает, тем больше насос будет замедляться.

Помимо этого, чем более программируема система, тем больше возможностей существует для различных видов эффективности. Будь то с помощью ПЛК или интегрированной технологии пропорционально-интегральной производной (PID), предварительно установленные значения могут изменяться в соответствии с календарем, чтобы можно было учитывать сезонные колебания уровня воды. И, дополняя операции в режиме реального времени, системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) могут использоваться для предоставления информации о предстоящих изменениях погоды.

Центробежные насосы предпочтительны в системах защиты от наводнений из-за их мощности, простоты и относительно небольших размеров. Таким образом, благодаря законам сродства центробежного насоса и вентилятора достигается значительная экономия энергии при снижении частоты вращения двигателя (снижение частоты вращения двигателя на 25% приравнивается к снижению энергопотребления почти на 60% и так далее).

Это важно при рассмотрении обычно высоких эксплуатационных расходов насосной станции, некоторые из которых по экономическим соображениям по-прежнему предпочитают дизельные двигатели (хотя такие системы должны довольствоваться уровнем эффективности около отметки 20-40%).

И так, когда дело доходит до строительства новых (или переоборудования старых) насосных станций для паводковой воды, электрические системы с переменной скоростью, как правило, в настоящее время также пользуются популярностью. Помимо выдающихся преимуществ управляемости, эффективности и экономичности, они также сравнительно бесшумны — важное конструктивное соображение для систем в более густонаселенных средах (и, следовательно, в некоторых системах предпочтение отдается жидкостному охлаждению, а не воздушному охлаждению двигателей и приводов).

Что касается будущего, то все моторизованные системы становятся умнее, сочетая более сложную автоматизацию со все более доступными интерфейсами. С, в частности,появление возможности подключения к телефонным приложениям,возможности для управления двигателем, мониторинга и технического обслуживания диверсифицируются и развиваются в направлении создания все более эффективных систем, что в контексте защиты от наводнений означает все более безопасную окружающую среду.