УДК 628.12 Эффективность установки разнотипных насосов с

УДК 628.12
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСТАНОВКИ РАЗНОТИПНЫХ НАСОСОВ С ПРИВОДОМ
ОТ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА СТАНЦИЯХ
ЗАКРЫТЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
А.Т. Манушин, Хабиб Рахман (Афганистан)
ФГОУ ВПО МГУП, г. Москва, Россия
Перерасход электроэнергии, в большей или меньшей степени, имеет место на всех
наосных станциях. Потери энергии обусловлены избыточным давлением в голове
оросительной сети, дросселированием напора на задвижках, работой насосов вне зоны
максимальных значений КПД.
Даже если насосная станция работает в относительно равномерном режиме
водоподачи, не всегда удается так подобрать работающие насосы, чтобы на выходе
насосной станции не было избыточного напора, и при этом все агрегаты работали в зоне
оптимальных КПД. Еще сложнее обеспечить такую работу насосов в условиях
непрерывно изменяющихся расходов воды и требуемых напоров в голове сети.
Необходимо отметить, что избыточные напоры, развиваемые насосами, вызывают
не только перерасход энергии, но и приводят также к дополнительным потерям воды. Это
связано с тем , что вследствие повышения напоров в сети возрастает доля утечек и
непроизводительных расходов. Следовательно, ликвидация избыточных напоров в
диктующих точках сети и общее снижение напоров в сети, приводят к уменьшению
потерь воды и затрачиваемой на ее перекачку энергии. Таким образом, для повышения
КПД использования системы насосная станция – сеть, необходимо снизить избыточные
напоры в голове сети.
Основными мероприятиями для сокращения расхода электроэнергии потребляемой
асосной станцией являются:
обточка рабочих колес насосов,
использование насосов разной производительности,
применение насосных агрегатов с регулируемой частотой вращения двигателей.
В настоящей работе рассматривается вопрос снижения потребления топлива
насосной станцией, подающей воду в закрытую оросительную сеть
поливными
машинами типа Волжанка, за счет установки на станции насосов разной
производительности. Насосы разной производительности, установленные на станции,
обеспечивают более плавное покрытие заданного графика водопотребления с напорами,
близкими к требуемым по техническим характеристикам дождевальных машин.
Технические особенности станций закрытых оросительных систем, обусловленные
требованиями современной технологии орошения, предусматривают автоматическое
регулирование подачи воды насосами соответственно расходованию ее потребителями.
При этом насосная станция должна работать на экономичном режиме водоподачи.
Регулирование подачи воды станции может быть плавным (благодаря изменению
скорости вращения насосных агрегатов) или ступенчатым (изменением количества
работающих насосных агрегатов). Найболее распространенным является ступенчатое
изменение подачи воды на станции с автоматическим пуском и остановкой насосных
агрегатов в зависимости от требований водопотребителя (регулирование подачи воды по
спросу). Включение и отключение первого насосного агрегата и разменных насосов
производится по давлению, остальных насосов – по заданным расходам через равные
интервалы требуемой подачи воды.
Чтобы оценить влияние установки разменных агрегатов на величину потребления
энергии насосной станцией, были проведены технико-экономические исследования по
выбору оборудования дизельных насосных станций для закрытых оросительных систем
различной конфигурации и площади. Рассматривались найболее типичные Т-образные,
Ш-образные и П-образные схемы оросительных систем с различным уклоном местности.
В соответствии с заданной площадью назначались границы полей севооборота.
Размеры полей принимались в соответствии с принятыми дождевальными
машинами. Принцип работы и конструктивные параметры машин определяли площадь,
форму и конструкцию полей.В качестве дождевальных машин принимались машины типа
Волжанка с насадками высокого давления. Орошаемые земли предполагалось
использовать под шестипольный зерновой севооборот. Общая площадь орошения –
576…1152 га. Режим орошения отдельных сельскохозяйственных культур, входящих в
севооборот, и режим орошения совокупности культур, составляющих данный севооборот,
приняты для районов субаридной зоны орошения.
Трубы оросительной сети приняты стальными. Ежегодные отчисления на ремонт
элементов оросительной сети-4,9% от ее стоимости.
Минимально допустимое давление на входе в машину – 37 м, расчетное давление –
40 м, расход воды при расчетном давлении на входе в машину-64л/с, площадь орошения
48 га. Срок службы машин принимался равным 10 годам, ежегодные затраты на ремонт
составляли 10% от стоимости машины.
Расчетная стоимость одного литра потребляемого топлива – 10…30 центов.
Оросительная сеть рассчитывалась на расчетные напоры в голове сети, равные
(55…88) м. При вычислении расчетных напоров учитывались гидравлические
сопротивления фильтра очистки воды – 5 м. Установка регуляторов давления на
гидрантах не предусматривается. В соответствии с потребным напором по каталогу были
выбраны для установки на насосных станциях основные насосы типа Д 1250-65, n =
1450 об/мин, Дк= 460 мм. и Д 630-90, n = 1450 об/мин., Дк = 525 мм. В качестве
разменных агрегатов принимались насосы типа Д 320-70, n = 2950 об/мин., Дк = 242 мм и
Д 200-95, n = 2950 об/ мин., Дк = 280мм. Приводом для насосов являлись двигатели типа
ЯМ3-238Г, ЯМ3-М206А с принятым удельным расходом топлива – 200 г/э.л.с.ч.
Результаты некоторых вариантов расчетов приведены ниже в табл. 1,2,3.
В таблице 1 даны результаты расчетов по оросительной системе Т-образного типа с
12 дождевальными машинами. Общая площадь орошения – 576 га. На насосной станции
устанавливались в 1 варианте расчета 3 основных насоса типа Д 1250-65, во 2 варианте –2
основных насоса Д 1250-65 и 2 разменных насоса Д 320-70, в 3 варианте – 2 основных
насоса Д 1250-65 и 2 разменных насоса Д 200-95, стоимость одного литра топлива-30
центов.
Таблица 1
Результаты расчетов по оросительной системе Т-образного типа
С 12 дождевальными машинами
Показатели
1
вариант
2
вариант
3
вариант
Максимальная подача насосной станции, м3/ с
0.77
0.74
0.74
Максимальная подача основного насоса, м3/ с
Максимальная подача разменного насоса, м3/ с
Среднегодовая наработка основного насоса, ч
Среднегодовая наработка разменного насоса, ч
Среднегодовое количество поданной воды, тыс. м3
0.389
0.0
1462
0
3603
0.41
0.107
1011
2356
3468
0.401
0.087
1294
1789
3527
Среднегодовое потребление топлива , кг
Среднегодовая стоимость потребляемого топлива
тыс. долл.
Приведенные затраты по комплексу, тыс. долл.
Колебание свободных напоров на гидрантах, м
Прибыль в расчете на гектар, тыс. долл.
144093
43.231
117234
35.17
132643
39.79
312.6
58.8-32.3
0.26
332.7
60.7-32
0.23
330.2
61.6-32.1
0.23
В таблице 2 даны результаты расчетов по оросительной системе Т-образного типа
с 24 дождевальными машинами. Общая площадь орошения – 1152 га. На насосной
станции устанавливались в 1-м варианте расчета 5 основных насосов типа Д 1250-65, во
2-м варианте – 4 основных насоса Д 1250-65 и 2 разменных насоса Д 320-70, в 3 варианте
– 4 основных насоса Д 1250-65 и 2 разменных насоса Д 200-95, стоимость одного литра
топлива – 30 центов.
В таблице 3 даны результаты расчетов по оросительной системе Т-образного типа
с 12 дождевальными машинами. Общая площадь орошения – 576 га. На насосной станции
устанавливались в 1 варианте расчета 3 основных насоса типа Д 630-90, во 2 варианте – 2
основных насоса Д 630-90 и 2 разменных насоса Д 320-70, в 3 варианте – 2 основных
насоса Д 630-90 и 2 разменных насоса Д 200-95, стоимость одного литра топлива - 30
центов.
Таблица 2
Результаты расчетов по оросительной системе с 24 дождевальными машинами
Показатели
1
вариант
2
вариант
3
вариант
Максимальная подача насосной станции, м3/с
1.49
1.47
1.49
Максимальная подача основного насоса, м3/с
Максимальная подача разменного насоса, м3/с
Среднегодовая наработка основного насоса, ч
0.431
0.0
1316
0.446
0.113
991
0.435
0.089
1209
0
7104
228539
68.56
2536
6748
194849
58.45
1809
7047
216875
65.0
594.7
67.4-32
0.26
611.9
66.4-32
0.25
616.9
65.5-32.2
0.25
Среднегодовая наработка разменного насоса, ч
Среднегодовое количество поданной воды, тыс. м3
Среднегодовое потребление топлива, кг
Среднегодовая стоимость потребляемого топлива тыс.
долл.
Приведенные затраты по комплексу, тыс. долл.
Колебание свободных напоров на гидрантах, м
Прибыль в расчете на гектар, тыс. долл.
Таблица 3
Результаты расчетов по оросительной системе Т-образного типа
С 12 дождевальными машинами
Показатели
Максимальная подача насосной станции, м3/ с
1 вариант
0.81
2 вариант
0.77
3 вариант
0.76
Максимальная подача основного насоса, м3/ с
0.269
0.29
0.295
Максимальная подача разменного насоса, м3/ с
Среднегодовая наработка основного насоса, ч
Среднегодовая наработка разменного насоса, ч
0.0
1825
0
0.106
1283
3346
0.084
1557
2635
Среднегодовое количество поданной воды,
тыс.м3
Среднегодовое потребление топлива , кг
Среднегодовая
стоимость
потребляемого
топлива тыс. долл.
Приведенные затраты по комплексу, тыс. долл.
Колебание свободных напоров на гидрантах, м
Прибыль в расчете на гектар, тыс. долл.
3749
3698
3665
186738
56.0
163232
49.0
182809
54.84
311.0
84.5-40.5
0.25
315.0
68.4-36.1
0.25
319.8
70.5-34.8
0.24
Выводы
Анализ результатов проведенных расчетов по оптимизации технических
параметров комплекса насосная станция- оросительная сеть при поливе
широкозахватными дождевальными машинами типа Волжанка показывает, что
установка разнотипных насосов на станциях позволяет:
уменьшить потребление топлива в некоторых случаях на 20%;
уменьшить диапазон колебания свободных напоров на гидрантах, но
экономический эффект отсутствует, так как годовой доход от оросительной системы не
увеличивается.