11.1. Особенности автоматизации артезианских насосных установок

Особенности автоматизации артезианских насосных установок зависят от типа насосных агрегатов и режимов их работы. Рассмотрим основные требования, предъявляемые к автоматизации конструктивными особенностями насосных установок и технологическими режимами их работы.

1. Все артезианские насосные агрегаты в зависимости от их конструктивного исполнения могут быть разделены на две группы: агрегаты с электродвигателями, расположенными сверху, над устьем скважины, и погружные артезианские насосы, электродвигатель которых расположен под рабочей частью насоса и погружается в скважину ниже динамического уровня подземных вод (pис. 11.1). Типичным представителем первой группы является насосный агрегат типа АТН. Насос приводится в действие вертикальным двигателем, устанавливаемым на поверхности. Связь насоса с электродвигателем осуществляется при помощи трансмиссионного вала, опирающегося на резиновые подшипники. Вкладыши подшипников смазываются и охлаждаются водой, подаваемой насосом.

При остановке агрегата часть подшипников не находится в воде. Поэтому перед запуском насоса эти подшипники должны предварительно смачиваться водой. В автоматических установках, работающих без постоянного обслуживающего персонала, процесс смачивания подшипников должен быть автоматизирован.

Двигатель насоса типа АТН работает на подшипниках качения; верхний опорно-упорный подшипник смазывается жидкой смазкой, нижний — густой смазкой. Верхний подшипник несет большую нагрузку. Поэтому, несмотря на надежность работы подшипников качения, целесообразно при автоматизации осуществить автоматический контроль за температурой верхнего подшипника, тем более что не исключена возможность утечки масла из масляной ванны.

Нижний подшипник разгружен, и автоматический контроль за его состоянием не требуется.

В процессе эксплуатации наблюдаются некоторые неполадки, связанные с конструктивными особенностями данного агрегата: нарушение аксиальных зазоров между колесами и корпусом, значительная выработка подшипников насоса и трансмиссий, провертывание рабочих колес на валу, прососы между секциями труб и насоса и др.

Показателем почти всех этих неисправностей является нагрузка двигателя. Поэтому токовая защита от перегрузки двигателя считается основной защитой агрегата. Она должна выбираться не по номинальным данным установки, а по фактической нагрузке, и тщательно регулироваться.

Типичными представителями второй группы насосов являются погружные насосы типа АП и новые насосы марки ЭЦНВ.

Наличие длинного трансмиссионного вала в насосном агрегате АТН обусловливает ряд его недостатков: возможность установки только в строго вертикальных скважинах; снижение к. п. д. насоса вследствие потерь, связанных с вращением приводного вала в потоке откачиваемой воды; значительную вибрацию, связанную с вращением динамически неуравновешенной трансмиссионной линии валов, и др.

Погружные насосы лишены этих недостатков. Агрегаты типа АП состоят из центробежного многоступенчатого вертикального насоса и заполненного водой электродвигателя, расположенного ниже насосной части и соединенного с ней посредством всасывающего патрубка.

Погружные насосные агрегаты не нуждаются в специальной смазке подшипников.

Из-за перечисленных недостатков насосы типа АТН по мере освоения погружных насосов марки ЭЦНВ будут постепенно заменяться. Но пока в эксплуатации будут находиться обе группы насосов, которые в одинаковой степени подлежат автоматизации.

Особенностью всех артезианских агрегатов является возможность их запуска при открытой задвижке напорной линии. Это обстоятельство облегчает автоматизацию, так как в ряде случаев установка электрифицированной задвижки и ее автоматизация не требуется.

Для своевременного выявления ненормальных режимов и предупреждения аварий схемы автоматического управления предусматривают следующие виды защит насосных агрегатов:

а) от короткого замыкания;

б) от перегрузок, возникающих как в результате механических неисправностей насосов, так и в результате работы электродвигателей на пониженном напряжении;

в) от падения динамического уровня воды в скважине ниже уровня насоса;

г) от работы двигателя на двух фазах;

д) для насосов АТН осуществляется также защита от перегрева подшипников.

2. В зависимости от назначения скважин на воду различают следующие основные режимы их работы:

а) полностью автоматизированные установки, управляемые датчиками (давления, уровня и др.). В таком режиме могут работать скважины, предназначаемые для водоснабжения и вертикального дренажа;

б) насосные установки, пуск и остановка которых осуществляются персоналом на месте либо с диспетчерского пункта при помощи средств телемеханики. Такой режим эксплуатации пригоден преимущественно для артезианских скважин водоснабжения и орошения;

в) насосные установки с комбинированным режимом управления; такие установки могут работать как в полностью автоматическом режиме, так и в режиме централизованного диспетчерского управления ими.

Комбинированный режим управления главным образом требуется для скважин вертикального дренажа с частичным использованием откачиваемых вод на орошение.

Схемы автоматизации должны отвечать требованиям и условиям, диктуемым перечисленными режимами: для полностью автоматизированных установок следует осуществлять блокировку, исключающую мгновенный запуск всех электродвигателей при появлении электроэнергии после кратковременного перерыва в ее подаче. Одновременно пуск всех присоединяемых к трансформаторной подстанции электродвигателей невозможен вследствие большого суммарного пускового тока. Поэтому применяются схемы, обеспечивающие самозапуск, то есть автоматическое поочередное включение в сеть двигателей после восстановления напряжения. Часто работу групп скважин целесообразно автоматизировать в зависимости от уровня в общей для всей группы скважин контрольной скважине.

В этой скважине помещают датчики верхнего и нижнего уровней, определяющие режим работы группы скважин. При подъеме уровня воды до верхнего датчика вся группа насосов включается и откачивает воду. При падении уровня воды ниже уставки нижнего датчика вся группа насосов отключается.

При этом в отдельных скважинах общей группы, вследствие возможного неравномерного притока, может не оказаться воды. Очевидно, что схемы автоматизации должны исключать эти скважины из числа работающих, независимо от подъема уровня воды в контрольной скважине.

Для вывода насосов в ремонт, их ревизии и опробования схемами автоматики предусматривается возможность ручного управления каждым отдельным агрегатом, независимо от работы других.