Проектирование воздуходувных станций с управляемым оборудованием

УДК 621.65                              

Андрей Устюжанин, Сергей Березин, Виктор Баженов

В советское время сложилась практика типового проектирования воздуходувных станций на базе институтов: ЦНИИЭП инженерного оборудования (с воздуходувками типа ТВ «Завод Узбекхиммаш», г. Чирчик), СоюзводоканалНИИпроект (с воздуходувками типа Н «Дальэнергомаш», г. Хабаровск). Настоящему периоду времени характерна тенденция к внедрению энергоэффективного оборудования, а также реализация процессов управляемого воздействия на него (№ 261-ФЗ). В статье приводятся примеры проектов реконструкции объектов, использующих типовые решения, а также новые – на базе модульных воздуходувных станций. Детально анализируются особенности устройства управляемых турбокомпрессоров, влияющие на их компоновку и размещение в машинных залах.

Ключевые слова: воздуходувная станция, проектирование, реконструкция, управляемая воздуходувка, регулируемый турбокомпрессор.

Воздуходувные станции предназначены для подачи сжатого воздуха на аэротенки, аэрируемые песколовки, преэраторы, смесители, аэробные стабилизаторы ила, реагентное хозяйство, сооружения механического обезвоживания осадка и т.д.

Для подачи воздуха обычно низкого давления 1,6-1,7 ата (0,16-0,17 МПа), но не более 1,85-1,9 ата (0,185-0,19 МПа) применяют в основном центробежные воздуходувки и нагнетатели, а для малых установок - шестеренчатые, роторные, винтовые компрессоры. В отдельных случаях для подачи воздуха могут быть использованы водокольцевые насосы- воздуходувки и газодувки.

Хозяйство воздуходувных станций в настоящее время модернизируется с заменой основного технологического оборудования. С этой точки зрения целесообразно рассмотреть типовые проекты, подлежащие реконструкции (таблица 1), путем устройства современного оборудования, в т.ч. управляемого типа. Типовые проекты предусматривали строительство совмещенных насосно-воздуходувных станций.

Таблица 1. Типовые насосно-воздуходувные и насосно-воздуходувные станции

Примечания:

1 – Воздуходувки типа ТВ выпускались и выпускаются в настоящее время заводом ОАО «Завод Узбекхиммаш» (г. Чирчик). Ряд номенклатуры освоил Брянский РМЗ.
2 – Воздуходувки типа Н750-23-6 (настоящее название ЦНВ 800/1,6) выпускаются ОАО «Дальэнергомаш» (г. Хабаровск).

Типовые проекты с турбокомпрессорами типа ТВ были разработаны ЦНИИЭП инженерного оборудования (настоящее название - ООО «Центр проектирования инженерного оборудования»), (рис. 1) с оборудованием завода ОАО «Дальэнергомаш» – СоюзводоканалНИИпроект (настоящее название - ООО «Союзводоканалпроект»), (рис. 2). Проекты ЦНИИЭП и.о. являются действующими в настоящее время, СоюзводоканалНИИпроект – не действующими.

Рис. 1. Пример натурной реализации воздуходувной станции по ТП 902-2-115 «Насосно-воздуходувная станция с 8 турбокомпрессорами ТВ-300-1,6»

Рис. 2. Воздуходувные станции в соответствии с ТП 902-2-155, ТП 902-2-156, ТП 902-9-38.85, оборудованные нагнетателями марки Н750-23-6. Воздухонагнетатели установлены на отм. + 4.800, нижний вид с разводкой напорных воздуховодов – под эстакадой, пол первого этажа +0,000

Комплекс сооружений воздуходувной станции обычно включает: главное здание, в котором размещаются основное оборудование (воздуходувные машины либо компрессоры), насосы для подачи технической воды, устройства по очистке воздуха, насосы для перекачки циркулирующего активного ила или для опорожнения емкостных сооружений; центральный диспетчерский пункт, электрораспределительное устройство и трансформаторная подстанция, вспомогательные и бытовые помещения, водоохлаждающие сооружения.

В настоящее время воздуходувные станции проектируются по техническим заданиям заказчика как совмещенного типа, так и в отдельном исполнении. Основные требования к компоновке воздуходувных станций, определению размеров машинных залов, подъемно-транспортному оборудованию, размещению агрегатов, арматуры и трубопроводов, обслуживающих устройств (мостиков, площадок, лестниц и т.д.), а также мероприятий против затопления машинных залов принимать согласно СП 31.13330.2012 [1]. Свод правил СП 32.13330.2012 [2] включают раздел 8.3 «Воздуходувные станции с рекомендациями и требованиями».

Основные компоновочные решения достаточно просты. При определении площади производственных помещений ширину проходов следует принимать, не менее:

- между компрессорами или воздуходувками - 1,5 м, между ними и стеной - 1 м;
- между неподвижными выступающими частями оборудования - 0,7 м;
- перед распределительным электрическим щитом - 2 м.

Примечания:

  1. Проходы вокруг оборудования, регламентируемые заводом-изготовителем, следует принимать по паспортным данным.
  2. Для агрегатов с диаметром нагнетательного патрубка до 100 мм включительно допускаются: установка агрегатов у стены или на кронштейнах; установка двух агрегатов на одном фундаменте при расстоянии между выступающими частями агрегатов не менее 0,25 м с обеспечением вокруг сдвоенной установки проходов шириной не менее 0,7 м.

Примеры проектов реконструкции

Из многообразия выполненных проектов остановимся на реализованных в настоящее время: городские очистные канализационные сооружения г. Самары, Курьяновские очистные сооружения г. Москвы.

Проект реконструкции очистных сооружений г. Самары, выполненный ООО «Гипрокоммунводоканал» (г. Санкт-Петербург) в сотрудничестве с ЗАО «Водоснабжение и водоотведение», предполагает замену четырех (3 рабочих, 1 резервный)  воздухонагнетателей, выработавших свой ресурс, на современные турбовоздуходувки с целью снижения удельного потребления электроэнергии и обеспечения возможности гибкой регулировки количества подаваемого воздуха (рис. 3). Установлены одноступенчатые воздуходувки HV-Turbo STC-GO (KA66SV-GL400) с двойным направляющим аппаратом (механическим управлением потока на входе и выходе), при напряжении электродвигателя 6 кВ, а также реализована АСУ воздуходувного оборудования.

Рис. 3. Проект реконструкции воздуходувной станции г. Самары производительностью 132 144 Нм3/час, избыточным давлением 0,65 бар, с заменой 4 ед. (3 раб., 1 рез.)  воздухонагнетателей на одноступенчатые воздуходувки HV-Turbo STC-GO (KA66SV-GL400) с двойным направляющим аппаратом: 1 – машинный зал, 2 – мастерская КИП, 3 – комната дежурных электриков, 4 – электромастерская, 5 – слесарная мастерская, 6 – дежурный оператор и мастер, 7 – хозбытовые помещения, 8 – кладовая

Нагрузки по сжатому воздуху для подбора новых воздуходувок приняты на основании данных проекта реконструкции аэротенков с устройством зон нитри-денитрификации и удаления фосфора. Проектом предусмотрено регулирование производительности каждого воздуходувного агрегата в пределах 21292-47316 м3/час (при 20°C, 50% отн. влажности) с максимальной подачей 142 000 м3/час при создаваемом перепаде давления 0,65 бар. Предлагаемая мощность электродвигателя – 1050 кВт, в отличие от ранее установленных агрегатов – 1250 кВт (Q= 45 000 м3/час, избыточное давление – 0,65 бар).

Забор воздуха турбокомпрессорами осуществляется с улицы через воздухозаборные решетки, установленные в наружных оконных проемах. Далее по воздухозаборному коробу размером 1200×1600 мм воздух поступает в фильтр тонкой очистки. Поскольку перепады температур наружного воздуха могут достигать 70˚С, на коробе предусмотрен прямоугольный однолинзовый компенсатор.

Фильтр тонкой очистки представляет собой прямоугольный замкнутый резервуар, оборудованный фильтрующим материалом (синтетическое волокно) и дифференциальным жидкостным манометром для измерения перепада давления и определения степени загрязненности фильтра. Фильтр на входе крепится к глушителю, закрепленному на корпусе воздуходувки и изготовленному из оцинкованной стали с внутренней обшивкой шумопоглощающим материалом.

Поток воздуха через подвод поступает в проточную часть компрессора. За подводящим устройством для обеспечения требуемой закрутки потока на входе в рабочее колесо устанавливается входной направляющий аппарат. Конструктивно входной направляющий аппарат представляет собой обойму, в которой установлены поворотные лопатки (входной направляющий аппарат).  Далее воздух компрессуется турбиной (рабочим колесом воздухонагнетателя).

Далее воздух попадает в выходной направляющий аппарат (диффузор), представляющий собой решетку профилированных поворотных лопаток, расположенных за рабочим колесом. Здесь происходит гашение момента скорости, создаваемого рабочим колесом, и преобразование кинетической энергии потока воздуха в энергию давления. Автоматически регулируемый угол наклона лопаток диффузора (устанавливается сервоприводом, смонтированным на обратной стороне диффузора) обеспечивает высокую линейность поддерживаемого избыточного давления и дополнительное регулирование потока воздуха.

С целью понижения скорости на выходе из напорного патрубка агрегата к спиральному отводу через гибкий компенсатор Ду400 присоединен конический диффузор Ду400×800. Из конического диффузора воздух подается в напорный воздуховод Ду800. На каждом напорном воздуховоде устанавливаются антипомпажный клапан DN 250 в комплекте с глушителем, который срабатывает при пуске и остановке воздуходувки, обратный клапан DN 800 и затвор поворотный Ду800 с электроприводом. Для удобства монтажа и демонтажа между обратным клапаном и поворотным затвором предусматривается демонтажная вставка DN 800. На каждом горизонтальном участке воздуховода смонтирован осевой однолинзовый компенсатор. На выходе из воздуходувной станции напорные воздуховоды присоединяются к проектируемому коллектору Ду1400, который соединяется с существующим коллектором перемычкой Ду1000 с отключающим затвором. На коллекторе установлены расходомер и датчик давления.

Воздухозаборный короб и нагнетательные воздуховоды внутри станции имеют тепловую изоляцию. В качестве теплоизоляционного материала применены плиты из стеклянного штапельного волокна URSA марки П-17. Толщина теплоизоляционного слоя в конструкции для воздухозаборного короба δ=90мм, для нагнетательного воздуховода δ=40мм. Покровный слой принят из алюминиевых листов, пароизоляционный слой – полиэтиленовая пленка. Конструкция и толщина тепловой изоляции приняты в соответствии с рекомендациями по применению теплоизоляционных изделий URSA.

Предусматривается вспомогательное оборудование: маслонасосы, фильтры, глушители, диффузоры, антипомпажные клапана, обратные клапана, задвижки, вентиляторы. Здание воздуходувной станции оборудовано мостовым краном грузоподъемностью Q=8 т.

Индивидуальным проектом реконструкции воздуходувной станции является проект АО «Институт МосводоканалНИИпроект» для АО «Мосводоканал» – «Техническое перевооружение ГМЗ НКОС с заменой турбовоздуходувок» в составе общей концепции реконструкции Ново-Курьяновских очистных сооружений. Цель реконструкции – повышение качества очистки воды за счет внедрения технологического процесса удаления биологическим путем азота и фосфора с локальной задачей – повышение эффективности и надежности работы аэрационной системы.

Главное машинное здание состоит из трех частей (рис. 4): ГМЗ (в осях 1-24), иловая насосная станция (в осях 8-17), производственные и бытовые помещения. Поэтапная реконструкция ГМЗ (5 этапов) предусматривает замену воздуходувок (нагнетателей типа 750-23-4, мощностью 1300 кВт, n=1500 об/мин, производительностью 750 м3/мин или 45 000 м3/час, избыточным напором 6,5 м), а также оборудования и систем, связанных с их работой.

Рис. 4. Проект ОАО «Институт МосводоканалНИИпроект» для АО «Мосводоканал» «Техническое перевооружение ГМЗ НКОС» с заменой турбовоздуходувок производительностью 468 900 м3/час, избыточным давлением 0,69 бар, с устройством 10 ед. (8 раб., 2 рез.)  воздухонагнетателей HV-Turbo STC-GO (KA66SV-GL400) с двойным направляющим аппаратом.

Производительность ГМЗ после реконструкции составит 468 900 м3/час (t= +260С, влажность 70%) при давлении нагнетания 0,69 бар. Проектом принято к установке в машинном зале 8 раб. и 2 рез. агрегата марки поворотно-лопатные HV-Turbo STC-GO КА 66SV-GL400 (10 ед. по 1250 кВт, 6000 В), в т.ч. для нужд 1-го блока – 4 раб. ед., для 2-го блока - 4 раб. ед.

Характеристики каждого единичного агрегата в диапазоне управления: расход воздуха на всасе (для указанных условий) - 26381-58625 м3/час, потребляемая мощность - 530,8-1117,3 кВт. Приняты к устройству асинхронный трехфазные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором по 1250 кВт, 6000 В, 50 Гц, степенью защиты IP55. Уровень шума агрегата с шумопоглощающим кожухом - до 80 дБА.

Преимуществом турбовоздуходувок перед используемыми в настоящее время нагнетателями является встроенная система циркуляции масла, что позволяет отказаться от громоздкого маслохозяйства. Турбовоздуходувки оснащаются комплектом с воздухозаборным коллектором сечением 2×2 м, воздушным фильтром, обратным клапаном, антипомпажным клапаном, глушителем.

Проект предусматривает два напорных воздуховода Ду=1220×4 мм. Для выделения ремонтных участков на воздуховодах размещены затворы с электроприводом Д= 1000 – 1200 мм, Д= 1200 мм.  Воздуховоды подключаются к магистральным линиям подачи сжатого воздуха на аэротенки 2×Д=1620×5мм, идущим между осями 12-13 в полупроходном канале. Данные воздуховоды перекладываются на всем протяжении, включая подземную галерею за пределами здания.  В подвальной части иловой насосной станции на магистральных воздуховодах устанавливаются расходомеры воздуха.

Все воздуховоды выполнены из нержавеющей стали [3]. В качестве теплоизолирующего материала применены маты теплоизоляционные базальтовые прошитые стеклоровингом с покрытием из оцинкованной стали.

Разработка системы АСУ ТП выполнена в соответствии с техническими стандартами АО «Мосводоканал». Управление турбовоздуходувками – дистанционное из диспетчерской ГМЗ. В качестве источника сигнала регулирования расхода могут используются датчики: давления, расхода, кислородомеры и т.п.

Пример на базе модульной воздуходувной станции

Пункт 8.3.8 свода правил [2] предусматривает возможность: «при небольших расходах воздуха, требующихся в части площадки очистных сооружений, удаленных от воздуходувной станции, допускается, при обосновании, предусматривать устройство отдельных воздуходувных установок». Поэтому представляет интерес разработка и серийное изготовление модульных станций под конкретные проекты и технические требования заказчиков.

Решения группы «ВИВ» связаны с изготовлением и поставкой двух типов модульных воздуходувных станций:

– контейнерный тип изготавливают с использованием 20 и 40 футовых морских и железнодорожных контейнеров (для регулирования агрегата в диапазоне подач воздуха 1800 – 4500 Нм3/ч);

– блочный тип состоит из разборных сэндвич-панелей толщиной 60–110 мм (производительностью до 9000 Нм3/ч).

Модульные компрессорные станции работают от электрической сети. Для бесперебойного питания возможно устройство дизельного генератора, как дублирующего систему энергоснабжения при устройстве автоматического включения резерва АВР.

Условными обозначениями модульной станции блочного типа на два агрегата (рис. 5) предусмотрено: 1 – регулируемые турбокомпрессоры HV-Turbo KA-2SV GK190 (расчетной подачей 1500-4500 Нм3/час) или HV-Turbo KA-5S GL210 (расчетной подачей 3500-9000 Нм3/час); 2 – локальные панели управления производительностью агрегатов в диапазоне регулирования по воздуху 60%, которые определяют углы поворота лопаток входного и выходного направляющего аппарата; 3 – задвижки и шумопоглотители; 4 – обратные клапаны; 5 – приток воздуха; 6 – вытяжка воздуха; 7 –модульная станция блочного типа.

Данные станции могут быть снабжены главной панелью управления, осуществляющей общий контроль станции аэрации от показаний датчика/ов КРК и N-NH4, и возможностью подключения к системе SCADA.

Рис. 5. Чертеж модульной станции блочного типа с размещением двух агрегатов HV-Turbo

Особенности устройства машинных залов

Пункт 8.3.5 свода правил [2] рекомендует «использовать воздуходувное оборудование, позволяющее осуществлять регулирование расхода подаваемого воздуха». Для объектов РФ и стран СНГ представляем варианты устройства машинных залов в соответствии с особенностями агрегатов: поворотно-лопастные (рис. 6) и с использованием технологии регулируемого электропривода (рис. 7).

Рис. 6. Машинные залы воздуходувных станций с поворотно – лопастными одноступенчатыми центробежными турбовоздуходувками HV-Turbo STC-GO водоканалов городов: а) Астана Су Арнасы, б) Якутск, в) Гатчина, г) Могилев, д) Санкт-Петербург (ЮЗОС). Представлены виды внутри шумопоглощающих кожухов (в, г, д)

Рис. 7. Машинные залы воздуходувных станций с одноступенчатыми центробежными турбовоздуходувками Neuros при использовании регулируемого электропривода водоканалов городов: а) Подольск; б, в, д) Истра, г) Новочебоксарск. Регулирование воздухонагнетателей ручное: г) до 90% от установленной скорости 16 819 об/мин, д) до 89% от установленной скорости

В качестве основания одноступенчатых турбокомпрессоров HV-Turbo STC-GO служит массивный металлический резервуар, наполненный машинным маслом. Благодаря этому воздуходувку можно монтировать на пол (без фундамента) с помощью компактных пят и клея (рис. 8).

Рис. 8. Опора массивного металлического резервуара, наполненного машинным маслом, на компактные пяты с помощью клея

Комплектные элементы и вспомогательные системы воздухонагнетателей представлены на примере установки HV-Turbo STC-GO KA66SV-GL4000. Турбокомпрессоры могут комплектоваться двигателями российского производства.

Смазочная система обеспечивает смазку всех подшипников в передаточном механизме, а также гнезд подшипников и мест зацепления шестерен. Система смазки, монтируемая на раме воздуходувки, включает водяное охлаждение, либо воздушное охлаждение по желанию заказчика. Гидродинамические радиальные и упорные подшипники работают при наличии масляной пленки между поверхностью подшипника и вала, что обеспечивает их продолжительный срок службы. Масло в систему подается из масляного резервуара, встроенного в основание, через радиатор воздушного или водяного охлаждения. Затем масло проходит через масляный фильтр в подшипники редуктора. После охлаждения и смазки подшипников, масло стекает в масляный резервуар через отверстие в нижней части редуктора.

Представим стандартную форму комплектации указанных поворотно-лопастных воздуходувных агрегатов, подлежащую конкретизации, при привязке оборудования к условиям реальных объектов:

1. Электродвигатель

Мощность электродвигателей составляет __ кВт. Характеристика: трехфазные переменного напряжения, для продолжительного функционирования (S1), напряжение __ В, частота 50 Гц, скорость вращения 1500/3000 об/мин., степень защиты IP23/IP55, изоляция класса F. Электродвигатели оборудованы тремя термоконтактами PTC в обмотках статора.

2. Маслонагреватель

Устанавливается в масляном резервуаре. Пускатель располагается в локальной панели управления. Маслонагреватель поддерживает температуру в масляном тенке выше 10°С.  Для подогрева масла после длительного бездействия при низкой температуре (например, ниже 10°С).

3. Фильтр в комплекте с глушителем

Фильтр __ оборудован съемными фильтровальными мешками и дифференциальным жидкостным манометром для измерения перепада давления и определения его степени загрязненности.

4. Гибкий компенсатор

Компенсатор DN__ имеет присоединительные размеры фланцев по DIN2501/EN1092-2 PN10.

5. Конический диффузор

Диффузор DN__×DN__×__ устанавливается на выходе из воздуходувки, со встроенным глушителем, изготовлен из оцинкованной стали. На диффузоре установлен резьбовой патрубок (__*__" BSP) для подключения измерительных приборов. Скорость потока на выходе из диффузора ≤ 20 м/сек. Уровень шума на расстоянии 1 м составляет ориентировочно 85 дБА по ISO3744.

6. Антипомпажный клапан в комплекте с глушителем

Клапан дроссельный («бабочка») фланцевый с электроприводом и концевыми выключателями. Глушитель DN__.

7. Обратный клапан

Обратный клапан DN__ пружинный фланцевый.

8. Монтажные амортизирующие опоры

9. Локальная панель управления

Основные функции LC-__ (Local Control Panel) – управление воздуходувкой и контроль основных параметров работы воздуходувки:

·                   6" монохромная сенсорная панель,

·                   система управления на базе HV-Turbo S7-__ PLC,

·                   связь с ГПУ по протоколу Profibus,

·                   кабель питания 3×(380, 6000, 10000 В) VAC + N + PE,

Примечание: Локальная панель управления предназначена к установке на воздуходувке, клеммная коробка не предусмотрена.

10. Специальный инструмент для монтажа

11. Расходные масляные и воздушные фильтры для двухлетней эксплуатации воздуходувок

Испытания по ISO5389 [4] (допустимые погрешности: подача − ±0%; давление − ±0%; мощность − ±4% , в соответствии с ISO 5389 [4], ASME, включая потери в фильтре).

Комплект документации, представляемой заводом-изготовителем через 8 недель после начала производства:

·                   Технические характеристики воздуходувки,

·                   Схема КИПиА, спецификация приборов,

·                   Спецификация запасных частей и расходных материалов,

·                   Технические характеристики электродвигателя,

·                   Рабочие характеристики воздуходувки,

·                   Габаритные чертежи воздуходувной установки,

·                   Габаритные чертежи локальной панели управления,

·                   Описание работы,

·                   Технические характеристики вспомогательного оборудования (антипомпажный клапан, обратный клапан).

При поставке обеспечивается:

·                   Сертификат испытаний, включая шумовые характеристики;

·                   Инструкция по монтажу, эксплуатации и техническому обслуживанию.

 

Дополнительные опции обеспечиваются поставкой при желании заказчика:

1. Главная панель управления Master Control Panel: __ марка:

·                   основные функции – управление воздуходувкой с помощью сигнала 4 – 20 мА через ПИД регулятор, контроль основных параметров работы воздуходувки,

·                   6" сенсорная панель,

·                   система управления на базе Siemens S7 __ PLC,

·       подключение к локальной панели управления LCP по протоколу Profibus DP.

2. Звукоизолирующий кожух

Вариант №1:

Звукоизолирующий кожух, снижение уровня шума до 80 дБА по ISO3744 [5] звукоизолирующий кожух оборудован окном для наблюдения и вентилятором с термостатическим управлением.

Вариант №2:

PLUG & PLAY – это исполнение воздуходувной установки в моноблочном корпусе, полностью готовой к эксплуатации, выполненной в бесфундаментном исполнении. Работы по монтажу и пуску такой установки минимальны и заключаются в подключении ее к электросети. Корпус PLUG & PLAY оборудован посадочными местами для установки вспомогательного оборудования – фильтра, антипомпажного клапана, привода и пр., а также окном для наблюдения и вентилятором с термостатическим управлением.

3. Тестирование заказанных воздуходувок по четырем точкам в присутствии заказчика на заводе Howden (до октября 2017 г. Siemens) в г. Frankenthal (Германия) в соответствии с международными стандартами тестирования воздуходувных агрегатов. Четыре точки тестирования воздуходувки выбираются до подписания контракта, но не позднее 4 месяцев до проведения тестирования. Все расходы за переезд несет заказчик.

4. Запасные части и расходные материалы на __ лет эксплуатации.

Указанную форму комплектации следует прокомментировать позициями: звукоизолирующий кожух, шумовые характеристики, испытания по ISO5389 [4].

По усмотрению заказчика в комплект поставки может входить специальный звукоизолирующий кожух. При изготовлении кожуха используются звукоизоляционные материалы, адаптированные к конкретным условиям эксплуатации. Шумоизолирующий кожух изготавливается по модульному принципу на раме, в которую можно вставлять панели и двери. Звукопоглощающий корпус, обеспечивающий снижение уровня шума до 80 дБА согласно ISO3744 [5]. Благодаря простой конструкции кожух можно быстро собирать и разбирать. Компактная серия воздуходувок опционально оснащается звукопоглощающими интеллектуальными кожухами Smart Enclosure обеспечивающими снижение уровня шума до 80 дБА согласно ISO3744 [5]. Кожухи оборудованы дверью для легкого доступа во внутренне пространство, окном для наблюдения, внутренним освещением и вентилятором.

По результатам натурных замеров объектов в городах  Подольск, Истра, Новочебоксарск, Гатчина, Могилев уровень звукового давления (замер на расстоянии 1 м от звукопоглощающего кожуха) соответствуют представленным в таблице 2.

Таблица 2. Уровень звукового давления в диапазонах зафиксированных подач воздуха управляемыми воздуходувками

 

Примечание: Согласно СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [6], предельно допустимые уровни (ПДУ) звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах для трудовой деятельности разных категорий тяжести не должно превышать 80 дБ.

Перед отгрузкой с завода агрегаты проходят испытания по ISO5389 [4] на специальных стендах на соответствие допускаемых отклонений параметров (включая потери в фильтре): по подаче ±0%, по давлению ±0%, по мощности ±4%, на примере АО «Мосводоканал» (рис. 11). Измерения уровня вибрации проводятся согласно ISO 10816-1 [7]. Для агрегатов мощностью менее 300 кВт уровень вибрации не более 2,8 мм/сек., для агрегатов мощностью более 300 кВт – не более 4,5 мм/сек.

Рис. 11. Типичные испытания по ISO5389 [4] на стенде завода-изготовителя Howden (до октября 2017 года -  Siemens) с целью подтверждения рабочих параметров воздуходувных агрегатов в присутствии заказчика. Фрагмент изготовления индивидуальной турбины под требуемые параметры и климатические условия места применения на станке ЧПУ (аналогично производству авиатурбин). Подготовка турбовоздуходувки к упаковке и отправке.

Для варианта с регулируемым электроприводом (РЭП) целесообразно представлять дополнительную форму комплектации с техническими характеристиками преобразователей частоты (ПЧ). Срок службы частотно-регулируемого привода, составляющего до 50% цены воздуходувной установки, ограничен 12-16 годами, т.е. они не вырабатывают весь срок службы воздуходувки.

Преобразователь частоты для двигателей переменного тока получает питание от силовой сети с постоянными уровнями напряжения и частоты, и преобразует это напряжение в переменное регулируемое напряжение с переменной частотой, в зависимости от задания скорости. Для того чтобы обеспечить постоянство перегрузочной способности электродвигателя при любой скорости, необходимо обеспечивать постоянный магнитный поток в двигателе. Для этого напряжение и частота должны изменяться одновременно, в одинаковом соотношении, по закону U/f=Const.

Обычно в силовую цепь преобразователя входит выпрямитель, преобразующий питающее напряжение в напряжение постоянного тока, от которого питается инвертор, вырабатывающий переменное регулируемое напряжение переменной частоты. Для того чтобы обеспечить соответствие уровня гармонических искажений стандартам требуется установка сетевого фильтра в цепь до выпрямительного моста.

Специалистам-энергетикам не представит особого труда разобраться в технических характеристиках ПЧ, однако специалистам-технологам следует обратить некоторое внимание на параметры, влияющие на снижение общего КПД системы, а также возможности использования данного оборудования, например:

Питание

Допустимые отклонения сетевого питания ± 10% и его частоты ± 5%.

Коэффициент мощности

≥ 0,96 в диапазоне изменения нагрузки от 20 % до 100 %.

Коэффициент полезного действия

КПД преобразователя частоты с учетом трансформатора: 95% в зависимости от типа трансформатора КПД инвертора: 97,5%.

Примечания:

1. Обычно именно так представляют в технических характеристиках КПД преобразователя частоты, вместе с тем, представленные данные относятся к номинальным величинам. При снижении частоты КПД преобразователя частоты падает по отношению к заявленной.

2. Учитывать потери энергии в трансформаторах необходимо, они существенны,

3. Обычно технические характеристики ПЧТ не учитывают потери энергии во вспомогательных системах, например, на устройства охлаждения и конденсаторных батареях. Требуется учет, поскольку это снижает величины заявленного КПД.

Температура среды при работе

От 0 до +40°C (или 35°C). При повышении температуры технические характеристики ПЧТ следует корректировать.

В зависимости от температуры среды вблизи преобразователя частоты (фактически, температуры охлаждающего воздуха) и от высоты размещения над уровнем моря выходной ток преобразователя частоты может быть ограничен.

При превышении температуры воздуха вблизи преобразователя частоты более 40°С длительный выходной ток преобразователя частоты уменьшается на 10% с ростом температуры на каждые 5 градусов. Максимальная рабочая температура ограничена 50 С.

Вывод: для мощных ПЧ необходим дополнительный расчет и проектирование системы вентиляции.

Относительная влажность

90% (без конденсации и каплеобразования). При специальном исполнении может быть и выше (до 95%).

Уровень шума преобразователя

≤ 80 дБ (с учетом шума вентиляторов охлаждения).

Примечание: Уровень шума ПЧ вполне соизмерим, иногда равен уровню шума воздуходувных агрегатов при устройстве звукопоглощающих кожухов.

Особенности формирования разделов проектной документации

Технологические решения (ИОС7) с аэротенками могут включать их оформление по экономичному и энергоэффективному принципам [8, 9]. Современные методы проектирования могут быть отражены в пояснительной записке (Раздел 1), например: обоснование конструкций аэротенков методом имитационного моделирования: вычислительной гидродинамики [10], либо технологического прогноза [11]. К энергоэффективному принципу реконструкции воздуходувных станций следует отнести технологические решения, представленные источником [12].  В разделе АСУ (ИОС1,2) целесообразно учесть особенности настроек регулирующей арматуры в управляемых процессах пневматической аэрации [13].  Мероприятия по энергоэффективности (Раздел 11.1) могут быть обоснованы экономическим методом сравнительного анализа «стоимость жизненного цикла»: оборудования, систем и сооружений водоснабжения и водоотведения [14]; систем биологической очистки сточных вод [15]; воздуходувных станций [16].

Литература:

  1. СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения// Минрегион России, Москва, 2012.
  2. СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения// Минрегион России, Москва, 2012.
  3. Некрасова И. П. Применение некорродирующих воздуховодов в системах аэрации биологических очистных сооружений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, ГОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», Москва, 2008 г.
  4. ISO 5389:2005 Турбокомпрессоры. Правила проведения испытания для определения рабочих характеристик. Режим доступа: http://www.standards.ru/document/3610819.aspx. Дата обращения: 26.05.2016.
  5. ГОСТ Р ИСО 3744-2013. Акустика. Определение уровней звуковой мощности и звуковой энергии источников шума по звуковому давлению. Технический метод в существенно свободном звуковом поле над звукоотражающей плоскостью. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200108155. Дата обращения: 26.05.2016.
  6. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Санитарные нормы. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/901703278. Дата обращения: 26.05.2016.
  7. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть I. Общие требования. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-iso-10816-1-97. Дата обращения: 26.05.2016.
  8. Баженов В.И. Инженерное оформление крупных аэротенков по экономичному принципу // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2008. № 1. С. 66-80.
  9. Егорова Ю. А., Левин Д. И., Люшина Л. Ф., Петропавловский С. А., Баженов В. И., Данилович Д. А., Носкова И. А. Комплексная реконструкция городских очистных канализационных сооружений Самары // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 8. С. 80–88.
  10. Баженов В.И., Эпов А.Н., Гусаров О.С. Применение метода компьютерной симуляции гидродинамики потоков (CFD) для оптимизации конструкции аэротенка // Водоснабжение и канализация. 2009. № 3. С. 53-59.
  11. Баженов В.И., Эпов А.Н., Носкова И.А. Использование комплексов имитационного моделирования для технологий очистки сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 2. С. 62-71.
  12. Ракицкий Д. С., Егорова Ю. А., Левин Д. И., Гордеев С. А., Нагорный С. Л., Баженов В. И., Петров В. И., Устюжанин А. В. Энергоэффективный принцип реконструкции воздуходувной станции городских очистных канализационных сооружений Самары // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 8. С. 52-62.
  13. Ю. А. Егорова, Д. С. Ракицкий, Д. И. Левин, С. А. Гордеев, С. Л. Нагорный, В. И. Баженов, В. И. Петров, А. В. Устюжанин. Регулирующая арматура в управляемых процессах пневматической аэрации // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 10. С. 44-53.
  14. Баженов В.И., Березин С.Е., Самбурский Г.А. Методика расчета стоимости жизненного цикла для оборудования, систем и сооружений водоснабжения и водоотведения // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2017. № 4. С. 34-41.
  15. Баженов В.И., Кривощекова Н.А. Экономический анализ систем биологической очистки сточных вод на основе показателя - затраты жизненного цикла // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 2. С. 69-74.
  16. Баженов В.И., Березин С.Е., Устюжанин А.В. Обоснование строительства воздуходувных станций на базе экономического анализа затрат жизненного цикла // Водоснабжение и санитарная техника. 2015. № 2. С. 46–53.

Design of air-blowing stations managed equipment

In Soviet times, practice model design and verify the stations on the basis of the institutes: cniiep engineering equipment (with blowers of the type of TV «Plant Uzbekhimmash», Chirchik city), Soyuzvodokanalproekt (with blowers of the type H «Dalenergomash» in Khabarovsk). This time period is characterized by a tendency to implement energy efficient equipment and the implementation of processes controlled exposure (261). The article gives examples of projects of reconstruction of objects using standard solutions, as well as new – on the basis of the modular blower stations. Details analyzes the features of the device managed turbochargers, influencing their layout and placement in the machine room.

Keywords: blower station design, reconstruction driven blower, and an adjustable turbocharger.

Ustyuzhanin Andrey Vadimovich, postgraduate student of the Department of water supply and sanitation of the Moscow state University of civil engineering, leading engineer at CJSC «Water and wastewater».

Berezin Sergey Evgenievich, General Director of CJSC «Water and wastewater».

Bazhenov Viktor Ivanovich, doctor of technical Sciences, Professor, Executive Director, CJSC «Water and wastewater», e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

CJSC «Water and wastewater». 127018, Moscow, Polkovaya str., 1, p. 9, e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Журнал «Вода Magazine», №1 (125) 2018 г.

Просмотров: 482
Оставьте ваш комментарий
Новости
От первого лица
Мирон Гориловский, генеральный директор Группы «ПОЛИПЛАСТИК»:
«В наших реалиях качество поставляемой продукции должен контролировать заказчик»
В последнее время предприятия водопроводно-канализационного хозяйства и теплоснабжения все активнее применяют при строительстве и реконструкции сетей водоснабжения, канализации и теплоснабжения...
Компании
20.09.2019
АО «Архангельский ЦБК» сократило забор речной воды при росте производства
Инвестиции АО «Архангельский ЦБК» на выполнение мероприятий, основанных на принципах наилучших...
20.09.2019
Подведены итоги конкурса проектировщиков «Лидер Wilo - 2019»
Подведены итоги всероссийского конкурса «Лидер Wilo - 2019», проходившего с 1 февраля по 31...
19.09.2019
Директор АО «Водоканал-Чита» Андрей Ядрищенский стал первым заместителем председателя городского парламента
Генеральный директор АО «Водоканал-Чита» Андрей Ядрищенский избран первым заместителем...
Проекты
Новые статьи
Выставки/Конференции