ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА
Research of the pump unit start-up processes on the water supply system representing the line with distributed parameters is executed. The schedules displaying wave processes in a water supply system at pump units start-up are provided. It is shown that these processes lead to pressure increase in t...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1094 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203738042400768 |
|---|---|
| author | Клепиков, В.Б. Коротаев, П.А. |
| author_facet | Клепиков, В.Б. Коротаев, П.А. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "В.Б. Клепиков",
"institution": "Национальный технический университет ״Харьковский политехнический институт״, ул. Кирпичева, 2, Харьков, 61002, Украина"
},
{
"author": "П.А. Коротаев",
"institution": "Національний технічний університет \"Харківський політехнічний інститут\", вул. Кирпичова, 2, Харків, 61002, Україна"
}
] |
| author_sort | Клепиков, В.Б. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-08T17:30:56Z |
| description | Research of the pump unit start-up processes on the water supply system representing the line with distributed parameters is executed. The schedules displaying wave processes in a water supply system at pump units start-up are provided. It is shown that these processes lead to pressure increase in the highway and can be the main cause of water supply systems rushes. Possibility of pressure decrease is shown by means of the adjustable electric drive. References 3, figures 4. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:18:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 131
ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЇ
УДК 621.3
ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ
ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА
В.Б.Клепиков, докт.техн.наук, П.А.Коротаев
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина.
Е-mail: korotaiev@gmail.com
Выполнено исследование процессов пуска насосного агрегата на водопроводную магистраль, представляемую
линией с распределенными параметрами. Приведены графики, отображающие волновые процессы в водопро-
водной магистрали при пуске насосных агрегатов. Показано, что данные процессы приводят к повышению
дав-ления в магистрали и могут быть основной причиной порывов водопроводных сетей. Показана
возможность снижения давления средствами регулируемого электропривода. Библ. 3, рис. 4.
Ключевые слова: насосный агрегат, пуск электропривода, водопроводная магистраль.
Одной из острых проблем в ЖКХ являются многочисленные порывы водопроводной сети, сопро-
вождающиеся большими утечками воды, перерывами в снабжении ею населения, затратами на ремонтные ра-
боты. По данным Харьковского КП «ПТП «Вода» основное число порывов приходится при включении на-
сосных агрегатов. В 2011 г. при потере электроснабжения всего на 10 минут после возобновления электро-
питания и пуска насосных агрегатов возникло около 100 порывов, но ликвидировать за сутки удавалось лишь
17 [1]. Обычно наличие порывов объясняется изношенностью водопроводных сетей. И действительно, износ
систем централизованного водоснабжения и водоотведения Украины составляет 60,8%. В Харькове существу-
ют водопроводные сети, которые были заложены еще 110 лет назад. Однако внедрение энергосберегающего
автоматизированного электропривода на насосной станции 2-го подъема в п.г.т. Солоницевка указало на
возможность иных причин частых порывов водопроводных сетей. Действительно, магистрали вышеуказанных
сетей нельзя отнести к категории слишком изношенных, т.к. они создавались при новой станции ТЭЦ-5 в 70-е
годы одновременно со строительством поселка сотрудников. Электропривод был выполнен на базе раз-
работанного кафедрой «Автоматизированные электромеханические системы» Национального технического
университета «Харьковский политехнический институт» и внедренного в опытную серию на «Харьковском
приборостроительном заводе им. Т.Г.Шевченко» преобразователя частоты ПЧРТ-03 [3]. Внедрение электропри-
вода помимо 40% экономии электроэнергии и 25% экономии воды обеспечило также снижение числа порывов
водопроводной магистрали с 60 в год до 8−10. Это побудило авторов более детально изучить процессы в водо-
проводной магистрали при пуске электроприводов насосов.
Классический гидравлический удар, как следствие внезапной остановки заслонкой водного потока,
движущегося с большой скоростью, в вышеописанном случае не мог иметь места, поскольку магистраль в
момент пуска оставалась заполненной водой. Прежде всего, было оценено перерегулирование по давлению, т.к.
именно этот показатель может существенно влиять на число порывов водопроводной сети. Согласно формулам
приведения зависимость давления в водопроводной сети от скорости насосного агрегата может быть записана
как H1/H2=(ω1/ω2)2. Моделирование процесса прямого пуска приводного двигателя насосного агрегата показало,
что перерегулирование по скорости составляет 8%, что соответствует перерегулированию давления в 17%. Та-
кое перерегулирование не должно быть причиной столь частых порывов. Поэтому было высказано предполо-
жение о возможности порывов в результате повышения давления вследствие волновых процессов в электроме-
ханогидравлической системе с распределенными параметрами. Распределенность параметров обусловлена
протяженностью водопроводной магистрали, заполненной жидкостью при пуске насосного агрегата.
Математическая модель электромеханогидравлической системы как системы с распределенными
параметрами для учета волновых процессов показана на рис. 1. Модель состоит из асинхронного двигателя, в
котором звено электромеханического преобразования энергии представлено апериодическим звеном первого
порядка. Модель трубопроводной сети и потребителя принята из [2].
Трубопроводную сеть представим уравнениями
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
=
∂
∂
+
∂
∂
=−
∂
∂
−
∂
∂
,0
;0
2
11
2
2
x
Q
gS
c
t
H
g
QQ
Sdt
Q
gSx
H λ
(1)
© Клепиков В.Б., Коротаев П.А., 2014
132 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5
где H = p/(ρg), Q – напор и расход жидкости в текущем сечении трубопровода, соответственно, [м], [м3/с]; p –
давление в текущем сечении трубопровода, [Па]; S = πd2/4 – площадь поперечного сечения, [м2]; d – диаметр
трубопровода, [м]; λ – безразмерный коэффициент сопротивления трубопровода; с – скорость распространения
ударной волны в рабочей среде, [м/с]; ρ – плотность рабочей среды, [кг/м3]; g = 9,81– ускорение свободного
падения, [м/с2].
Решение уравнений (1) с помощью метода конечных элементов позволяет представить трубопровод-
ную сеть конечным числом участков с равными параметрами и перейти от частных производных к разностным
аналогам. Тогда для i-го участка уравнения напора и расхода будут иметь вид
⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
=−+
=++−
−
−
,0)(1
;0
10
001
ii
уч
i
iiуч
i
учii
QQ
l
c
dt
dH
QQlr
dt
dQllHH
(2)
где r0, c0, l0 – удельные параметры участка трубопровода; Hi=hi+hст i, Qi, Hi-1=hi-1+hст i-1, Qi-1 – напор и расход на
выходе и входе i-го участка трубопровода, соответственно, [м], [м3/с]; ke – коэффициент шероховатости трубы,
[м]; hст i, hст i-1 – высота расположения конца и начала i-го участка относительно оси насоса соответственно,
[м]; ih , 1ih − – абсолютный напор на выходе и входе i-го участка трубопровода соответственно, [м]; pi, pi-1 –
абсолютное давление на выходе и входе i-го участка трубопровода соответственно, [Па].
В качестве регулятора
давления взят ПИ-регу-
лятор; потребителя пред-
ставим характеристикой
вида
2
потрнпотрстпотр QRhH =− ,
(3)
где Нпотр, Qпотр – напор и
расход в сети потребителя,
соответственно, [м], [м3/с].
Моделирование
проводилось для насос-
ной станции, осуществ-
ляющей подачу воды с
помощью центробежного
насоса мощностью Pн=15
кВт. Номинальный напор
и производительность на-
соса соответственно равны Hн=28 м и Qн=80 м3/ч, напор насоса при
нулевой подаче составляет H0=32 м. Для расчетов взято N=20 участков
трубопровода, удельные параметры которых равны: r0=20,5 с2/м6, l0=3,2
с2/м3, с0=3·106 м-1.
Анализ рис. 2 показал, что повышение напора при прямом пуске
насоса с закрытой задвижкой на последнем участке гидросети составляет
64 м, что в 2 раза выше номинального напора насоса.
На рис. 3 показаны графики изменения напора по длине трубо-
проводной магистрали, характеризующие распространение волн гидро-
удара при прямом пуске насоса с
закрытой задвижкой на послед-
нем участке гидросети. Вначале
по трубопроводу распространяет-
ся волна пониженного давления (1), которая при подходе к концу трубо-
провода отражается от закрытой задвижки и в виде волны повышенного
напора (2) движется в обратную сторону к насосу. Волна повышенного
напора при подходе к насосу отражается от него и начинает движение к
закрытой задвижке (3). Далее процесс многократно повторяется (возни-
кает волна 4) и постепенно затухает с течением времени, а давление в
трубопроводе становится равным H0. Такие волновые процессы приво-
дят к порывам трубопровода на изношенных участках, не выдерживаю-
щих динамические нагрузки ударного характера.
Рис. 1
Рис. 3
Рис. 2
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 5 133
На рис. 4 приведены графики изменения напора Н на различных участках трубопроводной магистрали
N при плавном запуске насоса от преобразователя частоты с закрытой задвижкой в конце гидросети, при
условии, что время выхода насоса на установившийся режим при использовании преобразователя частоты
составляет 20 с.
Из графика видно, что использование системы частотного ре-
гулирования при пуске насосного агрегата позволяет полностью исклю-
чить повышение напора, при закрытой задвижке значение напора не
превышает 28 м, что в 2,2 раза меньше по сравнению с повышением на-
пора при прямом пуске НА.
Таким образом, главной причиной порывов водопроводной сети
при прямых пусках является наличие волновых процессов в магистрали,
представляющей собой линию с распределенными параметрами, для ко-
торой особо опасным является режим прямого пуска. Устранение этих
порывов может быть достигнуто плавным пуском электропривода, ин-
тенсивность которого зависит от параметров насосов и водопроводной
магистрали.
1. Буряковская Т. Харьковские коммунальщики готовятся к зиме // Время. – 2011. – № 673. – С. 1.
2. Вишневский К.П. Переходные процессы в напорных системах водоподачи. – М.:Агропромиздат, 1986. – 135 с.
3. Клепиков В.Б., Коротаев П.А. К итогам эксплуатации энергосберегающего электропривода станции второго
подъема п.г.т. Солоницевка // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2011. – №5. – С. 15–18.
УДК 621.3
ХВИЛЬОВІ ПРОЦЕСИ В ЕЛЕКТРОМЕХАНОГІДРАВЛІЧНІЙ СИСТЕМІ ПРИ ПУСКУ
ЕЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА
В.Б. Клепіков, докт.техн. наук, П.О. Коротаєв
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,
вул. Фрунзе, 21, Харків, 61002, Україна.
е-mail: korotaiev@gmail.com
Виконано дослідження процесів пуску насосного агрегату на водопровідну магістраль, представлену лінією з
розподіленими параметрами. Наведені графіки, що відображають хвильові процеси у водопровідній магістралі
при пуску насосних агрегатів. Показано, що ці процеси призводять до підвищення тиску в магістралі і можуть
бути основною причиною виникнення поривів водопровідних мереж. Показана можливість зниження тиску за-
собами регульованого електроприводу. Бібл. 3, рис. 4.
Ключові слова: насосний агрегат, пуск електропривода, водопровідна магістраль.
THE WAVE PROCESSES IN THE ELECTRO MECHANOHYDRAULIC SYSTEM AT START-UP OF
THE PUMP ELECTRIC DRIVE
V.B.Klepikov, P.O.Korotaiev
National technical university "Kharkov Polytechnic Institute",
Frunze st., 21, Kharkіv, 61002, Ukraine.
е-mail: korotaiev@gmail.com
Research of the pump unit start-up processes on the water supply system representing the line with distributed
parameters is executed. The schedules displaying wave processes in a water supply system at pump units start-up are
provided. It is shown that these processes lead to pressure increase in the highway and can be the main cause of water
supply systems rushes. Possibility of pressure decrease is shown by means of the adjustable electric drive.
References 3, figures 4.
Key words: the pump unit, electric drive start-up, water highway.
1. Burіakovskaia T. The Kharkov housing and communal services prepare for winter // Vremia. – 2011. – № 673. – P. 1.
(Rus)
2. Vishnevskii K.P. Transients in pressure head systems of water giving. – Moskva: Agropromizdat, 1986. (Rus)
3. Klepikov V.B., Korotaiev P.A. To results of the energy saving operation of the second lifting station electric drive in
settlement of city type Solonitsevka // Energosberezheniia. Energetika. Energoaudit. – 2011. – №5. – Pp. 15–18. (Rus)
Надійшла 17.02.2014
Рис. 4
|
| id | techned_org_ua-article-1094 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:18:36Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/41/4dc3e32835f877409544d5bdfd8e4141.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10942023-01-08T17:30:56Z THE WAVE PROCESSES IN THE ELECTRO MECHANOHYDRAULIC SYSTEM AT START-UP OF THE PUMP ELECTRIC DRIVE ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА Клепиков, В.Б. Коротаев, П.А. the pump unit electric drive start-up water highway насосный агрегат пуск электропривода водопроводная магистраль Research of the pump unit start-up processes on the water supply system representing the line with distributed parameters is executed. The schedules displaying wave processes in a water supply system at pump units start-up are provided. It is shown that these processes lead to pressure increase in the highway and can be the main cause of water supply systems rushes. Possibility of pressure decrease is shown by means of the adjustable electric drive. References 3, figures 4. Выполнено исследование процессов пуска насосного агрегата на водопроводную магистраль, представляемую линией с распределенными параметрами. Приведены графики, отображающие волновые процессы в водопроводной магистрали при пуске насосных агрегатов. Показано, что данные процессы приводят к повышению давления в магистрали и могут быть основной причиной порывов водопроводных сетей. Показана возможность снижения давления средствами регулируемого электропривода. Библ. 3, рис. 4. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-08-11 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1094 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 131 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 131 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1094/970 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | насосный агрегат пуск электропривода водопроводная магистраль Клепиков, В.Б. Коротаев, П.А. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА |
| title | ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА |
| title_alt | THE WAVE PROCESSES IN THE ELECTRO MECHANOHYDRAULIC SYSTEM AT START-UP OF THE PUMP ELECTRIC DRIVE |
| title_full | ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА |
| title_fullStr | ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА |
| title_full_unstemmed | ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА |
| title_short | ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОМЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПУСКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОГО АГРЕГАТА |
| title_sort | волновые процессы в электромеханогидравлической системе при пуске электропривода насосного агрегата |
| topic | насосный агрегат пуск электропривода водопроводная магистраль |
| topic_facet | the pump unit electric drive start-up water highway насосный агрегат пуск электропривода водопроводная магистраль |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1094 |
| work_keys_str_mv | AT klepikovvb thewaveprocessesintheelectromechanohydraulicsystematstartupofthepumpelectricdrive AT korotaevpa thewaveprocessesintheelectromechanohydraulicsystematstartupofthepumpelectricdrive AT klepikovvb volnovyeprocessyvélektromehanogidravličeskojsistemepripuskeélektroprivodanasosnogoagregata AT korotaevpa volnovyeprocessyvélektromehanogidravličeskojsistemepripuskeélektroprivodanasosnogoagregata AT klepikovvb waveprocessesintheelectromechanohydraulicsystematstartupofthepumpelectricdrive AT korotaevpa waveprocessesintheelectromechanohydraulicsystematstartupofthepumpelectricdrive |