Исследованы установки с воздушным и гидровоздушным вакуум-котлами при вертикальной и горизонтальной компоновке вакуумных котлов. Приведены расчеты рабочего процесса таких установок в виде расчетов их рабочих циклов и времени заливки центробежного насоса с учетом продольного профиля его всасывающей линии. Предложены пути и средства увеличения продолжительности рабочего цикла, а также введено понятие о предельном режиме работы установки, при котором продолжительность рабочего цикла оказывается наибольшей. Дан аналитический расчет этого режима и показаны выгоды оснащения вакуумных установок насосных станций вакуум-насосами малой мощности.

Обосновано, что для повышения эффективности работы насосных станций необходимо совершенствование существующих и изучение новых методов и средств регулирования их технологических параметров. Проведенный анализ показал, что перспективным способом регулирования параметров насосных станций является использование турбинного режима одного из параллельно работающих насосов станции, который позволяет изменять производительность в требуемых пределах с одновременной рекуперацией электроэнергии. Рассмотрена работа насосной станции городского водоснабжения при отработке типового графика водоснабжения путем использования турбинного режима одного из параллельно работающих насосов. Для осуществления турбинного регулирования производительности разработаны алгоритмы расчета режимов и работы насосной станции, которые учитывают условия перехода регулируемого насоса из режима в режим и особенности параллельной работы агрегатов. Полученные расчетные данные показывают, что при турбинном регулировании производительности можно добиться снижения потребляемой электроэнергии на 19 % в сутки по сравнению с частотным.

Purpose. Development of technical and algorithmic solutions for complex improvement of electrotechnologic effectiveness indices of "power supply mains - pumping station" ("SM-PS") complex, improvement of its energy efficiency, obtaining its rational structure and operation algorithm of the system of automatic control of modes of pumping over. Methodology. Circuit design and algorithmic solutions were developed on the basis of liquid pumping efficiency indices analysis for various power supply schemes, power circuits connection diagrams and control methods of centrifugal pumping units, which were acquired using mathematical experiments on the developed digital model of "SM-PS" complex. Findings. Power supply circuit and centrifugal pump unit connection diagram were developed. A structure and an algorithm for microprocessor system of automatic discrete-continuous control of liquid pumping modes with constant pressure in the pipeline on the full range of the SM-PS performance variation were created. Originality. A mathematical model of synthesis of discrete-continuous control of liquid pumping modes using centrifugal pumping units in the structure of the closed-loop system of the pipeline pressure stabilization was developed. Practical value. The use of the developed scheme, schematic and algorithmic solutions makes it possible to improve the electrotechnologic efficiency indices of "SM-PM" complex, in particular, to decrease specific cost of active electric energy, to improve the power factor, to decrease circuit voltage deviation as well as to reduce consumption of total and reactive powers, which results in substantial energy saving. The suggested solutions can be applied while designing new and operating working "SM-PS" complexes.

Запропоновано критерій максимальної ефективності екстремальної системи автоматичного керування насосним комплексом, що враховує вимоги технологічного процесу, питоме енергоспоживання і витрату ресурсу електрогідравлічного обладнання. Обгрунтовано вибір вагових коефіцієнтів критерію оптимальності. Розроблено структурну схему моделі екстремальної системи керування насосним комплексом крокового типу з пошуковим алгоритмом. Виконано аналіз енергоефективності запропонованої системи з системою стабілізації тиску в контрольній точці трубопровідної мережі на базі ПІД-регулятора. Проведено оцінку впливу тривалості експлуатації насоса на енергетичні характеристики роботи насосного комплексу.

Увагу приділено підвищенню ефективності насосних комплексів з регульованим електроприводом на базі оцінювання енергетичних процесів у всіх елементах силового каналу з урахуванням фактичних режимів водоспоживання та змінених під час експлуатації характеристик обладнання. Обгрунтовано енергоефективні діапазони зміни параметрів насосних комплексів, які забезпечують роботу турбомеханізму в зоні максимального коефіцієнта корисної дії. Запропоновано метод оцінювання енергоефективності насосних комплексів, який базується на аналізі розподілу енергії та втрат енергії на всіх елементах силового каналу при змінному характері навантаження, різних схемах регулювання технологічного параметра, і змінених під час експлуатації характеристик електрогідравлічного обладнання. Набув подальшого розвитку метод енергопрогноза ефективних режимів роботи насосних комплексів на основі оцінювання інтегральних енергетичних показників насосного комплексу, який ураховує багатофакторну регресійну модель водоспоживання і фактичні характеристики насосних агрегатів, що дозволяє визначити потенціал енергозбереження в насосних комплексах при використанні різних способів регулювання продуктивності. Запропоновано систему й алгоритм керування енергетичними режимами насосного комплексу, що дозволяє на базі оцінювання енергетичних параметрів і техніко-економічних показників здійснити вибір енергоефективних режимів роботи та визначити доцільність подальшої експлуатації технологічного обладнання. Розроблено екстремальну систему автоматичного керування насосним комплексом та алгоритм функціонування, що здійснює мінімізацію споживаної електроенергії при стабілізації напору в диктуючій точці гідромережі й ресурсу електрогідравлічного обладнання. Зазначено, що отримані на підставі експериментальних досліджень діаграми розподілу потужності та втрат потужності у всіх елементах силового каналу насосного комплексу підтверджують доцільність методу оцінювання енергоефективності насосних комплексів з урахуванням змінених в часі експлуатаційних характеристик обладнання, фактичного графіка роботи споживача, способу керування технологічними параметрами. Показано, що при визначенні економічної ефективності від впровадження системи автоматичного керування енергетичними режимами насосних комплексів водопостачання необхідно розглядати дві групи складових: первинного ефекту, що включає економію електроенергії безпосередньо від використання регульованого електропривода насоса, зниження втрат енергії в насосі при обліку фактичних характеристик електромеханічного обладнання, зменшення кількості його відмов, і вторинного ефекту, обумовленого зниженням об'єму перекачування чистих і стічних вод унаслідок зменшення надлишкових напорів у трубопровідній мережі. Доведено, що при оцінюванні ефективності застосування екстремальної системи автоматичного керування насосним комплексом необхідно враховувати витрати всіх видів ресурсів насосного комплексу, що здійснюється на основі аналізу вартості вхідних і вихідних продуктів операції транспортування води споживачеві за час операції.

На підставі чинних нормативних документів щодо трубопровідного транспорту показано необхідність системного підходу до вивчення процесів, які відбуваються в технологічних комплексах помпових станцій магістральних трубопроводів та їхніх систем електропостачання. Розроблення ефективних систем керування такими комплексами з метою зменшення енергоспоживання передбачає всебічний аналіз поточних і прогнозування як усталених, так і динамічних режимів шляхом одночасного дослідження їхніх підсистем як єдиного цілого. Заміна застарілих відцентрових помп багатоагрегатних помпових станцій з основними та підпірними помпами на сучасні моделі зі суттєво вищим ккд збільшує вагомість потенціалу енергоощадності в динамічних режимах. Проаналізовано наукові розробки, які стосуються моделювання помпових станцій та їхніх електротехнічних комплексів. Показано, що загальноприйнятий підхід не завжди достатній для ефективного дослідження впливу підсистем різної фізичної природи помпових станцій на систему електропостачання та взаємного впливу цих підсистем одна на одну. Побудовано формалізовану математичну модель системи асинхронних відцентрових агрегатів багатоагрегатної помпової станції з послідовним сполученням помп, здійснено її верифікацію та запропоновано перспективи її використання.