1)Tính cấp thiết của đề tài2)Mục tiêu của đề tài3)Đối tượng và phạm vi nghiên cứu4)Phương pháp nghiên cứu khoa học5)Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tàiCHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ NHIỆM VỤ GIÁM SÁT TRẠM BƠM TĂNG ÁP 2 CẤP1.1.Nhiệm vụ giám sát trạm bơm tăng áp 2 cấpHệ thống bơm tăng áp 2 cấp có mục đích là nhằm gia tăng áp lực lưu thông nước trong đường ống, từ đó có thể đưa được khối chất lỏng đi xa, lên cao hay điều chỉnh áp suất để đầu ra của khối chất lỏng được như mong muốn của người thiết kế.Hệ thống bơm tăng áp 2 cấp là một hệ thống gồm 2 cấp để tăng áp suất trong đường ống chất lỏng. Hai cấp này được mắc nối tiếp với nhau, mỗi cấp lại gồm 2 bơm mắc song song trở nên (gồm bơm chính và bơm dự phòng) tùy thuộc vào áp suất đầu ra theo thiết kế. Trong thực tiễn, không phải lúc nào đường ống dẫn cũng duy trì được một mức áp lực nhất định mà nó sẽ thay đổi, càng đi xa hay càng lên cao thì áp lực sẽ càng thấp. Hoặc cũng có thể do trong quá trình hoạt động xảy ra sự cố như chất lỏng bị dò dỉ; không lưu thông được hay lượng áp suất vượt quá mức cho phép có thể gây vỡ đường ống làm hư hỏng hệ thống,.. Vì vậy việc giám sát các thông số kĩ thuật của trạm bơm tăng áp 2 cấp là một việc vô cùng quan trọng để đảm bảo việc vận hành và khai thác trạm bơm là hiệu quả nhất.1.2.Đề xuất các yêu cầu về giám sát các thông số của hệ thống bơm tăng áp 2 cấpViệc giám sát hệ thống thông qua các thiết bị cảm biến, các thiết bị đo lường và chuyển đổi tín hiệu. Về cơ bản, các thiết bị đo lường sử dụng trong hệ thống thực hiện 2 nhiệm vụ là điều khiển và giám sát. Đối với việc giám sát, tín hiệu đo về chỉ phục vụ hiển thị, chỉ báo các thông số quá trình, không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của hệ thống.Áp suất dòng chảy, ta tính áp suất trước và sau khi bơm của máy bơm.Với công thức p = d.h (Nm2 hoặc Pa).H : cột áp.D : trọng lượng riêng của chất lỏng (Nm2).Khi giám sát trạm bơm, áp suất của dòng chảy được kiểm tra trên 5 cấp độ dưới đây :H1PLV: mức áp suất cao thứ nhất (high pressure level 1).
1) 2) 3) 4) 5) Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu khoa học Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ NHIỆM VỤ GIÁM SÁT TRẠM BƠM TĂNG ÁP CẤP 1.1 Nhiệm vụ giám sát trạm bơm tăng áp cấp Hệ thống bơm tăng áp cấp có mục đích nhằm gia tăng áp lực lưu thơng nước đường ống, từ đưa khối chất lỏng xa, lên cao hay điều chỉnh áp suất để đầu khối chất lỏng mong muốn người thiết kế Hệ thống bơm tăng áp cấp hệ thống gồm cấp để tăng áp suất đường ống chất lỏng Hai cấp mắc nối tiếp với nhau, cấp lại gồm bơm mắc song song trở nên (gồm bơm bơm dự phòng) tùy thuộc vào áp suất đầu theo thiết kế Trong thực tiễn, lúc đường ống dẫn trì mức áp lực định mà thay đổi, xa hay lên cao áp lực thấp Hoặc trình hoạt động xảy cố chất lỏng bị dò dỉ; khơng lưu thơng hay lượng áp suất vượt mức cho phép gây vỡ đường ống làm hư hỏng hệ thống, Vì việc giám sát thơng số kĩ thuật trạm bơm tăng áp cấp việc vô quan trọng để đảm bảo việc vận hành khai thác trạm bơm hiệu 1.2 Đề xuất yêu cầu giám sát thông số hệ thống bơm tăng áp cấp Việc giám sát hệ thống thông qua thiết bị cảm biến, thiết bị đo lường chuyển đổi tín hiệu Về bản, thiết bị đo lường sử dụng hệ thống thực nhiệm vụ điều khiển giám sát Đối với việc giám sát, tín hiệu đo phục vụ hiển thị, báo thơng số q trình, khơng ảnh hưởng tới chế độ làm việc hệ thống Áp suất dòng chảy, ta tính áp suất trước sau bơm máy bơm Với công thức p = d.h (N/m2 Pa) H : cột áp D : trọng lượng riêng chất lỏng (N/m2) Khi giám sát trạm bơm, áp suất dòng chảy kiểm tra cấp độ : H1PLV: mức áp suất cao thứ (high pressure level 1) H2PLV: mức áp suất cao thứ (high pressure level 2) NPLV : mức áp suất trung bình (normal pressure level) L1PLV: mức áp suất thấp thứ (low pressure level 1) L2PLV: mức áp suất thấp thứ (low pressure level 2) Để hệ thống hoạt động ổn định, mức áp suất đường ống lên nằm khoảng tốt từ L1LV tới H2LV L2PLV H1PLV Có thể sử dụng cảm biến ON/OFF để biểu thị mức áp suất đường ống Mức nước bể chứa nguồn Với mức nước bể chứa, ta cần kiểm tra mức độ là: HLV: mức nước cao (high level) NLV: mức nước trung bình (normal level) LLV: mức nước thấp (low level) Trạm bơm hoạt động mức nước bình chứa phải mức HLV mức LLV tức mức NLV Áp suất bơm (cột áp H): lượng tăng lượng riêng cho đơn vị trọng lượng chất lỏng qua bơm (từ hút đến cửa đẩy bơm) Cột áp H thường tính mét cột chất lỏng (hay mét cột nước) Đơn vị mét (m) Lưu lượng bơm Q: thể tích khối chất lỏng máy bơm bơm lên đơn vị thời gian (đo m3/s, l/s, m3/h,…) Thể tích m3 lít, thời gian tính giây- thường máy bơm lớn, thường dùng với máy bơm nhỏ thường dùng lưu lượng cho toàn trạm Khi bơm sử dụng cũng, việc giám sát lưu lượng chảy bơm hoạt động vô quan trọng, việc giám sát lưu lượng yếu tố định yêu cầu thiết kế đặt nhằm phụ vụ cho người sử dụng Lưu lượng cần phải giám sát liên tục đường ống Công suất bơm N (hay P) Công suất làm việc Ni ; Công suất trục bơm N; Công suất động lai bơm 1.3 Sơ đồ P&ID biểu diễn sensor giám sát thông số hệ thống Ta có sơ đồ cấu trúc hệ thống bơm sau: Cấu trúc bao gồm: - bể hút; – lưới chắn rác; – đường ống hút; – van ống hút; – đồng hồ đo áp suất chân không; – khớp nối mềm; – đông lai bơm; – bơm ; – đồng hồ đo áp suất; 10 – van ống dây; 11 – đường ống dây; 12 – bể chứa; 13 – van phân phối Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bơm Hệ thống bơm chất lỏng từ bề hút tới bể chứa nhờ bơm lai động Qua lưới chắn rác, chất lỏng loại bỏ cặn bẩn vào cửa hút bơm Tại đây, chất lỏng cung cấp áp (bơm thể tích) đơng (bơm động học) dịch chuyển tới bể chứa qua đường ống dây Từ sơ đồ cấu trúc bản, ta xây dựng sơ đồ P&ID cho hệ bơm tăng áp cấp sử dụng bơm, hai cấp mặc nối tiếp với Mỗi cặp bơm tăng áp gồm bơm mắc song song có bơm chính, bơm dự phòng Hình 1.2a Sơ đồ cơng nghệ hệ thống bơm tăng áp cấp Hình 1.2b Sơ đồ công nghệ hệ thống bơm tăng áp cấp Trong đó: LT : thiết bị đo mức LI : thiết bị thị mức PG : đồng hồ áp suất PT : thiết bị đo áp suất M : động truyền động F : lọc Nguyên lí hoạt động sơ đồ trên: Trước tiên tiến hành kiểm tra mức nước có bình chứa Nếu mức nước trạng thái bình thường NLV (normal level) hệ thống hoạt động, mức nước cao (high) thấp (low) hệ thống ngừng hoạt động Khi hệ thống hoạt động, cấp tăng áp thứ với bơm mắc song song (bơm bơm 2) bơm bơm nước để tăng áp cho hệ thống, đầu vào đầu bơm có thiết bị đo áp suất để giám sát hệ thống trình vận hành Nước từ bình chứa, chảy qua van cầu khớp nối mềm tới bơm Tại nước đo áp suất cảm biến, cảm biến nối thông qua van cửa việc thuận tiện tháo lắp thiết bị đo khỏi hệ thống hệ thống làm việc Ở đầu bơm khớp nối mềm với van chiều, van có tác dụng ngăn dòng chất lỏng chảy ngược bơm gây tổn thất hệ thống Trong trình vận hành, bơm bị cố áp suất đầu vào thấp, áp suất đầu thấp, áp suất đầu cao hay bị tải nhiệt bơm dừng cho việc kiểm tra, sửa chữa bơm dự phòng số đưa vào hoạt động Lượng nước qua cấp tăng áp thứ đường ống tổng qua lọc để loại bỏ bẩn Tại đây, lượng chất lỏng giám sát qua cảm biến đo áp suất tổng đường ống Ở cấp tăng áp thứ 2, có bơm (bơm bơm dự phòng 4), lượng nước qua cấp thứ chảy qua bơm 3, lượng nước giám sát cấp tăng áp Trong q trình hoạt động, bơm bị cố áp suất đầu vào thấp, áp suất đầu thấp, áp suất đầu cao hay bị q tải nhiệt bơm dừng để kiểm tra sửa chữa bơm dự phòng đưa vào hoạt động Ở đường ống tổng cấp thứ lắp thiết bị cảm biến đo áp suất tổng đường ống Trong trình hoạt động, xảy trường hợp như: áp suất đường ống tổng thấp cao, bơm dự phòng số số bị cố áp suất đầu vào thấp, áp suất đầu thấp, áp suất đầu cao hay bị tải nhiệt hệ thống dừng hoạt động để tiến hành kiểm tra sửa chữa 1.4 Đề xuất giám sát hệ truyền động điện bơm Thông thường, bơm không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên ta sử dụng động khơng đồng roto lồng sóc để truyền động cho bơm Và để khởi động cho động ta có phương pháp sau: Khởi động trực tiếp; Khởi động đổi nối – tam giác; Khởi động thông qua khởi động mềm; Khởi động động biến tần; Ta lựa chọn phương án khởi động động qua cách khởi động trực tiếp tiến hành giám sát thông số hoạt động bơm: dòng điện điện áp bơm hoạt động CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐO ĐỂ THU THẬP THÔNG TIN CHO HỆ THỐNG TRẠM BƠM 2.1 Lựa chọn động bơm Chọn thông số cần cho bơm: Tỉ trọng nước (N/m3) Q: lưu lượng bơm = 15 (m3/h) H: cột áp bơm H = (m) Công suất làm việc bơm tính theo cơng thức 9.7 trang 180 tài liệu Chọn công suất trục bơm N (lớn Ni có tổn hao ma sát) N = 15(KW) Hiệu suất bơm: Công suất động lai bơm tính theo cơng thức 9.8 trang 181 tài liệu sau: Với : Công suất bơm từ – 50 KW, chọn k = 1,25 Tỉ trọng nước Q: lưu lượng bơm = 15 (m3/h) H: cột áp bơm H = (m) Hiệu suất bơm Hiệu suất truyền động động nối cứng trục bơm Từ thông số trên, ta chọn máy bơm ly tâm dạng xoáy đầu ngang HVP3150-122 20 với thông số sau đây: Cỡ nòng: 150 (mm) Cơng suất: 22KW – 30HP Lượng suất 4040(L/phút) Cột áp: 35 (m) Điện áp: 380 (V) Nhà sản xuất: NATION PUMP (NTP) Xuất xứ: Đài Loan Hình 2.1 Bơm ly tâm dạng xoáy đầu ngang HVP3150-122 20 Lựa chọn loại cảm biến a Cảm biến đo mức Ta sử dụng cảm biến để đo mức bể chứa mức cao, mức thấp mức trung bình Ta lựa chọn cảm biến RFLS-35 hãng Dinel (CH Séc), với thông số kĩ thuật sau đây: Vật liệu chính: thép 316L; Vật liệu điện cực: nhựa chống dính, chống bám bẩn; Ngõ dạng ON/OFF dạng NPN PNP; Nhiệt độ hoạt động: -40oC tới 65oC; Chuẩn bảo vệ: IP67, IP68; Nguồn cung cấp: 24VDC; Ứng dụng: báo mức chất rắn, chất lỏng nước, nước thải, hóa chất, cát, đá,… Hình 2.2 Cảm biến đo mức RFLS-35 hãng dinel b Cảm biến đo áp suất đường ống Lựa chọn cảm biến GP – M100, với thông số sau: Loại áp suất: áp suất kế; Độ xác: từ ±1% trở xuống; Nguồn cấp: từ 10 – 30 VDC; Dòng điện tiêu thụ: từ 50 mA trở xuống (khi 24 V: từ 32mA trở xuống, 12V: từ 48mA trở xuống, không bao gồm tải); Ngõ NPN/PNP, lựa chọn thường mở, thường đóng; Khối lượng: xấp xỉ 150g; Hinh 2.3 Cảm biến áp suất GP – M100 2.2 Lựa chọn phương pháp đo thông số điện động truyền động Để đảm bảo hoạt động bơm ổn định trình vận hành không hoạt động, ta phải tiến hành việc kiểm tra thông số bơm dòng điện hay điện áp nguồn điện cấp cho bơm Từ sơ đồ công nghệ nêu trạm bơm tăng áp cấp, ta tiến hành kiểm tra thơng số dòng áp cấp cho bơm để đảm bảo cho bơm hoạt động cách an toàn ổn định Mỗi bơm ta đo thông số để đảm bảo hoạt động trạm không bị gián đoạn, qua việc giám sát chỗ bơm tủ điện bơm Bố trí tủ điện giám sát: Tủ động lực có nhiệm vụ cấp nguồn giám sát hệ thống: Hình 2.4 Tủ điện cấp nguồn giám sát hệ thống Một tủ điều khiển giám sát hoạt động PLC: Hình 2.5 Tủ điện giám sát hoạt động PLC Bốn tủ động lực có nhiệm vụ giám sát hoạt động bốn bơm: Hình 2.6 Các tủ giám sát hoạt động bơm Tủ điện có nhiệm vụ giám sát thơng báo mức bể nước: Hình 2.7 Tủ điện giám sát mức nước bể nước Các tủ điện giám sát áp suất đầu vào – ra: Hình 2.8 Các tủ điện giám sát áp suất đầu vào – hệ thống Vậy số tủ điện cần sử dụng tủ điện Để đồng hóa cho kích thước ngun vật liệu cho tủ, ta chọn kích thước tủ sau: chiều cao 1,2 mét, chiều dài 0,8 mét, chiều rộng 0,6 mét Tùy theo yêu cầu tủ, ta thiết kế nút bấm đèn khác Hình 2.9 Kích thước tủ điện CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT 3.1 Xây dựng cấu trúc giám sát Các cảm biến biến đổi đại lượng vật lí thành tín hiệu on/off cấp tín hiệu cho điều khiển PLC, điều khiển nhận tín hiệu phát mức nước có bể áp suất có đường ống Để hiển thị thông số giám sát, máy tính cần cài sẵn phần mềm Winn CC dùng để thiết kế giao diện giám sát Step để lập trình cho PLC Các thơng số giám sát đưa đến tủ giám sát đặt trường để giám sát trực tiếp hoạt động bơm cảnh báo qua đèn báo Hình 3.1 Cấu trúc tổng quan hệ thống giám sát 3.1.1 Mạch giám sát cho trạm bơm tăng áp cấp a Sơ đồ mạch cấp nguồn cho toàn hệ thống: Hình 3.2 Sơ đồ mạch cấp nguồn Trong đó: 1MCB, 2MCB: Cầu dao tự động 1MCB: có chức đóng cắt nguồn điện cấp cho tồn hệ thống mạch điện 2MCB: đóng cắt nguồn điều khiển 220V xoay chiều 24V chiều R pha: Rơle pha 1TR, 2TR: Biến áp 380V/220V Ngun lí: Khi đóng 1MCB, máy biến áp 1TR biến đổi điện áp từ 380V 110V, báo sáng đèn để kiểm tra có đủ điện áp pha, đồng thời điện áp đưa tới Vôn kế thông qua Vol switch chuyển mạch để kiểm tra điện áp pha cần thiết Điện áp cấp cho rơle pha, sau có đủ điện pha, role pha đóng tiếp điểm cấp điện cho cuộn hút contactor MC, đóng tiếp điểm contactor MC, cấp nguồn cho thiết bị phía sau hoạt động Dòng điện cấp nguồn đo thơ qua hai biến dòng 250A/5A kiểm tra Ampe kế sử dụng nút chuyển mạch Ampe switch Đồng thời điện áp 380V đưa qua máy biến áp 380V/220V để cấp điện cho mạch role trung gian, cấp nguồn cho PLC hoạt động Điện áp 220V tiếp tục đưa qua chuyển nguồn, biến đổi điện áp 220VAC thành 24VDC cấp điện cho đèn báo modul đầu PLC b Sơ đồ mạch động lực giám sát đại lượng bơm Hình 3.3 Sơ đồ mạch động lực cho bơm bơm ... việc giám sát thông số kĩ thuật trạm bơm tăng áp cấp việc vô quan trọng để đảm bảo việc vận hành khai thác trạm bơm hiệu 1 .2 Đề xuất yêu cầu giám sát thông số hệ thống bơm tăng áp cấp Việc giám sát. .. tiếp với Mỗi cặp bơm tăng áp gồm bơm mắc song song có bơm chính, bơm dự phòng Hình 1.2a Sơ đồ cơng nghệ hệ thống bơm tăng áp cấp Hình 1.2b Sơ đồ cơng nghệ hệ thống bơm tăng áp cấp Trong đó: LT... động Khi hệ thống hoạt động, cấp tăng áp thứ với bơm mắc song song (bơm bơm 2) bơm bơm nước để tăng áp cho hệ thống, đầu vào đầu bơm có thiết bị đo áp suất để giám sát hệ thống trình vận hành