Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie ... Thesis_Toma Daniel.pdf ·...
Transcript of Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie ... Thesis_Toma Daniel.pdf ·...
UNIVERSITATEA TEHNICĂ
“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI
FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ,
GEODEZIE ŞI INGINERIA MEDIULUI
Doctorand,
Ing. TOMA DANIEL
CERCETĂRI ASUPRA POMPĂRII CU MAȘINI HIDRAULICE
CU TURAȚIE VARIABILĂ
REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT
Conducător ştiinţific,
Prof. univ. dr. ing. JOSIF BARTHA
IAȘI, 2012
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
3
CUPRINS
INTRODUCERE 6-7
Cap. 1. MAŞINI HIDRAULICE 11-9
1.1. Transformări energetice. Maşini hidraulice 11-9
1.2. Clasificarea funcţională şi rolul generatoarelor hidraulice 13-9
1.2.1. Generatoare hidraulice 13-9
1.2.2. Transformatoare hidraulice 15---
1.3. Domeniile de utilizare ale maşinilor hidraulice 17-10
1.4. Importanţa maşinilor hidraulice acţionate la turaţie variabilă şi al
monitorizării parametrilor funcţional - energetici ai staţiilor de pompare
în vederea creşterii eficienţei energetice 21-10
Cap. 2. CARACTERISTICILE ŞI REGIMURILE DE FUNCŢIONARE ALE
TURBOPOMPELOR ŞI REŢELEI DE TRANSPORT A APEI 25-11
2.1. Mărimi caracteristice implicate în funcţionarea turbopompelor 25-11
2.1.1. Debitul 25----
2.1.2. Sarcina 26----
2.1.3. Puterea 28----
2.1.4. Randamentul 28----
2.1.5. Turaţia 29----
2.1.6. Rapiditatea 30----
2.2. Curbe caracteristice de funcţionare ale turbopompelor 30-11
2.2.1. Consideraţii generale 30-11
2.2.2. Modificarea performanţelor turbopompelor 32-11
2.3. Caracteristicile sistemelor hidraulice unifilare sub presiune 35-11
2.3.1. Caracteristicile pierderilor de sarcină 35-11
2.3.2. Caracterisitica reţelei de transport a apei 38-12
2.4. Funcţionarea turbopompelor în instalaţii 39-12
2.4.1. Regimurile de funcţionare ale ansamblului instalaţie de pompare - reţea 39-12
2.4.2. Indicatori de eficienţă energo - economică a pompării apei 43-12
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
4
Cap. 3. INSTALAŢIILE DE REGLARE ŞI SISTEMELE DE ACŢIONARE
ELECTRICĂ ALE TURBOPOMPELOR 45-13
3.1. Reglări bazate pe modificarea caracteristicii pierderilor de sarcină a
comunicaţiilor turbopompelor 45-13
3.1.1. Reglarea prin modificarea debitului curentului de lichid cu vana
de pe refulare 46-13
3.1.2. Reglarea prin derivarea curentului pompat 48----
3.2. Reglări bazate pe modificarea caracteristicii rezultante a instalaţiei de
pompare prin cuplarea în paralel a turbopompelor 51-14
3.3. Reglări bazate pe modificarea caracteristicii de sarcină a turbopompelor 55-15
3.3.1. Reglarea prin acţionarea la turaţie variabilă a turbopompelor 55-15
3.3.2. Reglarea prin modificarea unghiului de aşezare al palelor rotorice 60----
3.4. Reglarea prin funcţionarea intermitentă a agregatului de pompare şi
compensarea debitului 60----
3.5. Sisteme de acţionare electrică a turbopompelor 63-16
3.5.1. Consideraţii generale 63-16
3.5.2. Acţionarea electrică nereglabilă a turbopompelor 64----
3.5.3. Acţionarea electrică reglabilă a turbopompelor 64-16
3.6. Funcţionarea turbopompelor acţionate la turaţie variabilă 71-17
3.6.1. Aspecte energetice privind funcţionarea motorului asincron la turaţie
variabilă în cazul alimentării cu convertoare statice de frecvenţă 71-17
3.6.2. Randamentul motorului asincron şi al convertorului static de frecvenţă 72---
3.6.3. Metodă de determinare a randamentului general al grupului de
pompare convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă 72-17
Cap. 4. ANALIZA FUNCŢIONĂRII INSTALAŢIILOR DE POMPARE DIN
CADRUL SISTEMELOR DE ALIMENTARE CU APĂ, ECHIPATE CU
TURBOPOMPE ACŢIONATE LA TURAŢIE VARIABILĂ 89-24
4.1. Consideraţii generale 89-24
4.2. Modelarea funcţionării turbopompelor la turaţie constantă şi variabilă 90-24
4.2.1. Soft pentru pentru determinarea experimentală a caracteristicilor
funcţional - energetice ale turbopompelor din cadrul instalaţiilor
de pompare existente. Modelul matematic. Algoritmul de calcul 90-24
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
5
4.2.2. Soft pentru determinarea pierderilor de sarcină implicate în analiza
funcţionării turbopompelor. Modelul matematic. Algoritmul de calcul 92-25
4.2.3. Soft pentru determinarea regimurilor de funcţionare ale unei
instalaţii de pompare în diferite configuraţii de exploatare.
Modelul matematic. Algoritmul de calcul 97-25
4.3. Analiza funcţionării instalaţiilor de pompare prevăzute cu turbopompe
acţionate la turaţie variabilă. Studiu de caz: Staţia de pompare Chiriţa 99-26
4.3.1. Complexul de tratare a apei Chiriţa din cadrul sistemului de alimentare
a municipiului Iaşi 99-26
4.3.2. Descrierea funcţională şi tehnologică a SP Chiriţa 102-26
4.3.3. Determinarea caracteristicilor funcțional - energetice ale agregatelor
de pompare din cadrul instalației de pompare ORAȘ 110-27
4.3.4. Determinarea caracteristicilor hidraulice ale comunicaţiilor
agregatelor de pompare din cadrul instalaţiei de pompare ORAŞ 117-30
4.3.5. Determinarea regimurilor de funcţionare ale ansamblului
instalaţiei de pompare ORAŞ - reţea 118-30
4.3.6. Caracteristicile energo - economice ale pompării apei 124-32
4.3.7. Randamentele globale ale instalaţiei de pompare ORAŞ 127-33
4.3.8. Evidenţierea avantajului energetic al utilizării turaţiei variabile
în comparaţie cu reglarea debitului cu vana de pe comunicaţia de refulare136-35
4.4. Evaluarea oportunității introducerii acționării la turație variabilă a
turbopompelor în vederea îmbunătățirii eficienței energo - economice
a pompării. Studiu de caz: Stația de pompare Codrescu 139-36
4.4.1. Funcţionarea instalaţiei de pompare pe hidrofor. Modelul matematic 140---
4.4.2. Funcţionarea instalaţiei de pompare prin acţionarea la turaţie
variabilă a turbopompelor. Modelul matematic 141---
4.4.3. Evidenţierea avantajului energetic al acţionării la turaţie variabilă
a turbopompelor în comparaţie cu funcţionarea pe hidrofor 142-37
Cap. 5. MONITORIZAREA ŞI CONTROLUL STAŢIILOR DE POMPARE DIN
CADRUL SISTEMELOR DE ALIMENTARE CU APĂ 149-39
5.1. Consideraţii generale privind sistemul de monitorizare şi control al unei
staţii de pompare 149-39
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
6
5.2. Sistemul de monitorizare şi control al unei staţii de pompare.
Studiu de caz: Staţia de pompare Chiriţa 152-40
5.3. Analiza randamentului global al instalaţiilor de pompare şi a consumurilor
specifice de energie 167-44
Cap. 6. CONCLUZII ŞI CONTRIBUŢII 171-45
6.1. Concluzii 171-45
6.2. Contribuţii 175-48
BIBLIOGRAFIE 177-50
ANEXE 186---
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
7
INTRODUCERE
Prezenta lucrare se încadrează în problematica calităţii consumului de energie care este
apreciată cu ajutorul eficienţei energetice, definită prin creşterea efectului util obţinut prin
consumul unei forme de energie, pentru asigurarea unui serviciu la un consumator final.
Într-o economie din ce în ce mai globalizată, strategia energetică a unei ţări se realizează
în contextul evoluţiilor şi schimbărilor care au loc pe plan mondial. Una din provocările majore
pentru Uniunea Europeană se referă la modul în care se poate asigura securitatea energetică cu
energie competitivă şi „curată”, ţinând cont de limitarea schimbărilor climatice, escaladarea
cererii globale de energie şi de viitorul nesigur al accesului la resursele energetice.
Unul dintre obiectivele strategiei Uniunii Europene în privința combaterii schimbărilor
climatice este acela de reduce consumul de energie primară cu 20 %, care să se realizeze prin
îmbunătățirea eficienței energetice [Comisia Europeană, 2011]. Economia de energie obţinută
prin eficienţa energetică este resursa cea mai ieftină de energie şi cea mai avantajoasă pentru
mediu înconjurător, comparativ cu resursele de energie regenerabilă sau de combustibili fosili.
În cadrul acestei probleme globale, autorul s-a axat pe aspecte energetice care privesc
unele subsisteme ale industriei, respectiv instalaţiile de pompare.
Pornind de la marile posibilităţi ale acţionărilor cu turaţie variabilă, care urmăresc
reducerea consumurilor energetice, susţinute în prezent în literatura tehnică de specialitate
[Europump and Hydraulic Institute, 2004; Hydraulic Institute, U.S. Departament of Energy,
2006], autorul îşi propune să analizeze funcţionarea unei instalaţii de pompare, din cadrul unui
sistem de alimentare cu apă, echipată cu maşini hidraulice (turbopompe) acţionate la turaţie
variabilă. În acelaşi timp, introducerea acţionărilor cu turaţie variabilă trebuie să fie precedată de
studii de oportunitate pentru a se evita realizarea unor investiţii nejustificate sau menţinerea unui
sistem de exploatare a acestor subsisteme costisitor (randament energetic redus).
Teza de doctorat este structurată pe 6 capitole:
În prima parte, respectiv în capitolele 1 și 2, s-au prezentat o serie de aspecte generale
referitoare la locul şi rolul maşinilor hidraulice cu lichide în cadrul sistemelor tehnice, o
clasificarea funcţională a lor, domeniile de utilizare ale acestora, precum și caracteristicile și
regimurile de funcționare ale turbopompelor și rețelei de transport a apei.
În capitolul 3 s-au prezentat instalațiile de reglare şi sistemele de acţionare electrică ale
turbopompelor, subliniindu-se incovenientele energetice pe care le introduc unele dintre acestea
şi punându-se în evidenţă oportunitatea introducerii acţionării turbopompelor la turaţie variabilă.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
8
În finalul acestui capitol se descrie şi se aplică o metodă practică de determinare a randamentului
unui convertor static de frecvenţă, precum şi a randamentului general al unui grup de pompare
alcătuit din convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă.
Capitolul 4 cuprinde analiza a funcţionării instalaţiilor de pompare, echipate cu
turbopompe acţionate la turaţie variabilă, din cadrul sistemelor de alimentare cu apă, bazată pe o
cercetare concretă. Studiul de caz este reprezentat de staţia de pompare Chiriţa, parte
componentă a sistemului de alimentare cu apă a municipiului Iaşi. Se evidenţiază eficienţa
energetică a acţionărilor la turaţie variabilă faţă de o altă metodă utilizată foarte des în
exploatare, aceea de reglare a debitului curentului de lichid cu ajutorul vanei de pe comunicaţia
de refulare a turbopompelor. În finalul acestui capitol se prezintă o evaluare a oportunităţii de
introducere a acţionării la turaţie variabilă a agregatelor de pompare din cadrul staţiei de
pompare Codrescu, cu scopul de a spori eficienţa energo - economică a pompării.
În capitolul 5 se analizează sistemul de monitorizare şi control al staţiei de pompare
Chiriţa care are ca principale scopuri: optimizarea energetică a exploatării, asigurarea
mentenanţei preventive şi programarea intervalelor de funcţionare în afara perioadelor de vârf
ale curbei de sarcină a sistemului energetic.
Capitolul 6 cuprinde concluziile lucrării şi evidenţierea contribuţiilor autorului.
Aduc mulţumiri conducătorului ştiinţific al lucrării, domnului prof. univ. dr. ing. Bartha
Josif, care mi-a îndrumat eforturile pe tot parcursul realizării acestei lucrări.
Îmi îndrept recunoştinţa către profesorii care au acceptat să participe ca referenţi
oficiali în comisia de doctorat, pentru a îmi face onoarea de a lectura această lucrare şi de a își
exprima opiniile şi observaţiile dumnealor, extrem de utile pentru prezent, dar şi pentru
activitatea mea ulterioară.
Mulţumesc membrilor Departamentului de Hidroamelioraţii şi Protecţia Mediului şi
Departamentului de Amenajări şi Construcţii Hidrotehnice din cadrul Facultăţii de
Hidrotehnică, Geodezie şi Ingineria Mediului pentru încurajările permanente, sfaturile şi
sprijinul moral acordat.
Mulţumirile mele se adresează conducerii S.C. APAVITAL S.A. Iaşi, precum şi
colectivului de specialişti ai societăţii, pentru sprijinul deosebit acordat în efectuarea
măsurătorilor de la staţia de pompare Chiriţa.
Ţin să mulţumesc soţiei şi părinţilor, cărora le sunt profund recunoscător pentru
răbdarea, afecţiunea şi susţinerea pe care mi-au dăruit-o, fără de care finalizarea tezei nu ar fi
fost posibilă.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
9
CAPITOLUL 1
MAŞINI HIDRAULICE
1.1. Transformări energetice. Maşini hidraulice
Funcţionarea sistemelor hidraulice presupune existenţa unor transformări energetice
realizate de sisteme tehnice cu o structură mecanică sau electromecanică. Aceste sisteme tehnice
pot fi: aparate sau mașini.
Maşina hidraulică este o maşină de forţă care transformă energia fluidului ce o
traversează. În principiu, o asemenea maşină transformă energia hidraulică în energie mecanică
şi invers ( ), sau forme ale energiei hidraulice tot în energie hidraulică [Burchiu V. şi
colab., 1982]. În Fig. 1.1 se prezintă locul şi rolul aparatelor şi maşinilor hidraulice cu lichide în
cadrul sistemelor tehnice ce realizează transformări energetice [Alexandrescu O., 2004].
Fig. 1.1 Locul şi rolul maşinilor şi aparatelor hidraulice în ansamblul sistemelor tehnice
care realizează transformări eneregetice: E - energie mecanică; M - energie mecanică; H - energie hidraulică
1.2. Clasificarea funcţională şi rolul generatoarelor hidraulice
1.2.1. Generatoare hidraulice
Această grupă se împarte în: elevatoare, pompe volumice şi turbopompe [Alexandrescu
O., 2004; Burchiu V. şi colab., 1982].
Turbopompe. La turbopompe se realizează vehicularea fluidului pe baza schimbului de
energie, organul activ al maşinii fiind rotorul. După direcţia curgerii la ieşirea din rotor, se
disting tipurile: centrifugale, diagonale, axiale [Georgescu S.C. şi colab., 2005].
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
10
1.3. Domeniile de utilizare ale maşinilor hidraulice
Principalele domenii de utilizare ale apei cu ajutorul maşinilor hidraulice sunt:
a) utilizări hidroelectrice;
b) regularizarea râurilor şi regimului debitelor;
c) irigaţii şi desecări – drenaje;
d) alimentări cu apă şi canalizări.
1.4. Importanţa maşinilor hidraulice acţionate la turaţie variabilă şi al monitorizării
parametrilor funcţional - energetici ai staţiilor de pompare în vederea creşterii
eficienţei energetice
Conform Departamentului Energiei S.U.A., acţionările electrice ale instalaţiilor de
pompare din această ţară, consumă circa % din energia electrica produsă [U.S. Department of
Energy, 1998]. Situaţia este asemănătoare şi în Uniunea Europeană (UE) [Almeida A.T. şi
colab., 2003], unde % din consumul de energie electrică revine turbopompelor (v. Fig. 1.8).
Fig. 1.8 Distribuţia estimată a consumului de energie electrică în UE
Turbopompele au un potenţial ridicat de economisire a energiei, iar cea mai eficientă
metodă de a valorifica acest potențial o reprezintă utilizarea acţionărilor cu turaţie variabilă a
turbopompelor în loc de reglarea instalaţiilor de pompare prin alte metode. Pentru o singură
instalaţie de pompare, potenţialul de economisire a energiei poate fi între de 5-50 %, în cazul în
care agregatele de pompare sunt echipate cu convertoare statice de frecvenţă [Europump and
Hydraulic Institute, 2004].
Din cauza faptului că, în cadrul staţiilor de pompare, energia electrică consumată este
considerabilă, apare necesitatea realizării unor sisteme de monitorizare şi control al parametrilor
funcţional - energetici implicaţi în funcţionarea agregatelor de pompare din cadrul acestora.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
11
CAPITOLUL 2
CARACTERISTICILE ŞI REGIMURILE DE FUNCŢIONARE
ALE TURBOPOMPELOR ŞI REŢELEI DE TRANSPORT A APEI
2.1. Mărimi caracteristice implicate în funcţionarea turbopompelor
Funcţionarea turbopompelor este apreciată prin folosirea unor mărimi a căror valoare
caracterizează: cantitatea de lichid vehiculată în unitatea de timp – debitul , energia specifică
hidraulică efectiv prelucrată de turbopompă – sarcina , puterea la arborele turbopompei ,
randamentul transformării energetice realizate η și turaţia .
2.2. Curbe caracteristice de funcţionare ale turbopompelor
2.2.1. Consideraţii generale
Mărimile caracteristice implicate în funcţionarea turbopompelor – sarcina , debitul ,
puterea , randamentul şi înălţimea energetică netă absolută cerută de aspiraţie –
depind atât de forma şi dimensiunile rotorului, precum şi de condiţiile de lucru. Mărimile ce
caracterizează funcţionarea unei turbopompe pot fi exprimate, în general, prin relaţii funcţionale
de forma (2.15):
{
( )
( )
( )
( )
( )
2.2.2. Modificarea performanţelor turbopompelor
b. Modificarea turaţiei rotorului
Variaţia debitului, a sarcinii şi a puterii, la modificarea turaţiei, urmează legile
similitudinii. Aceste legi arată că, la modificarea turaţiei, debitul variază proporţional cu turaţia,
sarcina variază proporţional cu pătratul turaţiei, iar puterea variază proporţional cu cubul
turaţiei [Ionel I., 1976].
2.3. Caracteristicile sistemelor hidraulice unifilare sub presiune
2.3.1. Caracteristicile pierderilor de sarcină
O instalaţie de pompare realizează transformările energetice implicate în funcţionarea
unui sistem hidraulic şi cuprinde de obicei mai multe agregate de pompare (v. Fig. 2.6).
Pierderile de sarcină totale includ, pentru fiecare tronson , caracterizat de lungimea
, diametrul , rugozitatea absolută , ce comportă singularităţile , caracterizate prin
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
12
coeficienţii pierderilor de sarcină locale , , pierderile de sarcină distribuite
(liniare) şi suma pierderilor de sarcină locale :
( )
Fig. 2.6 Schema unei instalaţii de pompare cu două agregate de pompare cuplate în paralel:
1- turbopompe; 2 - aspiratoare; 3 - comunicaţii de aspiraţie; 4 - reducţii asimetrice; 5 - difuzoare;
6 - compensatoare de montaj; 7 - robinete de reţinere; 8 - robinete de închidere; 9 - coturi;
10 - confluenţă piesă pantalon; 11 - conductă de refulare
2.3.2. Caracteristica reţelei de transport a apei
Caracteristica reţelei redă legătura dintre energia hidraulică specifică într-o secţiune
remarcabilă a unui sistem hidraulic şi debitul ce o traversează. Sarcina hidrodinamică a
instalaţie este dată de (2.37):
( ) ( )
2.4. Funcţionarea turbopompelor în instalaţii
2.4.1. Regimurile de funcţionare ale ansamblului instalaţie de pompare - reţea
Starea de funcţionare a ansamblului instalaţie de pompare - reţea, în regim normal şi
stabilizat, este apreciată prin valorile debitul transportat şi energiei specifice hidraulice a
curentului , într-o secţiune comună ( ) pentru cele două componente.
Regimul de funcţionare va fi caracterizat prin valorile ( ), soluţie a sistemului
constituit din caracteristica de sarcină a instalaţiei de pompare ( ) şi caracteristica reţelei
( ) , exprimate în aceeaşi secţiunea comună ( ).
2.4.2. Indicatori de eficienţă energo - economică a pompării apei
În literatura de specialitate, eficienţa energo - economică a pompării se caracterizează
prin utilizarea următorilor indicatori [Sârbu I., 1993]: consumul specific de energie, consumul
specific unitar de energie și randamentul global al instalaţiei de pompare.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
13
CAPITOLUL 3
INSTALAŢIILE DE REGLARE
ŞI SISTEMELE DE ACŢIONARE ELECTRICĂ ALE TURBOPOMPELOR
Instalaţiile de pompare deservesc reţele ale căror cerinţe pot varia în timp între un debit
minim şi debitul de dimensionare. Apare astfel necesitatea reglării turbopompelor pentru
vehicularea diferitelor debite cerute de utilizator, în condiţii de eficienţă energo - economică.
Variaţia debitului pompat se poate realiza utilizând diverse metode [Alexandrescu, 2003]:
modificarea caracteristicii de sarcină a instalaţiei, redusă la originea refulării, prin:
modificarea caracteristicii pierderilor de sarcină ( ) a comunicaţiilor
turbopompelor;
modificarea caracteristicii rezultante a instalaţiei de pompare prin cuplarea în
paralel a turbopompelor;
modificarea caracteristicii de sarcină proprii turbopompelor ( ) ;
funcţionarea intermitentă a agregatului de pompare şi compensarea debitului.
3.1. Reglări bazate pe modificarea caracteristicii pierderilor de sarcină a
comunicaţiilor turbopompelor
Adaptarea la regimuri variabile se obţine prin modificarea caracteristicilor pierderilor de
sarcină ( ) ale comunicaţiilor de refulare ale pompelor, cu menţinerea neschimbată a
caracteristicilor ( ) ale turbopompelor. Aceasta se realizează prin mijloace foarte simple
(robinete, conducte de by-pass etc.), dar în schimb sunt însoţite de pierderi energetice. Adaptarea
la regimuri variabile bazată pe modificarea caracteristicii comunicaţiilor de refulare, se
realizează prin:
modificarea debitului curentului de lichid cu vana de închidere de pe refulare;
derivarea curentului de lichid pompat printr-o conductă by-pass.
3.1.1. Reglarea prin modificarea debitului curentului de lichid cu vana de pe refulare
Această reglare se realizează prin modificarea caracteristicii pierderilor de sarcină a
comunicaţiilor turbopompei ( ), folosind vana de închidere intercalată pe refularea
acesteia (v. Fig. 3.1).
Această reglare permite realizarea acordului între debitul cerut de reţea şi cel efectiv
pompat de turbopompă, dar prin acceptarea unui dezacord între sarcina cerută de reţea şi sarcina
asigurată efectiv de turbopompă, la racordul său de refulare.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
14
Fig. 3.1 Adaptarea la regimuri variabile a unei instalaţii de pompare prin reglarea cu vana de pe refulare
3.2. Reglări bazate pe modificarea caracteristicii rezultante a instalaţiei de pompare
prin cuplarea în paralel a turbopompelor
În cazul în care debitul furnizat de o turbopompă este insuficient pentru alimentarea
utilizatorilor, instalaţiile de pompare sunt echipate cu mai multe agregate de pompare cuplate în
paralel (v. Fig. 3.3).
Fig. 3.3 Adaptarea la regimuri variabile a unei instalaţii de pompare
prin cuplarea în paralel a două turbopompe
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
15
3.3. Reglări bazate pe modificarea caracteristicii de sarcină a turbopompelor
Aceste reglări se obţin prin modificarea caracteristicii de sarcină a turbopompei ( ) ,
menţinând invariabile atât caracteristicile comunicaţiilor turbopompelor ( ), cât şi
caracteristica reţelei ( ) . Prin aplicarea acestei metode de reglare, regimul de funcţionare
dorit se situează totdeauna pe caracteristica reţelei, astfel că se asigură un acord între cerinţele
reţelei şi regimul de funcţionare al turbopompei, atât în ceea ce priveşte debitul, cât şi sarcina
sub care acesta este furnizat.
3.3.1. Reglarea prin acţionarea la turaţie variabilă a turbopompelor
a. Consideraţii generale
În instalaţiile de pompare din sistemele hidrotehnice/hidroedilitare, această reglare se
obţine prin modificarea turaţiei rotorului turbopompei. Ea necesită folosirea de acţionări electrice
reglabile, adică de acţionări electrice cu turaţie variabilă a motoarelor asincrone, folosind în acest
scop convertoare statice de frecvenţă cu putere adecvată.
b. Indici de calitate ai reglării turaţiei
Principalii indici care definesc calitatea reglajului de turaţie sunt: domeniul de reglare a
turaţiei și coeficientul de reglare a turaţiei.
c. Caracteristicile funcţional - energetice ale turbopompelor acţionate la turaţie
variabilă
Caracteristicile funcţional - energetice ale turbopompei se modifică, prin reducerea
turaţiei, în conformitate cu legile de similitudine. În planul ( ) se obţin (v. Fig. 3.4):
Fig. 3.4 Diagramă pentru deducerea coeficientului de reglare a turaţiei
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
16
o familie de curbe de sarcină paralele, ale căror ordonate la origine sunt cu atât mai
coborâte, cu cât turaţia este mai mică. Curbele de sarcină se exprimă analitic printr-o funcţie de
tip parabolic (3.39):
( )
o reţea a izoliniilor de randament, care reprezintă arce de parabolă ce trec prin origine,
pe care sunt situate regimurile de funcţionare obţinute cu acelaşi randament, la diferite turaţii.
Aceste izolinii prezintă forma pătratică (3.40):
( )
unde este un parametru determinat de mărimile ( ) proprii regimului care, pe curba de
sarcină corespunzătoare turaţiei , este realizat cu randamentul indicat .
3.5. Sisteme de acţionare electrică a turbopompelor
3.5.1. Consideraţii generale
Acţionarea electrică este operaţia prin care se efectuează comenzi asupra regimurilor de
funcţionare a maşinilor de lucru cu ajutorul energiei electrice. În funcţie de natura turaţiei,
acţionările electrice se împart în două categorii [Ionel I., 1980]:
1) reglabile, atunci când acestea au turaţia variabilă;
2) nereglabile, atunci când acestea au turaţie constantă.
3.5.3. Acţionarea electrică reglabilă a turbopompelor
Prin intermediul acţionărilor reglabile se obţin de la turbopompe caracteristici artificiale
( ) parabolice, situate cu concavitatea în sus care, în mod ideal, se suprapun peste
caracteristica ( ) a reţelei de pompare şi, ca urmare, se asigură instalaţiilor de pompare
randamente considerabil mai ridicate şi, prin aceasta, o eficienţă energo - economică mai bună.
Acţionarea electrică reglabilă bazată pe modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare
Mijloacele tehnice cele mai utilizate pentru modificarea frecvenţei sunt convertoarele
statice de frecvenţă. Principalele tipuri de convertoare statice de frecvenţă sunt:
1. Convertoarele directe (cicloconvertoarele) transformă direct o sursă de energie de
curent alternativ de frecvenţă şi tensiune , în sursă de energie de curent alternativ de
frecvenţă şi tensiune [Gorda C. şi colab., 2010].
2. Convertoarele indirecte se caracterizează printr-o dublă conversie a energiei
electrice. Acestea preiau energia de la reţeaua trifazată de tensiune şi frecvenţă constantă şi o
transmit motoarelor asincrone cu o frecvenţă şi tensiune variabilă.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
17
Avantajul cel mai mare al lor constă în faptul că se poate obţine un domeniu larg de
modificare a frecvenţei de la zero până la frecvenţe corespunzătoare turaţiilor suprasincrone. În
Fig. 3.9 se face o clasificare a convertoarelor statice de frecvenţă.
Fig. 3.9. Clasificarea convertoarelor statice de frecvenţă
3.6. Funcţionarea turbopompelor acţionate la turaţie variabilă
3.6.1. Aspecte energetice privind funcţionarea motorului asincron la turaţie variabilă
în cazul alimentării cu convertoare statice de frecvenţă
În studiul eficienţei energetice al acţionărilor cu turaţie variabilă a turbopompelor, trebuie
avut în vedere modificarea randamentelor a trei componente:
- randamentul turbopompei ( );
- randamentul convertorului de frecvenţă ( );
- randamentul motorului asincron acţionat cu convertor ( ).
3.6.3. Metodă de determinare a randamentului general al grupului de pompare
convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă
Schema bloc a unui grup de pompare, prevăzut cu acţionare la turaţie variabilă prin
intermediul unui convertor static de frecvenţă, este cea prezentată în Fig. 3.10.
Randamentul agregatului de pompare, alcătuit din turbopompă şi motorul asincron ce o
acţionează, folosind alimentarea cu energie prin convertor, este dat de relaţia (3.67):
( )
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
18
Fig. 3.10 Schema bloc a unui grup de pompare
convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă
(alimentarea cu energie prin convertorul static de frecvenţă)
Randamentul grupului de pompare cu convertor static de frecvenţă se exprimă sub forma:
( )
Puterea hidraulică, exprimată în kW, transmisă de turbopompă lichidului, este:
( )
Puterea electrică absorbită de convertorul de frecvenţă este dată de (3.70):
√ ( )
Puterea electrică absorbită de agregatul de pompare rezultă din (3.71):
√ ( )
Astfel, randamentul convertorului static de frecvenţă, va fi dat de relaţia (3.72):
( )
Schema bloc a unui grup de pompare, prevăzut cu acţionare la turaţie variabilă, dar care
foloseşte alimentarea cu energie direct de la reţea, este prezentată în Fig. 3.11.
În acest caz, randamentul agregatului de pompare se calculează cu relaţia (3.74):
( )
cu:
√ ( )
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
19
Fig. 3.11 Schema bloc a unui grup de pompare
convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă
(alimentarea cu energie direct de la reţeaua electrică)
Utilizând metoda expusă mai sus, s-a determinat randamentul general al unui grup de
pompare convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă. Măsurătorile au avut loc
la instalaţia de pompare ORAŞ, instalaţie ce reprezintă o parte componentă a staţiei de pompare
Chiriţa situată în municipiul Iaşi (v. Foto 3.1).
Instalaţia de pompare ORAŞ este compusă din (2+1) turbopompe WILO ASPV250C cu
următoarele caracteristici: Q = 300 l/s şi H = 48 mCA (v. Foto 3.2). Turbopompele P1, P2 şi P3
sunt cuplate în paralel şi sunt dirijate la turaţie nominală sau variabilă de un convertor static de
frecvenţă ATV61HC22N4 comutabil pe toate cele trei turbopompe (v. Foto 3.3).
Foto 3.1 Staţia de pompare Chiriţa Foto 3.2 Instalaţia de pompare ORAŞ
În primă fază s-au determinat, prin măsurare în cuplare directă (fără convertoare statice
de frecvenţă), randamentele agregatelor de pompare, , ce compun instalaţia de pompare
ORAŞ, în funcţie de debitele pompate în reţea.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
20
Foto 3.3 Convertorul static de frecvenţă ATV61HC22N4 Foto 3.4 Analizorul de energie FLUKE 435
Valorile debitelor vehiculate, corespunzătoare diferitelor regimuri de funcţionare, au fost
vizualizate cu ajutorul soft-ului SCADA. Presiunile pe comunicaţiile de aspiraţie şi refulare ale
turbopompelor au fost citite la manometrele racordate la prizele de presiune ale instalaţiei.
Mărimile electrice au fost determinate cu ajutorul analizorului de energie FLUKE (v. Foto 3.4).
În Fig. 3.12 sunt prezentate corelaţiile ( ) pentru fiecare agregat de pompare
analizat din cadrul instalaţiei de pompare ORAŞ.
În faza a doua a măsurătorilor, folosind alimentarea cu energie prin convertoarele statice
de frecvenţă, s-au determinat pentru diferite turaţii , randamentul agregatului de pompare ,
randamentul grupului de pompare convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă,
, şi randamentul convertorului static de frecvenţă, , în funcţie de debitele pompate.
a b
Fig. 3.12 Caracteristicile de randament ale agregatelor de pompare, ,
funcţie de debitul pompat , în cazul alimentării cu energie direct de la reţea (la turaţie nominală)
a - agregatul de pompare AP1 ; b - agregatul de pompare AP2
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
21
Măsurătorile din această fază au fost efectuate la 8 frecvenţe diferite. În Foto 3.5 au fost
surprinse citirile de pe meniul convertorului static de frecvenţă corespunzătoare celor opt turaţii
implicate în analiză.
a - Hz ( rpm) b - Hz ( rpm) c - Hz ( rpm)
d - Hz ( rpm) e - Hz ( rpm) f - Hz ( rpm)
g - Hz ( rpm) h - Hz ( rpm)
Foto 3.5 Frecvenţele de alimentare ale motorului turbopompei P1
În Fig. 3.13 sunt prezentate corelaţiile ( ) şi ( ) pentru
agregatul de pompare AP1 din cadrul instalaţiei de pompare ORAŞ.
a - ( ) , ( ) f - ( ) , ( )
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
22
g - ( ) , ( ) h - ( ) , ( )
Fig. 3.13 Caracteristicile de randament ale agregatului de pompare AP1 şi ale grupului de pompare GP1,
funcţie de turaţia şi debitul pompat , în cazul alimentării cu energie prin convertoare statice de frecvenţă
În Foto 3.6 - 3.9 sunt redate aspecte din timpul măsurătorilor efectuate de către autor cu
ajutorul unei echipe ce a cuprins doi ingineri, un automatist, un electrician şi doi tehnicieni.
Foto 3.6 Stabilirea modului de desfăşurare al măsurătorilor Foto 3.9. Înregistrarea debitelor cu ajutorul SCADA
Foto 3.7 Manevrarea vanei de închidere de pe comunicaţia de refulare a turbopompei P1
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
23
a b
Foto 3.8 Înregistrarea valorilor de la aparatele de măsură ale presiunii
a – aspiraţie P1 ; b – refulare P1
În Tabelul 3.7 sunt prezentate valorile randamentului convertorului static de frecvență
funcţie de turaţia relativă de acţionare şi de debitul relativ corespunzător fiecărei turaţii.
Tabel 3.7 Randamentele convertorului static de frecvenţă, ,
funcţie de debitul relativ ⁄ , la diferite turaţii
Turaţia
(rpm)
Turaţie relativă ⁄ (-)
Debitul relativ ⁄ (-)
Randamentul convertorului static de frecvenţă (%)
1425 0,983 0,135 0,174 0,340 0,524 0,696 0,965 1,093 1,264 92,81 94,00 94,20 95,28 96,57 96,11 95,78 95,41
1400 0,966 0,131 0,373 0,648 0,776 0,926 1,056 1,216 - 91,91 93,14 93,43 94,99 95,26 95,76 95,22 -
1375 0,948 0,131 0,184 0,339 0,586 0,816 1,045 1,175 - 93,75 93,22 93,11 94,70 94,44 95,98 96,95 -
1350 0,931 0,129 0,369 0,552 0,765 0,958 1,052 1,215 - 91,86 92,87 94,23 94,80 94,19 93,93 93,50 -
1325 0,914 0,100 0,240 0,396 0,625 0,851 1,053 1,185 - 90,56 89,53 92,42 95,64 94,99 93,46 92,93 -
1300 0,897 0,099 0,275 0,535 0,747 0,934 1,049 1,164 - 91,01 93,47 94,51 94,08 94,13 93,51 93,93 -
1200 0,828 0,127 0,301 0,516 0,721 0,916 1,055 - - 81,89 88,42 91,86 93,79 92,42 91,14 - -
1100 0,759 0,092 0,257 0,548 0,732 0,872 1,009 - - 79,61 80,70 86,22 86,80 89,44 91,19 - -
Acesta prezintă valori cuprinse între % pentru orice turaţie relativă
⁄ şi orice debit vehiculat. Corespunzător fiecărei turaţii, în punctul nominal, valorile
randamentului variază între %. Valorile mai scăzute ale randamentului apar în cazul
acţionării la turaţii relative ⁄ şi debite relative ⁄ . Se observă de
asemenea că, pentru fiecare turaţie implicată în analiză, randamentul convertorului static de
frecvenţă se află în apropierea maximului, de la anumite valori ale debitului relativ, respectiv
[ ]⁄ .
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
24
CAPITOLUL 4
ANALIZA FUNCŢIONĂRII INSTALAŢIILOR DE POMPARE
DIN CADRUL SISTEMELOR DE ALIMENTARE CU APĂ,
ECHIPATE CU TURBOPOMPE ACŢIONATE LA TURAŢIE VARIABILĂ
4.1. Consideraţii generale
Pentru a asigura o analiză obiectivă a funcţionării instalaţiilor de pompare, echipate cu
turbopompe acţionate la turaţie variabilă, din cadrul sistemelor de alimentare cu apă este
necesară o cercetare temeinică, bazată pe următorul demers:
analiza stării fizice actuale a utilajului hidromecanic de bază;
determinarea, pe baza de măsurători in situ, a caracteristicilor funcţional - energetice
efective ale agregatelor de pompare din instalaţii la turaţia nominală;
determinarea, pe baza de măsurători in situ, a randamentelor agregatelor de pompare şi
ale grupurilor convertor static de frecvenţă - motor - turbopompă la diferite turaţii;
evaluarea caracteristicilor pierderilor de sarcină pentru toate componentele sistemului
de transport sub presiune al apei;
stabilirea domeniului de variaţie a sarcinilor în care evoluează fiecare instalaţie;
analiza regimurilor de funcţionare ale ansamblului rezervoare - instalaţie de pompare -
reţea/refulare, în diferite ipoteze de exploatare, cu determinarea caracteristicilor energo -
economice asociate regimurilor tipice de exploatare;
determinarea randamentelor globale ale instalaţiilor de pompare pentru fiecare regim
de funcţionare în parte, prin luarea în considerare a tuturor randamentelor implicate în analiză.
4.2. Modelarea funcţionării turbopompelor la turaţie constantă şi variabilă
4.2.1. Soft pentru pentru determinarea experimentală a caracteristicilor funcţional -
energetice ale turbopompelor din cadrul instalaţiilor de pompare existente.
Modelul matematic. Algoritmul de calcul
Capacitatea de funcţionare a unei turbopompe poate fi caracterizată prin prelucrarea
datelor din măsurători efectuate in situ (în condiţii de exploatare), pe domeniul normal de
utilizare al acestora, la turaţia nominală.
Pentru fiecare deschidere a vanei de închidere şi reglaj de pe comunicaţia de refulare,
după stabilizarea regimului corespunzător de funcţionare , se înregistrează indicaţiile aparatelor
de măsură: debitul pompat de turbopompă (măsurat cu un debitmetru), indicaţiile aparatelor
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
25
de măsură a presiunii, şi , tensiunea curentului electric ce alimentează motorul de
acţionare , intensitatea curentului pe fază , factorul de putere cos .
Pe baza mărimilor măsurate direct, se pot stabili prin calcul alte mărimi implicate în
funcţionarea turbopompelor (mărimi determinate indirect): sarcina la racordul spre bieful
superior al turbopompei , puterea hidraulică prelucrată , puterea electrică prelucrată de
motorul electric , randamentul motorului electric , randamentul agregatului de pompare
și randamentul turbopompei .
Pe baza modelului matematic şi al algoritmului corespunzător, autorul a elaborat în
mediul de programare MATLAB programul PARFUNC.
4.2.2. Soft pentru determinarea pierderilor de sarcină implicate în analiza funcţionării
turbopompelor. Modelul matematic. Algoritmul de calcul
Caracterizarea pierderilor de sarcină pentru toate componentele unui sistemului hidraulic
aflat în analiză se bazează pe determinarea modulelor de rezistenţă hidraulică ale acestora.
Calculele reclamă un volum important de lucru şi, de obicei, se recurge din plin la
folosirea tabelelor şi graficelor existente în literatura de specialitate. Pentru a facilita aceste
calcule, se poate recurge la folosirea diferitelor relaţii disponibile, şi pe baza unui model
matematic, se pot transpune într-un algoritm de calcul automat adecvat.
Pe baza modelului matematic şi al algoritmului corespunzător, autorul a elaborat în
mediul de programare MATLAB, programul PSARC. În cadrul programului PSARC s-au
introdus datele, în 44 de subrutine corespunzătoare, necesare calculului pierderilor de sarcină
locale introduse de 65 de singularităţi diferite ce pot apare pe traseul comunicaţiilor
turbopompelor şi a reţelei de transport a apei [Toma D., 2012a].
4.2.3. Soft pentru determinarea regimurilor de funcţionare ale unei instalaţii de
pompare în diferite configuraţii de exploatare. Modelul matematic. Algoritmul
de calcul
În vederea determinării regimurilor de funcţionare ale unei instalaţii de pompare echipate
cu turbopompe acţionate la turaţie variabilă şi pentru a realiza o analiză energo - economică a
pompării, trebuie utilizate următoarele caracteristici:
- de sarcină şi de randament ale turbopompelor acţionate la turaţie nominală :
( ) ( )
( ) ( )
- de sarcină şi de putere ale turbopompelor acţionate la turaţie variabilă :
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
26
( ) (
)
(
)
( )
- a pierderilor de sarcină pe comunicaţiile turbopompelor şi pe conducta de refulare;
- a randamentelor agregatelor de pompare, funcţionând la turaţie nominală:
( ) ( )
- a grupurilor convertor static de frecvenţă - motor asincron - turbopompă, funcţionând la
o turaţie mai mică decât turaţia nominală (obţinute în urma efectuării măsurătorilor in situ):
( ) ( )
Pe baza modelului matematic şi al algoritmului prezentat mai sus, autorul a elaborat în
mediul de programare MATLAB, programul REGFUNCT.
4.3. Analiza funcţionării instalaţiilor de pompare prevăzute cu turbopompe
acţionate la turaţie variabilă. Studiu de caz: Staţia de pompare Chiriţa
4.3.1. Complexul de tratare a apei Chiriţa din cadrul sistemului de alimentare a
municipiului Iaşi
Complexul de tratare Chiriţa este amplasată în partea de est – sud-est a municipiului Iaşi,
pe şoseaua Iaşi-Ţuţora. Staţia de tratare Chiriţa are rolul de trata apa provenită din râul Prut şi
din lacul Chiriţa, urmând astfel a asigura apa potabilă pentru circa 120 000 de persoane.
În anul 2003 a fost efectuat un studiu referitor la reabilitarea şi modernizarea Staţiei de
tratare Chiriţa, studiu la care a participat şi autorul [Alexandrescu O. și colab., 2003; Toma D.,
2008b; Toma D., 2008c]. Aducţiunea Ţuţora - Iaşi asigură legătura între Staţiile de pompare
Ţuţora, pe de o parte, Acumularea decantor Chiriţa şi Staţiile de tratare Chiriţa, respectiv
Şorogari, pe de altă parte.
4.3.2. Descrierea funcţională şi tehnologică a SP Chiriţa
Pe baza studiului efectuat în anul 2003, în anul 2009 s-a realizat proiectul “Reabilitarea
staţiei de pompare Chiriţa”, iar în anul 2010 toate lucrările prevăzute în acest proiect au fost
executate. Schema tehnologică a pompării propusă în studiul din 2003 a fost menţinută, cu
deosebirea că rezervorul de 2500 m3 (rezervorul R5) serveşte ca bazin de aspiraţie pentru
instalaţiile de pompare ORAŞ şi ŞOROGARI (v. Fig. 4.3).
Staţia de pompare a fost reechipată cu trei instalaţii de pompare, denumite în funcţie de
zona de deservire, după cum urmează:
instalaţia ORAŞ, utilizată pentru pomparea apei potabile de la staţia de filtre în reţeaua
de distribuţie a municipiului Iaşi (a înlocuit S.P.2 Chiriţa care s-a dezafectat);
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
27
instalaţia ŞOROGARI, utilizată pentru pomparea apei potabile de la staţia de filtre la
complexul de înmagazinare Şorogari;
instalaţia INDUSTRIE, utilizată pentru pomparea apei brute captate din lacul Chiriţa
spre zona industrială a municipiului Iaşi.
În Fig. 4.4 este prezentată schema funcţională a staţiei de pompare Chiriţa.
Aspiraţia instalaţiei de pompare ORAŞ se realizează printr-o conductă de oţel Dn 800
mm din rezervorul de înmagazinare R5 (linia 2) și este echipată cu (2+1) agregate de pompare
compuse din: turbopompă WILO ASPV250C, care asigură cu un randament de = 87 %,
prelucrarea debitului nominal Qo = 300 l/s, sub sarcina nominală Ho = 48 mCA, absorbind la
arbore puterea nominală Ppo = 166,1 kW, acţionată la no = 1485 rot/min de motorul WEG
315S/M, cu puterea nominală Pmo = 185 kW şi randamentul = 95,5 %.
4.3.3. Determinarea caracteristicilor funcţional - energetice ale agregatelor de
pompare din cadrul instalaţiei de pompare ORAŞ
Prin utilizarea soft-ului PARFUNC, în Fig. 4.7 și 4.9 s-au reprezentat grafic atât curbele
caracteristicilor de sarcină şi de randament de catalog, cât şi cele experimentale, obţinute în urma
măsurătorilor in situ, pentru fiecare turbopompa P1.
Fig. 4.7 Caracteristicile de sarcină ale turbopompei P1 Fig. 4.9 Caracteristicile de randament ale turbopompei P1
(experimentală şi de catalog) (experimentală şi de catalog)
Deşi caracteristicile de sarcină prezintă o altă alură decât cea de catalog acestea indică
satisfacerea relativ corectă a parametrilor proiectaţi. Caracteristicile de randament se situează cu
cca puncte procentuale sub cea de catalog, în cazul turbopompei P1, respectiv cu cca
puncte procentuale în cazul turbopompei P2.
Fig. 4.3 Schema tehnologică a pompării a SP Chiriţa
Fig. 4.4 Schema funcţională a SP Chiriţa
Rezervor apa tratata R5
V=2500 mc
P1P2P3P4P5P6P7P8P9
Dn800
Dn1000
Dn1000
Dn1000
Dn700
Dn700
Dn800
Dn1000
La reteaua de distributie a
orasului Dn1000
Dn800
Dn1000
Dn1000
Dn1000
Dn700
Dn500
Dn600
Dn800
Dn600
Dn700
Dn500
Dn600
Dn1000
Dn800
Dn600
Dn600
Dn500
Dn500
Dn500/1000
De la lacul Chirita
La rezervoarele Sorogari
Dn800
Dn800
Dn800
Dn700/800
Dn800/600Dn800
Dn700
Dn700
Dn1000Dn1000/800
Dn800
Dn600
Dn600
Dn1000/800
Dn800
Dn800
Dn800/600
Dn600
Dn600
Dn500
Dn500
Dn1000
Dn1000
Dn1000
Dn800
Dn1000
Dn150
Dn1000/800
Dn800
Dn800
VC3
Filtre nisipFiltre carbune
activ
Pavilion exploatare
Dn1000
Conducta preaplin
Spre canalizare
VC1
VC2Dn1000
Dn700
FC2
La reteaua de
apă industriala Dn1000
La complexul deinmagazinare Sorogari prin SP Ion Creanga Dn800
Statia de pompare CHIRITA
Dn700/1000
Dn100
VC5'
Linia 1
Linia 2
Linia 1
Linia 2
Linia 1
Linia 2
VC6
FC3
FC
VC
Dn500
VC4
FC1
Dn700/500
Dn1000
Dn1000/800
Dn700
VC7
FC4
Dn800
Dn700/800
Dn700/800
Dn700/800
Dn1000
Dn700
Dn700
VR1
VR2
VR3VR4
VR6
VR5
VR7
VR8
VR9
VR11
VR12 VR10
VR13
VR15
VR16
VR17
VR18 VR19
VR20
VR14
1FM
2FM
3FM 4FM
V1V2V3V4V5V6V7V8V9
C1C2C3C4C5C6C7C8C9
EV1EV2EV3EV4EV5EV6EV7EV8EV9
1PT3PT
Spre
cana
liza
re
LIN
IA 1
LIN
IA 2
LINIA 1a
LINIA 1b
VC5VR21
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
30
4.3.4. Determinarea caracteristicilor hidraulice ale comunicaţiilor agregatelor de
pompare din cadrul instalaţiei de pompare ORAŞ
După inventarierea singularităţilor de pe fiecare tronson, prin utilizarea soft-ului PSARC,
s-au determinat coeficienţii pierderilor de sarcină locale şi coeficienţii de rezistenţă liniară,
calculându-se apoi modulele de rezistenţă hidraulică ale tronsoanelor supuse analizei (v. Tabelul
4.7).
Tabel 4.7 Caracteristicile geometrice şi hidraulice ale aducţiunii şi
comunicaţiilor turbopompelor din cadrul instalaţiei de pompare ORAŞ
Turbo pompă
Comuni caţii
Lungime
(m)
Diametru
(m)
Rugozitate
(m)
Singularităţi (-)
Coef. rez. hidr. Mod. rez. hidr.
(s2/m5)
(-)
(-)
P1, P2 aducţiune 54,61 0,800 0,0006 Ic, 2xVf,
4xCt 0,0187 2,877 0,8383
P1
aspiraţie 3,76 0,600 0,0006 Rf, Re, Ct, Vf 0,0201 2,166 1,4612 0,50 0,300 0,0006 Re 0,0236 0,083 1,2494
refulare 0,50 0,250 0,0006 Df 0,0247 0,318 7,7759
4,32 0,500 0,0006 Rc, Vf, Ct,
Df, Cf 0,0209 4,023 5,5568
pompă 16,0433
P2
aspiraţie 1,32 0,600 0,0006 Rf, Vf 0,0201 0,720 0,4873 0,50 0,300 0,0006 Re 0,0236 0,083 1,2494
refulare 0,50 0,250 0,0006 Df 0,0247 0,318 7,7759 1,88 0,500 0,0006 Rc, Vf, Cf 0,0209 4,020 5,4184
pompă 14,9310
4.3.5. Determinarea regimurilor de funcţionare ale ansamblului instalaţiei de pompare
ORAŞ - reţea
Pentru a putea evidenţia avantajul energetic al acţionării la turaţie variabilă faţă de
metoda clasică de reglare, cea a modificării debitului curentului de lichid cu vana de pe
comunicaţie de refulare, s-au analizat două cazuri:
funcţionarea cu două agregate de pompare active, agregatul AP1 fiind acţionat la o
turaţia variabilă cuprinsă în intervalul [ ] r.p.m.;
funcţionarea cu două agregate de pompare active, ambele agregate fiind acţionate la
turaţia nominală r.p.m, prin alimentarea direct de la reţea, dar vana de pe
comunicaţia de refulare a turbopompei P1 având diverse grade de închidere.
În cazul reglării debitului cu vana de pe comunicaţia de refulare au fost studiate
regimurile de funcţionare similare cu cele obţinute în cazul acţionării la turaţie variabilă. Aceste
regimuri au fost obţinute prin identificarea gradelor de închidere ale vanei de pe comunicaţie de
refulare a turbopompei P1 care să conducă la aceleaşi debite pompate în reţea de către instalaţie.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
31
Diagramele de analiză ale regimurilor de funcţionare, ale unor cazuri analizate, sunt
prezentate în Fig.4.18 și 4.21.
Fig. 4.18 Diagrama regimurilor de funcţionare ale ansamblului instalaţia de pompare ORAŞ - reţea
(P1 - funcţionare la turaţia variabilă rpm ; P2 - funcţionare la turaţia constantă rpm)
Fig. 4.21 Diagrama regimurilor de funcţionare ale ansamblului instalaţia de pompare ORAŞ - reţea la
sarcina statică minimă (P1 - funcţionare la turaţie constantă cu vana de pe comunicaţia de refulare
având diverse grade de închidere ; P2 - funcţionare la turaţie constantă)
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
32
4.3.6. Caracteristicile energo - economice ale pompării apei
Obţinute pe un domeniu convenţional, acoperitor pentru regimurile de funcţionare din
sistem, prin folosirea programului REGFUNCT, aceste caracteristici sunt redate sistematizat în
în Tabelele 4.9 şi 4.10.
Tabel 4.9 Caracteristicile energo - economice ale agregatelor de pompare cuplate în paralel
(P1 - funcţionare la turaţia variabilă ; P2 - funcţionare la turaţie constantă )
Turbo pompă
Turaţia
(rpm)
Domeniu de
funcţionare
(m)
Debitul
furnizat
(m3/s)
Putere absorbită
(kW)
Cons. spec. de energie
(Wh/m3)
Cons. sp. un. de energie
(Wh/m3/m)
P1 1425 40,17 - 48,22 0,265 - 0,336 167,4 - 182,9 160,6 - 182,1 3,78 - 4,00 P2 1450 40,31 - 48,31 0,275 - 0,348 180,6 - 199,8 167,4 - 190,3 3,94 - 4,15
P1 1400 40,02 - 48,06 0,254 - 0,328 161,1 - 177,2 156,0 - 180,7 3,76 - 3,90 P2 1450 40,25 - 48,24 0,275 - 0,348 180,8 - 199,9 167,3 - 190,0 3,94 - 4,16
P1 1375 39,72 - 47,73 0,233 - 0,313 148,5 - 165,5 151,6 - 180,4 3,72 - 3,82 P2 1450 40,12 - 48,11 0,277 - 0,349 181,2 - 200,2 167,1 - 189,4 3,94 - 4,16
P1 1350 39,48 - 47,49 0,216 - 0,300 139,7 - 156,7 150,7 - 182,2 3,73 - 3,84 P2 1450 40,02 - 48,01 0,278 - 0,350 181,5 - 200,4 166,9 - 189,0 3,94 - 4,17
P1 1325 39,16 - 47,19 0,194 - 0,283 128,9 - 145,4 149,2 - 184,6 3,73 - 3,91 P2 1450 39,89 - 47,87 0,279 - 0,351 181,8 - 200,7 166,7 - 188,5 3,94 - 4,18
P1 1300 38,90 - 46,81 0,162 - 0,268 115,5 - 136,4 146,4 - 200,1 3,76 - 4,27 P2 1450 39,78 - 47,70 0,281 - 0,352 182,3 - 200,9 166,5 - 187,8 3,94 - 4,18
P1 1200 37,67 - 41,61 0,119 - 0,189 86,9 - 97,4 149,6 - 205,0 3,97 - 4,93 P2 1450 39,21 - 43,15 0,324 - 0,356 193,7 - 202,0 165,5 - 173,6 4,02 - 4,22
P1 1100 36,40 0,069 61,9 280,5 7,71 P2 1450 38,52 0,361 203,4 164,3 4,26
Tabel 4.10 Caracteristicile energo - economice ale agregatelor de pompare cuplate în paralel
(P1 - funcţionare la turaţie constantă cu vana de pe comunicaţia de refulare având diverse
grade de închidere ; P2 - funcţionare la turaţie constantă)
Turbo pompă
Grade închid
(-)
Domeniu de
funcţionare
(m)
Debitul
furnizat
(m3/s)
Putere absorbită
(kW)
Cons. spec. de energie
(Wh/m3)
Cons. sp. un. de energie
(Wh/m3/m)
P1 44,98 - 52,27 0,264 - 0,335 183,5 - 200,9 174,7 - 200,5 3,81 - 3,89 P2 0 40,18 - 48,23 0,275 - 0,349 180,8 - 200,1 167,2 - 190,0 3,94 - 4,16
P1 45,83 - 53,14 0,254 - 0,327 180,9 - 199,2 176,9 - 205,4 3,80 - 3,87 P2 0 40,12 - 48,17 0,276 - 0,349 181,0 - 200,2 167,1 - 189,7 3,94 - 4,16
P1 47,60 - 54,87 0,232 - 0,312 174,9 - 195,5 181,8 - 217,6 3,81 - 3,97 P2 0 40,00 - 48,03 0,278 - 0,350 181,4 - 200,5 166,9 - 189,1 3,94 - 4,17
P1 48,94 - 56,04 0,215 - 0,299 170,2 - 192,4 186,2 - 228,5 3,80 - 4,08 P2 0 39,90 - 47,93 0,279 - 0,351 181,7 - 200,7 166,7 - 188,7 3,94 - 4,18
P1 50,66 - 57,43 0,192 - 0,282 163,7 - 188,1 192,8 - 246,5 3,81 - 4,29 P2 0 39,76 - 47,79 0,280 - 0,352 182,1 - 200,9 166,4 - 188,1 3,94 - 4,19
P1 52,03 - 58,98 0,160 - 0,267 154,2 - 184,2 199,3 - 279,9 3,83 - 4,75 P2 0 39,65 - 47,62 0,282 - 0,353 182,6 - 201,2 166,2 - 187,4 3,94 - 4,19
P1 57,76 - 60,32 0,118 - 0,186 141,3 - 161,9 252,0 - 350,1 4,36 - 5,80 P2 0 39,08 - 43,04 0,325 - 0,357 194,0 - 202,3 165,2 - 173,3 4,03 - 4,23
P1 60,91 0,071 125,9 522,3 8,58 P2 0 38,39 0,363 203,6 164,1 4,27
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
33
Analizând valorile din cele două tabele, rezultă că în cazul reglării debitului cu vana de
pe comunicaţia de refulare, consumul specific de energie indică valori cu peste puncte
procentuale la pomparea debitului maxim, în raport cu acţionarea la turaţie variabilă, ajungând
chiar şi la % la pomparea debitului de m3/s.
4.3.7. Randamentele globale ale instalaţiei de pompare ORAŞ
Randamentul global al instalaţiei de pompare ORAŞ depinde de numărul de pompe
active, de metoda de reglare al debitului pompat, precum şi de valoarea sarcinii statice.
În cazul reglării debitului cu ajutorul vanei de pe comunicaţia de refulare, randamentul
global se calculează cu relaţia (4.15):
( )
unde: , – randamentele agregatelor de pompare (alimentarea direct de la reţea).
În cazul reglării debitului prin acţionarea la turaţie variabilă a agregatului de pompare
AP1, randamentul global se calculează cu relaţia (4.16):
( )
în care: – randamentul general al grupului convertor static de frecvenţă - motor asincron -
turbopompă (alimentarea prin intermediul convertorului).
Tabel 4.17 Valorile randamentului global al instalaţiei de pompare, (%), în cazul cuplării în paralel,
funcţie de metoda de reglare a debitelor pompate în reţea
Sarcina statică
(m)
Metodă
de
reglare
Turaţia turbopompei P1 (rpm)
1425 1400 1375 1350 1325 1300 1200 1100
Gradele închidere ale vanei de pe comunicaţia de refulare
(m3/s) 0,683 0,676 0,662 0,650 0,634 0,620 0,543 0,434
cu vana ref. 61,02 60,59 59,64 58,88 57,83 56,91 51,82 44,39 turaţie variabilă 63,55 64,33 64,93 64,88 64,86 65,08 63,14 54,10
4,15 6,17 8,87 10,19 12,16 14,36 21,84 21,87
(m3/s)
0,617 0,609 0,592 0,578 0,560 0,540 0,443 -
cu vana ref. 64,38 63,80 62,55 61,57 60,21 58,66 51,15 - turaţie variabilă 67,23 67,76 68,14 68,02 67,95 67,36 61,94 -
4,43 6,21 8,94 10,48 12,86 14,83 21,09 -
(m3/s) 0,539 0,530 0,509 0,493 0,472 0,442 - -
cu vana ref. 65,69 64,89 63,13 61,77 59,88 57,19 - - turaţie variabilă 68,82 68,98 68,85 68,41 67,89 65,72 - -
4,76 6,30 9,06 10,75 13,38 14,92 - -
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
34
În Tabelul 4.17 sunt sistematizate valorile randamentului global al instalaţiei de pompare,
precum și creşterile procentuale ale randamentului global al instalaţiei în cazul acţionării la
turaţie variabilă faţă de metoda reglării debitului cu ajutorul vanei de pe comunicaţia de refulare.
În Fig. 4.24 au fost reprezentate variaţiile randamentelor globale ale instalaţiei de
pompare funcţie de debit, metoda de reglare şi sarcina statică.
Fig. 4.24 Variaţia randamentului global al instalaţiei Fig. 4.25 Variaţia creşterii procentuale a randamentului
funcţie de metoda de reglare, debit şi sarcina statică funcţie de debitul relativ şi sarcina statică
La reglarea debitului cu vana de pe refulare, odată cu mărirea gradului de închidere a
acesteia, randamentul global al instalaţiei scade foarte mult. La sarcina statică minimă acesta
scade de la valoarea %, corespunzător debitului maxim, la %, corespunzător
debitului minim. Acelaşi lucru se constată şi în cazul acţionării la turaţie variabilă, dar scăderea
randamentului este mai redusă. La debitele menţionate mai sus, scăderea are loc de la % la
%.
În Fig. 4.25 s-a reprezentat această creştere procentuală a randamentului funcţie de
debitul relativ ⁄ . Indiferent de sarcina statică, concomitent cu scăderea debitului pompat
în reţea, corespunzător unor turaţii de acţionare mai mici, respectiv a unor grade de închidere a
vanei mai mari, creşterea procentuală a randamentului global creşte. De asemenea, odată cu
scăderea sarcinii statice, la pomparea aceloraşi debite, creşterea procentuală a randamentului
global prezintă valori mai mari.
Se constată astfel o îmbunătăţire a creşterii procentuale a randamentului global al
instalaţiei de pompare odată cu scăderea turaţiei de antrenare a agregatului de pompare AP1,
precum şi cu scăderea sarcinii statice.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
35
4.3.8. Evidenţierea avantajului energetic al utilizării turaţiei variabile în comparaţie cu
reglarea debitului cu vana de pe comunicaţia de refulare
Pentru a pune în evidenţă avantajul utilizării turbopompelor acţionate la turaţie variabilă,
se propune introducerea unui coeficient de eficienţă energetică, care să ţină cont de consumul
specific de energie al instalaţiei de pompare, definit prin relaţia (4.17):
( )
( )
unde: - metoda de reglare comparată;
- consumul specific de energie în cazul metodei de reglare ;
- consumul specific de energie în cazul metodei de reglare prin turaţie variabilă.
Deoarece reglarea cu vana de pe comunicaţia de refulare este una dintre cele mai utilizate
metode de reglare în exploatare, se determină indicatorul de eficienţă energetică în raport cu
această metodă ( ).
Tabel 4.18 Valorile coeficientului de eficienţă energetică, , al instalaţiei de pompare
Sarcina statică
(m)
Metodă
de
reglare
Cons.
spec. de
energ.
(Wh/m
3)
Turaţia turbopompei P1 (rpm)
1425 1400 1375 1350 1325 1300 1200 1100
Gradele închidere ale vanei de pe comunicaţia de refulare
(m3/s) 0,683 0,676 0,662 0,650 0,634 0,620 0,543 0,434
cu vana de pe
refulare
174,7 176,9 181,8 186,2 192,8 199,3 252,0 522,3 167,2 167,1 166,9 166,7 166,4 166,2 165,2 164,1 341,9 344,0 348,7 352,9 359,2 365,5 417,2 686,4
turaţie variabilă
160,6 156,0 151,6 150,7 149,2 146,4 149,6 280,5 167,4 167,3 167,1 166,9 166,7 166,5 165,5 164,3 328,0 323,3 318,7 317,6 315,9 312,9 315,1 444,8
4,07 6,02 8,60 10,00 12,05 14,39 24,47 35,20
(m3/s)
0,617 0,609 0,592 0,578 0,560 0,540 0,443 -
cu vana de pe
refulare
185,0 188,1 195,4 201,8 211,8 225,0 350,1 - 176,3 176,2 175,8 175,5 175,2 174,8 173,3 - 361,3 364,3 371,2 377,3 387,0 399,8 523,4 -
turaţie variabilă
169,1 165,8 162,6 162,2 161,1 162,8 205,0 - 176,6 176,4 176,1 175,8 175,5 175,1 173,6 - 345,7 342,2 338,7 338,0 336,6 337,9 378,6 -
4,32 6,07 8,76 10,42 13,02 15,48 27,67 --
(m3/s)
0,539 0,530 0,509 0,493 0,472 0,442 - -
cu vana de pe
refulare
200,5 205,4 217,6 228,5 246,5 279,9 - - 190,0 189,7 189,1 188,7 188,1 187,4 - - 390,5 395,1 406,7 417,2 434,6 467,3 - -
turaţie variabilă
182,1 180,7 180,4 182,2 184,6 200,1 - - 190,3 190,0 189,4 189,0 188,5 187,8 - - 372,4 370,7 369,8 371,2 373,1 387,9 - -
4,64 6,18 9,07 11,03 14,15 16,99 - -
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
36
În Tabelul 4.18 sunt prezentate caracteristicile energetice ale pompării apei, prin
considerarea consumurilor specifice ale turbopompelor active din instalaţia de pompare, funcţie
de metoda de reglare şi sarcina statică. Corespunzător acestor consumuri specifice de energie,
s-au calculat şi valorile coeficientului de eficienţă energetică.
Pe baza valorilor prezentate în acest tabel, în Fig. 4.26 au fost reprezentate variaţiile
consumurilor specifice de energie funcţie de metoda de reglare, debit și sarcina statică.
Fig. 4.26 Variaţia consumului specific de energie funcţie Fig. 4.27 Variaţia coeficientului de eficienţă energetică
de metoda de reglare, debit şi sarcina statică funcţie de debitul relativ şi sarcina statică
În Fig. 4.27 s-a reprezentat coeficientul de eficienţă energetică funcţie de debitul relativ
⁄ , pentru ambele metode de reglare. Se observă că, indiferent de sarcina statică,
concomitent cu scăderea debitului pompat în reţea, corespunzător unor turaţii de acţionare mai
mici, respectiv a unor grade de închidere a vanei mai mari, valoarea coeficientului creşte.
De asemenea, odată cu scăderea sarcinii statice, la pomparea aceloraşi debite, coeficientului
prezintă valori mai mari. Practic, prin creşterea sarcinii statice se reduce efectul economic al
folosirii turaţiei variabile. În concluzie, se constată o îmbunătăţire a valorilor odată cu
scăderea turaţiei de antrenare a agregatului de pompare AP1, precum şi cu scăderea sarcinii
statice.
4.4. Evaluarea oportunităţii introducerii acţionării la turaţie variabilă a
turbopompelor în vederea îmbunătăţirii eficienţei energo - economice a
pompării. Studiu de caz: Staţia de pompare Codrescu
În acest subcapitol se prezintă o evaluare a oportunităţii introducerii acţionării la turaţie
variabilă a turbopompelor din cadrul unei staţii de pompare existente cu scopul de a eficientiza
pomparea.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
37
Staţia de pompare în discuţie se află în Punctul Termic Codrescu şi asigură furnizarea
apei potabile reci pentru cvartalul de locuinţe P+10, prin repomparea apei prelevate din reţeaua
municipiului ( ). Presiunea în reţeaua cvartalului este menţinută printr-un hidrofor de 60 l.
Staţia de pompare Codrescu este echipată cu (1+1) agregate de pompare compuse din (v. Foto
4.1): turbopompă GRUNDFOS CR 8 – 50, care asigură cu un randament de %,
prelucrarea debitului nominal m3/h, sub sarcina nominală mCA, absorbind la
arbore puterea nominală kW, acţionată la rot/min de motorul standard
GRUNDFOS, cu puterea nominală kW şi randamentul %.
Foto 4.1 Staţia de pompare Codrescu
Conform datelor existente, instalaţia de pompare cu hidrofor Codrescu serveşte în prezent
un număr de 600 persoane. Date de bază ale acestei evaluări sunt reprezentate de:
- sarcina statică a reţelei , ce variază în intervalul m;
- sarcina statică a hidroforului , ce variază în intervalul m;
- modulul de rezistenţă hidraulică reţea - hidrofor ..
4.4.3. Evidenţierea avantajului energetic al acţionării la turaţie variabilă a
turbopompelor în comparaţie cu funcţionarea pe hidrofor
Pe baza modelelor matematice prezentate, autorul a elaborat, în mediul de programare
Mathcad, două programe ce au avut ca scop reprezentarea diagramelor regimurilor de
funcţionare corespunzătoare diferitelor configuraţii de exploatare, precum şi determinarea
indicatorilor de eficienţă energetică a pompării pentru fiecare caz analizat [Toma D., 2012a].
În Fig. 4.28 este reprezentată diagrama regimurilor de funcţionare în cazul funcţionării
instalaţiei de pompare pe hidrofor, iar în Fig. 4.31 este reprezentată diagrama regimurilor de
funcţionare corespunzătoare funcţionării instalaţiei prin acţionarea la turaţie variabilă a
turbopompelor (pentru m).
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
38
Fig. 4.28 Diagrama regimurilor de funcţionare - funcţionarea pe hidrofor ( m)
Fig. 4.31 Diagrama regimurilor de funcţionare - funcţionarea la turaţie variabilă ( m)
Funcţionarea pe hidrofor asigură, în condiţiile echipării staţiei de pompare cu
turbopompe GRUNDFOS CR 8 – 50, furnizarea sub sarcina m, în cele mai bune
condiţii de presiune la utilizator, a debitelor l/s, cu un consum specific de
energie kWh/m3, turbopompa lucrând cu un randament %. Pe
de altă parte însă, se observă că în anumite cazuri, randamentul turbopompei scade foarte mult în
raport cu randamentul nominal, ajungând chiar la valori de 23 %.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
39
La acţionarea cu turaţie variabilă a turbopompelor GRUNDFOS CR 8 – 50, în diferitele
configuraţii de funcţionare ale ansamblului reţea-utilizatori, debitele pompate în reţeaua
cvartalului sunt cuprinse în domeniul l/s, dar cu randamente superioare faţă
de funcţionarea pe hidrofor (cuprinse în intervalul 6 – 20 puncte procentuale) şi, în consecinţă,
cu consumuri specifice de energie mai mici ( kWh/m3).
Ţinând cont şi de faptul că debitele mici predomină în exploatarea curentă a reţelei, se
consideră oportună introducerea acţionării la turaţie variabilă a turbopompelor din cadrul staţiei
de pompare Codrescu, acest fapt conducând în final la ameliorarea eficienţei energo - economice
a pompării.
CAPITOLUL 5
MONITORIZAREA ŞI CONTROLUL STAŢIILOR DE POMPARE
DIN CADRUL SISTEMELOR DE ALIMENTARE CU APĂ
5.1. Consideraţii generale privind sistemul de monitorizare şi control al unei staţii
de pompare
Reabilitarea şi modernizarea sistemelor de alimentare cu apă, prin care să se asigure o
capacitate de servire corespunzătoare cerinţelor actuale şi de perspectivă ale consumatorilor de
apă, precum şi performanţe energo - economice ale serviciului prestat, la nivelul celor mai bune
tehnologii disponibile, se poate realiza prin intermediul informatizării acestora.
Principalele avantaje ale informatizării sunt legate direct de: creşterea randamentelor
hidraulice şi energetice, ameliorarea fiabilităţii şi siguranţei în funcţionarea agregatelor şi
echipamentelor, reducerea forţei de muncă.
Sistemul de monitorizare şi control pentru staţiile de pompare reprezintă o structură de
conducere ierarhizată pe patru nivele, aplicată instalaţiei tehnologice propriu-zise [Toma D.,
2012b]:
nivelul de câmp: instalaţia tehnologică cu dispozitive de automatizare;
nivelul de conducere automată locală, realizat cu automate programabile;
nivelul dispecer local: calculator PC de capacitate medie, interconectat cu automatele
programabile, cu rol de interfaţă grafică locală pentru proces;
nivelul dispecer central: calculator PC de capacitate ridicată, interconectat cu
dispeceratele locale şi cu alte sisteme tehnice, ce asigură posibilitatea supervizării, coordonării
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
40
globale, stocării şi procesării centralizate a datelor, precum şi monitorizării off-line a sistemului
de pompare în ansamblu.
În Fig. 5.2 este prezentată schema bloc de monitorizare şi control al unei staţii de
pompare.
Fig. 5.2 Schema bloc de monitorizare şi control la nivelul dispecerului local al unei staţii de pompare
5.2. Sistemul de monitorizare şi control al unei staţii de pompare. Studiu de caz:
Staţia de pompare Chiriţa
La nivelul staţiei de pompare Chiriţa, instalaţia tehnologică pentru care se implementează
sistemul de monitorizare şi control cuprinde: agregatele de pompare WILO, vanele cu acţionare
electrică AUMA, aparatele electrice de comutaţie şi protecţie, aparatele de măsură a mărimilor
hidraulice (debit, presiune) şi aparatele de măsură a mărimilor electrice (tensiune, intensitate,
factor de putere, energie activă, energie reactivă, energie aparentă).
Soluţia de automatizare pentru staţia de pompare Chiriţa utilizează, ca dispozitiv de
câmp, automate programabile Premium TSXP57 (PLC), a căror construcţie se bazează pe
folosirea microcontrolerelor de tip industrial.
Toate echipamentele de achiziţie şi comandă sunt integrate, prin intermediul unui sistem
de comunicaţie, de către programul de monitorizare SCADA (Supervisory Control and Data
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
41
Acquisition), instalat pe o unitate de calcul ce se află la staţia dispecer local. Aplicaţia SCADA
este formată în principal din trei module:
• server: administrare parametri, alarme, baze date, rapoarte;
• client: interfaţă cu utilizatorul;
• comunicaţie: achiziţie parametrii din automatele programabile.
În Fig. 5.6 este reprezentată schema funcţională a staţiei de pompare Chiriţa (proces
mimic). Sunt prezentate în ansamblu instalaţiile de pompare, începând cu vanele de distribuţie,
rezervorul intermediar, până la parametrii de ieşire, debite, presiuni şi rezervoarele de la
Şorogari. Vanele de distribuţie sunt monitorizate prin poziţia lor (închis / deschis). Pentru
rezervorul intermediar R5, de 2500 mc, sunt afişate nivelul în rezervor (cu ajutorul unui senzor
de nivel cu ultrasunete) şi starea senzorilor de lipsă apă şi deversare. Pentru rezervorul Şorogari
este afişat nivelul.
Fig. 5.6 Schema funcţională a staţiei de pompare Chiriţa (proces mimic din SCADA)
Modurile de lucru permise de automatul programabil sunt: manual și automat (pornirea
se face automat de PLC).
Principalele funcţii pe care le îndeplineşte sistemul de monitorizare şi control al staţiei de
pompare Chiriţa sunt:
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
42
1) Starea de funcţionare şi parametrii funcţional - tehnologici ai turbopompelor
Turbopompele şi cele trei instalaţii de pompare sunt reprezentate pe o hartă fizică pentru
ce permite utilizatorului să le localizeze rapid şi intuitiv (v. Fig. 5.6). Pe hartă, alături de numele
sau numărul turbopompei se marchează prin culori distincte şi starea ei - oprită, pornită, avariată,
în temporizare repornire sau nealimentată.
Utilizând traductorii Endress + Hauser, cu ieşire 4-20 mA, ce au un domeniu de măsurare
între 0 - 10 bar, instalaţi în originea conductelor de refulare, a debitmetrele electromagnetice
MAGFLO amplasaţi în afara staţiei de pompare Chiriţa şi a dispozitivului Prosonic M FMU 40
pentru măsurarea nivelurilor, sistemul de monitorizare oferă informaţii ce pot fi folosite pentru a
determina starea turbopompelor, a conductelor sau a elementelor de închidere. Astfel se poate
inspecta: presiunea în originea conductei de refulare, debitul instantaneu pompat și nivelurile
apei din rezervorul R5 și rezervorul Șorogari.
Bazele de date înregistrează datele de proces folosind MS SQL Server. Tabelele reţin mai
multe tipuri de date: mărimi de proces (nivel, presiune etc.), stări ale instalaţiei (mod automat,
pornit, deschis, poziţie etc.), configurarea parametrilor de funcţionare (nivel impus, presiune
maximă etc.), alarme cu mesaj, index, data iniţială.
Pentru a descrie posibilităţile de operare se va folosi ca exemplu tabela cu mărimile
hidraulice ce caracterizează funcţionarea instalaţiei ORAŞ (v. Fig. 5.8):
Fig. 5.8 Bază de date a instalaţiei ORAŞ (mărimi hidraulice)
Soft-ul SCADA permite şi realizarea unor grafice:
grafice istorice – grafice istorice predefinite ce oferă posibilitatea de a vizualiza
diverse curbe ale unor mărimi de interes;
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
43
grafice utilizator – grafice istorice configurabile de utilizator ce oferă posibilitatea de a
configura diverse curbe ale unor mărimi de interes folosind datele înregistrate în bazele de date
(v. Fig. 5.10);
grafice timp real – grafice în timp real configurabile de utilizator oferă posibilitatea de
a vizualiza în timp real diverse curbe ale unor mărimi de interes. Pentru a crea curba se folosesc
datele achiziţionate pe comunicaţie.
Fig. 5.10 Grafic utilizator – debitele pompate de instalaţiile de pompare ORAŞ, ŞOROGARI şi INDUSTRIE
Există posibilitatea de a obţine şi anumite rapoarte:
Zilnic - parametrii instalaţiilor de pompare şi rezervoare;
Debite - volume pompate;
Ore - ore de funcţionare turbopompe.
2) Starea reţelei de alimentare
Pentru a înregistra diferenţele de tensiune între regimul diurn şi cel nocturn, între zilele
lucrătoare şi cele de sărbătoare sau dezechilibrul generat prin încărcarea disproporţionată a
fazelor cu consumatori monofazici, sistemul de monitorizare preia, afişează şi memorează
principalii parametri ai reţelei de alimentare cu energie electrică, respectiv: frecvenţa reţelei,
tensiunile pe fiecare fază și dezechilibru de tensiune între faze.
3) Parametrii electrici ai motoarelor pompelor şi ai convertoarelor statice de frecvenţă
Alături de parametrii reţelei de alimentare, sistemul de monitorizare permite şi
inspectarea parametrilor electrici de stare a fiecărui motor, respectiv: curenţii pe fiecare fază,
dezechilibru de curent între faze, defazajele între curent şi tensiune pe fiecare din faze, rezistenţa
electrică de izolaţie a motorului.
Împreună cu lista mesajelor oferite de sistemul de protecţie, valorile parametrilor electrici
pot indica cauzele care au generat funcţionarea anormală a motorului sau a turbopompei. Toate
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
44
aceste informaţii conduc la întocmirea unui program complet de mentenanţă coretivă şi
preventivă, necesar menţinerii instalaţiilor de pompare în parametrii funcţionali.
4) Parametrii energetici ai pompelor
Sistemul de monitorizare permite, pentru fiecare instalaţie de pompare în parte, evaluarea
consumurilor energetice, respectiv afişează şi memorează: puterea activă, puterea reactivă,
puterea aparentă, factorul de putere, energia activă, energia reactivă și energia aparentă.
5) Avertizarea dispecerului în cazul detectării unei avarii sau a unei efracţii şi tipul
avariilor detectate şi momentul lor de apariţie
Avariile preluate de la punctele locale de măsură de către dispecerul local sunt afişate şi
apoi stocate împreună, într-o bază de date separată, cu data şi ora la care ele s-au produs şi se
reprezintă sub forma unor tabele. În acest mod, operatorul poate lua uşor la cunoştinţă de
numărul avariilor survenite într-o anumită perioadă de timp, de frecvenţa lor de apariţie sau de
timpul necesar remedierilor.
5.3. Analiza randamentului global al instalaţiilor de pompare şi a consumurilor
specifice de energie
Soft-ul SCADA nu permite monitorizarea randamentelor globale şi consumurilor
specifice de energie ale instalaţiilor de pompare. Pentru a realiza acest obiectiv ar fi necesar să
existe posibilitatea înregistrării debitului pompat de turbopompe din cadrul instalaţiilor de
pompare (debitul total fiind înregistrat prin intermediul debitmetrul instalat pe conducta de
refulare) prin montarea unor debitmetre pe comunicaţiile de refulare ale acestora. De asemenea,
soft-ul SCADA ar trebui să aibă posibilitatea înregistrării sarcinilor la racordurile de refulare ale
turbopompelor.
Cu toate acestea, pe baza parametrilor hidraulici (debitul instantaneu pompat și presiunea
în originea conductei de refulare) și electrici (tensiune, intensitate și factor de putere) ce pot fi
extrase din bazele de date ale soft-ului SCADA, se poate calcula aproximativ atât randamentul
global al instalațiilor de pompare, cât și consumul specific de energie (la funcționarea unei
turbopompe).
Randamentul global al instalației de pompare se calculează cu relația (5.1):
√ cos ( )
unde , și cos reprezintă mărimile electrice ce caracterizează alimentarea agregatelor direct
de la rețea, iar consumul specific de energie se obţine cu ajutorul relaţiei (5.2):
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
45
( )
Pentru exemplificare se prezintă cazul instalaţiei de pompare ŞOROGARI în configuraţia
de exploatare 1+2 (o singură turbopompă activă). Pe baza algoritmului prezentat, autorul a
elaborat în mediul de programare MATLAB programul RADCONS.
În Fig. 5.20 şi Fig. 5.21 sunt reprezentate variaţiile randamentului global al instalaţiei de
pompare ŞOROGARI şi ale consumului specific de energie funcţie de timp (o oră de
funcționare).
.
Fig. 5.20 Randamentul instalaţiei de pompare Fig. 5.21 Consumul specific de energie al
ŞOROGARI funcţie de timp instalaţiei de pompare ŞOROGARI funcţie de timp
CAPITOLUL 6
CONCLUZII ŞI CONTRIBUŢII
6.1. Concluzii
Lucrarea, în ansamblul ei, analizează şi propune măsuri de creştere a eficienţei
energetice, prin reducerea consumului de energie la staţiile de pompare, care au o pondere
importantă în consumurile industriale (circa ).
A. Referitor la randamentul convertorului static de frecvenţă şi randamentul
general al grupului de pompare convertor static de frecvenţă - motor asincron -
turbopompă
Depinzând de randamentul global al ansamblului convertor static de frecvenţă - motor
asincron - turbopompă, economia de energie este condiţionată de randamentele, în diferite
regimuri de lucru, ale fiecăreia dintre componentele sale.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
46
Pe baza acestui fapt, în capitolul 3 s-a descris o metodă de determinare a randamentului
general al grupului de pompare alcătuit din convertor static de frecvenţă - motor asincron -
turbopompă, , a randamentului agregatului de pompare, , precum şi a randamentului
convertorului static de frecvenţă, .
Metoda a fost pusă în practică la staţia de pompare Chiriţa, componentă de bază a
sistemului de alimentare cu apă a municipiului Iaşi. Staţia de pompare Chiriţa este echipată cu
trei instalaţii de pompare denumite în funcţie de zona de deservire.
S-a constatat faptul că randamentul convertorului static de frecvenţă variază între şi
pentru turaţii relative ⁄ . Valorile mai ridicate, apropiate de maxim, se întâlnesc
de la o anumită valoare a debitului relativ. Pentru cele opt turaţii analizate, valorile acestui debit
relativ se situează în intervalul [ ]⁄ . Valorile mai scăzute apar în cazul
acţionării la turaţii relative ⁄ şi debite relative ⁄ .
B. Referitor la studiul instalaţiilor de pompare echipate cu turbopompe acţionate la
turaţie variabilă
În capitolul 4 s-a propus o metodologie de analiză a funcţionării instalaţiilor de pompare
echipate cu turbopompe acţionate la turaţie variabilă, bazată pe o cercetare temeinică. Pe această
linie autorul a elaborat o serie de modele matematice, pe baza cărora au fost stabiliţi algoritmii
de calcul corespunzători şi au fost concepute programe de calcul în mediile de programare
MATLAB şi MATHCAD.
Având în vedere că în cazul turbopompelor, capacitatea de funcţionare poate fi
caracterizată prin prelucrarea datelor din măsurători in situ, metodologia propusă presupune în
primul rând evaluarea caracteristicilor funcţional - energetice ale acestora. În continuare s-a
propus determinarea caracteristicilor pierderilor de sarcină pentru toate componentele sistemului
de transport sub presiune al apei, precum şi stabilirea caracteristicilor reţelei servite de instalaţia
de pompare.
Determinarea şi analiza regimurilor de funcţionare ale ansamblului instalaţie de pompare
- reţea asociate regimurilor tipice de exploatare, cu determinarea caracteristicilor energo -
economice (randament global, consum specific de energie, consum specific unitar de energie), a
reprezentat partea complexă a acestei metodologii.
Programele de calcul elaborate au fost folosite în analiza funcţionării instalaţiei de
pompare ORAŞ. În urma rulării programului de calcul PARFUNC a rezultat faptul că ambele
caracteristici de sarcină (ale turbopompelor P1 şi P2) prezintă o alură diferită decât cea de
catalog. Caracteristicile funcţional - energetice indică totuşi satisfacerea relativ corectă a
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
47
parametrilor proiectaţi în cazul ambelor turbopompe, dar caracteristicile de randament se
situează cu cca 10 - 15 puncte procentuale sub cea de catalog, în timp ce caracteristicile de
putere indică valori superioare referinţei.
Rulând programul de calcul PSARC au rezultat modulele de rezistenţă hidraulică ale
comunicaţiilor de aspiraţie şi de refulare corespunzătoare fiecărei turbopompe, precum şi pentru
conducta de aducţiune.
Regimurile de funcţionare ale instalaţiei de pompare ORAŞ au corespuns situaţiei
existente în exploatare, respectiv funcţionarea cu două agregate de pompare active (AP1 şi AP2),
agregatul de pompare AP1 fiind acţionat la turaţie variabilă.
C. Referitor la avantajul energetic al acţionărilor la turaţie variabilă
Pentru a pune în evidenţă eficienţa energetică a acţionării turbopompelor la turaţie
variabilă faţă de o altă metodă de reglare, respectiv modificarea debitului curentului de lichid
prin intermediul vanei de închidere de pe comunicaţia de refulare a turbopompei P1, au fost
studiate regimurile de funcţionare similare.
Analizând valorile randamentului global al instalaţiei de pompare s-a observat faptul că
acesta este superior la acţionarea cu turaţie variabilă a turbopompei P1, indiferent de configuraţie
de exploatare, cu un procent ce variază între şi faţă de reglarea debitului cu ajutorul
vanei de închidere. S-a constatat de asemenea că randamentul global are o creştere procentuală
mai mare la acţionarea cu turaţie variabilă odată cu scăderea debitului pompat în reţea şi a
sarcinii statice.
Evidenţierea avantajului energetic al acţionării turbopompelor la turaţie variabilă prin
modificarea frecvenţei a rezultat însă prin introducerea unui nou coeficient de eficienţă
energetică, , coeficient ce ţine seama de consumul specific de energie.
Avantajul energetic al acţionării la turaţie variabilă este mult mai mare la debite mai mici,
acest lucru rezultând din faptul că valoarea coeficientului de eficienţă energetică creşte foarte
mult la scăderea debitului pompat. În cazul pompării la sarcina statică minimă, acest coeficient
ajunge şi la % la un debit relativ ⁄ , faţă de o valoare de % la debitul
maxim pompat m3/s. De asemenea, valorile coeficientului prezintă valori
mai ridicate pentru sarcina statică minimă. Rezultă astfel că, la debite mari şi valori mai ridicate
ale sarcinii statice, se reduce efectul economic al folosirii turaţiei variabile.
D. Referitor la staţii de pompare mici (cvartal de locuinţe)
Introducerea acţionărilor cu turaţie variabilă trebuie să fie precedată de studii de
oportunitate pentru a se evita realizarea unor investiţii nejustificate sau menţinerea unui sistem
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
48
de exploatare a acestor subsisteme costisitor (randament energetic redus). În acest scop a fost
prezentat un studiu de caz: Staţia de pompare Codrescu.
O modalitatea frecventă de adaptare a funcţionării instalaţiior de pompare din cadrul
sistemelor de alimetare cu apă la variabilitatea cerinţelor utilizatorilor este cea asigurată prin
funcţionarea intermitentă a unui agregat de pompare, pe hidrofor.
În cazul staţiei de pompare Codrescu s-a propus acţionarea la turaţie variabilă a
tubopompelor existente, stabilită în baza randamentului mediu global, respectiv a consumului
specific de energie asigurat, această metodă conducând la pomparea cu cea mai mică valoare
medie a consumului specific de energie.
E. Referitor la monitorizarea şi controlul instalaţiilor de pompare
Asigurarea eficienţei în exploatare presupune monitorizarea şi controlul automat al
instalaţii de pompare adaptate la variabilitatea cerinţelor consumatorilor. Controlul permanent al
parametrilor electrici, energetici şi tehnologici ce caracterizează agregatele de pompare permite
elaborarea unor strategii de optimizare a regimului de exploatare astfel încât sistemul de
alimentare cu apă să fie sigur, durabil şi eficient. În acest scop a fost analizat sistemul de
monitorizare şi control al staţiei de pompare Chiriţa.
Având în vedere că soft-ul SCADA nu permite monitorizarea randamentului global al
instalațiilor existente în cadrul stației de pompare Chirița, precum și ale consumurilor specifice
de energie, s-a propus o metodă de calcul aproximativ a acestor mărimi cu ajutorul unui soft
elaborat de către autor. Monitorizarea acestor caracteristici energo - economice ar permite
efectuarea unor analize şi diagnoze tehnice complexe.
6.2. Contribuţii
1. Documentare asupra principalelor tipuri de maşini hidraulice şi a domeniilor de
utilizare ale acestora, cu evidenţierea importanţei pompării cu maşini hidraulice acţionate la
turaţie variabilă, care au un potenţial ridicat de economisire a energiei electrice.
2. Documentare asupra mărimilor şi caracteristicilor necesare analizei funcţionării
turbopompelor acţionate la turaţie variabilă din cadrul instalaţiilor de pompare.
3. Documentare asupra instalaţiilor de reglare ce asigură adaptarea la regimuri variabile
de funcţionare a instalaţiilor de pompare, cu accent pe reglarea prin acţionare la turaţie variabilă
a turbopompelor, ce poate asigura o pompare în condiţii de eficienţă energo - economică a
diferitelor debite cerute de consumatori.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
49
4. Documentare asupra sistemelor de acţionare electrică reglabilă a turbopompelor, cu
accent pe acţionarea bazată pe modificarea frecvenţei tensiunii de alimentare care se realizează
prin intermediul convertoarelor statice de frecvenţă.
5. Descrierea şi materializarea unei metode practice de determinare a randamentului unui
convertor static de frecvenţă şi a randamentului general al grupului de pompare convertor static
de frecvenţă - motor asincron - turbopompă.
6. Elaborarea unor soft-uri, pe baza unor modele matematice şi al algoritmilor de calcul
corespunzători, în mediul de programare MATLAB, ce au ca scop:
- determinarea caracteristicilor funcţional - energetice reale ale turbopompelor, din cadrul
instalaţiilor de pompare, prin prelucrarea rezultatelor măsurătorilor efectuate in situ, şi raportarea
lor la caracteristicile nominale ale acestora (soft-ul PARFUNC);
- determinarea caracteristicilor pierderilor de sarcină pe comunicaţiile de aspiraţie şi
refulare ale turbopompelor (soft-ul PSARC cuprinde 44 de subrutine necesare calculului a 65 de
coeficienţi ai pierderilor de sarcină locale introduse de singularităţile cele mai des întâlnite pe
traseul liniilor tehnologice de bază ale instalaţiilor de pompare);
- determinarea regimurilor de funcţionare ale instalaţiilor de pompare prevăzute cu
turbopompe acţionate la turaţie variabilă, în diferite configuraţii de exploatare (soft-ul
REGFUNC);
- evaluarea eficienţei energo - economice a pompării apei prin determinarea consumului
specific de energie pentru pompare, respectiv a consumului specific unitar de energie în
regimurile semnificative de exploatare (soft-ul REGFUNC).
7. Introducerea unui nou coeficient de eficienţă energetică, ce ţine cont de consumul
specific de energie, care are rolul de a evidenţia eficienţa acţionării la turaţie variabilă a
turbopompelor faţă de alte instalaţii de reglare, respectiv de modificare a debitului curentului de
lichid prin intermediul vanei de pe comunicaţia de refulare a turbopompelor.
8. Aplicarea soft-urilor elaborate în vederea analizei funcţionării instalaţiei de pompare
ORAŞ din cadrul Staţiei de pompare Chiriţa, parte componentă a sistemului de alimentare cu apă
a municipiului Iaşi, staţie echipată cu turbopompe acţionate la turaţie variabilă.
9. Evidenţierea oportunităţii introducerii acţionării la turaţie variabilă a agregatelor
existente în staţia de pompare Codrescu.
10. Colaborarea la sistemul de monitorizare și control al Stației de pompare Chirița prin
elaborarea unui soft cu ajutorul căruia se poate calcula randamentul global al instalațiilor de
pompare, precum și consumul specific de energie, în cazul funcționării unei singure turbopompe.
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
50
BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ
1. Ahonen T., 2011, Monitoring of centrifugal pump operation by a frequency convertor,
Lappeenranta University of Technology, Lappeenranta, Finland
3. Alexandrescu A., Călăraşu D., Zaharia D., Ciobanu B., Tiţa I., Toma D., ş.a., 2007,
Optimizarea sistemelor energetice inteligente de transport a apei pentru creşterea eficienţei
energetice şi economia de energie, Proiect CNMP 1365/2007, contract de finanţare
21041/18.09.2007
4. Alexandrescu A., Alexandrescu S. A., Alexandrescu C. A., Toma D., 2008a, Contributions to
the calculation of optimization of the pumping station’s working, Machine – Building and
Technosphere of the XXI Century, Sevastopol, Ukraine, Ed. Tehnopolis, ISBN 966-7907-23-6,
pp. 42-46
5. Alexandrescu A., Alexandrescu S. A., Alexandrescu C. A., Toma D., 2008b, Contributions
as concerns the complex network’s optimization of water supply, Machine – Building and
Technosphere of the XXI Century, Sevastopol, Ukraine, Ed. Tehnopolis, ISBN 966-7907- 23-6,
pp. 46-50
6. Alexandrescu A., Alexandrescu S. A., Alexandrescu C. A., Toma D., 2008c, Contributions
concerning the energy consumption’s optimization of the hydraulic fittings out, Scientific
Bulletin of the Politehnica University of Timisoara, Transactions on Mechanics, Tom 53 (67),
Special issue, Ed. POLITEHNICA, ISSN 1224-6077, pp. 219-227
7. Alexandrescu A., Alexandrescu S. A., Alexandrescu C. A., Toma D., 2008d, Contributions
as regards the energetic optimization of an urban system of pumping, Scientific Bulletin of the
Politehnica University of Timisoara, Transactions on Mechanics, Tom 53 (67), Special issue,
Ed. POLITEHNICA, ISSN 1224-6077, pp. 213-218
8. Alexandrescu A., 2008, Stații de pompare, Editura Politehnium, ISBN 978-973-621-222-2,
Iași
10. Alexandrescu O., 1995, Randamentul global al adaptării instalaţiilor de pompare la
regimuri variabile prin folosirea hidroforului, CTS IC-EE, AIIR - UTI, Iaşi
12. Alexandrescu O., Anăstăsoaei M., Toma D., ş.a., 2003, Lucrări adiţionale la proiectul
“Modernizarea Staţiei de tratare a apei Chiriţa - municipiul Iași - Fază unică, Contract de
cercetare științifică nr. 1278P/20.06.2003, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi, Centrul de
Cercetare, Proiectare şi Transfer Tehnologic “Polytech”, Iaşi
13. Alexandrescu O., 2003, Staţii de pompare, Ed. “Gh. Asachi”, Iaşi
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
51
14. Alexandrescu O., 2004, Maşini şi echipamente hidraulice, Ed. Politehnium, Iaşi
15. Almeida A.T., Fonseca P., Falkner H, Bertoldi P., 2003, Market Transformation of Energy-
Efficient Technologies in the EU, EnergyPolicy, Vol. 31, Iss. 6, May 2003, pp. 563–575
17. Anton A., Grecu M., Perju S., 1999a, Simularea funcţionării unei staţii de pompare de
alimentare cu apă, Conferinţa „Sisteme hidraulice sub presiune”, UTCB, Bucureşti
18. Anton A., Grecu M., Perju S., 1999b, Metodologia reabilitării unei staţii de pompare: aspecte
hidraulice şi alegerea agregatelor de pompare, Conferinţa „Sisteme hidraulice sub presiune”,
UTCB, Bucureşti
20. Bartha I., Javgureanu V., 1998, Hidraulică, vol. 1, Editura “Tehnica”, Chişinău
22. Bartha I., Marcoie N., Toma D., Gabor V., Molnar A.G., 2008, Cercetări asupra curgerilor
turbulente în medii poroase permeabile rigide, Proiect multianual de cercetare ştiinţifică PN-II-
ID-2298/2008, contractat cu CNCSIS cu nr. 589/19.01.2008
23. Bartha I., Marcoie N., Toacă D., Toma D., Gabor V., Molnar A.G., Lupuşoru A., 2010,
Post-Darcy filtration through rigid permeable media, Environmental Engineering and
Management Journal EEMJ, vol. 9, No.12, "Gh. Asachi" Technical University of Iasi, pp. 1727-
1734, ISSN: 1582-9596
24. Bartha I., Marcoie N., Toma D., Toacă D., Gabor V., Molnar A.G., 2011, The free level
uniform post-Darcy filtration through a sphere-made homogenous medium, Environmental
Engineering and Management Journal EEMJ, vol. 10, No.12, "Gh. Asachi" Technical University
of Iasi, pp. 1959-1966, ISSN: 1582-9596
25. Bartha I., Marcoie N., Toma D., Toacă D., Gabor V., Molnar A.G., Lupușoru A., 2012a,
Research on Filtration Process Through Sorted Crushed Rock, Conference on Modelling Fluid
Flow (CMFF’12), The 15th
International Conference on Fluid Flow Technologies, Budapest,
Hungary, September 4-7, Conference proceedings, vol. II, pp 539-544, ISBN 978-963-08-4587-8
26. Bartha I., Marcoie N., Toma D., Toacă D., Gabor V., Molnar A.G., Lupușoru A., 2012b,
The Free Level Post-Darcy Filtration Through Homogenous Media, Conference on Modelling
Fluid Flow (CMFF’12), The 15th
International Conference on Fluid Flow Technologies,
Budapest, Hungary, September 4-7, Conference proceedings, vol II, pp. 622-627, ISBN 978-
963-08-4587-8
27. British Pump Manufacturers’ Association, Gambica, 2003, Variable speed driven pumps.
Best practice guide
31. Burchiu V., Santău I., Alexandrescu O., 1982, Instalaţii de pompare, Editura Didactică şi
Pedagogică, Bucureşti
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
52
32. Carlson R., 2000, The correct method of calculating energy savings to justify adjustable-
frequency drives on pumps, IEEE Transaction on Industry Application, vol.36, no.6
33. Carrier D., Stickney R., 2007, Variable Speed versus Constant Speed, Plumbing Systems and
Design, vol. 6, no. 2
34. Cătană I., ş.a., 2006, Controlul frecvenţei în reglarea automată a staţiilor de pompare,
Conferinţa Hidrotehnicienilor, U.P.B., Bucureşti
44. Doncean G., Barbalat A., 2000, Strategia cercetării. Optimizarea proceselor tehnologice,
Editura “Performantica”, ISBN 973-8075-07-6, Iaşi
47. Europump and Hydraulic Institute, 2001, Pump Life Cycle Costs: A guide to LCC analysis
for pumping systems, Parsippany, New Jersey
48. Europump, Hydraulic Institute and U.S. Department of Energy, 2004, Variable Speed
Pumping – A Guide to Successful Applications, Elsevier, Kidlington, Oxford, UK
54. Gavrilaș G., 2007, Retehnologizarea sistemelor de alimentare cu apa - Direcţie prioritară în
cadrul dezvoltării durabile, Ed. Politehnium, ISBN 978-973-621-172-0, Iași
55. Georgescu A.M., Georgescu S.C., 2007, Hidraulica rețelelor de conducte și mașini
hidraulice, Editura Printech, ISBN 978-973-718-623-2, București
56. Georgescu I., 1988, Economia de energie prin acţionarea cu turaţie variabilă a pompelor şi
ventilatoarelor şi automatizarea proceselor tehnologice, Rev. Energetica, nr. 3
57. Georgescu S.C., Georgescu A.M., Dunca G., 2005, Stații de pompare. Încadrarea
turbopompelor în sisteme hidraulice, Editura Printech, București, ISBN 973-718-235-9
63. Gordan C., Reiz R., Țepelea L., 2010, Tehnici moderne de comutație, Universitatea din
Oradea
65. Hydraulic Institute, U.S. Departament of Energy, 2006, Improving pumping system
performance. A sourcebook for industry, Second edition
68. Icemenerg, 1994, Introducerea în industrie a acționărilor cu turație variabilă, Ghid
informativ
69. Idelcik E.I., 1984, Îndrumător pentru calculul rezistenţelor hidraulice, Ed. Tehnică,
Bucureşti
70. Ionel I., 1976, Instalaţii de pompare reglabile, Editura Tehnică, Bucureşti
73. Kiselev P.G., 1988, Îndreptar pentru calcule hidraulice, Ed. Tehnică, Bucureşti
74. Luca M., 2000, Optimizarea consumului energetic prin reabilitarea hidraulică a instalaţiilor de
pompare, Simpozionul „Ştiinţa modernă şi energia”, Cluj - Napoca
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
53
75. Luca M., 2002, Consideraţii privind folosirea pompelor cu turaţie variabilă în staţiile de
pompare, Conferinţa „Instalaţii pentru construcţii şi confortul ambiental”, Timişoara
79. Pavel D., 1954, Mașini hidraulice, vol. I, Editura Energetică de Stat, București
81. Poiată T., Cârțină Gh., 1997, Modalități de reducere a consumului de energie electrică la
stațiile de pompare prin utilizarea acționărilor cu turație variabilă, Utilizarea eficientă a
energiei, nr. 1, pp. 15-17
86. Popescu Şt., 1983, Optimizarea parametrilor funcţionali ai utilajelor hidromecanice (maşini
hidraulice din staţiile de pompare pentru hidroamelioraţii), Teză de doctorat, Institutul
Politehnic Iaşi, Facultatea de Mecanică
87. Popescu Şt., Marcoie N., Toma D., 2008, Modelling of a hydrophore pumping facility in
slow variable operational regimes, Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, Tom LIV
(LVIII), fasc. 2, pp. 57-66, Hidrotehnica
88. Pricop A., Marcoie N., Toma D., 2005, Hydraulic calculus of pipes with distributed
discharges using Haar wavelets functions, Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, Tomul
LI (LV), Fasc. 1-4, pp. 49-61, Hidrotehnica
89. Profire M., 2002, Instalații Hidroedilitare. Monitorizare, Control, Reglare, Editura Tehnică,
Științifică și Didactică CERMI, ISBN 973-8188-37-7, Iași
90. Pump Systems Matter and Hydraulic Institute, 2008, Optimizing Pumping Systems: A Guide
for Improved Energy Efficiency, Reliability & Profitability, Parsippany, New Jersey
92. Safta C., Isbăşoiu E.C., 1999, Determinarea turaţiei pentru obţinerea debitului necesar la o
staţie de pompare la care un motor este acţionat cu turaţie variabilă, Sisteme hidraulice sub
presiune, UTC Bucureşti, 17-19 iunie
93. Sârbu I., 1993, Optimizarea energetică a funcționării pompelor în sistemele de distribuție a
apei, Revista Hidrotehnica, pp. 13-18, Nr.8
98. Suceveanu I., 1988, Analiza posibilităţilor de reglare a parametrilor tehnologici prin
variaţia turaţiei agregatelor, Revista Energetica, nr. 4
99. Toma A., 2012, Comportarea la acțiuni și durabilitatea sistemelor noi, în dezvoltare, pentru
transportul apei, Teză de doctorat, Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iași, Facultatea
de Construcții și Instalații
100. Toma D., 2003, Reabilitarea şi modernizarea S.P. Păcurari 2 din cadrul aducţiunii
Păcurari-Aurora-Mijlociu-Breazu, Proiect de diplomă, Universitatea Tehnică “Gh. Asachi” Iaşi,
Facultatea de Hidrotehnică
Cercetări asupra pompării cu maşini hidraulice cu turaţie variabilă Rezumat teză de doctorat
54
101. Toma D., 2008a, Documentare asupra pompării. eficienţa acesteia cu maşini hidraulice cu
turaţie variabilă, Referat de doctorat 1, Iași
102. Toma D., 2008b, Baza experimentală pentru studiul pompării cu mașini hidraulice cu
turaţie variabilă, Referat de doctorat 2, Iași
103. Toma D., 2008c, Primele rezultate experimentale privind pomparea cu mașini hidraulice
cu turaţie variabilă, Referat de doctorat 3, Iași
104. Toma D., Bartha I., Marcoie N., 2010, Reabilitarea și modernizarea alimentării cu apă a
centrului comunal Cotnari - Fază unică, Contract de cercetare științifică nr. 978/30.04.2010,
Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iaşi, Centrul de Cercetare şi Transfer Tehnologic
“Polytech”, Iaşi
105. Toma D., Bartha I., 2012, Optimizing the determination of operating regimes for pumping
equipments within water supply systems, Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, în curs de
publicare
106. Toma D., 2012a, Issues related to the adapting of variable operating regime pumping
plants by the use of variable speed drives, 2nd International Conference “Water Across Time
inEngineering Research” Water 2012, ISSN 1584-5990, în curs de publicare
107. Toma D., 2012b, Monitoring and Controlling of Process Parameters in the Chirita
Pumping Station, facility included in the Iasi City Water System, 2nd International Conference
“Water Across Time in Engineering Research” Water 2012, ISSN 1584-5990, în curs de
publicare
108. Toma I., 2005, Contribuții la optimizarea funcțională și energetică a unui sistem de
alimentare cu apă, Teză de doctorat, Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” Iași, Facultatea
de Construcții și Instalații
109. Tomescu D., 1991, Acţionarea cu turaţie variabilă a pompelor – mijloc pentru reducerea
consumului de energie electrică, Hidrotehnica nr. 5-6, Bucureşti
111. Vlad L., Bartha J., Ilaș I., Toma D., 2012, Renaturation and extension solutions for
wetlands inside embanked enclosures, „Present Environment and Sustainable Development”,
Iași, în curs de publicare
116. xxx Instalaţii de monitorizare, control şi automatizare, 2000, PROBIT, Bucureşti
117. xxx Comisia Europeană, 2011, Raport general privind activitatea Uniunii Europene - 2010,
ISSN 1977-0308, 1049 Bruxelles, Belgia
118. xxx Reabilitarea stației de pompare Chirița. Structuri și instalații hidromecanice, 2009,
contract nr. 351/17.03/2009, Detalii de execuție