K005261 Курсовая работа Автоматизация светомузыкального фонтана в парке «УГМК»

Введение

Пешеходные, или иначе «сухие», фонтаны в последнее время все больше набирают популярность в силу своей необычности, функциональности и экономической привлекательности. Но особо их выделяет то, что они не съедают полезное пространство площадей, на которых установлены. Благодаря тому, что верх чаши сооружения устанавливается в один уровень с площадью поверхности, и сама чаша накрывается решетками из нержавеющей стали, такой тип фонтана позволяет отдыхающим гулять между струями, совершенно не опасаясь провалиться в воду. При необходимости, фонтан можно выключить, получив тем самым возможность проведения мероприятий на площади, где установлен фонтан. Накрывная решетка может выдержать вес легкового автомобиля, поэтому вес даже нескольких человек абсолютно не критичен при таком запасе прочности.

Такая конструкция фонтана идеально подходит для того, чтоб он функционировал как светомузыкальный или динамический; и в большинстве своем, все пешеходные фонтаны являются таковыми.

С экономической точки зрения, «сухие» фонтаны при строительстве обходятся, как правило, дешевле, благодаря тому, что не надо затрачивать серьезные материальные и трудовые ресурсы на отделку – ведь чаша заглублена, а значит достаточно сделать гидроизоляцию и недорогую внутреннюю отделку для сохранения целостности последней.

Светомузыкальным, или иначе «поющим», можно назвать любой фонтан, струи которого двигаются в такт музыкальному сопровождению, будь то плавающий, стационарный или «сухой» тип расположения оборудования и чаши.

Пожалуй, у пешеходных фонтанов меньше всего минусов, благодаря чему они и стали так популярны и востребованы.

Общее описание системы

Светомузыкальный фонтан – симбиоз воды, музыки и света, который буквально завораживает своим очарованием зрителей. Этот тип фонтанов наиболее сложен в плане разработки концепции и проектирования. Ведь мало того, что надо разработать идею, необходимо заранее просчитать как это будет работать и смотреться.

Строительство светомузыкальных фонтанов можно разделить на два типа:

• фонтан с применением быстроходных подводных клапанов, с помощью которых управляется каждая струя в отдельности, что в свою очередь позволяет моделировать огромное количество водных композиций;

• фонтан, работающий по контурам водной картины, в каждой из которых несколько десятков струй, управляемых с помощью частотных регуляторов и насосов.

У каждого типа фонтана своя динамка и очарование, производящее определенное восприятие и впечатление на зрителя.

В 2014 году был закончен один из двух фонтанов в Парке УГМК в         г. Верхняя Пышма. Концепция строительства предполагала динамично вписать пешеходный фонтан в ландшафт парка, учтя высокий антивандализм. Идеальным решением в таком случае оставалась постройка пешеходного (сухого) фонтана.

Десятиметровый светомузыкальный фонтан "Купол" работает на системе клапанов в такт музыке под индивидуально прописанные музыкальные треки. Он представляет собой круглую чашу с оборудованием, накрытую решетчатым настилом, который позволяет резвиться на нем детям в жаркую погоду и одновременно предохраняет оборудование от вандализма. 40 струй по периметру 10-ти метрового круга укомплектованы клапанами, позволяющими отсекать струи и управлять водной картиной фонтана.

 Управление зрелищными сооружениями и объектами, такими как фонтаны, должно быть четким и отлаженным, нацеленным на создание красивых  линий, насыщенных цветов и выдержанной формы.

Система управления фонтаном обычно реализуется в виде шкафа управления.

Система управления фонтаном решает задачу управления гидродинамическими и светодинамическими композициями фонтанов.

Системы управления осуществляют контроль и регулирование исполнительных устройств фонтана, которые создают водную композицию – картину. Модули системы управления фонтаном многофункциональны, и это позволяет подключать к ним большое количество каналов управления.

Функциональный комплект систем управления достаточно широкий и гибкий.      Управление системой может осуществляться в автоматическом или ручном режиме. Управление в ручном режиме может осуществляться дистанционно по беспроводным каналам связи (радио, GSM связь и т.д.).   По  GSM связи может осуществляться и управление, и отправка уведомлений об аварийной ситуации, тем самым контроль становится удобнее и увеличивается надёжность системы.

Система автоматики фонтана может осуществлять управление не только  производительностью насосов, но и другими механизмами, которые приводят в движение элементы фонтана.

По индивидуальной программе система автоматики фонтана может управлять световой частью фонтана. Управление включением и выключением (в зависимости от времени суток) может осуществляться по встроенным  часам. Яркость подсвечивающих устройств может меняться независимо, или в соответствии с динамикой водной струи.

Особенностью системы будет являться регулирование давления струи в зависимости от силы ветра. Это позволит не искажать водяной рисунок при ветре.

 Функции системы управления фонтаном:

• Управление производительностью насосов и других элементов фонтана;

• Управление параметрами струи (давление, динамика) с учетом скорости ветра;

• Автоматическое или ручное переключение режимов;

• Управление световыми возможностями;

• Управление и контроль уровня воды в емкости подпитки фонтана;

• Защита насосов.

Система управления фонтаном содержит комплекс защиты как насосов, так и самой системы в целом, что в свою очередь увеличивает срок службы оборудования и снижает затраты на обслуживание.

 Модуль защиты обеспечивает:

• Мониторинг и защиту от перегрузки;

• Защиту от «сухого» хода;

• Безопасный пуск/остановка электродвигателя;

• Температурную защиту двигателя;

В систему управления фонтаном входят устройства автоматического поддержания заданного уровня воды в бассейне, что позволяет защитить насосные агрегаты от «сухого» хода. При необходимости такие устройства подпитывают бассейны водой до заданного уровня.

Насос для фонтана

Насос – это сердце фонтана. Благодаря насосному оборудованию, вода течет туда, куда надо, создавая водный облик фонтана.

Насосы по своему типу делятся на погружные и выносные (сухие). Погружные находятся непосредственно в чаше фонтана под водой, закачивая воду из чаши сразу в распределительный коллектор или трубопровод, а уже через него в форсунки.

Выносные насосы, как следует из названия, располагаются вне чаши фонтана, в техническом помещении, к которому подводятся водозаборные трубы. Через них насос засасывает воду и гонит ее к подающему трубопроводу, и далее к фонтанным насадкам.

У каждого типа насосов есть свои плюсы и минусы: применение погружных насосов исключает гидравлические потери напора, но срок эксплуатации таких насосов существеннее меньше, нежели выносных насосов.

Подбор насосного оборудования, пожалуй, самая сложная операция при проектировании фонтана, так как при гидравлическом расчете, необходимо учитывать огромное количество потерь, характеристик и свойств материалов, из которых создается фонтан. Подбор насоса для фонтана влияет на окончательную водную картину, ведь если не хватит мощности помпы, то единственным возможным вариантом будет замена насоса на более мощный.

Ну а если установить более мощный насос в фонтан, чем требуется для конкретного фонтана, то придется переплачивать за энергопотребление и дополнительно ставить байпас, чтоб вода не переливалась через края чаши. Или как вариант – купить частотный регулятор, который позволить регулировать мощность насоса, а соответственно, и подачу воды на фонтанную форсунку, но его цена кусается и порой составляет стоимость самого насоса.

У нас установлено три насоса, два более мощных отвечают за внешний (большой) круг форсунок, а третий насос отвечает за внутренний (малый) круг форсунок.

Насос Насос с префильтром IML AMERICA 10 м3/ч Насос без префильтра IML Hermes 8 м3/ч

Длина 490 мм 420 мм

Ширина 280 мм 255 мм

Высота 285 мм 260 мм

Производительность 10 м3/ч 8 м3/ч

Напряжение 380 В 230 В

Мощность 0,55 кВт 0,37 кВт

Патрубок 50 мм 38 мм

Высота подъема фонтанной струи 10 м 8 м

Защита IP55 IP55

Производитель IML Испания IML Испания

Мы выбирали наш насос исходя из ТЗ, в котором было указана высота фонтанной струи до 10м. Так как фонтам довольно крупного диаметра и у него большое количество струй, нам пришлось поставить два насоса для внешнего круга фонтана, чтобы обеспечить желаемую высоту и давление воды. Мы выбрали насос IML AMERICA, данный насос потребляет умеренное количество электроэнергии, но выдает поразительно хорошую производительность и мощность. Так, чтобы струя поднялась на 1,2 м., необходимо купить агрегат, способный перекачивать в час до 800 литров. Полутораметровому фонтану потребуется насос, который выдает за час около 3 тысяч литров. При этом учитывается, что оптимальным для  работы механизма считается подъем воды на высоту, составляющую 1/3 от диаметра фонтана.

На малый круг фонтана мы выбрали насос IML Hermes. Данный насос не очень мощный, но надежный, и у него хорошая производительность при минимальной затрате воды. На внутреннем кругу фонтана стоят насадки, которые служат распылителями (с высотой струи до 3м), поэтому нам не нужен мощный насос, хватит среднего, но надежного насоса.

Расход воды в фонтане производится по формуле истечения жидкости через насадки:

Q=μ*ω_н*V_0=μ*ω_Н*√(2gh_0 )

, где Q – расход воды, м3/с;

μ – коэффициент расхода насадки (зависит от формы);

ω_н – площадь поперечного сечения выходного отверстия насадки (определяется по диаметру выходного отверстия насадки), м^2;

h_0 - скоростной напор у насадки или высота фонтанной струи, м;

V_0 - скорость воды при выходе из насадки, м/с.

В нашем случае нам надо доказать, что выбранный насос соответствует основному требованию ТЗ (высота подъема фонтанной струи должна быть равной 10м). Тогда,

Q= 0,003 м3/с

μ = 0,86

ω_н = 2,25 см2

h_0=  Q^2/(μ^2*ω_н^2*2g)=  〖0,003〗^2/(〖0,86〗^2*〖(2,25*〖10〗^(-4))〗^2*2*9,8)=10м

Высота фонтанной струи получилось равна 10м, что нас вполне устраивает. Выбранный двигатель подходит нам. Все данные фонтанных насадок, для расчета высоты фонтанной струи, взяты с интернет магазина http://alexpool.ru/magazin/folder/lance-jet-i-monostruynaya-nasadka

Подсветка фонтана

Подсветка фонтана играет решающую роль в визуальном восприятии водной картины. Порой она составляет до 80% эффекта от всей картины движения водных струй. И, конечно же, подсветка просто необходима, при работе фонтана после захода солнца.

Длительное время в качестве подводной подсветки использовали галогеновые прожектора с белым цветом и сменными светофильтрами с защитой от проникновения влаги - IP68. Они дают довольно яркий теплый свет, но минусы галогеновых прожекторов для фонтанов в том, что они потребляют большое количество электроэнергии, быстро перегорают лампы (в среднем 1 год), а короба с трансформаторами необходимо размещать вблизи самих прожекторов.

Это вызывало определенные трудности при проектировании, особо, когда остро стоял вопрос по поводу получения разрешения мощностей электроэнергии, а впоследствии оплаты этой электроэнергии.

Но прогресс не стоит на месте, и в данный момент при строительстве фонтанов используются светодиодные подводные прожектора, позволяющие создавать до 25 млн. оттенков цвета (!) при низких энергозатратах и длительном ресурсе использования (до 20 лет). Это поистине позволило сделать прорыв в индустрии строительства фонтанов: ведь теперь стало возможным вместо нескольких светильников использовать всего один, позволяющий играть всеми цветами радуги, а также применять светильники разнообразных форм и размеров.

Прожекторы установленные на фонтане «Купол» в парке УГМК могут управлять светом в спектре RGB. Для нашего светомузыкального фонтана вполне подошли прожекторы DSS(RGB)7, мощностью 7 Вт, с углом рассеивания 30 градусов и с плавным изменением цвета.

Насадки для фонтана

Для того чтобы получить настоящий фонтан, конечно, одного насоса будет недостаточно, нужны ещё и насадки для фонтанов, которые на современном российском рынке представлены в огромном разнообразии. Благодаря насадкам для фонтанов можно сформировать внешний вид фонтана, другими словами водяную картину, которая может быть самой разной конфигурации.

Благодаря насадкам для фонтанов на своём водоёме вы можете получить и водяное кольцо, и вулкан, и пенный столб, и чашу, и цветок, и купол, и звезду и многое другое. Кроме того, одни и те же фонтанные насадки можно по-разному настроить и получить в итоге различные эффекты. Также можно одновременно задействовать от 2 до 7 одинаковых насадок для фонтанов, в результате чего получится оригинальная многоступенчатая картина.

Одномоментное использование насадок для фонтанов разных конфигураций даёт ещё более потрясающий эффект, например, на водной глади одновременно распускается цветок и раскрывается колокол – впечатляющее зрелище. Одним словом, если у вас хорошая фантазия, то эффект, непременно, будет потрясающим.