СТАНЦИЯ ГРУППОВОГО УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНЫМИ ИЛИ ВЕНТИЛЯТОРНЫМИ УСТАНОВКАМИ Российский патент 1999 года по МПК F04D15/00 F04D27/00 

Изобретение относится к области теплогидроэнергетического оборудования, в частности к станциям, обеспечивающим перекачку различных текучих сред (жидких и газообразных) в трубопроводных системах с постоянным или переменным потреблением перекачиваемого продукта, и может быть использовано для автоматического дистанционного управления системами водоснабжения и вентиляции тепловых электрических станций, объектов коммунального хозяйства, центральных тепловых пунктов, технологических систем городских тепловых сетей и компрессорных систем с автоматическим поддержанием заданных технологических параметров.

Известна станция группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащая входной и выходной коллекторы, между которыми включены насосы или вентиляторы с асинхронными электродвигателями, каждый из которых через соответствующий первый контактор подключен к электрической сети переменного тока, датчик технологического параметра, встроенный в выходной коллектор, и блок управления, вход которого соединен с выходом датчика технологического параметра [1].

Недостатками этой станции являются большое потребление электроэнергии, а также перегрузки в электросети и в коллекторах во время включения или выключения электродвигателей установок.

Известна также станция группового управления насосными или вентиляционными установками, содержащая входной и выходной коллекторы, с которыми соединены всасывающие и нагнетательные магистрали, соответственно, указанных установок, а также блок программного управления и комбинационную коммутационную систему, имеющую первые контакторы для непосредственного подключения электродвигателей установок к электрической сети переменного тока и вторые контакторы для поочередного подключения их к выходу блока преобразования частоты, связанного силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с регулирующим выходом упомянутого блока управления, к командным выходам которого подключены приводы контакторов, а к информационным входам - датчик состояния технологического параметра перекачиваемой среды и пульт задания этого параметра [2].

Недостатками этой станции являются ограниченность диапазона алгоритмов подключения (отключения) установок к электрической сети, обусловленная необходимостью пуска и останова каждой из них с помощью блока преобразования частоты, а также сложность и недостаточная надежность защиты последнего от несогласованного подключения к его выходу сети переменного тока с частотой 50 Гц и, кроме того, неравномерность амортизации (расходования ресурса) оборудования станции. Технической задачей изобретения является расширение диапазона алгоритмов пуска и останова каждой из установок, т.е. возможность обеспечения, как частотного, так и "мягкого" пуска и останова электродвигателей без переключения блока преобразования частоты, упрощение конструкции и повышение надежности защиты блока преобразования частоты от несогласованного подключения к его выходу сети переменного тока, обеспечение оптимальной, т.е. равномерной амортизации оборудования станции, а также расширение арсенала станций группового управления насосными или вентиляторными установками.

Сущность изобретения заключается в том, что станция группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащая входной и выходной контакторы, с которыми соединены всасывающие и нагнетательные магистрали, соответственно, указанных установок, а также блок программного управления и комбинационную коммутационную систему, имеющую первые контакторы для непосредственного подключения электродвигателей установок к электрической сети переменного тока и вторые контакторы для поочередного подключения их к выходу блока преобразования частоты, связанного силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с регулирующим выходом упомянутого блока управления, к командным выходам которого подключены приводы контакторов, а к информационным входам - датчик состояния технологического параметра перекачиваемой среды и пульт задания этого параметра, снабжена блоком преобразования напряжения, связанным силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с дополнительно выполненным регулирующим выходом блока управления, при этом коммутационная система снабжена третьими контакторами для поочередного подключения электродвигателей установок к выходу блока преобразования напряжения, а также предохранительными механизмами, каждый из которых кинематически связан со вторым и с одним из двух других контакторов, подключенных к тому же электродвигателю, и выполнен с возможностью предотвращения замыкания более чем одного из двух связанных с ним контакторов, причем приводы третьих контакторов подключены к дополнительно выполненным командным выходам блока управления, а последний снабжен средствами логического выбора очередной установки для подключения ее электродвигателя с помощью соответствующего контактора к одному из упомянутых блоков преобразования.

При этом в нагнетательных магистралях установлены обратные клапаны, каждый предохранительный механизм выполнен в виде двух размещенных в корпусе поворотных рычагов, а каждый из последних соединен с одним из контакторов с возможностью совместного перемещения при его замыкании в положение, блокирующее одновременное или последующее перемещение другого поворотного рычага и замыкание соединенного с ним контактора, причем каждый поворотный рычаг выполнен с упором для взаимодействия с корпусом в конце хода перемещения или замыкания связанного с этим рычагом контактора и снабжен профилированным кулачком для фиксации при этом другого рычага в исходном положении.

При исходном положении обоих рычагов предохранительного механизма кулачки размещены симметрично друг другу.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема станции группового управления насосными или вентиляторными установками, на фиг. 2 - схема предохранительного механизма при использовании положения его рычагов, на фиг. 3 - схема предохранительного механизма при замыкании одного из контакторов, на фиг. 4 - рычаг предохранительного механизма в трех проекциях, на фиг. 5 - схема взаимодействия предохранительных механизмов с контакторами.

Станция группового управления насосными или вентиляторными установками содержит входной и выходной коллекторы 1, 2, с которыми соединены всасывающие и нагнетательные магистрали (не обозначены), соответственно, указанных установок, а также блок 3 программного управления и комбинационную коммутационную систему, имеющую первые контакторы 4, 5, 6 для непосредственного подключения разных (по мощности) или одинаковых асинхронных электродвигателей 7, 8, 9 установок к электрической сети (ABC) переменного тока и вторые контакторы 10, 11, 12, для поочередного подключения электродвигателей 7-9 к выходу блока 13 преобразования частоты, связанного силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с регулирующим выходом упомянутого блока 3 управления, к командным выходам которого подключены приводы 14-19 контакторов 4-6, 10-12, а к информационным входам - датчик 20 состояния технологического параметра, например, давления, расхода или уровня перекачиваемой среды и пульт 21 задания этого параметра, обеспечивающий также регистрацию и отображение информации о работе оборудования. Станция снабжена блоком 22 преобразования напряжения по амплитуде, связанным силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с дополнительно выполненным регулирующим выходом блока 3 управления, при этом коммутационная система снабжена третьим контактором 23, 24, 25 для поочередного подключения электродвигателей 7-9 установок к выходу блока 22 преобразования напряжения, а также парными предохранительными механизмами 26, 27, 28, каждый из которых кинематически связан со вторым контактором 10-12 и с одним из двух других контакторов 4-6, 23-25 соответственно, подключенных к тому же электродвигателю 7-9, и выполнен с возможностью предотвращения замыкания более чем одного из двух связанных с ним контакторов, причем приводы 29, 30, 31 третьих контакторов 23-25 подключены к дополнительно выполненным командным выходам блока 3 управления, а последний снабжен средствами логического выбора очередной установки для подключения ее электродвигателя 7-9 с помощью соответствующего контактора 10-12, 23-25 к одному из упомянутых блоков 13, 22 преобразования. Контакторы 4-6, 10-12, 23-25 выполнены, например, нормальноразомкнутыми. Упомянутые средства логического выбора на чертеже не изображены, т.к. их конкретное выполнение не входит в объем притязаний заявителя по данной заявке и может быть реализовано, например, на основе микропроцессорного устройства (контроллера). В нагнетательных магистралях установлены обратные клапаны 32, 33, 34, каждый предохранительный механизм 26-28 выполнен в виде двух размещенных в корпусе 35 поворотных рычагов 36, 37, а каждый из последних соединен с одним из контакторов 4-6, 10-12, 23-25, с возможностью совместного перемещения при его замыкании в положение, блокирующее одновременное или последующее перемещение другого поворотного рычага 37 (36) и замыкание соединенного с ним контактора 23-25, 10-12, 4-6. Каждый поворотный рычаг 36, 37 выполнен с упором 38 для взаимодействия с корпусом 35 в конце хода перемещения при замыкании связанного с этим рычагом контактора 4-6, 10-12, 23-25 и снабжен профилированным кулачком 39 для фиксации при этом другого рычага 37, 36 в исходном положении.

При исходном положении обоих рычагов 36, 37 предохранительного механизма 26-28 кулачки 39 размещены симметрично друг другу. Рычаги 36, 37 имеют каждый ось 43 поворота в корпусе 35 и ось 44 для соединения с соответствующим контактором.

В схеме, изображенной на фиг. 1, представлен пример станции группового управления насосными установками, содержащими центробежные насосы 40-42, соединенные с электродвигателями 7-9. Схема станции управления вентиляторными установками аналогична. Контакторы 4-6, 10-12, 23-25 с двухпозиционными приводами 14-19, 29-31 и предохранительными механизмами 26-218 образуют по существу следящую комбинационную коммутационную систему станции группового управления, выходные сигналы которой, т.е. очередные состояния (замкнуто-разомкнуто) контакторов 4-6, 10-12, 23-25, зависят от запомненного блоком 3 управления предшествующего состояния коммутационной системы в целом. Количество установок в составе станции не ограничено.

Станция группового управления работает следующим образом.

С помощью пульта 21 задаются, а блоком 3 запоминаются, необходимая величина и точность поддержания технологического параметра, например, давление перекачиваемой среды в коллекторе 2 и допустимые величина и время отклонения. Перекачиваемой средой может быть вода. Электродвигатель 7 насоса 40 первым подключается к выходу блока 13 преобразования частоты, для чего с соответствующего командного выхода блока 3 подается сигнал на привод 15 и контактор 10 замыкается. Кроме того, с регулирующего выхода блока 3 подается сигнал на включение блока 13, который приводится в готовность к пуску. Блок 13 осуществляет плавный пуск электродвигателя 7 при минимальной начальной частоте напряжения и далее обеспечивает регулирование технологического параметра (давления) с обратной связью от датчика 20 посредством изменения частоты на выходе блока 13 и соответственно частоты вращения этого электродвигателя. Частотой вращения электродвигателя 7 определяется производительность (расход) и напор воды, подаваемой насосом 40 и, следовательно, значение давления в выходном коллекторе 2, измеряемое датчиком 20 и сравниваемое блоком 3 с заданным значением.

Постепенно увеличивая частоту напряжения с помощью блока 13, блок 3 контролирует и доводит производительность насоса 40 до уровня, при котором давление в коллекторе 2 достигает заданного значения. Такой "частотный" пуск исключает возможность перегрузки электрической сети и возникновения гидроудара в трубопроводной сети, а также обеспечивает переход к плавному непрерывному регулированию электродвигателя 7 при колебаниях потребления воды из коллектора 2 в пределах максимальной производительности насоса 40.

При увеличении потребления воды из коллектора 2, когда насос 40 при максимальной частоте напряжения, подаваемого на электродвигатель 7, не может обеспечить поддержание заданного давления, измеряемого датчиком 20, в промежутке времени более допустимого, осуществляется автоматическое включение электродвигателя 8 очередной установки, выбранной блоком 3 исходя, например, из наименьшей предшествующей наработки и наибольшего остаточного ресурса из всех установок группы с учетом распределения наработки в различных режимах.

Электродвигатель 8 подключается к выходу блока 22 преобразования напряжения, для чего с соответствующего командного выхода блока 3 подается сигнал на привод 30 и контактор 24 замыкается. Кроме того, с регулирующего выхода блока 3 подается сигнал на включение блока 22, который приводится в готовность к пуску.

Блок 22 осуществляет "мягкий" плавный пуск электродвигателя 8 с насосом 41 на заданное время при минимальном начальном значении напряжения, а далее при достижении значения напряжения, равного напряжению сети, формируется импульс завершения "мягкого" пуска, снимается сигнал с привода 30 и контактор 24 размыкается, а с другого командного выхода блока 3 одновременно или с упреждением подается сигнал на привод 16 и контактор 5 замыкается для непосредственного подключения электродвигателя 8 к электрической сети переменного токаю
Мягкий пуск также исключает возможность перегрузки электрической сети и возникновения гидроудара в трубопроводной сети при разгоне электродвигателя с насосом и завершается переходом к работе электродвигателя 8 в нерегулируемом режиме. Аналогично, при необходимости, производится "мягкий" пуск (включение) очередных установок с помощью блока 22 без участия блока 13, который продолжает регулирование электродвигателя 7 в пределах максимальной производительности насоса 40.

Поскольку ресурс периодически включаемых и регулируемой установок расходуется неодинаково, блоком 3 осуществляется контроль распределения наработки каждой из установок во всех режимах. В соответствии с заложенной в блоке 3 программой средства логического выбора автоматически осуществляют выбор и поочередное отключение и подключение электродвигателей 7-9 установок к выходу блока 13 при минимальной частоте напряжения, аналогично вышеописанному, для поочередной работы в режиме непрерывного регулирования, а также поочередное включение и выключение остальных установок с помощью блока 22 при значительном изменении потребления воды из коллектора 2.

Взаимное расположение контакторов (первых, вторых и третьих) таково, что второй контактор, подключающий электродвигатель к блоку 13 преобразования частоты, располагается между соответствующими первым и третьим контакторами и соединен с каждым из них предохранительным механизмом, исключающим одновременное замыкание второго с первым и/или с третьим контакторами. Так при замыкании второго контактора 10 соединенные с ним рычаги 37 перемещаются и их упоры 38 взаимодействуют с корпусом 35, а кулачки 39 фиксируют при этом рычаги 36 в исходном положении, т.е. препятствуют перемещению последних, а с ними и контакторов 4, 23 в замкнутое положение, т.е. предотвращают замыкание контакторов 4, 23 при замкнутом положении контактора 10 или, аналогично, предотвращают замыкание контактора 10 при замкнутом положении контакторов 4 и/или 23. Тем самым, простыми и надежными средствами полностью исключается несогласованное по частоте подключение выхода блока 13 к сети переменного тока частотой 50 Гц или к блоку 22 с той же частотой на выходе, что могло бы привести к отказу блока 13 преобразования частоты, перегрузке сети, неустойчивой работе электродвигателей установок и возникновению гидроударов в трубопроводной сети. При уменьшении потребления воды из коллектора 2 давление в нем может повыситься выше заданного в промежутке времени более допустимого, в этом случае осуществляется автоматическое выключение очередной установки, выбранной блоком 3, исходя из наибольшей предшествующей наработки, т.е. наименьшего остаточного ресурса электродвигателя и насоса. Например, электродвигатель 8 отключается от электрической сети, для чего с соответствующего командного выхода блока 3 снимается сигнал с привода 16 и контактор 5 размыкается, а с другого командного выхода блока 3 одновременно или с упреждением подается сигнал на привод 30 и контактор 24 замыкается. Кроме того, с регулирующего выхода блока 3 подается сигнал на включение блока 22, который приводится в готовность к останову электродвигателя 8.

Блок 22 осуществляет "мягкий" плавный останов электродвигателя 8 с насосом 41 за заданное время при минимальном конечном значении напряжения, после чего сигнал с привода 30 снимается и контактор 24 размыкается, т.е. питание электродвигателя 8 прекращается, и формируется импульс завершения останова.

Окончательную регулировку давления производят с помощью той установки, электродвигатель которой подключен к блоку 13 преобразования частоты.

При всех переключениях импульсы завершения пуска или останова электродвигателей 7-9 могут отображаться и регистрироваться с помощью пульта 21, обеспечивающего также возможность подключения компьютерных средств надзора (не изображены).

Обратные клапаны 32-34 исключают перетекание воды из коллектора 2 в коллектор 1 через выключенные насосы.

Таким образом, станцией группового управления автоматически осуществляется питание электродвигателей от блока преобразования частоты в режиме частотного регулирования или от сети переменного тока с частотой 50 Гц, включение, отключение и переключение электродвигателей насосных или вентиляторных установок автоматически по заданному алгоритму или вручную (с помощью пульта 21), автоматическое управление технологическим процессом с поддержанием заданного состояния технологического параметра (например, давления) частотно-регулируемым электроприводом по замкнутому контуру регулирования с отрицательной обратной связью от датчика указанного параметра, замена режимов работы насосных или вентиляторных установок по времени для обеспечения равномерной амортизации технологического и электротехнического оборудования, возможность подключения компьютерного надзора, регистрация и отображение информации о работе оборудования.

Одновременно обеспечивается упрощение конструкции и повышение надежности защиты блока преобразования частоты с помощью чисто механических рычажных механизмов, а также расширение арсенала станций группового управления перекачивающими установками.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 889893, 1980.

2. Патент РФ N 2073122, 1997.

Изобретение предназначено для автоматического дистанционного управления системами водоснабжения и вентиляции тепловых электрических станций, объектов коммунального хозяйства, технологических систем городских тепловых сетей и компрессорных систем с автоматическим поддержанием заданных технологических параметров. Станция группового управления насосными или вентиляторными установками содержит входной и выходной коллекторы, с которыми соединены всасывающие и нагнетательные магистрали насосов или вентиляторов, блок программного управления и комбинационную коммутационную систему. Система имеет первые контакторы для подключения электродвигателей к электрической сети и вторые контакторы для подключения их к выходу блока преобразования частоты. Указанный блок связан силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с регулирующим выходом блока управления. Коммутационная система снабжена третьими контакторами для подключения электродвигателей к выходу блока преобразования напряжения, а также предохранительными механизмами, каждый из которых кинематически связан рычагами со вторым и с одним из двух других контакторов, подключенных к тому же электродвигателю, и выполнен с возможностью предотвращения замыкания более чем одного из двух контакторов. Приводы третьих контакторов подключены к командным выходам блока управления, а последний снабжен средствами логического выбора установки для подключения ее электродвигателя к одному из блоков преобразования. Изобретение позволяет расширить диапазон алгоритмов пуска и остановов каждой из установок. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Станция группового управления насосными или вентиляторными установками, содержащая входной и выходной коллекторы, с которыми соединены всасывающие и нагнетательные магистрали, соответственно указанных установок, а также блок программного управления и комбинационную коммутационную систему, имеющую первые контакторы для непосредственного подключения электродвигателей установок к электрической сети переменного тока и вторые контакторы для поочередного подключения их к выходу блока преобразования частоты, связанного силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с регулирующим выходом упомянутого блока управления, к командным выходам которого подключены приводы контакторов, а к информационным входам - датчик состояния технологического параметра перекачиваемой среды и пульт задания этого параметра, отличающаяся тем, что она снабжена блоком преобразования напряжения, связанным силовым входом с электрической сетью, а входом управления - с дополнительно выполненным регулирующим выходом блока управления, при этом коммутационная система снабжена третьими контакторами для поочередного подключения электродвигателей установок к выходу блока преобразования напряжения, а также предохранительными механизмами, каждый из которых кинематически связан со вторым и с одним из двух других контакторов, подключенных к тому же электродвигателю, и выполнен с возможностью предотвращения замыкания более чем одного из двух связанных с ним контакторов, причем приводы третьих контакторов подключены к дополнительно выполненным командным выходам блока управления, а последний снабжен средствами логического выбора очередной установки для подключения ее электродвигателя с помощью соответствующего контактора к одному из упомянутых блоков преобразования. 2. Станция по п.1, отличающаяся тем, что в нагнетательных магистралях установлены обратные клапаны. 3. Станция по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что каждый предохранительный механизм выполнен в виде двух размещенных в корпусе поворотных рычагов, а каждый из последних соединен с одним из контакторов с возможностью совместного перемещения при его замыкании в положение, блокирующее одновременное или последующее перемещение другого поворотного рычага и замыкание соединенного с ним контактора. 4. Станция по п.3, отличающаяся тем, что каждый поворотный рычаг выполнен с упором для взаимодействия с корпусом в конце хода перемещения при замыкании связанного с этим рычагом контактора, снабжен профилированным кулачком для фиксации при этом другого рычага в исходном положении. 5. Станция по п.4, отличающаяся тем, что при исходном положении обоих рычагов предохранительного механизма кулачки размещены симметрично друг другу.