СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫМИ НАСОСАМИ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК Российский патент 2001 года по МПК F22D5/18 

Изобретение относится к области теплоэлектроснабжения и может быть использовано на тепловых и теплоэлектрических станциях с котельными установками, на которых имеются питательные насосы с приводом от электрических двигателей.

Известны способы управления питательными насосами котельных установок (СНиП Котельные установки), согласно которым пуск питательных насосов, работающих от деаэрационной установки, осуществляется с использованием расходомеров, работающих на методе переменного перепада давления. (Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие. Изд. 3-е, перераб. и доп. под ред. Б. Д. Кашарского. Л.: Машиностроение, 1976), (Справочник по автоматизации котельных, под общ. ред. Л.М. Файерштейн. М.: Энергия, 1972. ), (Стефани Е.П. Основы построения АСУ ТП: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергоиздат, 1982).

Недостатком этого способа является необходимость иметь в потоке жидкости измерительные датчики со сложной вторичной аппаратурой, что приводит к большим эксплуатационным затратам по содержанию и периодическому контролю за нею, что не обеспечивает необходимую надежность системы управления и защиты, что приводит к аварийным ситуациям с полным выходом из строя насосных агрегатов.

Известен также способ управления питательными насосами котельных доставок путем определения параметров, характеризующих производительность насосов по авторскому свидетельству SU 306314 A, кл. F 22 D 5/18, 1971 г. Этот способ выбран в качестве прототипа для данного изобретения.

Однако известный способ также предполагает иметь в потоке жидкости измерительные датчики со сложной вторичной аппаратурой.

Техническим результатом изобретения является повышение точности, надежности и экономичности управления питательными насосами за счет использования в качестве расходомеров непосредственно насосных агрегатов без установки в потоке жидкости дополнительных технических средств.

Для достижения этого результата в способе управления питательными насосами котельных установок путем определения параметров, характеризующих производительность насосов, перед пуском каждого насоса закрывают задвижки на их выходе, идущем к общему коллектору и на деаэратор, включают электродвигатель привода насоса и постепенно открывают задвижку на трубопроводе, идущем к деаэратору, в реальном масштабе времени измеряют перепад давления на насосе, измеряют мощность, потребляемую электродвигателем привода насоса из сети, вычисляют мощность, действующую на валу насоса, вычисляют расходный коэффициент, вычисляют производительность насосной установки и, когда эта производительность будет равна заданной, открывают задвижку, идущую на общий коллектор, и закрывают задвижку на линии, идущей к деаэратору, повторяя тоже по всем питательным насосам, и находят общий расход, вычисляя все это по формулам: перепад давления на насосных агрегатах
p₁=p_в1-p_п1,
p₂=p_в2-p_п2,
p_n=p_вn-p_пn
мощность действующая на валах насосов,
N₁ = N_c1η_эд1η_эк1,
N₂ = N_c2η_эд2η_эк2,
N_n = N_cnη_эдnη_экm;
расходные коэффициенты



производительность насосных агрегатов



общий расход
Q = Q₁ + Q₂ + Q_n,
где p_в1, p_п1, p_в2, p_п2, p_вn, p_пn - соответственно давления на выходе и приеме насосных установок, МПа η_эд1·η_эд2·η_эдn- коэффициенты полезного действия электродвигателей взятые из их рабочих характеристик; η_эк1·η_эк2·η_экn- эксплуатационные коэффициенты полезного действия насосных установок; A₁, A₂, A_n, B₁, B₂, B_n, C₁, C₂, C_n - постоянные коэффициенты насосных агрегатов, измеряют перепад давления на однотипных диафрагмах, находящихся на трубопроводе между общим коллектором и каждой котельной установкой, вычисляют условный расход путем извлечения корня квадратного из перепада давления, вычисляют сумму условных расходов, находят поправочный коэффициент по каждой котельной установке и вычисляют для каждой котельной установки косвенный расход по формулам:
перепад давления на диафрагмах
Δ₁p₁,Δ₂p₂,Δ_np_n;
условные расходы



суммарный условный расход
Q₀ = Q_у1 + Q_у2 + Q_уn
поправочный коэффициент
K = Q/Q₀;
расход воды на каждую котельную установку
Q_к1 - Q_у1K,
Q_к2 = Q_у2K,
Q_кn = Q_уnK,
задаются допустимые значения производительности каждого насосного агрегата и в случае снижения этой производительности до определенного значения данный насос останавливается и при необходимости включается резервный.

Доказательство существенных отличительных признаков предлагаемого способа управления питательными насосами котельных установок проводилось только по сравнению с указанными выше.

На фиг. 1 дана структурная схема, поясняющая существующие способы управления питательными насосами котельных агрегатов.

На фиг. 2 дана структурная схема и алгоритмы предлагаемого способа управления питательными насосами котельных установок.

На фиг. 3 даны характеристики центробежного электронасоса, применяемого для питания котельных установок.

Питание котельных установок является сложным технологическим процессом, призванным обеспечить бесперебойную подачу воды в котлы при любых ситуациях, которые могут возникнуть при работе котлов.

На фиг. 1 дана схема существующей технологии питания котлов с установкой расходомеров в потоке жидкости, на фиг. 2 - предлагаемая схема управления питательными насосами без установки в потоке жидкости измерительных технических средств.

Схема предусматривает деаэрационную установку, вода ДУ из которой с помощью питательных насосов ПН1, ПН2, ПНп подается на общий коллектор, а с него на котельные установки К1, К2,...КНn. При этом на каждом питательном насосе измеряются давления на входе в насос р_в1, р_в2, p_вn с помощью манометров ДД_п1 ДД_п2, ДДп_n и на выходе из насоса p_п1, р_в2, р_вn с помощью датчиков давления ДД_в1, ДД_в2, ДДв_n.

В существующих схемах измерение производительности Q₁, Q₂, Q_n насосов производится с помощью расходомеров РК₁, РК₂, РК_n, а расход воды, идущей в котлы, с помощью расходомеров Р₁, Р₂, Р_n. В предлагаемом способе управления эти расходомеры отсутствуют. На трубопроводе воды установлены задвижки - в направлении деаэратора ЗД1, ЗД2, ЗД_n и задвижки в направлении к котлам 3KA₁, ЗКА₂, ЗКА_n. Контроль за технологическими параметрами и управление питательными насосами и задвижками осуществляется со щита управления котельной ЩК. Система питательных насосов работает следующим образом. Перед пуском питательных насосов в работу задвижки РД₁, РД₂, РД_n и задвижки ЗК₁, ЗК₂, ЗК₃ закрываются. После этого включаются по очереди насосы в работу. В момент, когда производительность каждого насоса, определяемая по расходомерам РД₁, РД₂, РД_n или предлагаемым способом, станет равной заданной, задвижки ЗД₁, ЗД₂, ЗД_n закрываются, а задвижки 3K₁, 3K₂, ЗК_n открываются. Этим поддерживается заданный режим работы питательных насосов. В процессе работ питательных насосов ведется непрерывный контроль их производительности и в случае снижения этой производительности ниже заданной величины данный насос отключается и включается резервный. Измерение расхода воды, идущей на котельные установки, осуществляется в существующих схемах расходомерами P₁, Р₂, Р_n, а по предлагаемому способу (фиг. 2) с помощью однотипных нестандартных сужающих устройств Ш₁, Ш₂, Ш_n, датчиков давления у котлов ДДК₁, ДДК₂, ДДК_n и датчика давления ДМ, установленного на общем коллекторе, при известном общем расходе воды, который непосредственно измеряется насосными установками. Каждый котел имеет свой блок управления, который входит в общий щит управления котельной.

В существующих схемах в случае выхода любого расходомера из строя или его значительные неправильные показания при малых расходах могут привести к ситуации, при которой система защиты не сработает, что неизбежно приведет к аварии и выходу из строя насосной установки, а в некоторых случаях и самой котельной. В связи с этим надежность и точность работы расходомеров являются определяющими факторами, обеспечивающими заданную надежность работы котельной установки и котельной в целом. Учитывая это, предлагается в качестве расходомеров применять непосредственно насосные установки без наличия в потоке жидкости измерительных средств. Для этого предлагается использовать новую расходную характеристику насосной установки M-Q и соответствующий расходный коэффициент М, который получается путем вычитания из результата деления мощности N, действующей на валу насоса при данной производительности Q, на создаваемое им давление p результата деления мощности N₀, действующей на валу насоса, на развиваемое давление р₀ при нулевой подаче при закрытой задвижке на выходе из насоса по формуле:

где мощность равна N = N_сη_эдη_эк (2),
а давление р = р_в - р_п, (3)
здесь N_с - мощность, потребляемая электродвигателем привода насоса из сети, кВт; η_эд - - КПД электродвигателя, которое берется из его рабочей характеристики; р_в - давление на выходе из насоса, МПа; р_п - давление на входе (на приеме) насоса, МПа; η_эк - эксплуатационный коэффициент полезного действия насосной установки, вычисляемый по формуле:

где N₀, N₀₃, p₀, p₀₃ - соответственно мощности на валу насоса и развиваемые им давления, взятые из рабочей характеристики насоса и полученные при текущем предварительном испытании при работе насоса на закрытую задвижку.

По найденным значениям расходного коэффициента во всем диапазоне производительности насосной установки строится расходная характеристика М - Q, показанная на фиг. 3. Далее производится аппроксимация этой характеристики, при которой находится ее математическое описание. Расход насосной установки вычисляется по формуле:

Q = A (1-е) (м³/ч), (5)
где A и G - постоянные для данной насосной установки коэффициенты.

На фиг. 2 дана структурная схема управления и защиты питательных насосов при использовании предлагаемого расчетного метода измерения. В этой схеме отсутствуют в потоке жидкости расходомеры, а вместо них измеряется давление на приеме насосов датчиками ДДп₁, ДДп₂, ДДп_n, давления на выходе насоса датчиками ДДв₁ ДДв₂, ДДв_n, активная мощность, потребляемая электродвигателями привода насосных агрегатов, с помощью преобразователей мощности ПM₁, ПМ₂, ПМ_n, а для определения соотношений расходов по котельным установкам устанавливаются на задвижках однотипные нестандартные сужающие устройства Ш₁, Ш₂, Ш_n, падение давления на которых измеряется на коллекторе датчиком давления ДМ, а на котельных установках датчиками давления ДДК₁, ДДК₂, ДДК_n.

1. Измеряется перепад давления на насосных установках
p₁ = p_в1 - p_п1,
p₂ = p_в2 - p_п2,
p_n = p_вn - p_пn
2. Измеряют мощность, потребляемую электродвигателями привода насосных установок
N_c1 · N_c2 · N_cn
3. Вычисляют мощность, действующую на валах насосов
N₁ = N_c1η_эд1η_эк1,
N₂ = N_c2η_эд2η_эк2,

4. Вычисляют расходные коэффициенты



5. Вычисляют расход по каждой насосной установке



На базе знания этих расходов осуществляют управление пуском насосов и их защитой при снижении подачи ниже заданной величины, а также контроль за расходом воды в целом по котельной.

Расход воды идущей на питание каждого котла, определяется следующим образом.

1. Вычисляется суммарный расход воды по всем котлам
Q = Q₁ + Q₂ + Q_n.

2. Измеряется давление на общем коллекторе р.

3. Измеряется давление на питательном трубопроводе каждого котла.

p₁ · p₂ · p_n.

4. Вычисляется перепад давления между коллектором и котлами, между которыми установлены сужающие устройства,
Δp₁ = p-p₁,
Δp₂ = p-p₂,
Δp_n = p-p_n.
5. Вычисляют условные расходы по каждому котлу



6. Суммируют условные расходы
Q₀ = Q_у1 + Q_у2 + Q_уn.

7. Вычисляют поправочный коэффициент
K = Q/Q₀.

8. Вычисляют расход воды по каждому котлу
Q₁ = Q_у1K,
Q₂ = Q_у2K,
Q_n = Q_уnK.

При эксплуатации котельных установок задаются допустимые значения расходов питательной воды по каждому котлу и при отклонении от этих значений производительность питательных насосов снижается или они останавливаются и при необходимости включаются резервные.

Способ управления питательными насосами котельных установок может быть использован в области энергетики на тепловых и теплоэлектрических станциях, на которых имеются питательные насосы с приводом от электрических двигателей. Перед пуском каждого насосного агрегата закрывают задвижки на их выходе, идущем к общему коллектору и на деаэратор, включают электродвигатель привода насоса и постепенно открывают задвижку на трубопроводе, идущем к деаэратору. В реальном масштабе времени измеряют перепад давления на насосе. Измеряют мощность, потребляемую электродвигателем привода насоса из сети. Вычисляют мощность, действующую на валу насоса. Вычисляют расходный коэффициент. Вычисляют производительность насосной установки. И когда эта производительность будет равна заданной, открывают задвижку, идущую на общий коллектор, и закрывают задвижку на линии, идущей к деаэратору, повторяя то же самое по всем питательным насосам, и находят общий расход. Измеряют перепад давления на однотипных диафрагмах, находящихся на трубопроводе между общим коллектором и каждой котельной установкой. Вычисляют условный расход путем извлечения корня квадратного из перепада давления. Вычисляют сумму условных расходов. Находят поправочный коэффициент по каждой котельной установке и вычисляют для каждой котельной установки косвенный расход. Задают допустимые значения производительности каждого насосного агрегата и в случае снижения этой производительности до определенного значения данный питательный насос останавливается и при необходимости включается резервный. Такой способ позволит обеспечить повышение надежности, долговечности, точности и экономичности управления питательными насосами котельных установок за счет использования в качестве расходомеров непосредственно насосные установки без установки в потоке жидкости дополнительных технических средств. 3 ил.

Способ управления питательными насосами котельных установок путем определения параметров, характеризующих производительность насосов, отличающийся тем, что перед пуском каждого насоса закрывают задвижки на их выходе, идущем к общему коллектору и на деаэратор, включают электродвигатель привода насоса и постепенно открывают задвижку на трубопроводе, идущем к деаэратору, в реальном масштабе времени измеряют перепад давления на насосе, измеряют мощность, потребляемую электродвигателем привода насоса из сети, и вычисляют мощность, действующую на валу насоса, вычисляют расходный коэффициент, вычисляют производительность насосной установки и, когда эта производительность будет равна заданной, открывают задвижку на линии, идущей к деаэратору, повторяя то же самое по всем насосным установкам, находят общий расход, вычисляя все это по формулам:
перепад давления на насосных агрегатах
р₁ = р_в1 - р_п1,
р₂ = р_в2 - р_п2,
р_n = р_вn - р_пn;
мощность, действующая на валах насосов,
N₁= N_c1η_эд1η_эк1,
N₂= N_c2η_эд2η_эк2,
N_n= N_cnη_эдnη_экn;
расходные коэффициенты



производительность насосных агрегатов



общий расход
Q = Q₁ + Q₂ + Q_n,
где р_в1, р_п1, p_в2, р_п2, p_вn р_пn - соответственно давления на выходе и приеме насосных установок, МПа;
η_эд1, η_эд2, η_эдn - коэффициенты полезного действия электродвигателей, взятые из их рабочих характеристик;
η_эк1, η_эк2, η_экn - эксплуатационные коэффициенты полезного действия насосных установок;
А₁, А₂, А_n, B₁, В₂, В_n, С₁, С₂, С_n - постоянные коэффициенты насосных агрегатов,
измеряют перепад давления на однотипных диафрагмах, находящихся на трубопроводе между общим коллектором и каждой котельной установкой, вычисляют условный расход путем извлечения корня квадратного из перепада давления, вычисляют сумму условных расходов, находят поправочный коэффициент по каждой котельной установке и вычисляют для каждой котельной установки косвенный расход по формулам:
перепад давления на диафрагмах
Δ₁p₁, Δ₂p₂, Δ_np_n;
условные расходы



суммарный условный расход
Q₀ = Q_y1 + Q_y2 + Q_yn
поправочный коэффициент
K = Q/Q₀;
расход воды на каждую котельную установку
Q_k1 = Q_y1K,
Q_k2 = Q_y2K,
Q_kn = Q_ynК,
задаются допустимые значения производительности каждого насосного агрегата и в случае снижения этой производительности до определенного значения данный питательный насос останавливается и при необходимости включается резервный.