Способ каскадного пуска электроприводных насосов в установках повышения давления с преобразователем частоты в качестве регулятора Российский патент 2017 года по МПК F04D15/00 F04D13/12 

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок и может быть использовано для пуска насосов в установках повышения давления, состоящих из группы электроприводных насосов напряжением 0,4 кВ и одного преобразователя частоты (ПЧ) в качестве регулятора.

В настоящее время известны различные способы пуска насосов в установках повышения давления, предназначенных для поддержания заданного давления в напорных магистралях водоснабжения. На практике - это насосные установки с количеством насосов от 3 до 6 с приводом от асинхронных двигателей, работающих от сетей переменного тока напряжением 0,4 кВ и подключенных параллельно между собой. Основными проблемами таких установок являются импульсы электрического тока в сетях питающих напряжений при запуске электродвигателей насосов и гидроудары в напорных магистралях. Наиболее эффективными решениями этих проблем являются способы, связанные с использованием различных способов пуска дополнительных насосов, в частности с применением частотного управления насосами при пуске. Одним из таких способов является способ пуска первого и дополнительных насосов с применением преобразователей частоты переменного тока (патент РФ на изобретение №2562782, МПК F24D 19/10). При этом электродвигатель каждого насоса в системе запускается и регулируется от своего ПЧ.

Указанный способ имеет ограниченное применение из-за высокой стоимости используемого оборудования, обусловленного высокой стоимостью ПЧ. Недостатками такого способа, кроме высокой стоимости используемого оборудования, являются: снижение КПД всей установки на величину до 30% при параллельном снижении частоты вращения насосов в процессе регулирования; необходимость использования специальных технических решений для отвода тепла от ПЧ; необходимость использования фильтров для снижения импульсных помех в сетях питающего напряжения.

Известны также способы, в которых насосная установка содержит только один ПЧ в качестве регулятора и все остальные насосы подключаются к сети переменного тока путем прямого подключения к сети питающего напряжения параллельно регулируемому насосу (например, статья «http://www.elpron.ru/index.php/articles/51-industrial-automation/317-cascadnoeupravlenie»). Таким способам присущи следующие недостатки: импульсы переменного тока в сети, гидроудары в напорных магистралях, снижение ресурса работы коммутационной аппаратуры и надежности эксплуатации.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ, описанный в статье «Каскадно-частотное управление асинхронными двигателями на насосных станциях», опубликованный на интернет-ресурсе: http://en-res.ru/stati/kaskadno-chastotnoe-upravlenie-asinxronnymi-dvigatelyami-na-nasosnyx-stanciyax.html. Указанный способ предусматривает пуск первого насоса через ПЧ, запуск второго и последующих насосов осуществляют путем прямого подключения к сети питающего напряжения, при этом уменьшение гидроударов осуществляют путем управления частотой вращения первого насоса от ПЧ. Стоимость оборудования управления такой установки сравнительно невысока. Тем не менее, несмотря на снижение импульсов тока и гидроударов, они все же присутствуют в значительной мере. Недостатками такого способа являются:

- наличие импульсов тока в сетях питающих напряжений до 10-15 номинальных значений тока полной нагрузки электродвигателя насоса;

- наличие гидроударов в напорных магистралях, достигающих 15-25 бар в течение менее 1 секунды. При этом нередко наблюдаются порывы напорных магистралей, рассчитанных на уровень давления не более 16 бар;

- снижение качества регулирования давления, связанное с необходимостью принудительного отключения регулируемого и нерегулируемого насосов для смены приоритета регулируемого насоса с целью выравнивания часовой наработки насосов. Это требование является обязательным при эксплуатации насосов в составе насосной установки. Такое снижение качества регулирования выражается в появлении статической ошибки регулирования в сторону снижения давления в напорной магистрали с уровня 5-8 бар, как правило, поддерживаемого в точке регулирования, до уровня давления 1,0-3,0 бар в зависимости от количества параллельно работающих насосов в течение времени 15-30 секунд, необходимого для выхода на режим двух насосов.

Задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков указанного выше технического решения и достижение технического результата в отношении снижения гидроударов в напорной магистрали потребителя и пусковых токов в сети питающего напряжения, а также устранению статических ошибок процесса регулирования, вызванных коммутацией насосов при смене приоритета регулируемого насоса.

Заявляемое изобретение также решает задачу расширения арсенала технических средств следующего назначения: «Способ каскадного пуска электроприводных насосов в установках повышения давления с преобразователем частоты в качестве регулятора». Подтверждением достижения данного технического результата заявляемого изобретения является реализация указанного назначения.

Достижение указанного технического результата в заявляемом изобретении достигается за счет осуществления способа каскадного пуска электроприводных насосов в установках повышения давления с преобразователем частоты в качестве регулятора, включающего выбор первого по приоритету пуска насоса из всей совокупности насосов установки;

запуск первого по приоритету пуска насоса от преобразователя частоты (ПЧ), при этом насос регулируется по характеристике «питающее напряжение - сетевая частота переменного тока»; выбор первого дополнительного насоса, который является вторым по приоритету пуска, запуск первого дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного методом прямого пуска или с помощью полупроводникового устройства плавного пуска (УПП) или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник», при этом насос после запуска работает в режиме постоянной производительности;

выбор второго дополнительного насоса, который является третьим по приоритету пуска; запуск второго дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного от ПЧ путем переключения к нему ПЧ от первого по приоритету пуска регулируемого насоса, для этого отключенный от ПЧ первый по приоритету пуска насос через определенный интервал времени подключают к сети питающего напряжения, а указанный интервал времени определяют допустимым временем авторотации насоса как функции от активной мощности электродвигателя насоса, при этом вновь подключенный к ПЧ насос становится регулируемым по характеристике «питающее напряжение - сетевая частота переменного тока»;

запуск последующих дополнительных насосов осуществляют при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного аналогично запуску второго дополнительного насоса, причем каждый раз осуществляют переключение ПЧ от регулируемого насоса к следующему дополнительному.

Для однозначного и более полного понимания описания заявляемого изобретения далее приведены уточнения и раскрытия использованных выше понятий и терминов, а также описание отдельных этапов способа.

Под способом каскадного пуска насосов в современной технической литературе и в данном описании понимают последовательный пуск насосов установки повышенного давления для повышения давления или расхода в напорной магистрали, причем насосы в такой установке могут быть подсоединены параллельно.

Заявляемый способ пуска насосов в установках повышения давления направлен на регулирование технических параметров в напорной магистрали и питающей сети переменного тока, а именно на снижение гидроударов в напорной магистрали и снижение импульсов тока в сети питающего напряжения переменного тока во время пуска, а также устранение статических ошибок регулирования, вызванных коммутацией насосов при смене приоритета регулируемого насоса, что повышает надежность и ресурс работы установки, а также повышает надежность водоснабжения потребителей.

В заявляемом способе используют насосы, работающие от асинхронных двигателей переменного тока, подключенных к сетям общего назначения напряжением 0,4 кВ. Количество насосов в установке варьируется от 3 до 6. Указанное количество определяет ступень регулирования и закладывается на стадии проектирования установки в зависимости от заданных характеристик потребления. Минимальное количество насосов определяется минимальными условиями осуществления способа, максимальное - снижением КПД до уровня, когда подключение дополнительного насоса увеличивает производительность установки на величину, меньшую определяемой ступени регулирования для каждого насоса. Регулирование указанных выше характеристик осуществляют за счет изменения количества насосов и частоты вращения регулируемого насоса. Регулирование частоты вращения насоса осуществляют регулированием частоты вращения ротора асинхронного двигателя за счет регулирования частоты и амплитуды напряжения переменного тока посредством ПЧ. Таким образом, насос, подключенный к сети питающего напряжения через ПЧ, является регулируемым. Выбор очередности пуска или приоритета пуска каждого насоса осуществляют на основании его эксплуатационных характеристик или конструктивной очередности подключения в установке. Каждый очередной по приоритету насос запускают при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного и он становится регулируемым. В процессе функционирования установки выбор насоса осуществляют путем подачи на пусковое устройство соответствующей команды с управляющего компьютера в соответствии с программой управления.

По экономическим соображениям установка содержит только один ПЧ. Такая конфигурация установок в настоящее время широко распространена. При этом в известных способах в большинстве случаев от ПЧ запускается только первый насос, который является регулируемым. Остальные или дополнительные насосы запускаются прямым пуском, т.е. подсоединяются к сети питающего напряжения через магнитные пускатели. При таком запуске дополнительных насосов в магистрали потребителя возникают гидроудары амплитудой до 15-25 бар в течение 1 с, а в сети питающего напряжения - импульсы тока с амплитудой до 10-14 номиналов тока полной нагрузки электродвигателя насоса, кроме этого, возникают статические ошибки регулирования в сторону снижения давления в магистрали потребителя с уровня 5-8 бар, как правило, поддерживаемого в точке регулирования до уровня давления 1,0-3,0 бар в зависимости от количества параллельно работающих насосов в течение времени 15-30 секунд, необходимого для выхода на режим двух насосов. В ряде случаев пуск дополнительных насосов также осуществляют от ПЧ, который поочередно подсоединяют к соответствующему насосу путем переключения от предыдущего насоса. Основным недостатком такого способа пуска является наличие двойного гидроудара, который выражается в импульсном снижении давления на 3-6 бар, а затем через промежуток времени 0,2-3,4 с - ударным увеличением давления до 8-15 бар в точке регулирования в течение менее 1 с при переключении регулируемого насоса от ПЧ к сети питающего напряжения в случае отсутствия параллельно работающих насосов. Однако при таком способе пуска амплитуда импульсов тока при подключении дополнительных насосов уменьшается до 3-4 номинальных значений.

Согласно заявляемому способу второй по приоритету запуска или первый дополнительный насос запускают прямым пуском, или с помощью полупроводникового устройства плавного пуска, или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник» без отключения регулируемого насоса от сети питающего напряжения. Запуск с помощью полупроводникового устройства плавного пуска или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник» целесообразно проводить при мощности насоса 55 кВт и выше. Такая комбинация запуска первых двух насосов позволяет избежать двойных гидроударов и одновременно снизить амплитуду импульсов тока в системе. При этом первый дополнительный насос постоянно работает в режиме максимальной производительности. Образованная таким образом технологическая связка первых двух насосов имеет свойство буфера, понижающего гидроудары и импульсы тока в установке, при этом опасность двойного гидроудара устраняется. Одновременно амплитуда импульсов тока при подключении дополнительных насосов уменьшается до 3-4 номинальных значений.

Подключение следующих по приоритету пуска дополнительных насосов становится возможным с минимальными для такой системы гидроударами и импульсами тока, что особенно существенно проявляется в случае пуска их от ПЧ. В данном случае имеется в виду запуск насосов от одного ПЧ путем переключения. Переключение осуществляют следующим образом: ПЧ отключается от регулируемого насоса, отключенный насос через определенный интервал времени подключают к сети питающего напряжения напрямую. Упомянутый интервал времени определяют по экспериментально определенной зависимости: допустимое время авторотации насоса как функция от активной мощности электродвигателя этого насоса. На практике этот интервал составляет 0,21-3,4 с в зависимости от мощности насоса. После подключения к сети отключенного от ПЧ насоса, предшествующего по приоритету пуска, осуществляют пуск следующего по приоритету пуска насоса. При пуске дополнительных насосов ПЧ поочередно подключается к каждому дополнительному насосу, что исключает необходимость производить принудительную смену регулируемого насоса и тем самым устранить статические ошибки регулирования при смене приоритета регулируемого насоса, что повышает надежность водоснабжения потребителей.

Подключение отключенного от ПЧ насоса через интервал времени, определенный по указанной выше зависимости, вносит в процесс этого подключения регулирующий фактор, позволяющий снижать гидроудары до уровня 0,8-1,6 бар в течение менее 1 с и импульсы тока в установке до уровня 3-4 номинальных значений тока за счет выравнивания гидравлической мощности работающих насосов в сторону насоса с меньшей производительностью в течение расчетного времени авторотации насоса. Указанный регулирующий фактор является следствием объективно происходящих в системе физических процессов. Тем не менее, его можно рассматривать как псевдоуправление гидравлической мощностью внутри установки в процессе пуска дополнительного насоса.

Следует обратить особое внимание на то, что технологическая связка - пуск первого насоса от ПЧ и прямой пуск второго насоса (равно, как пуск с помощью полупроводникового устройства плавного пуска или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник») придают способу пуска свойство буфера от возникновения в установке гидроударов при одновременном снижении импульсов тока до 3-4 номиналов тока полной нагрузки электродвигателя насоса в случае пуска от УПП или по схеме «звезда-треугольник». При прямом пуске первого дополнительного насоса импульсы тока остаются, но при этом исключен двойной гидроудар в магистрали потребителей. Дополнительно к этому пуск следующего по приоритету пуска насоса путем переключения от ПЧ при определении интервала времени переключения в заявляемом способе также позволяет снижать гидроудары и импульсы тока. Таким образом, налицо синергетический эффект снижения в установке гидроударов и импульсов тока.

Как уже было сказано выше, количество насосов в установке определяют при ее проектировании, а запуск каждого последующего дополнительного насоса при работе установки осуществляют автоматически при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного.

Заявляемое изобретение характеризуется совокупностью существенных признаков, осуществляемых с помощью системы компьютерных и сопутствующих электронных устройств, а именно наличием следующей последовательности действий, которая обеспечивает достижение заявленного технического результата:

- выбор первого по приоритету пуска насоса из всей совокупности насосов установки;

- запуск первого по приоритету пуска насоса от преобразователя частоты (ПЧ), при этом насос регулируется по характеристике «питающее напряжение - сетевая частота переменного тока»;

- выбор первого дополнительного насоса, который является вторым по приоритету пуска,

- запуск первого дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного методом прямого пуска, или с помощью полупроводникового устройства плавного пуска, или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник», при этом насос после запуска работает в режиме постоянной производительности;

- выбор второго дополнительного насоса, который является третьим по приоритету пуска;

- запуск второго дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного от ПЧ путем переключения к нему ПЧ от первого по приоритету пуска регулируемого насоса, для этого отключенный от ПЧ первый по приоритету пуска насос через определенный интервал времени подключают к сети питающего напряжения, а указанный интервал времени определяют допустимым временем авторотации насоса как функции от активной мощности электродвигателя насоса, при этом вновь подключенный к ПЧ насос становится регулируемым по характеристике «питающее напряжение - сетевая частота переменного тока»;

- запуск последующих дополнительных насосов осуществляют при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного аналогично запуску второго дополнительного насоса, причем каждый раз осуществляют переключение ПЧ от регулируемого насоса к следующему дополнительному.

Указанная совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволяет заключить, что по сравнению с указанными выше аналогами оно позволяет значительно снизить гидроудары в напорной магистрали потребителя и импульсы пусковых токов в питающей сети переменного тока, а также устранить статические ошибки процесса регулирования, вызванные коммутацией насосов при смене приоритета регулируемого насоса. Подтверждением достижения данного технического результата заявляемого изобретения являются приведенные выше данные при раскрытии изобретения и следующие ниже примеры реализации способа.

Заявляемое изобретение позволяет также достичь и другого технического результата, а именно расширить арсенал технических средств следующего назначения: «Способ каскадного пуска электроприводных насосов в установках повышения давления с преобразователем частоты в качестве регулятора». Подтверждением достижения данного технического результата заявляемого изобретения является реализация указанного назначения, что следует из перечисленной совокупности существенных признаков и приведенных ниже примеров реализации способа.

Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения представляет собой процесс, в котором последовательно во времени осуществляют действия над материальными объектами - насосами, ПЧ, питающими сетями напряжения и напорной магистралью. Этими действиями являются: пуск насосов, переключения насосов от ПЧ и к ПЧ, а также их подключение к сети питающего напряжения и отключение от нее. Указанные действия осуществляют с помощью плавных пускателей, магнитных пускателей, переключателей, контроллеров. Все действия над указанными материальными объектами выполняются во времени и в определенной последовательности. При этом выбор очередности или приоритета пуска насосов определяет порядок выполнения действий над материальными объектами и является их характеристикой.

Заявляемое изобретение может быть применено в промышленности и коммунальном хозяйстве. Применение и использование заявляемого способа не вызывает трудностей и может быть осуществлено людьми, имеющими специальную техническую подготовку. При осуществлении способа используются устройства и приборы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления изобретения являются операторская работа с техническим оборудованием, приборами контроля и регулирования, а также с компьютером. Средствами осуществления являются насосы, компьютеры, преобразователи частоты, плавные пускатели, магнитные пускатели, переключатели.

Отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого изобретения являются:

- запуск второго дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного от ПЧ путем переключения к нему ПЧ от первого по приоритету пуска регулируемого насоса, для этого отключенный от ПЧ первый по приоритету пуска насос через определенный интервал времени подключают к сети питающего напряжения, а указанный интервал времени определяют допустимым временем авторотации насоса как функции от активной мощности электродвигателя насоса, при этом вновь подключенный к ПЧ насос становится регулируемым по характеристике «питающее напряжение - сетевая частота переменного тока»;

- запуск последующих дополнительных насосов осуществляют при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного аналогично запуску второго дополнительного насоса, причем каждый раз осуществляют переключение ПЧ от регулируемого насоса к следующему дополнительному.

Следует также подчеркнуть, что отличительной характеристикой запуска второго дополнительного насоса является наличие в установке работающего от ПЧ первого по приоритету пуска насоса и одновременно работающего первого дополнительного насоса в режиме постоянной производительности. Только в совокупности использования этих существенных признаков возможна реализация заявленного технического результата. В случае подключения третьего и последующих дополнительных насосов аналогично технический результат реализуется только при работающих с постоянной производительностью насосах и работающем от ПЧ предыдущем по приоритету пуска насосе.

Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне действий, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой.

Как уже было показано выше, указанные отличительные от прототипа существенные признаки обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков изобретения, указанных в описании. Другими словами, они позволяют создать новый способ, позволяющий добиться существенного снижения гидроударов и импульсов тока при каскадном пуске насосов в установках повышения давления, а также устранить статическую ошибку регулирования давления при смене приоритета регулируемого насоса. Кроме того, заявленный способ расширяет арсенал технических средств назначения: «Способ каскадного пуска электроприводных насосов в установках повышения давления с преобразователем частоты в качестве регулятора».

Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, позволяющая достичь заявленного технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников данных, т.е. неизвестно применение данной совокупности существенных признаков с получением заявленного технического результата.

В частности, не известен следующий существенный признак изобретения и его характеристики:

- Запуск второго дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного от ПЧ путем переключения к нему ПЧ от первого по приоритету пуска регулируемого насоса, для этого отключенный от ПЧ первый по приоритету пуска насос через определенный интервал времени подключают к сети питающего напряжения, а указанный интервал времени определяют допустимым временем авторотации насоса как функции от активной мощности электродвигателя насоса, при этом вновь подключенный к ПЧ насос становится регулируемым по характеристике «питающее напряжение - сетевая частота переменного тока».

В данном случае следует обратить особое внимание на следующие особенности осуществления этого признака:

- При использовании этого признака обязательным условием достижения заявленного технического результата является использование всей совокупности существенных признаков изобретения. Только в этом случае возникает синергетический эффект снижения гидроударов и импульсов тока, а также устранения статической ошибки регулирования при смене приоритета регулируемого насоса. Этот эффект возникает за счет образования технологической связки первых двух насосов, которая имеет свойство буфера, понижающего гидроудары и импульсы тока в установке, а также за счет подключения отключенного от ПЧ насоса к сети питающего напряжения через интервал времени, позволяющий выравнивать гидравлическую мощность в магистрали потребителя и снижать импульсы тока в сети питающего напряжения. Указанный интервал времени определяют допустимым временем авторотации насоса как функции от активной мощности электродвигателя насоса.

С другой стороны, использование указанной совокупности существенных признаков, а также совокупности отличительных признаков для получения заявленного технического результата не следует для специалистов явным образом из уровня техники, т.к. не является объединением, изменением или совместным использованием сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста.

Описание заявленного способа поясняется схемой, на которой приведены следующие обозначения:

1- Выбор первого насоса;

2 - Подключение преобразователя частоты (ПЧ) к насосу;

3 - Проверка наличия исправных, разрешенных и неработающих насосов;

4 - Плавный пуск насоса (от ПЧ);

5 - Регулирование давления р;

6 - Определение порядкового номера дополнительного насоса;

7 - Проверка условия р≤р _пуска;

8 - Определение количества одновременно работающих насосов;

9 - Проверка условия Р≥55 кВт;

10 - Снижение производительности регулируемого насоса;

11 - Прямой пуск первого дополнительного насоса;

12 - Пуск первого дополнительного насоса от УПП или по схеме «звезда-треугольник»;

13 - Отключение регулируемого насоса от ПЧ;

14 - Выдержка времени переключения насос от ПЧ к сети питающего напряжения;

15 - Подключение насоса к сети питающего напряжения.

Заявляемый способ относится к способам каскадного пуска насосов в установках повышения давления, состоящих из группы электроприводных насосов в количестве от 3 до 6 напряжением 0,4 кВ и одного преобразователя частоты (ПЧ) в качестве регулятора. Кроме того, установка может содержать дополнительное и вспомогательное оборудование: контроллеры, плавные пускатели, магнитные пускатели, переключатели, датчики давления, электроизмерительную аппаратуру. В начале осуществления способа выбирают первый по приоритету пуска насос - 1. Обычно - это разрешенный для работы и исправный насос, имеющий наименьшую наработку в часах или наименьшее количество пусков, или же произвольно выбранный разрешенный и исправный насос. Выбранный насос подключают к ПЧ – 2 при помощи коммутационного оборудования и производят его плавный пуск - 4. В интервале времени до выхода насоса на заданный режим осуществляют управление частотой вращения насоса от ПЧ с целью снижения импульсов тока в сети питающего напряжения и снижения гидроударов. После выхода управляемого ПЧ насоса на режим он становится регулируемым в режиме поддержания заданного давления - 5 по характеристике «питающее напряжение - сетевая частота переменного тока». Сразу после подключения насоса к ПЧ - 2 определяют наличие в установке исправных, разрешенных для работы и неработающих насосов - 3. При наличии исправных, разрешенных для работы и неработающих насосов определяют порядковый номер дополнительного насоса - 6. Выбор порядкового номера каждого дополнительного насоса осуществляют аналогично выбору первого регулируемого насоса. Выбор статуса каждого дополнительного насоса осуществляют из условия: количество одновременно работающих насосов: менее двух - пускаемый насос является первым дополнительным, два и более – вторым и далее по порядку возрастания порядкового номера дополнительным насосом - 8. При использовании УПП или схемы пуска «звезда-треугольник» порядковый номер первого дополнительного насоса определен конструктивно - 9. После пуска каждого дополнительного насоса производят регулирование давления за счет изменения производительности регулируемого насоса - 5.

При снижении давления в напорной магистрали р до уровня давления пуска дополнительного насоса р_пуска и ниже - 7 проверяют количество одновременно работающих насосов - 8. При наличии только одного работающего от ПЧ насоса пускаемый насос будет являться первым дополнительным. Для насосов мощностью Р менее 55 кВт производят снижение производительности регулируемого насоса - 10, после чего производят прямой пуск первого дополнительного насоса - 11, т.е. насос напрямую подключают к сети питающего напряжения. В случае применения насосов мощностью 55 кВт и более пуск первого дополнительного насоса осуществляют с помощью полупроводникового устройства плавного пуска или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник» без снижения производительности регулируемого насоса - 12. После завершения процесса пуска первый дополнительный насос работает в режиме постоянной производительности, а установка находится в режиме регулирования заданного давления - 5. После пуска первого дополнительного насоса производится определение наличия исправных, разрешенных для работы и неработающих насосов - 3. При наличии таковых определяют порядковый номер дополнительного насоса - 6.

Образовавшаяся технологическая связка работающих первого и второго по приоритету пуска насосов способна снижать гидроудары в напорной магистрали потребителя и импульсы тока в сети питающего напряжения.

При дальнейшем понижении давления в напорной магистрали потребителя - 7 запускают второй дополнительный насос. Определение статуса второго дополнительного насоса производится при условии: количество одновременно работающих насосов установки два и более - 8. Пуск насоса осуществляют от ПЧ, для чего отключают первый по приоритету пуска насос от ПЧ - 13 и переключают его напрямую к сети питающего напряжения - 15 с выдержкой определенного интервала времени - 14. Этот интервал времени определяют по заранее экспериментально определенной зависимости: время авторотации насоса как функция от активной мощности электродвигателя насоса. После этого подключают второй дополнительный насос к ПЧ и он становится регулируемым. Такое подключение насоса в дополнение к технологической связке первого и второго по приоритету пуска насосов позволяет снизить гидроудары и импульсы тока до уровня 3-4 номиналов тока полной нагрузки электродвигателя насоса по сравнению с импульсами тока 10-15 номиналов в способе-прототипе. При этом гидроудары в напорной магистрали снижаются до уровня 0,8-1,6 бар в течение 1 с по сравнению с 15-25 бар в течение 1 с в способе-прототипе. Кроме этого, устраняются статические ошибки регулирования, вызванные коммутацией насосов при смене приоритета регулируемого насоса, с уровня давления 5-8 бар до 1-3 бар в зависимости от количества работающих насосов, тем самым повышается надежность водоснабжения потребителей.

Аналогичным образом при дальнейшем снижении давления в напорной магистрали запускают следующие по приоритету пуска насосы.

Пример 1 осуществления изобретения

Применяют насосную установку повышения давления в напорной магистрали потребителя для подачи воды и поддержания давления на заданном уровне. Установка включает 3 насоса мощностью 11 кВт и один ПЧ, а также необходимое коммутационное и контрольное оборудование. Выбирают первый по приоритету пуска насос, запускают его от ПЧ и он становится регулируемым. В интервале времени до выхода насоса на заданный режим осуществляют управление частотой вращения насоса от ПЧ с целью снижения импульсов тока в сети питающего напряжения и снижения гидроударов. Затем выбирают первый дополнительный или второй по приоритету пуска насос и при понижении давления в напорной магистрали запускают его прямым пуском с использованием известных способов снижения гидроударов. После выхода насоса на заданный режим он работает с постоянной производительностью.

При дальнейшем понижении давления в напорной магистрали потребителя запускают третий насос от ПЧ путем его переключения от первого насоса к третьему. При этом он становится регулируемым. Первый насос после отключения от ПЧ подключается к сети питающего напряжения через определенный промежуток времени, который определяют по заранее экспериментально определенной зависимости: время авторотации насоса как функция от активной мощности электродвигателя насоса. Осуществленный таким образом запуск значительно снизил пусковые импульсы токов в сети питающего напряжения при номинальном значении 20А до уровня 30А в течение 0,008 секунды по сравнению с уровнем 147А в течение того же интервала времени в способе-прототипе и снизил гидроудары в магистрали потребителей с уровня 8 бар до уровня 1,6 бар в течение времени 0,06 секунды. Кроме этого, были исключены статические ошибки регулирования, которые выражались в снижении давления в магистрали потребителя с уровня давления 6 бар до уровня 2,4 бар при смене приоритета регулируемого насоса.

Пример 2 осуществления изобретения

Установка повышения давления в напорной магистрали потребителя для подачи воды включает 6 насосов мощностью 132 кВт и один ПЧ, а также необходимое коммутационное и контрольное оборудование. Для данного интервала мощностей конструктивно определяют второй по приоритету (первый дополнительный) насос. Выбирают первый по приоритету пуска насос и запускают его от ПЧ, и он становится регулируемым. В интервале времени до выхода насоса на заданный режим осуществляют управление частотой вращения насоса от ПЧ с целью снижения импульсов тока в сети питающего напряжения и снижения гидроударов. Затем при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного уровня пуска запускают заранее определенный второй по приоритету или первый дополнительный насос при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник» или УПП (для мощности насоса 55 кВт и выше, для насосов мощностью 150 кВт и выше только от УПП). После завершения пуска насоса он работает с постоянной производительностью. При дальнейшем понижении давления в напорной магистрали потребителя запускают второй дополнительный насос от ПЧ путем переключения ПЧ от первого насоса к третьему по приоритету пуска, и этот насос становится регулируемым. При этом первый насос после отключения от ПЧ подключается к сети питающего напряжения через определенный промежуток времени, который определяют по заранее экспериментально определенной зависимости: время авторотации насоса как функция от активной мощности электродвигателя насоса. При дальнейшем понижении давления в сети аналогичным образом последовательно запускают соответственно третий, четвертый и пятый дополнительные насосы. Осуществленный таким образом запуск снизил пусковые импульсы токов в сети питающего напряжения при номинальном значении 220А до уровня 300А в течение времени 0,008 секунды против 1200А в течение того же времени в способе-прототипе и снизил гидроудары в магистрали потребителей с уровня 12 бар до уровня 1,4 бар в течение времени 0,06 секунды. Кроме этого, были исключены статические ошибки регулирования, которые выражались в снижении давления в магистрали потребителя с уровня давления 6,8 бар до уровня 3,2 бар при смене приоритета регулируемого насоса.

Приведенные выше варианты примеров не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле изобретения.

Приведенные выше описание осуществления изобретения и примеры его реализации подтверждают достижение заявленного технического результата в процессе осуществлении изобретения. Они также показывают причинно-следственную связь существенных признаков между собой и достигаемым техническим результатом.

Из приведенного выше описания также следует, что достижение технического результата возможно только при осуществлении всей совокупности существенных признаков, что подтверждает также техническое решение задачи осуществления изобретения.

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок и может быть использовано для пуска насосов в установках повышения давления, состоящих из группы электроприводных насосов напряжением 0,4 кВ и одного преобразователя частоты (ПЧ) в качестве регулятора. Способ включает выбор первого по приоритету пуска насоса из всей совокупности насосов установки и его запуск от ПЧ с регулированием по характеристике питающее напряжение - сетевая частота переменного тока. Далее выбор первого дополнительного насоса - второго по приоритету пуска, его запуск при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного методом прямого пуска или с помощью полупроводникового устройства плавного пуска, или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник», при этом насос после запуска работает в режиме постоянной производительности. Далее осуществляют выбор второго дополнительного насоса - третьего по приоритету пуска, его запуск при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного от ПЧ путем переключения к нему ПЧ от первого по приоритету пуска регулируемого насоса. Для этого отключенный от ПЧ первый по приоритету пуска насос через определенный интервал времени подключают к сети питающего напряжения, а указанный интервал времени определяют допустимым временем авторотации насоса как функции от активной мощности электродвигателя насоса, при этом вновь подключенный к ПЧ насос становится регулируемым по характеристике питающее напряжение - сетевая частота переменного тока. Аналогичным образом осуществляют запуск остальных насосов. Изобретение направлено на снижение гидроударов в напорной магистрали потребителя и пусковых токов в сети питающего напряжения, а также устранение статических ошибок процесса регулирования, вызванных коммутацией насосов при смене приоритета регулируемого насоса. 1 ил., 2 пр.

Способ каскадного пуска электроприводных насосов в установках повышения давления с преобразователем частоты в качестве регулятора, включающий:

выбор первого по приоритету пуска насоса из всей совокупности насосов установки,

запуск первого по приоритету пуска насоса от преобразователя частоты (ПЧ), при этом насос регулируется по характеристике питающее напряжение - сетевая частота переменного тока,

выбор первого дополнительного насоса, который является вторым по приоритету пуска,

запуск первого дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного методом прямого пуска, или с помощью полупроводникового устройства плавного пуска, или при помощи пускателей по схеме «звезда-треугольник», при этом насос после запуска работает в режиме постоянной производительности,

выбор второго дополнительного насоса, который является третьим по приоритету пуска,

запуск второго дополнительного насоса при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного от ПЧ путем переключения к нему ПЧ от первого по приоритету пуска регулируемого насоса, для этого отключенный от ПЧ первый по приоритету пуска насос через определенный интервал времени подключают к сети питающего напряжения, а указанный интервал времени определяют допустимым временем авторотации насоса как функции от активной мощности электродвигателя насоса, при этом вновь подключенный к ПЧ насос становится регулируемым по характеристике питающее напряжение - сетевая частота переменного тока,

запуск последующих дополнительных насосов осуществляют при понижении давления в напорной магистрали ниже заданного аналогично запуску второго дополнительного насоса, причем каждый раз осуществляют переключение ПЧ от регулируемого насоса к следующему дополнительному.