УСТАНОВКА ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОДЫ И СПОСОБ ЕЕ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F04B49/06 

Ссылки на родственные заявки

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/811565, поданной 12 апреля 2013 г., раскрытие которой включено в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Подача воды на коммерческих, промышленных и муниципальных сооружениях осуществляется посредством распределительной системы, оснащенной различными насосами и трубами, которые гидравлически соединены с источником подачи воды. В некоторых случаях подача воды должна осуществляться на большое расстояние и через горизонтальные и/или вертикальные участки. Чтобы облегчить подачу и распределение воды на участке, используют установки для повышения давления воды.

В обычных установках для повышения давления воды используется контроллер, который отвечает за выполнение полной последовательности запуска и/или выключения. В частности, пользователь должен задать конкретные рабочие параметры установки повышения давления, которая будет осуществлять работу в соответствии с введенными параметрами. Очень часто у пользователя нет возможности настроить рабочие параметры установки во время ее работы, даже если в ходе эксплуатации меняются внешние переменные (например, расход в различных точках на участке значительно увеличивается или уменьшается за определенный период времени).

Работа традиционных установок для повышения давления воды также может усложняться ввиду того, что операторы не знакомы с особенностями сложных механизмов бесступенчатых приводов, контроллеров и программ, которые необходимы для точной настройки установок и их эффективной работы. В частности, для управления традиционными установками для повышения давления воды необходимо обладать специальными знаниями о контроллерах и/или программировании, чтобы задать требуемые настройки установки повышения давления воды. Например, в некоторых случаях пользователю необходимо приобрести и установить специальный контроллер, который будет обеспечивать требуемую последовательность накачки.

Кроме того, традиционные установки для повышения давления воды подвержены ряду эксплуатационных недостатков. В частности, во многих установках повышения давления воды уже заложены условия возникновения аварийного сигнала, которые не позволяют пользователю регулировать или настраивать установки в соответствии с необходимостью. Более того, в соответствии с условиями возникновения аварийного сигнала, заложенными во многих установках повышения давления воды, активируется локальная сигнализация, и чтобы оценить серьезность условия возникновения аварийного сигнала, ремонтный персонал вынужден явиться на это место.

Известна установка повышения давления воды, которая содержит вакуумный насос, содержащий устройство управления для обработки рабочих данных и команд, вводимых пользователем. Вакуумный насос характеризуется наличием интерфейса с сенсорным экраном для отображения рабочих данных, вызываемых устройством управления. Пользователь может вводить рабочие данные посредством интерфейса с сенсорным экраном, который соединен с устройством управления через линию передачи данных. На сенсорном экране расположена клавиша запуска, клавиша остановки и клавиша ввода. Устройство управления определяет нажатие одной из этих клавиш через интерфейс с сенсорным экраном, после чего начинается выполнение соответствующих этапов программы. Например, после нажатия клавиши запуска процессор выдает сигнал запуска на устройство управления, после чего устройство управления запускает блок насосов. Аналогичным образом, например, после нажатия клавиши остановки устройство управления получает сигнал остановки, и блок насосов останавливает свою работу. Однако после нажатия клавиши запуска и, следовательно, начала работы насоса пользователь не может нажать клавишу ввода, чтобы отрегулировать рабочие данные.

Известна другая установка, содержащая систему управления установкой повышения давления жидкости. Система управления задает последовательность работы насосов, соединенных с общим источником переменного давления, для поддержания постоянного давления в выпускном трубопроводе при любом расходе. Установка содержит несколько насосов с постоянной частотой вращения, соединенных с источником находящейся под давлением текучей среды. Каждый из насосов параллельно соединен с выходом или трубопроводом установки с помощью клапанов регулирования давления. Кроме этого предоставлен генератор сигналов расхода, который содержит линию выдачи сигналов для каждого заданного уровня расхода, в соответствии с которым эта система включает или выключает разные комбинации насосов. Например, когда расход жидкости превышает первый заданный уровень, первая линия выдачи сигналов активируется и запускает первый насос. Когда расход продолжает увеличиваться и достигает более высокого уровня, активируется вторая линия выдачи сигналов и запускает, например, второй насос. По линии выдачи сигналов генератора сигналов расхода проходит один входной сигнал логического вентиля И, а другой входной сигнал логического вентиля И поступает от реле давления заданного значения, которое определяет давление нагнетания первого насоса. Более того, реле давления заданного значения выполнено с возможностью приведения в действие при достижении уровня давления, немного превышающего требуемое давление на выходе из выпускного трубопровода. Таким образом, для такой системы управления пользователь должен предварительно задать несколько рабочих параметров, а кроме этого он должен разбираться в сложных логических функциях для программирования установки с целью обеспечения ее эффективной работы.

Другая установка содержит индикатор необходимости технического обслуживания насоса. Индикатор необходимости технического обслуживания соединен с насосом или системой управления насоса и предназначен для определения объема текучей среды, нагнетаемой насосом. При использовании поршневого насоса происходит подсчет ходов поршня, и это количество преобразуется в общее количество нагнетаемой жидкости. С системой связан компьютер, в котором хранится база данных о каждом объекте технического обслуживания, в которой указаны пороговые значения для каждого объекта и общий объем жидкости, накачанной с момента последнего технического обслуживания. Таким образом, когда общий объем превышает пороговое значение, а на экране появляется индикатор технического обслуживания, компьютер выводит информацию из базы данных об объекте, который нуждается в обслуживании. Пока пользователь настраивает пороговые значения для конкретного объекта технического обслуживания, он не может получать удаленный доступ к базе данных системы, содержащей пороговые значения. Компьютер и база данных системы соединены непосредственно с системой управления насоса.

В соответствии с другим вариантом установка предназначена для контроля и определения неисправности насоса. Установка содержит одну или несколько силовых цепей, цепь считывания электрического тока, цепь аварийной сигнализации и контроллер. Контроллер выполнен с возможностью соединения с цепью считывания электрического тока и получения от нее входного сигнала. Контроллер выполнен с возможностью расчета базового значения рабочего тока, пороговых значения тока и рабочих условий, влияющих на работу насоса. Цепь аварийной сигнализации выполнена с возможностью соединения с контроллером и получения от него выходных сигналов, а также создает сигналы неисправности, соответствующие рабочим условиям, обнаруженным контроллером. Когда пользователь дистанционно получает сигналы неисправности от установки, он не может дистанционно настраивать пороговые значения аварийных сигналов. Таким образом, когда установка генерирует аварийный сигнал, ремонтный персонал должен присутствовать непосредственно на месте причины возникновения сигнала, чтобы оценить серьезность условия возникновения аварийного сигнала.

Поэтому существует необходимость предоставить устройство и способ, способные удовлетворить одну или несколько потребностей, описанных выше. Более конкретно, необходимо предоставить установку повышения давления воды, которая позволит оператору определить конкретные рабочие параметры, а также настраивать их во время эксплуатации установки. Также необходимо предоставить установку повышения давления воды, которая будет использовать контроллер, на котором хранится алгоритм, позволяющий управлять одним или несколькими рабочими параметрами системы, например частотой вращения одного или нескольких насосов, входящих в установку повышения давления воды. Таким образом, программирование установки повышения давления воды станет значительно проще или вообще не понадобится. Также необходима установка повышения давления воды, которая позволит настраивать пороговые значения аварийных сигналов, которые могут быть переданы пользователю дистанционно. Более конкретно, при нарушении одного из пороговых значений аварийных сигналов наилучшим решением является предоставить пользователю возможность просматривать, устранять и/или менять аварийные сигналы через дистанционное устройство.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

Настоящее изобретение относится в целом к установке повышения давления воды, более конкретно - к установке повышения давления воды, содержащей контроллер с алгоритмом, который позволяет определять начальные параметры для одного или нескольких насосов.

Установка повышения давления воды выполнена с возможностью плавного регулирования частоты вращения одного или нескольких насосов, используя устройство с сенсорным экраном, при этом для базового программирования и запуска установки достаточно самой простой настройки. Контроллер, используемый совместно с установкой повышения давления воды, позволяет конечному пользователю выбирать способ работы насосов (например, выбирать последовательность работы насосов по времени, первоочередность включения/выключения или выбирать постоянный ведущий насос), при этом нет необходимости физически менять специальный код программирования контроллера или входного сигнала. Настраивать контроллер можно в любой момент времени цикла эксплуатации установки повышения давления воды, даже во время работы насосов. Более того, контроллер предусматривает функцию «автоопределения», которая позволяет автоматически настроить время запуска и остановки насосов, чтобы максимально повысить эффективность установки повышения давления воды, при этом увеличивая срок службы насосов. Контроллер дополнительно предусматривает настраиваемые аварийные сигналы технического обслуживания, которые дистанционно создают оповещения и предоставляют их конечному пользователю, за счет чего остается больше времени для планирования технического обслуживания, вместо того чтобы выполнять экстренные ремонтные работы.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения установка повышения давления воды содержит контроллер, соединенный с одним или несколькими приводными блоками, обеспечивающими управление рабочими параметрами одного или нескольких насосов. Контроллер дополнительно предусматривает алгоритм определения по меньшей мере одного параметра, связанного с одним или несколькими насосами. Также установка повышения давления воды позволяет пользователю вводить одно или несколько настраиваемых пороговых значений аварийных сигналов, передаваемых пользователю дистанционно в случае несоответствия пороговым значениям.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения способ управления насосами в установке повышения давления воды предусматривает стадию расчета одного или нескольких рабочих параметров одного или нескольких насосов с использованием алгоритма, в котором применяется пропорционально-интегрально-дифференцирующий контур регулирования, который позволяет определить разницу между установленной технологической переменной и необходимым контрольным значением.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ управления одним или несколькими насосами во время эксплуатации. Способ предусматривает выбор первого параметра насоса через компьютерный пользовательский интерфейс. Первый параметр насоса определяют, выбирая режим последовательности работы насоса, вращение насоса или ведущий насос. Получают аварийный сигнал, указывающий на неисправное состояние, а затем аварийный сигнал передают за пределы места эксплуатации. Здесь за пределами места эксплуатации аварийный сигнал изучают и передают одному или несколькими насосам ответный сигнал. Первый параметр насоса настраивают в соответствии с аварийным сигналом.

Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после прочтения описания и формулы изобретения, а также после изучения прилагаемых фигур.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 представлен вид в изометрии варианта осуществления установки повышения давления воды;

на фиг. 2 представлен вид спереди установки повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 3 представлен вид сбоку установки повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 4 показана блок-схема с несколькими стадиями процесса определения по меньшей мере одного параметра насоса с помощью алгоритма;

на фиг. 5 схематически показан вид экрана безопасности установки повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 6 схематически показан вид экрана настройки насоса, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 7 схематически показан вид информационного экрана привода, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 8 схематически показан вид экрана настройки привода, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 9 схематически показан вид экрана настройки преобразователя давления нагнетания, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 10 схематически показан вид экрана настройки входных параметров давления всасывания, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 11 схематически показан вид экрана настройки входных параметров расхода, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 12 схематически показан вид экрана с рабочими условиями одного или нескольких насосов, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 13 схематически показан вид экрана с рабочими условиями одного или нескольких преобразователей, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1;

на фиг. 14 схематически показан вид экрана настройки аварийного сигнала, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1; и

на фиг. 15 схематически показан вид другого экрана настройки аварийного сигнала, используемого в установке повышения давления воды согласно фиг. 1.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Перед подробным описанием вариантов осуществления настоящего изобретения необходимо отметить, что осуществление настоящего изобретения не ограничивается деталями конструкции и расположением компонентов, изложенных ниже в описании или показанных далее на фигурах. Настоящее изобретение предусматривает другие варианты осуществления и может быть реализовано на практике другими способами. Также необходимо понимать, что выражения и термины, используемые в настоящем документе, приведены в описательных целях и не должны рассматриваться как ограничивающие. Использование в настоящем документе терминов «включающий», «содержащий» или «имеющий» и их вариантов предусматривает, что имеются в виду указанные после них элементы и их эквиваленты, равно как и дополнительные элементы. Если не указано или ограничено другим образом, термины «установленный», «соединенный», «расположенный», «присоединенный» и их варианты используются в широком смысле и охватывают как прямо, так и косвенно, установки, соединения, опоры и сочленения. Кроме того, «соединенный» и «присоединенный» не ограничены физическими или механическими соединениями или присоединениями.

Приведенное далее описание позволит специалисту в области техники настоящего изобретения использовать варианты осуществления для реализации настоящего изобретения. Различные изменения описанных вариантов осуществления будут понятны специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, а изложенные в них общие принципы могут быть применены в других вариантах осуществления, при этом не выходя за пределы объема настоящего изобретения. Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются показанными вариантами, а их принципы и признаки скорее расширяют объем правовой охраны. Далее описание выполнено со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы. На фигурах показаны некоторые варианты осуществления, масштаб которых может быть не соблюден, и которые не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Специалистам в области техники настоящего изобретения будут понятны альтернативные варианты представленных примеров, которые подпадают под объем вариантов осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1-3 в целом показана установка 100 повышения давления воды, которая содержит по меньшей мере один контроллер 102, соединенный с одним или несколькими приводными блоками 104. Приводные блоки 104 функционально соединены с одним или несколькими насосами 106, которые перекачивают текучую среду с конкретной скоростью потока. Вода (не показана) поступает в установку 100 повышения давления воды из внешнего источника по трубе или другому трубопроводу (не показан). Вода проходит через установку 100 повышения давления воды и перемещается насосами 106. Установка 100 повышения давления воды в целом может применяться на установках для перекачивания пресной воды в высотных зданиях, офисных зданиях, больницах, гостиницах и других коммерческих, промышленных и муниципальных сооружениях. Однако области применения установки 100 повышения давления воды не ограничиваются этим. Предполагается, что такая установка 100 повышения давления воды может применяться и в других областях, например, для перекачивания соленой воды или в жилых домах.

Установка 100 повышения давления воды установлена на каркасе 110 с опорной плитой 112, расположенной горизонтально в непосредственной близости к поверхности (не показана). По краям опорной плиты 112 расположено несколько опор 114, выступающих вверх, которые дополнительно содержат одну или несколько поперечин 116. Каркас 110 предпочтительно выполнен из стали и удерживает всю установку 100 повышения давления воды и соответствующие компоненты, хотя каркас 110 может быть выполнен из других материалов, известных в области техники. Каркас 110 характеризуется длиной L (см. фиг. 2), которая составляет от приблизительно 25 см до приблизительно 200 см и более предпочтительно от приблизительно 75 см до приблизительно 150 см. Длину L можно менять в зависимости от количества насосов 106 в установке 100 повышения давления воды.

Опорная плита 112 каркаса 110 также характеризуется шириной W (см. фиг. 3), которая составляет от приблизительно 12 см до приблизительно 75 см, более предпочтительно от приблизительно 25 см до приблизительно 50 см и наиболее предпочтительно приблизительно 40 см. Каркас 110 дополнительно характеризуется высотой Н, которая составляет от приблизительно 40 см до приблизительно 250 см, более предпочтительно от приблизительно 175 см до приблизительно 230 см и наиболее предпочтительно приблизительно 200 см. Следует понимать, что длина L, ширина W и высота Н каркаса 110 при необходимости могут быть изменены.

Согласно фиг. 2 и 3 каркас 110 характеризуется наличием передней поверхности 120 и задней поверхности 122, расположенной с противоположной стороны. Передняя поверхность 120 и задняя поверхность 122 предназначены для размещения на них различных компонентов установки 100 повышения давления воды. Компоненты могут быть присоединены или прикреплены другим образом к каркасу 110 так, чтобы установка 100 повышения давления воды была расположена строго вертикально без наклонов. Дополнительно каркас 110 можно прикрепить к одному или нескольким из стены, пола или другой поверхности, обеспечив таким образом дополнительную фиксацию установки 100 повышения давления воды. Также один или несколько компонентов установки 100 повышения давления воды можно не прикреплять к каркасу 110, и/или же каркас 110 можно не использовать вообще.

Установка 100 повышения давления воды также содержит всасывающий коллектор 200, прикрепленный к передней поверхности 120 каркаса 110. Всасывающий коллектор 200 выполнен с возможностью соединения с водоводом (не показан) и через него из коммунальной системы или другого источника вода поступает в установку 100 повышения давления воды. Всасывающий коллектор 200 образован цилиндрическим трубопроводом 202, который проходит параллельно опорной плите 112 каркаса 110. В соответствии с характерным вариантом осуществления длина L₁ трубопровода 202 по существу равна длине L каркаса 110, как показано на фиг. 2. В соответствии с другим вариантом осуществления длина L₁ трубопровода 202 отличается от длины L каркаса 110. Цилиндрический трубопровод 202 всасывающего коллектора 200 характеризуется диаметром D₁ (см. фиг. 3), который составляет от приблизительно 5 см до приблизительно 15 см и более предпочтительно от приблизительно 8 см до приблизительно 10 см. Всасывающий коллектор 200 расположен на высоте HS (см. фиг. 3), которая проходит от опорной плиты 112 до центральной линии трубопровода 202. Высота HS всасывающего коллектора 200 составляет от приблизительно 12 см до приблизительно 107 см и более предпочтительно от приблизительно 91 см до приблизительно 97 см. Аналогично всасывающий коллектор 200 находится на расстоянии, равном ширине WS (см. фиг. 3), от края опорной плиты 112 до центральной линии трубопровода 202. Ширина WS всасывающего коллектора 200 составляет от приблизительно 18 см до приблизительно 50 см и более предпочтительно от приблизительно 20 см до приблизительно 30 см, что позволяет уменьшить установочные габариты установки 100 повышения давления воды, например, в насосной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления ширина WS может меняться в зависимости от выбора насоса 106, необходимого для достижения требуемого расхода и давления, обеспечиваемых установкой 100 повышения давления воды.

Трубопровод 202 соединен с несколькими трубами 204, проходящими в направлении вниз. Каждая труба 204 входит в соединительное колено 206, которое меняет направление труб 204 к передней поверхности 120 каркаса 110. Трубы 204 гидравлически соединены с одним или несколькими насосами 106. Диаметр труб 204 (не показан) может быть равен или может превышать диаметр D₁ всасывающего коллектора 200. В соответствии с одним вариантом осуществления одна труба 204 соединена с одним насосом 106, как показано на фиг. 1-3. В соответствии с другим вариантом осуществления одна труба 204 может быть соединена с несколькими насосами 106. В соответствии с другим вариантом осуществления несколько труб 204 могут быть соединены с одним насосом 106.

Необязательно трубы 204 могут быть оснащены клапаном 208. Клапан 208 регулирует и направляет поток воды от всасывающего коллектора 200 по трубам 204 в насосы 106. В соответствии с одним вариантом осуществления клапан 208 представляет собой полнопроходной шаровой клапан. Полнопроходной шаровой клапан позволяет уменьшить трение протекающей через него воды за счет применения шарика с отверстием диаметром, который приблизительно равен диаметру трубы 204. В соответствии с другим вариантом осуществления клапан 208 представляет собой клапан с уменьшенным сечением прохода. В соответствии с другим вариантом осуществления клапан 208 представляет собой клапан с V-образным сечением прохода.

Необязательно всасывающий коллектор 200 может содержать манометр 210 для измерения давления воды на входе во всасывающий коллектор 200. В частности, в соответствии с одним вариантом осуществления манометр 210 измеряет давление внутри всасывающего коллектора 200. В соответствии с одним вариантом осуществления манометр 210 может представлять собой заполненный жидкостью манометр с отсекающим клапаном, который находится во всасывающем коллекторе 200.

Когда вода поступает во всасывающий коллектор 200, она направляется по трубам 204 и соответствующим клапанам 208 к насосам 106. Как показано на фиг. 3, каждый насос 106 содержит основной трубопровод 220, который проходит вертикально вверх и входит в цилиндрическую головку 222. Каждый насос 106 функционально соединен с электродвигателем (не показан). Типы насосов 106, используемых в установке 100 повышения давления воды, могут подбираться в соответствии с техническими особенностями здания. В соответствии с одним вариантом осуществления насосы 106 представляют собой вертикальные многоступенчатые насосы. В частности можно упомянуть вертикальный многоступенчатый насос PVM марки AURORA® или FAIRBANKS NIJHUIS® компании Pentair. В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления многоступенчатые насосы PVM оснащены соответствующими инверторными электродвигателями. В соответствии с другим вариантом осуществления насос 106, используемый в установке 100 повышения давления воды, представляет собой насос с односторонним всасыванием. В частности, в качестве подходящего насоса с односторонним всасыванием можно упомянуть одноступенчатый насос с односторонним всасыванием AURORA® или FAIRBANKS NIJHUIS® серии 3800 производства Pentair. В установке 100 повышения давления воды может быть использован один или несколько различных типов насосов 106.

Количество насосов 106, используемых в установке 100 повышения давления воды, может подбираться в соответствии с техническими особенностями здания. Например, в установке 100 повышения давления воды может использоваться только один насос 106. Альтернативно в установке 100 повышения давления воды могут использоваться два, три, четыре или больше насосов 106.

После того как вода поступает в насосы 106 и проходит под заданным давлением, она направляется к выпускным трубам 230, которые проходят от основного трубопровода 220 насоса 106 рядом с задней поверхностью 122 каркаса 110. Выпускные трубы 230 выступают наружу и меняют направление в соединительных коленах 232. Каждая выпускная труба 230 оснащена обратным клапаном 234, который обеспечивает движение воды только в одном направлении (т.е. к нагнетательному коллектору 236). В установке 100 повышения давления воды можно использовать любой обратный клапан 234, известный из уровня техники. В соответствии с одним вариантом осуществления обратный клапан 234 установлен в каждой выпускной трубе 230 и связан с ней. В соответствии с другим вариантом осуществления обратный клапан 234 установлен, по меньшей мере, в одной выпускной трубе 230 и связан с ней.

Как показано на фиг. 1 и 3, каждый обратный клапан 234 соединен с коллектором 238 с канавками. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления коллектор 238 может представлять собой коллектор с фланцем. Коллектор 238 обеспечивает гидравлическое соединение обратного клапана 234 и нагнетательного коллектора 236, обеспечивая протекание воды через установку 100 повышения давления воды.

Вода протекает по коллектору 238 с канавками в нагнетательный коллектор 236, который прикреплен к задней поверхности 122 каркаса 110. Нагнетательный коллектор 236 образован цилиндрическим трубопроводом 240, который проходит параллельно опорной плите 112 каркаса 110. Нагнетательный коллектор 236 гидравлически соединен со вспомогательными локальными трубами (не показаны), по которым вода направляется к одному или нескольким конкретным местам в здании.

В соответствии с одним вариантом осуществления длина L₂ (см. фиг. 2) трубопровода 240 по существу равна длине L каркаса 110 и/или длине L₁ всасывающего коллектора 200. В соответствии с другим вариантом осуществления длина L₂ трубопровода 240 отличается от длины L каркаса 110 и/или длины L₁ всасывающего коллектора 200. Трубопровод 240 нагнетательного коллектора 236 характеризуется диаметром D₂ (см. фиг. 3), который выбран на основе характеристики расхода выбранных насосов 106 в соответствии со стандартами Института гидравлики для конкретного применения. Нагнетательный коллектор 236 расположен на высоте HD, измеренной от опорной плиты 112 до центральной линии трубопровода 240. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления высота HD нагнетательного коллектора 236 составляет от приблизительно 40 см до приблизительно 90 см. Аналогично нагнетательный коллектор 236 находится на расстоянии, равном ширине WD (см. фиг. 3), измеренной от края опорной плиты 112 до центральной линии трубопровода 240. Ширина WD нагнетательного коллектора 236 составляет от приблизительно 18 см до приблизительно 40 см и более предпочтительно от приблизительно 20 см до приблизительно 30 см, что позволяет уменьшить установочные габариты установки 100 повышения давления воды, например, в насосной. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления ширина WD может меняться в зависимости от выбора насоса 106, необходимого для достижения требуемого расхода и давления, обеспечиваемых установкой 100 повышения давления воды.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления установка 100 повышения давления воды характеризуется максимальной шириной WM (см. фиг. 3), измеренной от края корпуса 130 до противоположного края трубопровода 240 нагнетательного коллектора 236. Максимальная ширина WM составляет от приблизительно 90 см до приблизительно 140 см. Установка 100 повышения давления воды может дополнительно характеризоваться межцентровым расстоянием СС (см. фиг. 3), измеренным от центральной линии трубопровода 202 всасывающего коллектора 200 до центральной линии трубопровода 240 нагнетательного коллектора 236. Межцентровое расстояние СС составляет от приблизительно 70 см до приблизительно 85 см. Размеры (например, WM и СС) в соответствии с вариантами осуществления установки 100 повышения давления воды, могут меняться в зависимости от выбора насоса 106 для достижения требуемого расхода и давления, выбранных пользователем. Стандартные размеры могут выбираться в зависимости от минимальных размеров насоса PVM и насоса с односторонним всасыванием между центральными линиями всасывающего коллектора 200 и нагнетательного коллектора 236, тем самым открывая доступ к насосу во время технического обслуживания.

Необязательно нагнетательный коллектор 236 содержит манометр 250. В частности, в соответствии с одним вариантом осуществления манометр 250 измеряет давление внутри нагнетательного коллектора 236 ниже по потоку от насосов 106. В соответствии с одним вариантом осуществления манометр 250 может представлять собой заполненный жидкостью манометр с отсекающим клапаном, который находится в нагнетательном коллекторе 236.

Как показано на фиг. 1, с всасывающим коллектором 200 и/или нагнетательным коллектором 236 связан один или несколько преобразователей 252. Преобразователь 252 предназначен для измерения давления и передачи информации на контроллер 102, который может представлять собой программируемый логический контроллер (ПЛК) и показан на экране 132. Преобразователь 252 передает значения возможного давления от источника и фактического давления в установке 100 на ПЛК после повышения давления для достижения требуемого давления. Более того, преобразователь 252 позволяет пользователю определять пороговое значение оповещения об аварийном сигнале, параметры отключения и сброса. Например, всасывающий коллектор 200 и/или нагнетательный коллектор 236 можно запрограммировать на автоматическое отключение после достижения заданного количества ошибок или неисправностей за заданный промежуток времени. Необязательно, преобразователь 252 может быть использован совместно с расходомером (не показан), благодаря чему пользователь может выбирать требуемый расход в зависимости от давления. Параметры расходомера могут быть выбраны во время выполнения последовательности запуска установки 100 повышения давления воды. Расходомер может быть установлен в нагнетательном коллекторе 236 на заводе-изготовителе или, например, во время монтажа на месте. В соответствии с одним вариантом осуществления в качестве подходящего расходомера можно упомянуть врезной расходомер Badger® серии 200 производства Badger Meter, Inc. (Милуоки, Висконсин).

Согласно фиг. 1-3 установка 100 повышения давления воды дополнительно содержит контроллер 102, который определяет и регулирует все рабочие параметры установки 100 повышения давления воды, включая, например, управление давлением, расходом, параметрами всасывания и нагнетания, параметрами насоса и т.д. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1-3, контроллер 102 и соответствующие компоненты расположены внутри по существу квадратного корпуса 130, который закреплен на одной из поперечин 116 на передней поверхности 120 каркаса 110. Корпус 130 содержит экран 132 и несколько кнопок 134 и/или переключателей, расположенных на передней поверхности. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления контроллер 102 и соответствующие компоненты могут быть закреплены на задней поверхности 122 каркаса 110 или в любом удобном расположении, в котором пользователь сможет взаимодействовать с экраном 132 контроллера 102.

Контроллер 102 соединен с одним или несколькими приводными блоками 104. Приводные блоки 104 могут представлять собой частотно-регулируемые приводы (ЧРП), которые характеризуются наличием контроллера привода в сборе, интерфейса оператора привода и электродвигателя переменного тока. Нормальная работа контроллера 102 и/или ступенчатая работа насосов 106 обеспечивается независимым процессором. Принцип работы приводных блоков 104 похож на принцип работы повторителя сигналов тем, что приводные блоки 104 не могут обеспечить независимое управление частотой вращения насосов 106. Наоборот, приводные блоки 104 просто выполняют команды, отправляемые контроллером 102, и сообщают правильную частоту электродвигателям насосов 106. В случае неисправности установки приводные блоки 104 могут отправлять команды насосам 106, если установка 100 повышения давления воды работает в режиме ручного управления.

В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления контроллер 102 и приводные блоки 104 выполнены на основе архитектуры ведущий-ведомый с использованием коммуникационного протокола удаленного оконечного устройства Modbus (Modbus RTU). Протокол Modbus RTU использует последовательную передачу и предусматривает контроль по избыточности для обеспечения точности данных. Приводные блоки 104 характеризуются одинаковыми параметрами. ЧРП могут содержать одну или несколько клавишных панелей (не показаны), которые используются для загрузки параметров в приводные блоки 104. ЧРП также могут копировать сохраняемые параметры с помощью клавишной панели и загружать их в другой ЧРП, для которого необходимы идентичные параметры.

В соответствии с другим вариантом осуществления контроллер 102 и приводные блоки 104 могут использовать другие протоколы ведущий-ведомый, включая, например, Modbus TCP/IP, BacNET, Ethernet IP и т.д. В соответствии с одним вариантом осуществления один приводной блок 104 предпочтительно связан с одним насосом 106. В соответствии с другими вариантами осуществления один приводной блок 104 может быть соединен с несколькими насосами 106. В соответствии с другим вариантом осуществления один приводной блок 104 может быть выполнен с возможностью применения со всей установкой 100 повышения давления воды.

Контроллер 102 предпочтительно содержит локальный пользовательский интерфейс. Дополнительно контроллер 102 может содержать удаленный пользовательский интерфейс, доступ к которому осуществляется посредством различных механизмов связи. В соответствии с характерным вариантом осуществления локальный пользовательский интерфейс образован устройством с сенсорным экраном, которое принимает данные посредством непосредственного или опосредованного касания (например, пальцем, стилусом или другим средством). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления устройство с сенсорным экраном представляет собой экран 132 на 256 тыс. цветов. Одним из подходящих устройств с сенсорным экраном является панель с человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ). Устройство с сенсорным экраном также может представлять собой черно-белый экран и/или может характеризоваться другой разрешающей способностью. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления устройство с сенсорным экраном характеризуется высотой приблизительно 9 см и длиной приблизительно 15 см, однако следует понимать, что длина и высота устройства с сенсорным экраном может быть другой. В соответствии с другим вариантом осуществления локальный пользовательский интерфейс может представлять собой экран, функционально соединенный с клавиатурой и/или мышью (не показаны).

Установка 100 повышения давления воды также соединена с источником питания (не показан). Контроллер 102 содержит переключатель для регулирования мощности, подаваемой на установку 100 повышения давления воды. В соответствии с одним вариантом осуществления переключателем является одна из кнопок 134, выступающих из корпуса 130. В соответствии с другим вариантом осуществления мощность регулируется с помощью других механизмов и/или переключателей.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления установка 100 повышения давления воды может быть соединена с компьютером (не показан) или другой сетью. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления, как показано на фиг. 1, контроллер 102 соединен с сетью 103 посредством соединения Ethernet. Соединение Ethernet позволяет торговцу, производителю, ремонтному персоналу или другим наделенным соответствующими правами лицам взаимодействовать с контроллером 102 через дистанционное устройство 105. Сеть 103 может быть локальной или региональной, проводной или беспроводной, например, дистанционное устройство 105 может получить доступ к контроллеру 102 через Интернет. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления дистанционное устройство 105 может представлять собой подключенную к сети рабочую станцию, компьютер, ноутбук, смартфон, планшет или другое электронное устройство.

Контроллер 102 предпочтительно представляет собой программируемый логический контроллер (ПЛК), содержащий процессор, который упрощает работу с установкой 100 повышения давления воды и определение ступеней и выбор последовательности работы насосов 106. Контроллер 102 образован пропорционально-интегрально-дифференцирующим (ПИД) контуром регулирования, который обеспечивает управление различными рабочими параметрами за счет определения разницы между установленной технологической переменной (например, фактическое давление) и необходимым контрольным значением (например, требуемое давление). Значение ошибки рассчитывают на основе разницы между фактическим расходом и требуемым расходом и используют ее для настройки входных параметров для непрерывного уменьшения значения ошибки и, следовательно, настройки параметров. В вычислениях ПИД-регулятора используются три константные переменные, включая пропорциональные, интегральные и дифференцирующие значения, которые обычно связаны с текущей ошибкой, прошлой ошибкой и будущей ошибкой соответственно. Исходя из вычислений ПИД-регулятора, контроллер 102 отправляет команды на установку 100 повышения давления воды для выполнения конкретных действий по настройке рабочих параметров.

Настраивать можно различные функции контроллера 102. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления последовательность работы насоса может быть выбрана без перепрограммирования контроллера 102. Выбор можно осуществлять во время работы насосов 106 и настраивать в реальном времени в момент возникновения на месте изменений, которые требуют внесения изменений в последовательность работы насоса 106 или его рабочих параметров. В соответствии с другим вариантом осуществления пороговые значения аварийных сигналов технического обслуживания могут быть определены пользователем.

Контроллер 102 может необязательно предусматривать функцию автоопределения, которая позволяет автоматически настроить время запуска/остановки насосов 106 и/или другие параметры для максимального повышения эффективности установки 100 повышения давления воды. Более высокая эффективность увеличивает срок службы насосов 106. В частности, функция автоопределения автоматически настраивает функции запуска/остановки приводных блоков 104 в соответствии с изменениями на месте работы. Алгоритм позволяет настраивать конкретные функции запуска/остановки приводных блоков 104, используя входные переменные, такие как давление, расход и ток при полной нагрузке электродвигателя, что является показателем электрического тока электродвигателя во время работы. В ходе «эксплуатационного» цикла каждый насос 106 ускоряется за счет электродвигателя и обеспечивает необходимый расход. После достижения требуемого расхода насос 106 больше не используется. Момент времени, когда насос 106 достигает заданного выходного параметра (т.е. расход), записывается и используется для запуска насоса 106 в следующем «эксплуатационном» цикле. В соответствии с характерным вариантом осуществления насос 106 запускается в следующем «эксплуатационном» цикле в момент времени, когда насос 106 перекачивает воду.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления увеличение частоты вращения может меняться, защищая ЧРП от возникновения неисправных состояний, которые приводят установку 100 повышения давления воды к созданию аварийного сигнала. Неисправности ЧРП, такие как перегрузка по току и по крутящему моменту, можно предотвратить, придерживаясь заданных производителем значений увеличения частоты вращения. Регулируемое увеличение частоты вращения позволяет сократить необходимость в гидропневматических баках, традиционно устанавливаемых на нагнетательном коллекторе традиционных установок повышения давления воды. В традиционных установках повышения давления воды с ЧРП ускорения задаются при запуске при выполнении «эксплуатационного» цикла для заданного периода времени (например, заданного количества секунд). Заданный период времени может подходить для нормальных условий работы, в которых необходимо применение воды. Однако если потребление воды длится больше заданного периода времени, и время ускорения совпадает с этим заданным периодом времени, установка повышения давления воды будет достигать требуемого давления значительно дольше. В этой ситуации остальные устройства в установке повышения давления воды, такие как компоненты, работающие при минимальном значении PSI, работать не будут. Например, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления расширительный бак на нагнетательном коллекторе с помощью механического клапана понижения давления регулирует давление до требуемой величины. Таким образом, при любом падении давления в установке расширительный бак должен обеспечивать требуемое давление. Однако расширительный бак имеет ограниченный размер и соответственно имеет ограничения по обеспечиваемому давлению.

Поэтому регулируемое увеличение частоты вращения в установке 100 повышения давления воды в соответствии с настоящим изобретением позволяет насосам 106 достигать заданного давления за максимально эффективное время, при этом не создавая в трубах избыточное давление воды. Например, если заданное давление составляет 690 кПа, а в соответствии с требуемой нагрузкой давление внезапно уменьшается до 345 кПа, установка 100 повышения давления воды может повысить темп увеличения частоты вращения пропорционально этой разнице. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления минимальное и максимальное увеличение частоты вращения может быть запрограммировано на заводе-изготовителе на основе результатов эксплуатационных испытаний тока каждого насоса 106 при минимальном расходе (в герцах (Гц)), рабочих условиях (в Гц), максимальном расходе (например, 50-60 Гц). Увеличение частоты вращения регулируется на основании разницы между заданным давлением и фактическим давлением. Если в установке 100 повышения давления воды внезапно возникнет необходимость повышения давления, соответствующее увеличение частоты вращения для такой ситуации можно определить с помощью предварительно заданного увеличения частоты вращения, запрограммированного на заводе-изготовителе во время эксплуатационных испытаний. Когда насосы 106 приближаются к необходимой величине давления, может использоваться второе увеличение частоты вращения. Второе увеличение частоты вращения позволяет защитить насосы 106 от превышения требуемого заданного давления и уменьшает гидравлический удар.

На фиг. 4 показана блок-схема с приведенными в качестве примера стадиями 500 определения, по меньшей мере, одного параметра насоса 106 с помощью алгоритма. В соответствии с одним вариантом осуществления алгоритм позволяет регулировать частоту вращения насосов 106 для обеспечения наиболее эффективной работы согласно кривой гидравлической мощности каждого насоса 106 на основании внешних параметров, которые постоянно меняются (например, давление всасывания, необходимое давление нагнетания, расход и т.д.). Вначале в блоке 502 определяют минимальную частоту вращения по меньшей мере одного насоса 106. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления определяют минимальную частоту вращения более чем одного насоса 106 (например, двух, трех, четырех или более). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления минимальная частота вращения может быть определена как частота вращения, при которой каждый насос 106 может создавать расход или увеличивать давление выше давления на входе в установку 100 повышения давления воды. В блоке 502 определенную минимальную частоту вращения каждого насоса 106 сохраняют с помощью контроллера 102 и в блоке 504 используют в качестве базового значения для работы установки 100 повышения давления воды.

Аналогично в блоке 506 с помощью алгоритма определяют максимальную частоту вращения по меньшей мере одного насоса 106. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления определяют максимальную частоту вращения более чем одного насоса 106 (например, двух, трех, четырех или более). В соответствии с некоторыми вариантами осуществления максимальная частота вращения может быть определена как частота вращения, при которой может работать каждый насос 106, не вызывая при этом перегрузку по току в приводных блоках 104 и защищая установку 100 повышения давления воды от отключения. Перегрузка по току - это распространенное явление, которое возникает в установках повышения давления воды, когда размеры насосов не соответствуют характеристикам здания. Например, если по проводнику проходит электрический ток, превышающий допустимое значение, приводя к перегреву, возникает опасность возникновения пожара или повреждения оборудования ввиду перегрузки и/или несоответствия конструкции. После определения в блоке 506 максимальной частоты вращения для каждого насоса 106, максимальную частоту вращения сохраняют с помощью контроллера 102 и в блоке 508 используют в качестве базового значения для работы.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления минимальная и максимальная частота вращения для каждого насоса 106 может быть задана на заводе-изготовителе на основании минимального постоянного стабильного расхода (MCSF) и максимальной силы тока, допустимой для ЧРП в зависимости от требуемых рабочих условий установки 100 повышения давления воды. MCSF и максимальную силу тока определяют в ходе расходного испытания каждого насоса 106 в сертифицированной согласно UL лаборатории на заводе-изготовителе с применением калиброванных ваттметров, расходомеров и манометров. К тому же, минимальная частота вращения может быть получена вычислением конкретной частоты вращения каждого насоса 106 при выполнении «эксплуатационного» цикла установки 100 повышения давления воды. Разница преобразователей 252 давления всасывания и нагнетания может быть измерена для того, чтобы определить, будет ли влиять заданная на заводе-изготовителе минимальная частота вращения на значения давлений. Если значения разницы давлений будут меняться при минимальной частоте вращения, тогда контроллер 102 сможет уменьшать частоту вращения до тех пор, пока значения разницы давлений не будут меняться. Конкретная частота вращения может быть рассчитана умножением частоты вращения вала насоса 106 (т.е. обороты в минуту (об/мин.)) на расход (например, л/мин.). Полученное значение затем делят на полный динамический напор (TDH) насоса 106, который можно измерить, например, в метрах. TDH - это общая эквивалентная высота, на которую нагнетается текучая среда, с учетом потерь на трение в системе. После измерения по времени конкретной частоты вращения каждого насоса 106 и записи значений можно определить минимальную и максимальную частоту вращения насоса 106.

После определения начальных настроек (т.е. минимальной и максимальной частоты вращения каждого насоса 106) и их сохранения, согласно алгоритму в блоке 510 отдается команда одному или нескольким насосам 106 на выполнение требований установки 100 повышения давления воды в заданный период времени и с заданной частотой. В блоке 512 ветвления согласно алгоритму определяют, не превышено ли контрольное значение, исходя из запуска одного ли нескольких насосов 106 в заданный период времени или с заданной частотой. Если в блоке 512 ветвления определяют, что контрольное значение превышено, контроллер 102 будет уменьшать время или частоту насосов 106 до тех пор, пока в блоке 514 контрольное значение не будет соответствовать заданному. Однако если в блоке 512 ветвления определяют, что контрольное значение не превышено, что указывает на отсутствие потери давления после регулируемого периода времени, в блоке 516 будет включен один случайный насос 106 при минимальной частоте вращения и с заданным ускорением в заданный период времени. Время ускорения может меняться в зависимости от разницы между фактическим давлением и контрольным значением. Запуск одного случайного насоса 106 при минимальной частоте вращения позволит определить, посредством измерения изменений расхода установки, имеет ли место небольшое потребление (например, небольшие изменения расхода) в установке 100 повышения давления воды. Затем в блоке 518 контроллер будет увеличивать время/частоту насоса 106 до контрольного значения и подготовит ЧРП к более интенсивному ускорению по сравнению с предыдущими значениями.

В блоке 520 программа продолжает контролировать ток от одного или нескольких преобразователей 252 в соответствии с требуемым контрольным значением. В блоке 522 установка рассчитает разницу между фактическим давлением и контрольным значением давления, и на основании рассчитанной разницы в блоке 524 можно будет рассчитать значение ошибки. Таким образом, в зависимости от разницы между требуемым контрольным значением и фактическим значением давления установка автоматически настроит входные и рабочие параметры. Например, в блоке 526 частота вращения каждого насоса 100 может быть настроена в соответствии с требуемым давлением и расходом для уменьшения значения ошибки. Дополнительно, в зависимости от требований установки, больших или маленьких, установка 100 повышения давления воды отреагирует на соответствующую частоту вращения и уменьшит гидравлический удар, при этом используя соответствующую мощность (в киловаттах (кВт)). В соответствии с альтернативным вариантом осуществления вместо автоматической настройки рабочих параметров в зависимости от переменных потребностей в давлении, установка 100 повышения давления воды может начать работу при фиксированной минимальной частоте вращения, при которой ни расход, ни давление не возникают до тех пор, пока установка 100 не ускорится при заданной частоте вращения до об/мин., необходимых для достижения контрольного значения. Альтернативно, чтобы достигнуть необходимой потребности в давлении, насосы 106 могут ускоряться слишком быстро и могут превышать значения давления, таким образом превышая заданное давление, что может привести к необходимости установки клапанов снижения давления (PRV) для защиты труб и компонентов от повреждений.

Дополнительно в блоке 526 установка может автоматически настроить рабочие параметры, так что когда потребность превысит возможности одного насоса 106, подключатся дополнительные насосы 106. После достижения требуемого контрольного значения давления или расхода работающие насосы 106 достигнут частоты вращения, которая соответствует наиболее эффективному участку на кривой. Если частота вращения работающих насосов 106 опустится ниже контрольного значения, при котором расход или давление не возникают, один насос отключится и снова начнется процесс подбора для оставшихся насосов, пока не останется только один насос 106. Когда частота вращения этого последнего насоса уменьшится до контрольного значения, насос 106 будет отключен, и контроль установки будет продолжаться до тех пор, пока новый запрос не поступит от преобразователей 252 установки.

Также, необязательно, контроллер 102 предусматривает один или несколько аварийных сигналов технического обслуживания, которые создают оповещение для оператора установки 100 повышения давления воды. Пороговые значения аварийных сигналов технического обслуживания могут быть определены пользователем; они помогают контролировать один или несколько насосов 106, приводных блоков 104, электродвигателей, преобразователей и контроллер 102. Оповещения могут передаваться оператору различными способами. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления оповещения передаются локально посредством зрительного и/или звукового аварийного сигнала, связанного с экраном 132. В соответствии с другим вариантом осуществления оповещения передаются на дистанционное устройство 105 оператора через сеть 103, как показано на фиг. 1, которая может быть сетью данных и/или голосовой сетью. В соответствии с конкретным вариантом осуществления оповещения передаются на дистанционное устройство 105 оператора через сеть 103, которая может быть беспроводной сетью. В соответствии с другим вариантом осуществления оповещения передаются в сеть 103 от установки 100 повышения давления воды через кабель. Затем оповещения могут быть направлены на дистанционное устройство 105, например персональный компьютер, телефон или другое устройство. Оповещения являются особенно преимущественными, поскольку они дают оператору возможность получать доступ и принимать информацию о возможной ситуации, требующей технического обслуживания, дистанционно. В частности, оператор может просматривать оповещения и определять, требуется ли немедленное техническое обслуживание и/или изучение, а также может определять, является ли оповещение неэкстренным.

Дополнительные возможности, которые можно выбрать с помощью контроллера 102, включают просмотр каждого особого рабочего состояния ЧРП и предоставление пользователю возможности управлять насосом по собственному усмотрению или менять частоту вращения вручную. Таким образом пользователь может просматривать информацию о ЧРП, включая, кроме прочего, рабочую температуру, выходную мощность, частоту и аварийные/неисправные состояния. Также пользователь может управлять насосом 106 с требуемой заданной частотой вращения, которая использовалась при испытании или для проверки правильного вращения насоса 106. Если в ЧРП возникло неисправное состояние, оператор может сбросить конкретный неисправный ЧРП в установке 100 повышения давления воды, нажав кнопку сброса. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления оператор просматривает рабочие условия ЧРП или выполняет сброс, руководствуясь инструкцией к ЧРП для управления клавиатурой ЧРП.

Во время эксплуатации оператор включает установку 100 повышения давления воды с помощью переключателя или другого механизма. Во время операции настройки оператор вводит различные рабочие параметры в установку 100 повышения давления воды посредством экрана 132, который в соответствии с некоторыми вариантами осуществления является устройством с сенсорным экраном. Как показано на фиг. 5, пользователю может понадобиться ввести пароль 300 на экране 302 безопасности. Экран 302 безопасности защищает установку 100 повышения давления воды от несанкционированного изменения настроек посторонними лицами. Для доступа нескольких лиц, которые смогут просматривать и/или менять настройки, один или несколько профилей безопасности можно настроить.

После ввода допустимого (например, правильного) пароля пользователь увидит один или несколько экранов настройки и/или рабочих экранов (см., например, фиг. 6-13). Например, у пользователя могут попросить ввести различные настройки контроллера 102. В частности, пользователю может понадобиться выбрать тип требуемого управления (например, нагнетание или расход) и соответствующее контрольное значение (например, давление или объемный расход). Под контрольным значением необходимо понимать поддерживаемое значение в PSI или гал/мин. на выходе из установки 100 повышения давления воды. Также пользователю может понадобиться задать количество насосов 106, управляемых контроллером 102 и используемых в установке 100 повышения давления воды. Дополнительно пользователю может понадобиться выбрать уровень реакции контроллера насоса на изменения в установке. В соответствии с одним вариантом осуществления пользователь может выбрать низкий, средний или высокий уровень требуемой реакции на потребность установки 100 повышения давления воды. Для высокой потребности установки (т.е. быстрое изменение расхода) может быть выбрано высокое значение, а для низкой потребности установки (т.е. медленное изменение расхода) - низкое. Для нормальной работы пользователь может выставить требуемую реакцию на средний уровень.

На фиг. 6 показан один пример экрана настройки насоса, на котором показаны различные поля для заполнения пользователем, включая выбор 312 режима последовательности работы насоса, выбор 314 вращения насоса и выбор 316 ведущего насоса. Экран 310 выбора насоса можно просматривать и/или редактировать, даже когда насосы 106 работают, здесь пользователь может выбрать соответствующую последовательность работы насоса, при этом не программируя ПЛК и не покупая другой контроллер 102. Последовательность работы насоса отличается тем, что пользователь может выбрать ведущий насос (т.е. насос, который будет включаться первым) и запаздывающий насос (остальные насосы, который включаются после ведущего насоса).

Пользователь может выбирать первоочередность включения/выключения при выборе 312 последовательности работы насоса, что означает, что насос 106, определенный как ведущий насос, будет вращаться при каждом цикле запуска. В частности, ведущий насос вращается до тех пор, пока не начнет вращаться следующий насос в последовательности, если только один насос запущен во время цикла. Если было запущено несколько насосов, тогда насос, запущенный вторым, будет считаться новым ведущим насосом. Предыдущий ведущий насос будет выключаться первым, а новый ведущий насос (второй ведущий насос) будет включаться последним в новом цикле запуска. Наконец, второй ведущий насос будет следующим насосом в последовательности.

Если пользователь выбирает 314 синхронизированное вращение насосов, по истечении заданного времени ведущим насосом становится другой насос, и запаздывающие насосы выключаются и включаются при необходимости. Запаздывающие насосы работают согласно последовательности, в соответствии с которой первый включенный запаздывающий насос выключается первым. Если пользователь выбирает 316 тот же ведущий насос, для каждого цикла будет использоваться тот же ведущий насос. Запаздывающие насосы (неведущие насосы) будут выключаться и включаться при необходимости. Запаздывающие насосы работают согласно последовательности, в соответствии с которой первый включенный запаздывающий насос выключается первым.

На фиг. 7 и 8 показаны экраны настройки приводных блоков 104. На фиг. 7 показан информационный экран 320 привода, на котором в реальном времени отображается информация по меньшей мере одного из приводных блоков 104. Например, здесь отображается информация о рабочей частоте вращения, выходном токе, выходной мощности, температуре привода, ваттах в час, отработавших часах и времени работы привода. Для каждого приводного блока 104, работающего в установке 100 повышения давления воды, можно создать один или несколько информационных экранов 320 привода. Аналогично, на фиг. 8 показан экран 330 настройки привода, с помощью которого пользователь может выбрать максимальную и минимальную частоту вращения работы приводного блока 104 в условиях работы установки 100 повышения давления воды в режиме автоопределения или в режиме ручного управления, когда пользователь может определять конкретную минимальную и максимальную частоты вращения насосов 106.

На фиг. 9-11 показаны различные экраны ввода, связанные с одним или несколькими преобразователями 252. Как показано на фиг. 9, экран 340 настройки преобразователя давления нагнетания содержит поля 342 для ввода давления и связанных аварийных сигналов 344. На фиг. 10 показан экран 350 настройки преобразователя давления всасывания, который содержит поля 352 для ввода давления и связанных аварийных сигналов 354. Аналогично, на фиг. 11 показан экран 360 настройки расхода, который содержит поля 362 для ввода расхода и связанных аварийных сигналов 364.

Поля 342, 352 для ввода давления содержат пороговые значения для требуемого максимального и для минимального давления. Поле 362 для ввода расхода содержит нижнее и верхнее требуемые пороговые значения расхода. Если возникает несоответствие пороговым значениям, пользователь получает один или несколько аварийных сигналов 344, 354, 364. Аварийные сигналы можно запрограммировать различными способами. Например, конкретное количество аварийных сигналов, активированных в настройках аварийного сигнала, за заданное количество часов может приводить к созданию установкой неисправного состояния, в результате чего насосы 106 могут прекратить работу. Кроме того, аварийные сигналы могут служить предупреждением о вредных и нежелательных состояниях установки 100 повышения давления воды. После возврата установки 100 повышения давления воды в нормальное рабочее состояние аварийные сигналы могут автоматически сбрасываться. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления неисправные состояния в установке 100 повышения давления воды необходимо сбрасывать вручную сразу после устранения основной причины.

На фиг. 12 и 13 показаны два экрана 370, 380 отображения и ввода настроек аварийного сигнала профилактического технического обслуживания, которые позволяют пользователю не только просматривать выбранные условия возникновения аварийного сигнала в установке 100 повышения давления воды, но и вносить необходимые изменения. Аварийные сигналы технического обслуживания помогают контролировать одно или несколько из насосов 106, приводных блоков 104, преобразователей 252 и контроллера 102. Например, на фиг. 12 показано рабочее состояние насосов 106, включая количество запусков, рабочих часов насосов, рабочих часов электродвигателя и приводного блока 104, а также связанные с ними параметры. Аналогично, на фиг. 13 показано рабочее состояние одного или нескольких преобразователей 252, включая часы работы преобразователей давления, часы работы преобразователей расхода и часы работы ПЛК, а также связанные с ними параметры.

На фиг. 14 и 15 показаны экраны 390, 400 настройки аварийных сигналов, с помощью которых пользователь может создавать различные настраиваемые аварийные сигналы. Один или несколько аварийных сигналов могут быть созданы для работы установки 100 повышения давления воды в автоматическом режиме или ручном режиме. Аварийные сигналы призваны предупреждать пользователя о различных рабочих условиях, включая, например, аварийный сигнал, указывающий на то, работает ли один или несколько насосов 106, аварийный сигнал, указывающий на то, что давление нагнетания воды на выходе из установки 100 повышения давления воды слишком высокое или слишком низкое, аварийный сигнал указывающий на то, что давление всасывания слишком высокое или слишком низкое, аварийный сигнал, указывающий на неправильную работу приводных блоков 104, и аварийный сигнал, указывающий на то, что неисправное состояние было активировано любым из давления нагнетания, давления всасывания и/или расхода.

Любой из указанных выше экранов отображения или ввода может отображаться пользователю локально на экране 132, дистанционно посредством программы для смартфона и/или другим подходящим способом. Например, один или несколько экранов 370, 380 отображения и ввода аварийных сигналов технического обслуживания могут отображаться пользователю дистанционно, тем самым позволяя пользователю оценить возможную ситуацию технического обслуживания и определить ее серьезность. Благодаря аварийным сигналам технического обслуживания пользователь или удаленный наблюдатель может запланировать замену компонентов до их выхода из строя или окончания срока службы. Аварийные сигналы и неисправности дают пользователю возможность провести диагностику установки 100 повышения давления воды и определить возможную причину активированного аварийного сигнала/неисправности. Таким образом удаленный и/или локальный пользователь может определить, какие действия нужно предпринять для замены или ремонта конкретных компонентов установки 100 повышения давления воды.

Функциональные экраны, показанные на фиг. 5-15, могут быть настроены и использованы пользователем различными способами. Например, функциональные экраны могут отображаться в любом порядке, удобном для пользователя, для ввода необходимых входных данных и рабочих параметров. Более того, функциональные экраны могут скрывать некоторую информацию, дополнительно отображать информацию или менять отображаемую информацию местами. Например, экран 390 настройки аварийных сигналов, показанный на фиг. 14, может насчитывать до восьми значений для ввода, как показано, или альтернативно меньшее количество значений для ввода. Такие выбираемые значения получают от другого устройства, и они указывают на аварийный сигнал, неисправность, сброс или изменение выходного контакта реле для управления другими вспомогательными устройствами, расположенными, например, в насосной или рядом с ней. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления одно или несколько условий возникновения аварийного сигнала могут быть предварительно заданы. В соответствии с другим вариантом осуществления пользователь может настраивать один или несколько аварийных сигналов. В соответствии с другим вариантом осуществления один или несколько аварийных сигналов предварительно заданы, а один или несколько аварийных сигналов настраиваются пользователем. Таким образом, описанные выше разные функциональные экраны не ограничены по конфигурации и/или способу взаимодействия с пользователем.

Во время эксплуатации установка 100 повышения давления воды подает воду в места с конкретными рабочими параметрами. Пользователь вводит один или несколько параметров установки, и установка контролирует параметры и настраивает их, в случае автоматического режима. Альтернативно установка 100 повышения давления воды может работать в режиме ручного управления или в автоматическом режиме с переходом на ручное управление. В любом из режимов вода поступает во всасывающий коллектор 200, проходит по трубам 204 и поступает в насосы 106. Насосы 106 доводят воду до требуемого давления и/или расхода и выводят ее через трубы 230 из нагнетательного коллектора 236. За одним или несколькими компонентами установки 100 повышения давления воды во время эксплуатации ведется контроль, данные о параметрах отображаются локально и/или дистанционно. Аварийные сигналы, касающиеся одного или нескольких рабочих параметров, и условия возникновения аварийного сигнала могут отображаться локально и/или дистанционно. Пользователь может вносить изменения в установку локально и/или дистанционно посредством экрана 132 и/или дистанционного устройства 105 с помощью программы для смартфона.

Один или несколько вводимых рабочих параметров (т.е. решения, принятые для управления установкой, а не просто «лестничные схемы») в ПЛК могут храниться на SD-карте, которая может использоваться в установке 100 повышения давления воды. В частности, параметры могут быть предварительно заданы и сохранены на SD-карте производителем, а потом отправлены клиенту для загрузки. Пользователь может сохранить установленные рабочие параметры, которые можно загрузить в контроллер 102. Загруженные в контроллер рабочие параметры можно использовать для восстановления контроллера 102 после незапланированных изменений, выполненных оператором, или для использования альтернативных параметров. Более того, пользователь может загружать оригинальные параметры, установленные на заводе-изготовителе, с SD-карты в ПЛК.

Различные компоненты установки 100 повышения давления воды, включая всасывающий коллектор 200, трубы 204, 230, и/или нагнетательный коллектор 236, предпочтительно выполнены из нержавеющей стали. Компоненты также могут быть выполнены из других материалов, таких, например, как металлы, сплавы, полимеры и любые другие подходящие материалы. Например, в соответствии с одним вариантом осуществления один или несколько компонентов установки 100 повышения давления воды выполнены из чугуна. Любые компоненты установки 100 повышения давления воды могут быть выполнены из гидрофильного или гидрофобного материала и/или могут содержать гидрофильное или гидрофобное покрытие. Гидрофильное или гидрофобное покрытие может способствовать протеканию воды через установку 100 повышения давления воды. Также могут быть использованы другие покрытия, включая замедлители коррозии, противомикробные вещества и т.д.

Установка 100 повышения давления воды может, необязательно, содержать другие компоненты, такие как расходомер, гидропневматический бак, силовой распределительный щит и т.д.

Специалистам в области техники настоящего изобретения будет понятно, что приведенное раскрытие было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления и примеры, которые не ограничивают его, а также что многочисленные другие варианты осуществления, примеры, применения, модификации и отступления от вариантов осуществления, примеров и применений входят в объем прилагаемой формулы изобретения. Раскрытие всех документов, приведенных в настоящей заявке, включено в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки, как если бы каждая отдельная публикация или патент были специально включены в настоящий документ посредством ссылки.

Раскрыта установка повышения давления воды, оснащенная контроллером, выполняющим алгоритм для определения оптимальных начальных параметров одного или нескольких насосов. Установка повышения давления воды обеспечивает подачу воды на участки при конкретных рабочих параметрах. Вода поступает во всасывающий коллектор, проходит по трубам и поступает в насосы. Насосы доводят воду до требуемого давления и/или расхода и выводят ее через трубы из нагнетательного коллектора. За одним или несколькими компонентами установки повышения давления воды во время эксплуатации ведется контроль, данные о параметрах отображаются локально и/или дистанционно. Аварийные сигналы, касающиеся одного или нескольких рабочих параметров, и условия возникновения аварийного сигнала могут отображаться локально и/или дистанционно. Пользователь может вносить изменения в установку локально и/или дистанционно посредством экрана и/или дистанционного устройства с помощью программы для смартфона. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Установка повышения давления воды, содержащая:

насос, соединенный с приводным блоком;

пользовательский интерфейс; и

контроллер, соединенный с насосом и приводным блоком,

при этом контроллер предназначен для управления по меньшей мере одним рабочим параметром насоса, при этом контроллер дополнительно содержит процессор и память для хранения алгоритма, хранящегося в ней, для определения по меньшей мере одного рабочего параметра насоса, причем по меньшей мере один рабочий параметр представляет собой один из параметров режима последовательности работы насоса, вращения насоса, ведущего насоса и запаздывающего насоса, и

установка повышения давления воды дополнительно выполнена с возможностью ввода пользователем по меньшей мере одного настраиваемого порогового значения аварийного сигнала посредством пользовательского интерфейса, причем сравнивает по меньшей мере один рабочий параметр с пороговым значением аварийного сигнала и передает уведомление пользователю дистанционно при несоответствии пороговому значению;

при этом алгоритм выполнен с возможностью осуществления стадий:

определения контрольного значения, представленного по меньшей мере одним из давления в установке и расхода установки, которые необходимы для установки повышения давления воды;

определения по меньшей мере одной из минимальной частоты вращения и максимальной частоты вращения насоса;

сохранения по меньшей мере одной из минимальной частоты вращения и максимальной частоты вращения насоса в контроллере;

включения одного или нескольких дополнительных насосов в заданное время и с заданной частотой в соответствии с контрольным значением; и

автоматической настройки по меньшей мере одного рабочего параметра, если контрольное значение не достигнуто.

2. Установка повышения давления воды по п. 1, в которой минимальная частота вращения представляет собой частоту вращения, при которой насос обеспечивает расход и увеличивает давление выше давления на входе в установку повышения давления воды.

3. Установка повышения давления воды по п. 1, в которой максимальная частота вращения представляет собой частоту вращения, при которой насос может работать, не подвергая приводной блок перегрузке по току.

4. Установка повышения давления воды по п. 1, в которой по меньшей мере одно настраиваемое пороговое значение аварийного сигнала представляет собой одно из аварийного сигнала, указывающего на давление нагнетания воды на выходе из установки повышения давления воды, аварийного сигнала, указывающего на давление всасывания, аварийного сигнала, указывающего на состояние одного или нескольких приводных блоков, и аварийного сигнала, указывающего на неисправное состояние, которое было вызвано по меньшей мере одним из давления нагнетания, давления всасывания и расхода.

5. Установка повышения давления воды по п. 1, дополнительно содержащая сеть, к которой подключен контроллер и дистанционное устройство, причем дистанционное устройство выполнено с возможностью приема несоответствующего порогового значения аварийного сигнала.

6. Установка повышения давления воды по п. 5, в которой дистанционное устройство представляет собой по меньшей мере одно из подключенной к сети рабочей станции, ноутбука, смартфона и планшета.

7. Установка повышения давления воды по п. 1, в которой контроллер представляет собой программируемый логический контроллер (ПЛК), содержащий процессор, выполненный с возможностью упрощения работы установки повышения давления воды, причем в ПЛК предусмотрен пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) контур регулирования, выполненный с возможностью регулирования по меньшей мере одного рабочего параметра насоса.

8. Установка повышения давления воды по п. 7, в которой ПИД дополнительно выполнен с возможностью расчета разницы между заданной технологической переменной и требуемым контрольным значением и расчета значения ошибки на основании рассчитанной разницы для настройки по меньшей мере одного входного параметра и рабочих параметров с целью уменьшения значения ошибки.

9. Установка повышения давления воды по п. 1, в которой пользовательский интерфейс представляет собой компьютерный пользовательский интерфейс, который содержит сенсорный экран, выполненный с возможностью воздействия на него пользователем.

10. Способ управления одним или несколькими насосами в установке повышения давления воды во время эксплуатации, предусматривающий стадии:

получения ввода первого параметра насоса через компьютерный пользовательский интерфейс, причем первый параметр насоса определен по меньшей мере одним из выбора режима последовательности работы насоса, выбора вращения насоса и выбора ведущего насоса;

получения аварийного сигнала, указывающего на неисправное состояние, причем аварийный сигнал передают за пределы места эксплуатации;

изучения аварийного сигнала и отправки ответного сигнала на один или несколько насосов; и

настройки первого параметра насоса в соответствии с аварийным сигналом;

при этом выбор первого параметра насоса на компьютерном пользовательском интерфейсе предусматривает выбор по меньшей мере одного из первого ведущего насоса и первого запаздывающего насоса, причем первый ведущий насос выполнен с возможностью вращения во время цикла запуска и, если во время цикла запуска запущен только один насос, вращения до первого запаздывающего насоса в последовательности насосов;

при этом первый запаздывающий насос становится новым ведущим насосом и первый ведущий насос становится первым насосом, который будет выключаться, причем новый ведущий насос будет включаться последним в новом цикле запуска, при этом новый ведущий насос представляет собой следующий насос в последовательности, если было запущено несколько насосов.

11. Способ по п. 10, дополнительно предусматривающий стадию по меньшей мере одного из просмотра и редактирования первого параметра насоса на компьютерном пользовательском интерфейсе во время работы одного или нескольких насосов.

12. Способ по п. 10, в котором выбор вращения насоса основан на смене ведущего насоса другим насосом по истечении заданного периода времени, когда выбор первого параметра насоса на компьютерном пользовательском интерфейсе предусматривает выбор вращения насоса.

13. Способ управления одним или несколькими насосами в установке повышения давления воды во время эксплуатации, предусматривающий стадии:

получения ввода первого параметра насоса через компьютерный пользовательский интерфейс, причем первый параметр насоса определен по меньшей мере одним из выбора режима последовательности работы насоса, выбора вращения насоса, выбора ведущего насоса и выбора запаздывающего насоса; и

управления, в результате выбора первого параметра насоса, одним или более насосами в соответствии с по меньшей мере одним из выбора режима последовательности работы насоса, выбора вращения насоса, выбора ведущего насоса и выбора запаздывающего насоса;

при этом выбор первого параметра насоса на компьютерном пользовательском интерфейсе предусматривает выбор по меньшей мере одного из первого ведущего насоса и первого запаздывающего насоса, причем первый ведущий насос выполнен с возможностью вращения во время цикла запуска и вращения до первого запаздывающего насоса в последовательности насосов, если во время цикла запуска запущен только один насос;

при этом первый запаздывающий насос становится новым ведущим насосом и первый ведущий насос становится первым насосом, который будет выключаться, причем новый ведущий насос будет включаться последним в новом цикле запуска, при этом новый ведущий насос представляет собой следующий насос в последовательности, если было запущено несколько насосов.

14. Способ по п. 13, дополнительно предусматривающий стадию по меньшей мере одного из просмотра и редактирования первого параметра насоса на компьютерном пользовательском интерфейсе во время работы одного или нескольких насосов.

15. Способ по п. 13, в котором выбор вращения насоса основан на смене ведущего насоса другим насосом по истечении заданного периода времени, когда выбор первого параметра насоса на компьютерном пользовательском интерфейсе предусматривает выбор вращения насоса.