Способ управления насосами Российский патент 2019 года по МПК F04D15/00 F04D13/12 G05B13/02 

Изобретение относится к способу управления насосами для управлении работой насосной системы по меньшей мере с двумя агрегатами, установленными межу собой параллельно или последовательно.

Такие насосные системы встречаются, например, на площадях фонтанов, на которых имеется несколько фонтанов – каждый по меньшей мере с одним насосом, которые подают воду в фонтаны параллельно. В зависимости от необходимого количества воды насосы могут вводиться в эксплуатацию в разном количестве и эксплуатироваться с разным числом оборотов.

Кроме того, известны насосные системы, в которых для повышения давления несколько насосов включаются последовательно. При этом в зависимости от величины производимой разности давлений насосы могут эксплуатироваться в разном количестве или с разной мощностью.

Если в таких насосных системах совместно эксплуатируются насосы разных видов и разных размеров или с разными условиями гидравлического подсоединения, то эксплуатацию отдельных насосов трудно оптимизировать таким образом, чтобы могли достигаться желательная гидравлическая нагрузка, т.е. желательная разность давлений или расход с минимальным потреблением энергии.

Документ WO 2009/053923 А2 раскрывает способ оптимизации насосной системы, в которой несколько насосов расположены параллельно друг другу. В соответствии с данной системой регистрируется характеристическая кривая для каждого насоса в системе, которая отображает потребление энергии на объемную подачу посредством числа оборотов или соответственно частоты. В зависимости от этих кривых каждый из насосов эксплуатируется с некоторым числом оборотов, при котором потребление энергии минимально. Недостатком упомянутой системы является то, что при изменениях системы перед вводом в эксплуатацию характеристические кривые должны быть определены метрологическим образом.

Документ US 2009/287357 A1 раскрывает способ управления несколькими насосами в насосной системе. В данной системе также требуются сначала исходные значения для каждого насосного агрегата, как например, максимальная мощность насосов, что усложняет ввод в эксплуатацию и затрудняет автоматическую адаптацию процесса к изменениям в системе.

С точки зрения этих проблем задачей изобретения является создание способа управления насосами и насосной системы, обеспечивающих энергооптимальный режим работы нескольких насосных агрегатов.

Эта задача решается с помощью способа управления насосами с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения, а также с помощью насосной системы с признаками, приведенными в пункте 17 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, нижеследующего описания, а также из приложенных фигур.

Способ управления насосами согласно изобретению предусмотрен для управления работой насосной системы с двумя или более насосными агрегатами. При этом несколько насосных агрегатов могут устанавливаться между собой параллельно и/или последовательно. Параллельное включение, как правило, предусмотрено, чтобы с помощью нескольких насосов повысить производительность насоса, в то время как последовательное включение предусмотрено, чтобы путем последовательного включения нескольких насосов обеспечить большее повышение давления.

Согласно изобретению предусмотрен способ управления насосами, позволяющий использовать насосные агрегаты с особенно высокой энергетической эффективностью, т.е. распределять общую нагрузку на несколько насосных агрегатов, чтобы они работали с максимально возможной энергетической эффективностью. При этом гидравлической общей нагрузкой в случае параллельного включения является общий расход насосной системы, в то время как гидравлической общей нагрузкой при последовательном включении насосных агрегатов является общая разность давлений в насосной системе, т.е. общая высота напора насосной системы.

Согласно изобретению на первом этапе определяется общая мощность ЕS всей насосной системы. При этом мощностью является потребляемая мощность всей насосной системы, т.е. потребляемая мощность всех совместно управляемых или соответственно оптимизированных нижеописанным способом насосных агрегатов в насосной системе. В частности, в случае мощности речь идет об электрической мощности, потребляемой насосными агрегатами. По определенной общей мощности определяется общая удельная мощность Е_S, для чего определенная общая мощность берется в отношении к общей гидравлической мощности всей насосной системы. При этом, как описано выше, речь может идти об общем расходе, или общей высоте напора. При этом общей гидравлической мощностью может быть заданная гидравлическая нагрузка, или, предпочтительно, зарегистрированная фактическая общая гидравлическая нагрузка.

На следующем этапе согласно изобретению определяется индивидуальная удельная мощность Е_P.n каждого отдельного насосного агрегата насосной системы. Для этого регистрируется индивидуальная мощность каждого насосного агрегата, т.е. индивидуальная потребленная мощность насосного агрегата, предпочтительно, являющаяся электрической приводной мощностью. Последняя берется затем в отношении к индивидуальной гидравлической нагрузке соответствующего насосного агрегата. При этом индивидуальной гидравлической нагрузкой, как описано при параллельном включении, может быть производительность отдельного насосного агрегата или в случае последовательного включения нескольких насосных агрегатов высота напора, или разность давлений, отдельного насосного агрегата. Индивидуальная удельная мощность Е_P,n образует тем самым отношение индивидуальной мощности насосного агрегата к его индивидуальной гидравлической нагрузке.

По определенной таким образом общей удельной мощности Е_S, а также по индивидуальной удельной мощности Е_P,n каждого насосного агрегата на очередном этапе для каждого насосного агрегата получается индивидуальный коэффициент Е_gain,n нагрузки для каждого насосного агрегата согласно уравнению

Е_gain,n=Е_S/Е_P,n.

На основе этого полученного таким образом индивидуального коэффициента нагрузки для каждого управляемого насосного агрегата насосной системы на очередном этапе адаптируется индивидуальная гидравлическая нагрузка насосного агрегата. Эта адаптация происходит на основе индивидуального коэффициента нагрузки и желательной гидравлической нагрузки, предпочтительно, общей желательной гидравлической нагрузки. Т.е. гидравлическая нагрузка, создаваемая отдельным насосным агрегатом, основываясь на желательной гидравлической нагрузке, т.е., предпочтительно, на общей желательной гидравлической нагрузке, устанавливается с учетом индивидуального коэффициента нагрузки. Т.е. в этом случае отдельный насосный агрегат фактически эксплуатируется не с определенной гидравлической нагрузкой, которая получается из простого арифметического распределения общей желательной гидравлической нагрузки на насосные агрегаты, а гидравлической нагрузкой, адаптированной с помощью коэффициента Е_gain нагрузки. При этом коэффициент Е_gain нагрузки учитывает энергетическую эффективность каждого отдельного насосного агрегата и следит за тем, чтобы в первую очередь или большей частью эксплуатировались насосные агрегаты с большей энергетической эффективностью, так чтобы энергетическая эффективность всей насосной системы повышалась в целом.

Согласно первому варианту осуществления изобретения адаптация индивидуальной гидравлической нагрузки насосных агрегатов происходит в зависимости от желательной индивидуальной гидравлической нагрузки соответствующего насосного агрегата, причем желательная индивидуальная гидравлическая нагрузка, предпочтительно, определяется делением желательной общей гидравлической нагрузки на число активных насосных агрегатов. Т.е. желательная индивидуальная гидравлическая нагрузка определяется простым арифметическим делением общей нагрузки на число имеющихся насосных агрегатов. В дальнейшем в таком случае согласно этому варианту осуществления с учетом индивидуального коэффициента Е_gain,n нагрузки для каждого отдельного насосного агрегата эта заранее определенная индивидуальная гидравлическая нагрузка адаптируется для оптимизации энергии, т.е. увеличивается или сокращается, так что получается распределение гидравлической нагрузки по нескольким насосным агрегатам, отличающееся от предварительно принятого распределения, так что они могут использоваться с максимально возможной энергетической эффективностью. Это означает, что большая доля общей гидравлической нагрузки приходится на насосные агрегаты с особенно высокой энергетической эффективностью.

Кроме того, адаптация индивидуальной гидравлической нагрузки каждого насосного агрегата происходит путем умножения желательной гидравлической нагрузки, в частности, желательной индивидуальной гидравлической нагрузки, на соответствующий коэффициент Е_gain,n нагрузки или путем умножения желательной гидравлической нагрузки на производную коэффициента Е_gain,n нагрузки. Таким образом, с коэффициентом Е_gain,n нагрузки для получения производной может быть произведена математическая операция или, например, он может быть еще перемножен с дополнительными коэффициентами или возведен в степень.

В частности, при последовательном включении насосных агрегатов адаптация индивидуальной гидравлической нагрузки каждого из этих насосных агрегатов, предпочтительно, происходит путем умножения желательной гидравлической нагрузки, в частности, суммарной желательной индивидуальной гидравлической нагрузки, на квадрат соответствующего коэффициента Е_gain,n нагрузки.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения способ управления работает таким образом, что насосный агрегат по меньшей мере из двух насосных агрегатов выключается тогда, когда соответствующий индивидуальный коэффициент Е_gain,n нагрузки, относящийся к этому насосному агрегату, опускается ниже предопределенного минимума. Таким образом, насосный агрегат с малой энергетической эффективностью может отключаться, и вся гидравлическая нагрузка может распределиться по насосным агрегатам с большей энергетической эффективностью.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления насосный агрегат по меньшей мере из двух насосных агрегатов включается тогда, когда соответствующий, предпочтительно, оценочный, индивидуальный коэффициент Е_gain,n нагрузки, относящийся к этому насосному агрегату, превышает предопределенный максимум. Так, например, может быть снова включен насосный агрегат, прежде отключенный на вышеупомянутом технологическом этапе.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере два насосных агрегата установлены параллельно друг другу, причем общей гидравлической нагрузкой всей насосной системы является расход всей насосной системы, а индивидуальной гидравлической нагрузкой каждого насосного агрегата - индивидуальный расход соответствующего насосного агрегата. Кроме того, предпочтительно, чтобы общей желательной гидравлической нагрузкой являлся желательный общий расход насосной системы, состоящей из нескольких параллельно установленных насосных агрегатов.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере два насосных агрегата могут быть включены последовательно, причем общей гидравлической нагрузкой всей насосной системы в этом случае является перепад давлений всей насосной системы, а индивидуальной гидравлической нагрузкой каждого насосного агрегата – индивидуальный перепад давлений, или соответственно индивидуальная высота напора соответствующего насосного агрегата. Кроме того, общей желательной гидравлической нагрузкой при этом, предпочтительно, является общий желательный перепад давлений, или соответственно общая желательная высота напора. При множестве насосных агрегатов может использоваться также комбинация параллельно и последовательно включенных насосных агрегатов, причем управление в этом случае может происходить в зависимости как от расхода, так и от высоты напора.

Согласно другому варианту осуществления способа управления отключенным насосным агрегатом согласно изобретению, для дальнейшего управления учитывается его мощность, т.е. его потребляемая мощность, в частности, электрическая мощность, до отключения. Это означает, что для этого насосного агрегата, пока он выключен, расчет вышеуказанных коэффициентов производится на основе последней мощности перед отключением. Таким образом, может формироваться оценочный индивидуальный коэффициент нагрузки.

Кроме того, предпочтительно, чтобы индивидуальная гидравлическая нагрузка каждого насосного агрегата регулировалась, т.е. чтобы для индивидуальной гидравлической нагрузки в насосном агрегате был предусмотрен контур регулирования. Для этого насосный агрегат может регулироваться, в частности, в отношении своего числа оборотов, так чтобы путем изменения числа оборотов регулирование могло происходить до желательной гидравлической нагрузки. Кроме того, предпочтительно, чтобы регулирование общей гидравлической нагрузки всей насосной системы альтернативно или дополнительно происходило с помощью соответствующего контура регулирования.

Согласно другому предпочтительному варианту способа управления насосным агрегатом согласно изобретению по меньшей мере в одном, предпочтительно, в каждом из насосных агрегатов, происходит регистрация результатов измерения индивидуальной гидравлической нагрузки, а также, предпочтительно, мощности, т.е. потребляемой мощности насосного агрегата. Таким образом, можно отказаться от наружной регистрации результатов измерения. Необходимые результаты измерения, предпочтительно, регистрируются прямо в насосном агрегате. При этом гидравлическая нагрузка, как и высота напора или расход, определяются непосредственно или выводятся также по другим параметрам, в частности, по электрическим параметрам электрического приводного двигателя, при известных условиях с учетом дополнительных результатов измерения. В насосный агрегат непосредственно могут быть интегрированы также необходимые датчики.

Кроме того, предпочтительно, чтобы способ управления насосом согласно изобретению осуществлялся таким образом, чтобы определение удельной индивидуальной мощности Е_P,n каждого насосного агрегата и расчет необходимого коэффициента Е_gain,n нагрузки для каждого насосного агрегата производились индивидуальным устройством управления соответствующего насосного агрегата или же центральным устройством управления нескольких насосных агрегатов. Индивидуальное устройство управления, особенно предпочтительно, может быть интегрировано в сам насосный агрегат.

Описанный ниже способ управления насосом согласно изобретению особенно предпочтительно, осуществляется во время работы насосной системы непрерывно. При этом во время эксплуатации непрерывно происходят адаптация распределения нагрузки и тем самым оптимизация энергопотребления.

Согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения в способе управления насосом может быть предусмотрена еще один дополнительный технологический этап, или этап регулирования, служащий для удержания распределения гидравлической нагрузки в предопределенных пределах. Так, предпочтительно, желательная индивидуальная гидравлическая нагрузка каждого насосного агрегата устанавливается таким образом, чтобы индивидуальные гидравлические нагрузки, по меньшей мере двух, предпочтительно, по меньшей мере трех насосных агрегатов находились в предопределенном отношении друг к другу. Это может давать преимущество, в частности, при использовании параллельно включенных насосных агрегатов, как на площадях фонтанов, поскольку, несмотря на предварительно описанную оптимизацию распределения нагрузки, могут обеспечиваться определенные соотношения между несколькими фонтанами. Так, предусматриваются две наложенные регулировки, а именно, с одной стороны, распределение нагрузки для оптимизации энергопотребления, а в качестве вышестоящей - регулировка, удерживающая распределение нагрузки по отношению друг к другу в предопределенных соотношениях. Так, например, соотношение может быть определено следующим неравенством:

b_i>a_i1⋅q₁+a_i2⋅q₂+a_i3⋅q₃,

причем b₁ является константой, предпочтительно, равной 0, а a_i1, a_i2 и a_i3 являются константами, определяющими отношение q₁, q₂ и q₃ друг к другу. Это пример для трех насосных агрегатов. Соответствующее неравенство могло бы быть составлено и для большего количества агрегатов. Можно обнаружить, что, несмотря на определенные соотношения, пространство для оптимизации, в котором может варьироваться распределение нагрузки для оптимизации энергопотребления, остается.

Наряду с вышеописанным способом управления насосами согласно изобретению предусмотрена насосная система по меньшей мере с двумя агрегатами, причем насосные агрегаты могут быть установлены между собой параллельно или последовательно. В этой насосной системе может использоваться способ управления насосами согласно предшествующему описанию, причем имеется одно или несколько устройств управления, с помощью которых выполняется способ управления. На этот счет имеются указания относительно конструкции насосной системы и ее устройств управления, а также вышеупомянутого описания способа управления насосами, используемого в таких устройствах управления.

Насосная система согласно изобретению содержит по меньшей мере одно устройство управления, выполненное для установки общей желательной гидравлической нагрузки для всей насосной системы и для определения общей удельной нагрузки для всей насосной системы. Если насосы включены параллельно, общей гидравлической нагрузкой является общий расход, в то время как при последовательном включении общей нагрузкой является общий перепад давлений, или соответственно общая высота напора, насосной системы. В случае общей мощности речь идет обо всей потребляемой мощности, в частности обо всей потребляемой электрической мощности, насосной системы, т.е. всех насосных агрегатов, относящихся к насосной системе. Кроме того, в насосной системе предусмотрено по меньшей мере одно устройство управления, которое выполнено для определения индивидуальной удельной мощности Е_P,n отдельного насосного агрегата, определяющей индивидуальную мощность относительно индивидуальной гидравлической нагрузки соответствующего насосного агрегата. С этой целью для индивидуальной мощности Е_P,n каждого насосного агрегата индивидуальная мощность, т.е. потребляемая индивидуальная мощность, в частности, электрическая мощность, делится на индивидуальную гидравлическую нагрузку, т.е. при параллельном включении на индивидуальную производительность или при последовательном включении на индивидуальный перепад давлений. Кроме того, устройство управления выполнено для расчета индивидуального коэффициента Е_gain,n нагрузки для соответствующего насосного агрегата согласно следующему уравнению:

Е_gain,n=Е_S/Е_P,n.

Кроме того, устройство управления для адаптации желательной индивидуальной гидравлической нагрузки соответствующего насосного агрегата выполнено в зависимости от полученного таким образом коэффициента Е_gain нагрузки и от желательной гидравлической нагрузки, в частности, от желательной индивидуальной гидравлической нагрузки. Для этого, как описано выше, желательная гидравлическая нагрузка, т.е., предпочтительно, общая желательная гидравлическая нагрузка, перемножается с коэффициентом Е_gain,n нагрузки или с его квадратом. В этой связи следует указать на вышеприведенное описание способа управления насосами. Все вышеуказанные устройства управления могут быть интегрированы в одно устройство управления. Альтернативно можно предусмотреть по меньшей мере два разных вида устройств управления, а именно, одно центральное устройство управления, устанавливающее общую гидравлическую нагрузку и определяющее общую удельную нагрузку, и локальные устройства управления, выполненные для определения индивидуальной мощности и для расчета индивидуального коэффициента Е_gain нагрузки, а также для адаптации гидравлической нагрузки каждого отдельного насосного агрегата.

Устройство управления, выполненное для определения индивидуального коэффициента нагрузки и для установки индивидуальной гидравлической нагрузки, предпочтительно, как локальное или индивидуальное устройство управления, придано насосному агрегату, и, кроме того, предпочтительно, интегрировано в этот насосный агрегат. Таким образом, достигается децентрализованное управление отдельными насосными агрегатами. В частности, результаты измерения могут непосредственно регистрироваться и обрабатываться непосредственно в отдельных насосных агрегатах.

Особенно предпочтительно, чтобы насосные агрегаты имели приводные двигатели с устанавливаемым и регулируемым числом оборотов. Таким образом, путем изменения числа оборотов может изменяться высота напора или соответственно перепад давлений, или объемный поток. Как описано выше, насосные агрегаты могут быть выполнены таким образом, чтобы они непосредственно регистрировали расход, а при известных условиях перепад давлений, или выводили его по электрическим параметрам.

Насосная система, особенно предпочтительно, выполнена в виде площади фонтанов, причем отдельные насосные агрегаты соотнесены с отдельными фонтанами.

Кроме того, указанные устройства управления, предпочтительно, выполнены таким образом, что они могут осуществлять один или несколько вариантов способа управления насосом.

Особенно предпочтительно, чтобы устройство управления, в частности, центральное устройство управления, могло быть выполнено таким образом, чтобы оно в порядке вышестоящего регулирования приводило индивидуальные гидравлические нагрузки по меньшей мере двух, предпочтительно, трех или более насосных агрегатов, в предопределенное соотношение между собой, или соответственно удерживало распределение нагрузок в предопределенном соотношении между собой. И в этой связи в отношении более подробной формы выполнения следует указать на описание способа управления насосом.

Ниже изобретение описывается на примерах со ссылкой на приложенные фигуры, на которых изображено:

фиг. 1 - схематично насосная система с несколькими параллельно включенными насосными агрегатами,

фиг. 2 – насосная система с несколькими параллельно включенными насосными агрегатами так, как она используется на площади фонтанов,

фиг. 3 – схематично расположение нескольких последовательно включенных насосных агрегатов,

фиг. 4 – схематично способ управления или соответственно регулирования для адаптации распределения нагрузок на несколько насосных агрегатов и

фиг. 5 – схематично дополнительное регулирование для удержания распределения гидравлических нагрузок в предопределенном соотношении.

Способ управления насосом согласно изобретению, или насосная система согласно изобретению, может использоваться в разных формах выполнения, в частности, с параллельным и последовательным включением нескольких насосных агрегатов. На фиг. 1 изображен пример использования, при котором три насосных агрегата 2 установлены в одном контуре параллельно друг другу. Это бустерное использование, при котором три производительности насосов Q₁, Q₂ и Q₃ трех насосных агрегатов 2 складываются в одну общую производительность Q_S. Перепад давлений, или соответственно высота напора Н_S, у всех трех насосных агрегатов 2 при этом одинаковы. При этом насосные агрегаты 2, как показано на фиг. 1 посредством размеров, могут иметь разные параметры.

На фиг. 2 изображено система из трех насосных агрегатов 2, включенных параллельно, но не установленных в контур. Такое применение имеет место, например, на площади фонтанов, причем три насосных агрегата 2 могут быть отнесены к разным фонтанам. И здесь насосные агрегаты 2 имеют разные размеры, как это показано на фиг. 2. В такой форме выполнения три насосных агрегата 2 имеют разные производительности Q₁, Q₂ и Q₃, а также разные высоты Н₁, Н₂ и Н₃ напора, суммируемые в общую производительность Q_S, а также в общую высоту Н_S напора.

На фиг. 3 показано применение, при котором два насосных агрегата 2 включены последовательно, например, для обеспечения большего увеличения давления. Производительность Q_S здесь у обоих насосных агрегатов 2 является одинаковой, однако высоты Н₁ и Н₂ напора обоих насосных агрегатов 2 суммируются в общую высоту Н_S напора. И здесь оба насосных агрегата 2 могут иметь разные размеры.

Поскольку из-за различия размеров насосных агрегатов 2 и разницы в гидравлических условиях подсоединения эти насосные агрегаты 2 работают с разной эффективностью, согласно изобретению с помощью специального способа управления насосом предусмотрено такое распределение всей гидравлической нагрузки, т.е. или общей производительности Q_S, или общей высоты Н_S напора, по разным насосным агрегатам 2, чтобы достигалась наибольшая энергетическая эффективность. При этом насосные агрегаты 2 имеют электрический привод и соответствующие локальные индивидуальные устройства 4 управления. Кроме того, каждая насосная система содержит еще центральное устройство 6 управления, соединенное с индивидуальными устройствами 4 управления линиями сигнализации. Это могут быть или электрические, или оптические линии сигнализации, или же беспроводные линии сигнализации, как, например, линии радиосвязи или связь по линии электропередачи (Powerline).

Способ управления более подробно описывается ниже со ссылкой на фиг. 2. При этом элементы управления, или регулирования, как показано на фиг. 4, соотнесены с индивидуальными устройствами 4 управления, или соответственно задействуются ими, в то время как другие элементы задействуются центральным устройством 6 управления. На фиг. 2 в качестве примера изображены три насоса с производительностями Q₁, Q₂ и Q₃, а также с тремя высотами Н₁, Н₂ и Н₃ напора. На фиг. 2 учитываются только два насоса с производительностями Q₁ и Q₂, а также с высотами Н₁ и Н₂ напора. Однако следует понимать, что в принципе может найти применение любое число насосов. Поэтому ниже для обозначения индивидуальных параметров любого насоса используется индекс n. Отдельные насосные агрегаты потребляют электрическую мощность Pn, имеют производительность Q_n (на фиг. 4: Q₁, Q₂), а также создают перепад давлений, или высоту Н_n напора. В суммирующем модуле 8, который может быть соотнесен с центральным устройством 6 управления, суммируются электрические мощности P_n (здесь Р₁ и Р₂), или соответственно потребление электрической мощности, всех насосных агрегатов 2. В суммирующем модуле 10 суммируется, соответственно, производительность Q_n (Q₁ и Q₂), т.е. гидравлическая нагрузка насосных агрегатов 2. В суммирующем модуле 12 в качестве гидравлической нагрузки суммируются, соответственно, высоты Н_n напора (здесь Н₁ и Н₂). При этом следует понимать, что суммирующий модуль 10 используется для суммирования производительностей Q_n, в частности, при параллельном включении насосных агрегатов 2, в то время как суммирующий модуль 12 используется для суммирования высот Н_n напора при последовательном включении насосных агрегатов 2. Если система предусмотрена только для одного из этих применений, один из этих суммирующих модулей может, соответственно, совсем отпасть. Необходимые параметры, предпочтительно, регистрируются насосными агрегатами 2, или соответственно непосредственно соотнесенными с ними индивидуальными устройствами 4 управления и передаются в суммирующие модули 8, 10 и 12, являющиеся составной частью центрального устройства 6 управления.

Выходные данные, т.е. сумма P_S потребляемых мощностей P_n, из суммирующего модуля 8 подается в вычислительный модуль 14, в котором рассчитывается общая удельная мощность Е_S всей системы, для чего электрическая мощность соотносится с гидравлической нагрузкой, или общая мощность делится на общую гидравлическую нагрузку. В случае параллельного включения насосов гидравлической нагрузкой является общая производительность Q_S, выдаваемая суммирующим модулем 10. В случае последовательного включения насосных агрегатов 2 общей гидравлической нагрузкой является общая высота Н_S напора, выдаваемая суммирующим модулем 12. С помощью блока 16 выборки производится выборка среди сумм суммирующих модулей 10 и 12 в зависимости от использования системы для последовательного или параллельного включения. Если система сконфигурирована исключительно для одного из этих применений и если имеет место отказ от одного из суммирующих модулей 10 или 12 можно, соответственно, отказаться также от модуля 16 выборки. Вычислительный модуль 14 служит для оптимизации издержек, для чего при регулировании всей системы учитывается общая удельная мощность Е_S.

В другой вычислительный модуль 18 также с выхода модуля выборки подается или общая производительность Q_S, или общая высота Н_S напора. Кроме того, на вход вычислительного модуля 18 в качестве достижимой гидравлической, или заданной гидравлической, нагрузки подается эталонная производительность Q_ref или эталонная высоты Н_ref напора. Вычислительный модуль 18 образует для достижения необходимых заданных гидравлических параметров регулятор общей производительности Q_S или общей высоты Н_S напора и выдает в качестве желательной нагрузки желательную производительность Q_D или желательную высоту Н_D напора. Из вычислительного модуля 18 желательная гидравлическая нагрузка, т.е. желательная производительность Q_D и/или желательная высота Н_D напора, подаются в распределительный модуль 20. Соответственно, из вычислительного модуля 14 общая удельная мощность Е_S подается в распределительный модуль 20, передающий эти данные дальше в индивидуальные устройства 4 управления отдельных насосных агрегатов.

Индивидуальные устройства 4 управления содержат соответствующие модули 22 определения коэффициента нагрузки, в которых путем деления общей удельной мощности Е_S на удельную индивидуальную мощность Е_P,n получается индивидуальный коэффициент Е_gain,n нагрузки (здесь Е_gain,1). При этом удельная индивидуальная мощность Е_P,n регистрируется соответствующим насосным агрегатом 2 точно так же, как индивидуальная гидравлическая нагрузка в виде расхода Q_n или высоты Н_n напора. Индивидуальная мощность Р_n делится на индивидуальную гидравлическую нагрузку, в результате чего определяется удельная индивидуальная мощность Е_P,n. На основе формулы

Е_gain,n=Е_S/Е_P,n

в модуле 22 определения коэффициента нагрузки по этим входным параметрам получается удельный коэффициент Е_gain,n нагрузки. Коэффициент Е_gain,n нагрузки подается в модуль 24 адаптации нагрузки, в котором на основе коэффициента Е_gain,n нагрузки и желательной гидравлической нагрузки, т.е. на основе желательной производительности Q_D или желательной высоты Н_D напора, для соответствующего насосного агрегата 2 устанавливаются желательная индивидуальная производительность Q_n,D (здесь Q_1,D и Q_2,D) или желательная индивидуальная высота Н_n,D напора (здесь Н_1,D и Н_2,D). Для этого при параллельном включении насосов, регулируемых по расходу Q_n, коэффициент Е_gain,n нагрузки, предпочтительно, перемножается с желательной гидравлической нагрузкой, т.е. с желательным расходом Q_D. При последовательном включении желательная высота Н_D напора умножается, соответственно, на квадрат Е2gain коэффициента Е_gain нагрузки. В последующем регуляторе 26 в соответствии с желательной индивидуальной высотой Н_n,D напора или с желательной индивидуальной производительностью Q_n,D на основе расхода Q_n (здесь (Q₁ и Q₂), фактически зарегистрированного в насосном агрегате 2, или соответственно фактически зарегистрированной высоты Н_n напора (здесь Н₁ и Н₂)в качестве обратной связи (Feedback) соответствующим образом регулируется гидравлическая нагрузка. На выходе регулятора 26 установлен задатчик 28 числа оборотов, устанавливающий соответственно, число n_n оборотов.

В результате использования коэффициента Е_gain,n нагрузки, получаемого индивидуально для каждого насосного агрегата 2, добиваются того, чтобы тот насосный агрегат 2, который имеет наилучшую экономическую эффективность, имел большую долю в создаваемой гидравлической нагрузке, нежели чем насосный агрегат 2, имеющий меньшую энергетическую эффективность. Кроме того, индивидуальные устройства 4 управления могут быть выполнены таким образом, чтобы они при определенных условиях полностью отключали насосный агрегат. Это, предпочтительно, происходит а том случае, когда коэффициент Е_gain,n нагрузки, полученный для соответствующего насосного агрегата 2, опускается ниже предопределенного минимума. Повторное включение происходит тогда, когда индивидуальный коэффициент Е_gain,n нагрузки снова превысит предопределенный максимум, или предопределенное заданное значение. В выключенном состоянии за основу определения коэффициента Е_gain,n нагрузки вместо фактической удельной индивидуальной мощности Е_P,n берется удельная индивидуальная мощность Е_P,n, действовавшая, или соответственно измеренная, до отключения.

Чтобы при нескольких насосных агрегатах 2, в частности, при площади фонтанов, изображенной на фиг. 2, при параллельном включении насосных агрегатов 2 добиться того, чтобы распределение гидравлической нагрузки происходило в заданных пределах, может устанавливаться вышестоящее дополнительное регулирование, изображенное на фиг. 5. В примерах, изображенных на фиг. 5, предусмотрены три насосных агрегата 2, обозначенных цифрами 1–3. Путем регулирования должно задаваться долевое распределение нагрузки, например, на основе следующего неравенства b_i>a_i1q₁+a_i2q₂+a_i3q₃. В этой формуле b_i, предпочтительно, является константой, показывающей или задающей пределы соотношения компонентов.

На фиг. 5 посредством Q₁, Q₂ и Q₃ обозначены создаваемые насосными агрегатами 2 фактические расходы. Последние суммируются в суммирующем модуле 10, образуя расход Q_S, как описано со ссылкой на фиг. 4.

В регуляторе, или вычислительном модуле 18, происходит регулирование расхода, как описано со ссылкой на фиг. 4, причем выходной сигнал каждого из насосных агрегатов 2 суммируется с сигналом прямой связи (feedforward) Q_ref/k, причем k – означает число работающих насосов, а Q_ref – заданный общий расход. Одновременно каждый индивидуальный расход Q₁, Q₂ и Q₃ умножается на множитель a_i1, соответственно, a_i2 или a_i3. Сигналы, помноженные таким образом, суммируются с константой b_i согласно вышеупомянутой формуле. Затем в регулировочном модуле 32 определяется коэффициент g адаптации. При этом коэффициент g адаптации получается в зависимости от того, насколько выполнено или выполнено ли неравенство в сумматоре 30. Коэффициент g адаптации перемножается с множителями a_i1, a_i2 и a_i3, а затем результат индивидуально для каждого насосного агрегата 2 суммируется в сумматоре 34 с коэффициентом прямой связи (feedforward) Q_ref/k и с выходным сигналом регулятора 18. Таким образом, в качестве результата выдаются величины желательного индивидуального расхода Q_1,D, Q_2,D и Q_3,D, соответствующие желательной индивидуальной гидравлической нагрузке Q_n,D, т.е. желательному индивидуальному расходу Q_n,D. Затем в этом случае согласно фиг. 4 в модуле 34 адаптации нагрузки происходит умножение на индивидуальный коэффициент Е_gain,n нагрузки. Таким образом, одновременно с оптимизацией энергии добиваются того, чтобы отдельные насосы создавали соответствующие определенные доли гидравлической нагрузки, или расхода, или чтобы эти доли изменялись в определенных пределах.

Вышеописанные сумматоры регулировочного модуля устройства управления могут быть выполнены в одной вычислительной системе.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

2 насосные агрегаты

4 индивидуальные устройства управления

6 центральное устройство управления

8, 10, 12 суммирующие модули

14 вычислительный модуль

16 модуль выборки

18 вычислительный модуль

20 распределительный модуль

22 модуль определения коэффициента нагрузки

24 модуль адаптации нагрузки

26 регулятор

28 задатчик числа оборотов

30 сумматор

32 регулировочный модуль

34 сумматор

Е_P,n удельная индивидуальная мощность индивидуального насоса

Е_S общая удельная мощность всей системы

Р_n мощность индивидуального насоса

Q_n расход индивидуального насоса

Н_n высота напора индивидуального насоса

Q_ref заданный расход всей системы

Н_ref заданная высота напора всей системы

Н_D желательная высота напора всей системы

Q_D желательная производительность всей системы

Н_n,D желательная индивидуальная высота напора

Q_n,D желательная индивидуальная производительность

Е_gain коэффициент нагрузки

n_n число оборотов индивидуального насоса

a, b константы

g коэффициент адаптации

Q_S обратная связь (Feedback) по производительности всей системы

Н_S обратная связь (Feedback) по высоте напора всей системы

Р_S обратная связь (Feedback) по мощности всей системы

k число работающих насосов.

Группа изобретений касается управления работой насосной системы (НС), насосные агрегаты (НА) которой, например на площадях фонтанов, могут вводиться в эксплуатацию в разном количестве и эксплуатироваться с разным числом оборотов. Способ управления НА для управления работой НС по меньшей мере с двумя НА (2), установленными между собой параллельно или последовательно, включает: определение удельной потребляемой общей мощности Е_S всей НС, определяющей общую мощность относительно общей гидравлической нагрузки всей НС; определение удельной индивидуальной мощности Е_P,n каждого НА (2), определяющей индивидуальную потребляемую мощность относительно индивидуальной гидравлической нагрузки соответствующего НА (2); расчет индивидуального коэффициента Е_gain,n нагрузки для каждого НА (2) согласно уравнению Е_gain,n=Е_S/Е_P,n; адаптацию индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; Н_n) НА (2) в зависимости от желательной гидравлической нагрузки, а также от индивидуального коэффициента Е_gain,n нагрузки соответствующего НА (2); а также индивидуальное регулирование для каждого НА (2) индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; Н_n). Изобретения направлены на обеспечение энергооптимального режима работы нескольких НА. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления насосами для управления работой насосной системы по меньшей мере с двумя насосными агрегатами (2), установленными между собой параллельно или последовательно, отличающийся следующими этапами:

определение удельной общей мощности E_S всей насосной системы, определяющей общую мощность относительно общей гидравлической нагрузки всей насосной системы,

определение удельной индивидуальной мощности E_P,n каждого насосного агрегата (2), определяющей индивидуальную мощность относительно индивидуальной гидравлической нагрузки соответствующего насосного агрегата (2),

расчет индивидуального коэффициента E_gain,n нагрузки для каждого насосного агрегата (2) согласно уравнению

E_gain,n=E_S/E_P,n,

адаптация индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; H_n) насосных агрегатов (2) происходит в зависимости от желательной гидравлической нагрузки (Q_D; H_D), а также от индивидуального коэффициента E_gain,n нагрузки соответствующего насосного агрегата (2).

2. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что адаптация индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; H_n) насосных агрегатов (2) происходит в зависимости от желательной гидравлической нагрузки соответствующего насосного агрегата (2), причем желательную индивидуальную гидравлическую нагрузку, предпочтительно, определяют посредством деления желательной общей гидравлической нагрузки (Q_D; H_D) на число (k) активных насосных агрегатов (2).

3. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что адаптация индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; H_n) каждого насосного агрегата (2) происходит путем умножения желательной гидравлической нагрузки (Q_D; H_D) на соответствующий коэффициент E_gain,n нагрузки или на его производную.

4. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере два насосных агрегата (2) включены последовательно, а адаптация индивидуальной гидравлической нагрузки (H_n) каждого насосного агрегата (2) происходит путем умножения общей желательной гидравлической нагрузки (H_D) на квадрат соответствующего коэффициента E_gain,n нагрузки.

5. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что насосный агрегат (2) по меньшей мере из двух насосных агрегатов (2) выключают тогда, когда соответствующий индивидуальный коэффициент E_gain,n нагрузки, относящийся к этому насосному агрегату (2), опускается ниже предопределенного минимума.

6. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что насосный агрегат (2) по меньшей мере из двух насосных агрегатов (2) включают тогда, когда соответствующий оценочный индивидуальный коэффициент E_gain,n нагрузки, относящийся к этому насосному агрегату (2), превышает предопределенный максимум.

7. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере два насосных агрегата (2) установлены параллельно друг другу, причем общей гидравлической нагрузкой (Q_S) всей насосной системы является расход (Q_S) всей насосной системы, а индивидуальной гидравлической нагрузкой каждого насосного агрегата (2) является индивидуальный расход (Q_n) соответствующего насосного агрегата (2).

8. Способ управления насосами по п. 7, отличающийся тем, что общей желательной гидравлической нагрузкой является общий желательный расход (Q_D).

9. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере два насосных агрегата (2) включены последовательно, причем общей гидравлической нагрузкой всей насосной системы является перепад (H_S) давлений во всей насосной системе, а индивидуальной гидравлической нагрузкой каждого насосного агрегата (2) является индивидуальный перепад (H_n) давлений в соответствующем насосном агрегате (2).

10. Способ управления насосами по п. 9, отличающийся тем, что общей желательной гидравлической нагрузкой является общий желательный перепад давлений (H_D).

11. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что для отключенного насосного агрегата (2) учитывают его мощность до отключения.

12. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся индивидуальным регулированием индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; H_n) каждого насосного агрегата (2) или регулированием общей гидравлической нагрузки (Q_S; H_S).

13. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что, предпочтительно, в каждом насосном агрегате (2), происходит регистрация результатов измерения индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; Η_n), а также мощности (P_n) насосного агрегата (2).

14. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что определение удельной индивидуальной мощности E_P,n каждого насосного агрегата (2) и расчет индивидуального коэффициента E_gain,n нагрузки для каждого насосного агрегата (2) производят индивидуальным устройством (4) управления для каждого насосного агрегата (2) или центральным устройством (6) управления для нескольких насосных агрегатов (2).

15. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что способ во время работы насосной системы осуществляется непрерывно.

16. Способ управления насосами по п. 1, отличающийся тем, что желательную индивидуальную гидравлическую нагрузку (Q_n,D; H_n,D) каждого насосного агрегата (2) устанавливают таким образом, чтобы индивидуальные гидравлические нагрузки (Q_n; H_n) по меньшей мере двух, предпочтительно, по меньшей мере трех насосных агрегатов (2), находились в предопределенном отношении друг к другу.

17. Насосная система по меньшей мере с двумя насосными агрегатами (2), установленными параллельно или последовательно, отличающаяся

по меньшей мере одним устройством (4, 6) управления, выполненным для установления общей желательной гидравлической нагрузки (Q_D; H_D) для всей насосной системы и для определения удельной общей нагрузки (P_S) для всей насосной системы,

по меньшей мере одним устройством (4, 6) управления, выполненным для определения удельной индивидуальной мощности E_P,n отдельного насосного агрегата (2), определяющим индивидуальную мощность (P_n) относительно индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; H_n) соответствующего насосного агрегата (2), а также для расчета индивидуального коэффициента E_gain,n нагрузки для соответствующего насосного агрегата согласно следующему уравнению

E_gain,n=E_S/E_P,n

и для адаптации желательной индивидуальной гидравлической нагрузки соответствующего насосного агрегата (2) в зависимости от желательной гидравлической нагрузки (Q_D; H_D) и от коэффициента E_gain,n нагрузки.

18. Насосная система по п. 17, отличающаяся тем, что устройство управления, выполненное для определения индивидуального коэффициента E_gain,n нагрузки и для установки индивидуальной гидравлической нагрузки (Q_n; Η_n), соотнесено с насосным агрегатом (2) в качестве индивидуального устройства (4) управления и, предпочтительно, интегрировано в этот насосный агрегат (2).

19. Насосная система по п. 17 или 18, отличающаяся тем, что насосные агрегаты (2) имеют приводные двигатели с устанавливаемым и регулируемым числом (n_n) оборотов.

20. Насосная система по п. 17, отличающаяся тем, что она образует площадь фонтанов.