Регулятор режимов работы насосной станции Советский патент 1987 года по МПК G05D16/20 

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосных станций и может применяться преимущественно на сборно-разборных трубопроводах с насосными станциями, имеющими в качестве привода двигатели внутреннего сгорания, а также может найти применение в различных отраслях народного хозяйства при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Цель изобретения - повыщение эффективности работы насосной станции за счет исключения влияния неточностей в установке насосных станций на трассе полевого магистрального трубопровода ПМТ от изменения плотности и вязкости перекачиваемых продуктов при изменении температуры окружающей среды или при последовательной перекачке.

На чертеже представлена блок-схема регулятора.

Регулятор насосной станции содержит датчик 1 и задатчик 2 максимального давления на выходе насосной станции, подключенные к компаратору 3, собранному на двух операционных ycилитev яx 4 и 5, датчик 6 и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции, подключенные к компаратору 8, собранному на двух операционных усилителях 9 и 10, элемент ИЛИ 11, элементы И 12-14, датчик 15 расхода, формирователь 16 прямоугольного сигнала, блок 17 вычитания частотных сигналов, блок 18 сравнения частотных сигналов, задатчик 19 производительности трубопровода, преобразователь 20 частота - напряжение, пороговый элемент 21 с регулируемым порогом срабатывания, пороговый элемент 22 с устанавливаемым порогом срабатывания, задатчик 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, усилитель 24 мощности, исполнительный механизм 25, тахогенератор 26, установленный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма 25, и насосную станцию 27, установленную в линии трубопровода 28.

Компараторы 3 и 8, собранные по представленной схеме на операционных усилителях 4, 5, 9, 10, входят в состав блока управления, а элемент ИЛИ 11 и элемент И 13 образуют логический блок. На схеме УВ - выход элемента, соответствующий команде на увеличение частоты вращения вала насоса; УМ - выход элемента, соответствующий команде на уменьшение частоты вращения вала насоса.

Пороговые элементы 21 и 22 представляют собой компараторы сигналов. Они предназначены для сравнения однополярных входных напряжений. В момент равенства по абсолютной величине входных сигналов выходное напряжение Ывых переключается в другое предельное состояние.

5

Порог срабатывания элемен та 21 соответствует моменту времени, когда разность напряжения с выхода преобразователя 20 частота-напряжение и напряжения тахоге- нератора 26, которая возрастает от нуля до 11 В, составит 5 мВ. В зависимости от направления вращения электродвигателя исполнительного механизма 25 на увеличение или уменьщение частоты вращения двигателя насосной станции 27 меняется и полярность

напряжения тахогенератора 26. При умень- щении оборотов двигателя насосной станции 27 с выхода тахогенератора 26 снимается напряжение положительной полярности, оно сравнивается с напряжением положительной полярности, снимаемый с выхода элемента 20, При увеличении оборотов двигателя насосной станции 27 с выхода тахогенератора 26 снимается напряжение отрицательной полярности, оно сравнивается с напряжением отрицательной полярности, снимаемым с за0 датчика 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма.

Регулятор работает следующим образом. Перед началом работы насосной станции 27 задатчиком 2 устанавливают максимально возможное давление на выходе насос5 ной станции, обусловленное прочно.стью труб, из которых собран трубопровод 28, задатчиком 7 - минимально допустимое давление на входе насосной станции 27, обусловленное требованиями бескавитацион- ной работы насоса насосной станции 27, а задатчиком 19 - расчетную (заданную) производительность трубопровода 28.

Компараторы 3 и 8 работают следующим образом. Если напряжение с выхода датчика 1 давления больще напряжения с выхо5 да задатчика 2 давления, то на выходе дифференциального усилителя 4 напряжение равно логической единице, а па выходе дифференциального усилителя 5 - логическому нулю. Такое состояние компаратора соответствует команде на уменьшение частоты

О вращения вала насоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного по величине логической единице, поступает на вход элемента ИЛИ.

При равенстве напряжения с выхода датчика 1 давления напряжению с выхода задатчика 2 давления на выходе обоих дифференциальных усилителей 4 и 5 напряжения равны логическому нулю. Когда, наоборот напряжение с выхода датчика 1 давления станет меньще напряжения с выхода задат0 чика 2 давления, то на выходе дифференциального усилителя 4 напряжение будет равно логическому нулю, а на выходе дифференциального усилителя 6 - логической единице. Такое состояние компаратора соответствует команде на увеличение частоты вра5 щения вала насоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного логической единице, поступает на второй вход второго логического эле.мента И.

Аналогично работают датчик 6 и задатчик 7 давления на входе насосной станции с компаратором 8. При этом команде на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции соответствует появление на выходе дифференциального усилителя 9 напряжения, равного по величине логической единице, а команде на уменьшение частоты вращения вала насоса насосной станции - появление напряжения, равного по величине логической единице, на выходе дифференциального усилителя 10.

С началом перекачки жидкости по трубопроводу 28, когда давление на входе насосной станции 27 станет выше значения, устанавливаемого задатчиком 7, последнюю включают в работу, и она начинает плавно повышать частоту вращения вала насоса, а следовательно, и фактическую производительность трубопровода 28 до тех пор, пока с помощью контура регулирования расхода насосной станции не будет зафиксировано равенство заданной и фактической производительности трубопровода 28. Осуц ествля- ется это следующим образом.

Датчик 15 расхода вырабатывает переменные сигналы, частота которых прямо пропорциональна фактической производительности трубопровод а. Эти сигналы усиливаются и формируются в прямоугольные сигналы в формирователе 16 и поступают на входы блока 17 вычитания и блока 18 сравнения частотных сигналов. В блоке сравнения частотных сигналов, па второй вход которого от задатчика 19 поступают частотные сигналы, пропорциональные заданной расчетной производительности трубопровода, эти сигналы сравниваются. Если заданная производительность больше значения фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока 18 сравнения частотных сигналов напряжение равно логической единице, а на втором выходе - логическому нулю. Если же заданная производительность трубопровода меньше значения фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока 18 сравнения частотных сигналов напряжение равно логическому нулю, а на втором выходе - логической единице. При равенстве заданной и фактической . производительности трубопровода на первом и втором выходах блока 18 сравнения частотных сигналов напряжения равны логическому нулю.

После включения в работу насосной станции 27, когда фактическая производительность трубопровода 28 меньше заданной (расчетной), на первом выходе блока 18 сравнения частотных сигналов напряжение равно логической единице, а на втором выходе - логическому нулю. Напряжение, равное логической единице, поступает натре тий вход элемента И 13. Так как на первых двух его входах напряжения, поступающие

5

с выходов дифференциальных усилите.ей 5 и 9, также равны логическим единицам, то и на его выходе напряжение равно логической единице. Это напряжение подается на первый вход третьего элемента И 14, на втором входе которого напряжение, поступающее с выхода порогового элемента 22, также равно логической единице. Напряжение с выхода элемента И 14 поступает на первый вход усилителя 24 мощности. Усилен0 ное напряжение с его первого выхода поступает на первый управляющий вход исполнительного механизма 25 и включает его.

Одновременно с включением электродвигателя исполнительного механизма 25 начинает вращатся тахогенератор 26, размещенный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма 25. Как только его напряжение станет равно или выше напряжения, снимаемого с выхода задатчика 23 скорости вращения электродвигателя исQ полнительного механизма, на выходе порогового элемента 22 вместо напряжения, равного логической единице, появится напряжение, равное логическому нулю, в результате чего прохождение сигнала через третий элемент И 14 прекратится. Электро5 двигатель исполнительного механизма 25 остановится вместе с тахогенератором 26. В результате этого на выходе порогового элемента 22 напряжение снова станет равно логической единице, и к исполнительному механизму 25 снова пройдет команда на увеличение частоты вра1цения вала насоса насосной станции. Так будет до тех пор, пока фактическая производительность трубопровода станет равна заданной, т.е. частота сигналов, поступающих с датчика 15 расхода через формирователь 16 на первый вход

блока 18 сравнения частотных сигналов, сравняется с частотой сигналов, поступающих с выхода задатчика 19 частотных сигналов на его второй вход. В этом случае на первом и втором выходах блока 18

0 сравнения частотных сигналов напряжения станут равны логическому нулю. Прохождение команд через элементы И 13 и 14 прекратится. Исполнительный механизм 25 обесточится. Насосная станция 27 и трубопровод 28 будут работать с заданной про5 изводительностью.

Если по какой-либо причине производительность трубопровода 28 увеличится, па- пример вследствие уменьщения вязкости перекачиваемого продукта, уменьщения сопротивления трубопровода 28 впереди насосной станции 27 или же в результате неправильной установки насосной станции в линии трубопровода (вперед направлению потока), частота сигналов, поступающих с выхода датчика расхода 15, станет больи1е 5 частоты сигналов, поступающих с выхода задатчика 19. Вследствие этого на первом выходе блока 18 сравнения частотных сигналов напряжею1е станет равно логическому

0

нулю, а на втором выходе - логической единице. Это напряжение поступит на третий вход элемента ИЛИ 11 и с его выхода на вход первого элемента И 12.

Одновременно на выходе блока 17 вычи- тания частотных сигналов, появится частотный сигнал, равный разности частот сигналов датчика 15 расхода и задатчика 19. После преобразования этого частотного сигнала в напряжение в преобразователе 20 он поступает на вход порогового элемента 21 и на его выходе напряжение становится равным логической единице. Оно поступает на второй вход первого элемента И 12. Это обеспечивает прохождение через него сигнала с выхода блока 18 сравнения частотных сигналов к усилителю 24 мощности, а от него - усиленного сигнала к исполнительному механизму 25. Исполнительный механизм включается и, перемещая рейку управления подачей топлива двигателя насосной станции 27 в соответствующем направ- лении, уменьшает частоту вращения вала насоса до тех пор, пока фактическая производительность трубопровода 28 не станет равна заданной. В этом случае частота сигналов с выхода датчика 15 расхода сравняется с частотой сигналов с выхода задатчика 19, а на первом и втором выходах блока 18 сравнения и блока 17 вычитания частотных сигналов напряжения станут равны логическим нулям. Это вызовет отключение исполнительного механизма 25, причем в этом случае снижение частоты вращения вала насоса будет происходить со скоростью, пропорциональной разности между заданной по задатчику 19 и фактической производительностью трубопровода 28. Осуществляется это следующим образом. На выходе преобразователя 20 частота- напряжение напряжение пропорционально разности частотных сигналов, поступающих с датчика 15 расхода и задатчика 19. Чем больще эта разность, тем выще напряжение на выходе преобразователя 20 частота-на- пряжение и соответственно на втором входе норогового элемента 21.

При включении исполнительного механизма 25 одновременно включается тахогенера- тор 26. Как только на его выходе напряжение, поступающее на второй вход порогового элемента 21, сравняется с напряжением, поступающим на первый вход, на выходе порогового элемента 21 напряжение станет равно логическому нулю, что воспрепятствует прохождению сигнала через эле- мент И 12 со второго выхода блока 18 сравнения частотных сигналов. Исполнительный механизм обесточится. Если к этому момен- ту заданная и фактическая производительность не сравняются, то исполнительный механизм включится вновь. Продолжитель- ность и частота циклов включения исполнительных механизмов 25 в этом случае зависят от величины разбаланса между за

5

5

0 0

0 5

0

5

данной и фактической производительностью трубопровода 28. Чем больше эта разница, тем больще напряжение на втором входе порогового элемента 21 и тем быстрее снижается частота вращения вала насоса и быстрее уменьщается фактическая производ тельность трубопровода. По мере приближения фактической производительности трубопровода к заданной продолжительность включения исполнительного механизма уменьшается за счет чего исключается динамическое отклонение этого параметра в переходных режимах работы насосной станции 27 и трубопровода 28.

При регулировании режима работы насосной станции 27 по заданной производительности трубопровода согласно описанному контуры регулирования давления на выходе и входе насосной станции играют роль ограничения предельных режимов работы насосной станции. По давлению на выходе предельный режим ограничивается прочностью труб, из которых собирается трубопровод 28, а на входе насосной станции - требованиями бескавитационной работы насоса.

Пределы задаваемых задатчиками 2 и 7 значений давления на выходе и входе насосной станции 27 обычно соответствуют аварийным режимам работы трубопровода, которые могут быть вызваны остановкой на трубопроводе 28 промежуточной насосной станции, засорением трубопровода или прикрытием запорного органа задвижек, которые устанавливаются на некоторых участках трубопровода.

При нормальном режиме работы трубопровода режим работы насосной станции по заданной производительности трубопровода обычно изменяется в пределах минимально допустимого на входе и максимально допустимого давления на выходе насосной станции.

Так, например, если давление на выходе насосной станции станет равно предельному, то на выходе дифференциального усилителя 5 компаратора 3 напряжение станет равно нулю, что воспрепятствует прохождению команд через первый элемент И 13 на увеличение частоты вращения вала насоса, независимо от фактической производительности трубопровода. Насосная станция будет работать при максимально возможном давлении на выходе, не допуская повьипения давления в трубопроводе сверх допустимого и его разрушения. Если по каким-то причинам давление на выходе насосной станции будет продолжать расти и станет выше заданного, то на выходе дифференциального усилителя 4 появится напряжение, равное логической единице. Оно поступит на вход элемента ИЛИ 11, а от него - к первому элементу И 12. А так как до момента включения исполнительного механизма напряжение на выходе тахогенератора 26 всегда равно нулю, а на выходе порогового элемента 21 - логической единице, этот сигнал поступит на первый вход усилителя 24 мощности, который включит исполнительный механизм 25 в направлении на уменьшение частоты вращения вала насоса, а следовательно, и на уменьшение развиваемого насосной станцией 27 давления на выходе.

Аналогично работает контур регулирования давления на входе насосной станции.

Таким образом, при неточной расстановке насосных станций, а также при изменении плотности и вязкости перекачиваемого продукта в результате воздействия температуры окружающей среды или при последовательной перекачке по трубопроводу продуктов с различной плотностью и вязкостью регулятор насосной станции постоянно поддерживает заданную производительность трубопровода.

Формула изобретения

Регулятор режимов работы насосной станции, содержащий задатчик максимального давления и датчик давления на выходе насосной станции, подключенные соответственно к первому и второму входам блока управления, к тр етьему и четвертому входам которого подключены соответственно задатчик минимального давления и датчик давления на входе насосной станции, логический блок, подключенный каждым первым входом группы к соответствующему вы5

ходу блока управления, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с соответствуюнлими выходами логического блока, первый пороговый элемент, входы которого подключены соответственно к выходу тахогенератора и выходу задатчика скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, а выход - к второму входу второго элемента И, второй пороговый элемент, первый вход которого подклю0 чен к выходу тахогенератора, а выход соединен с-вторым входом первого элемента И, усилитель мощности, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, а выходы - с соответствующими управляющими входами исполнительного механизма, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы насосной станции, регулятор содержит контур производительности трубопровода, включающий последовательно соединенные

0 установленный в трубопроводе датчик расхода, формирователь прямоугольного сигнала, блок вычитания и преобразователь частота-напряжение, а также блок сравнения и задатчик производительности трубопровода, выход которого подключен к второму

5 входу блока вычитания и к первому входу блока сравнения, соединенного вторым входом с выходом формирователя прямоугольного сигнала, а выходами - с соответствующими вторыми входами группы логического блока, выход преобразователя частота - напряжение подключен ко второму входу второго порогового элемента.

0

Составитель Л. Цаллагова

сдактор Н. ЕгороваТехред И. ВересКорректор II. Король

Заказ 1435/40Тираж .iiiHi Hoe

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нзобретеннй и 01к:ч,гг11Й

1 13035, .Москва. Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосных станций и может применяться преимущественно на трубопроводах с насосными станциями, имеющими в качестве привода двигатели внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить эффективность работы насосных станций за счет исключения влияния неточностей в установке насосных станций на трассе трубопровода и от изменения плотности и вязкости перекачиваемых продуктов при изменении температуры окружающей среды или при последовательной перекачке. Поставленная цель достигается тем, что регулятор содержит датчик и задатчик давления на выходе насосной станции, подключенные к компаратору, собранному на двух операционных усилителях, датчик и задатчик давления на входе насосной станции, подключенные к компаратору, собранному на двух операционных усилителях, логический элемент ИЛИ, логические элементы И, датчик расхода, формирователь прямоугольного сигнала, блок вычитания частотных сигналов, блок сравнения частотных сигналов, задатчик производительности трубопровода, преобразователь «частота-напряжение, пороговый элемент с регулируемым порогом срабатывания, пороговый элемент с устанавливаемым порогом срабатывания, задатчик скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, усилитель мощности, исполнительный механизм, тахогенератор, насосную станцию, установленную в линии трубопровода. 1 ил. (С (Л со о со о о о