Регулятор режимов работы насосной станции Советский патент 1989 года по МПК G05D16/20 

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосных станций, может применяться преимущественно ка сборно-разборных трубопроводах с насосными станциями, имеющими в качестве привода двигателя внутреннего сго- рания, а также может найти применение на трубопроводах, где предусмот- рены высокая точность регулирования их производительности в случае использования различных датчиков расхода, и являться усовершенствованием изобретения по авт.ев, № 1309000..

Цель изобретения - повышение точности регулирования производительности трубопровода с различными датчиками расхода, установленными в линии трубопровода.

На фиг.1 представлена блок-схема регулятора режимов работы насосной

станции; на фиг.;

временная диаграмма, поясняющая принцип коррекции сигнала с выхода установленного дат- 25 чика расхода в случае, когда показатель фактора расхода установленного датчика отличается от фактора регламентного датчика расхода.

Регулятор режимов работы насос- 30 ной станции содержит датчик 1 давления и задатчик 2 максимального давления на выходе насосной станции, подключенные к входам компаратора 3, собранного на двух операционных усилите- 35 лях 4 и 5, датчик 6 давления и задатчик 7 М1шимального давления на входе насосной станции, подключенные к входам компаратора 8, собранного на двух операционных усилителях 9 40 и 10 (компараторы 3 и 8 образуют блок управления (без позиции)),логический блок (без позиции), собранный на элементах ИЛИ 11 и И 12, первьй 13 и второй 14 элементы И, датчик 1 45 расхода 15, формирователь прямоуголь- ного сигнала 16, блок вычитания 17, блок сравнения 18, задатчик 19 производительности трубопровода, преобразователь частота-напряжение 20, о второй пороговьш элемент 21, первый пороговый элемент 22, задатчик 23 скорости вр ащения электродвигателя исполнительного механизма, усилитель мо цности 24, исполнительньп механизм 25, тахогенератор 26, установленный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма, который смонтирован на насосной

станции 27, установленной D линии трубопровода 28. В регулятор режимов работы насосной станции дополнительно введен блок задания факторов 29, состоящий из задатчика фактора регламентного датчика расхода 30 и задатчика фактора установленного датчика расхода 31, блок деления 32 и блок умножения 33.

На схеме фиг.1 введены следующие обозначения: УВ - выход элемента, соответствующий команде на увеличе-i ние частоты вращения вала насоса; К - выход элемента, соответствующий команде на уменьшение частоты вращения вала насоса.

Датчик расхода 15 турбинного или вихревого типов выбирается на соответствующие расходы в зависимости от диаметра трубопровода 28.

Регулятор режимов работы насосной станции работает следующим образом. Перед началом работы насосной станции 27 задатчиком 2 максимального давления устанавливают максимально возможное давление на выходе насосной станции, обусловленное прочностью труб, из которых собран трубопровод 28, задатчиком 7 минимального давления - минимально допустимое давление на входе насосной станции 27 , обусловленное требованиями бес- кавитационной работы насоса станции 27, а задатчиком производительности трубопровода 19 - расчетную заданную производительность трубопровода 28. При этом компараторы 3 и 8 работают следующим образом. Если напряжение с выхода датчика давления 1 больше напряжения с выхода датчика давления 2, то на выходе усилителя 4 напряжение равно логической единице, а на выходе усилителя 5 - логическому нулю. Такое состояние компаратора соответстует команде на уменьшение частоты вращения вала насоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного по величине логической единице, поступает на вход логического элемента ИЛИ 11. При равенстве напряжения с выхода датчика давления 1 напряжению с выхода задатчика максимального давления 2 - на выходе обоих усилителей 4 и 5 напряжения равны логическому нулю. Когда, наоборот, напряжение с выхода датчика давления I станет меньше напряжения с выхода задатчика максимального давления 2, то на выходе усилителя 4 напряжение будет равно логическому нулк:, а на выходе усилителя 5 - логической единице. Такое состояние компаратора соответствует команде на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного логической единице, поступает на второй вход второго ло гического элемента И 12.

Аналогично работают датчик давления 6 и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции с компаратором 8. При этом команде . на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции соответствует появление на выходе 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 ьыходе усилителя 10.

С началом перекачки жидкости по трубопроводу 28, когда давление на входе насосной станции 27 станет выше значения, устанавливаемого задатч ком 7 минимального давления, насосную станцию включают в работу и она начинает плавно повышать частоту вращения вала насоса, а следовательно, и фактическую производительирсть трубопровода 28 до тех пор, пока с помощь,контура регулирования расхода насосной с танции не будет зафик- сировано равенство заданной и фактической производительности трубопровода 28. Осуществляется это следующим образом.

Датчик расхода 15 вырабатывает переменные сигналы, частота которьк прямо пропорциональна фактической производительности трубопровода. Эти сигналы усиливаются и формируются в формирователе прямоугольного сигнала 16 и поступают на входы блока вычитания 17 и блока сравнения 18. В блоке сравнения 18, на второй вход которого поступают частотные сигналы, пропорциональные заданной расчетной производительности трубопровода, от задатчика производительности трубопровода 19. Эти сигналы сравниваются. Если заданная производительность больше значения фактической производительности трубопровода, то на первом вькоде блока сравнения 18 напря0

5

0

5

жение РОВНО логической единице, а на втором выходе - логическому нулю. Если же заданная производительность трубопровода меньше значения фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока сравнения 18 напряжение равно логическому нулю, а на втором выходе - логической единице. При равенстве заданной и фактической производительности трубопровода на первом и втором выходах устройства сравнения частотных сигналов 18 напряжения равны логическому нулю.

После включения в работу насосной станции 27, когда фактическая производительность трубопровода 28 меньше заданной (расчетной), на первом выходе:блока сравнения I8 напряжение равно логической единице, а на втором выходе - логическому нулю. Напряжение , равное логической единице, поступает на третий вход логичесхо- го элемента И 12, и так как на первых двух его входах напряжения, поступающие с выходов дифференциальных усилителей 5 и 9, также равны логическим единицам, то и на его выходе HanrJ ряжение равно логической единице. Это напряжение подается на первый вход второго логического элемента И 14, на втором входе которого нап- ряжение, поступающее с выхода второго порогового устройства 21, также равно логической единице. Напряжение с выхода логического элемента И 14 поступает на первый вход усилитейя мощности 2А. Усиленное напряжение с его первого выхода поступает на первый управляющий вход исполнительного механизма 25 и включает его. Одновременно с включением элекТродви- гателя исполнительного механизма 25 g начинает вращаться тахогенератор 26, размещенный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма 25. Как только его напряжейие станет равно или вьппе напряжения, снимаемого с выхода задатчика 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, на выходе первого порогового элемента 22, вместо напряжения, равного логической единице) станет напряжение, равное логическому нулю. В результате чего про, хождение сигнала через второй логический элемент И 14 прекратится. Электродвигатель исполнительного ме0

5

0

0

5

71493984

ханизма 25 остановится вместе с та- хогенератором 26. В результате этого, на выходе первого порогового элемента 22 напряжение снова станет равно логической единице и к исполнительному механизму 25 снова пройдет команда на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции. Так будет до тех пор, пока фактическая производительность трубопровода не станет равна заданной, т.е. частота сигналов, поступающих с датчика расхода 15 через формирователь прямоух ольного сигнала 16 на первый вход блока сравнения 18, сравняется с частотой сигналов, поступающих с выхода задатчика производительности трубопровода 19 на его второй вход. В этом случае на первом и втором выходах блока сравнения 18 напряжения станут равны логическому нулю. Прохождение команд через логические элементы И 12 и 14 прекратится. Ис- полнительньш механизм 25 обесточится. Насосная станция 27 и трубопровод 28 будут работать с заданной производительностью .

Если по какой-либо причине производительность трубопровода 28 увеличится, например, вследствие уменьшения вязкости перекачиваемого продукта, уменьшения сопротивления трубопровода 2В впереди насосной станции 27, или же в результате неправильной установки насосной- стан- ции в линии трубопровода (вперед по направлению потока), частота сигналов, поступающих с выхода-датчика расхода 15, станет 6ojibme частоты сигналов, поступающих с выхода задатчика производительности трубопровода 19.. Вследствие чего, на первом выходе блока сравнения 18 напряжение станет равно логическому нулю, а на втором выходе - логической единице. Это напряжение поступит на третий вход логического элемента ИЛИ 11 и с его выхода на вход логического элемента И 13.

Одновременно на выходе блока вычи тания 17 появится частотный сигнал, равный разности частот сигналов датчика расхода 15 и задатчика производительности трубопровода 19. После преобразования этого частотного сигнала в напряжение в преобразователе частота-напряжение 20, он посту- I пает на вход второго порогового элеfQ м

5 ч

2Q д

25 р

30 н

40 т

дс П

35

50

55

8

мента 21 и на его выходе напряжение становится равным логической единице, которое поступает на второй вход логического элемента И 13. Это обеспечивает прохождение через него сигнала с выхода блока сравнения 18 к усилителю мощности 23, а от него - усиленного сигнала к исполнительноfQ му механизму 27. Исполнительный механизм включается и, перемещая рейку управления подачей топлива к двигателю насосной станции 27 в соответствующем направлении, уменьшает

5 частоту вращения вала насоса до

тех пор, пока фактическая производительность трубопровода 28 не станет равна заданной. В этом случае частота сигналов с выхода датчика расхо2Q да 15 сравняется с частотой сигналов с выхида задатчика производительности трубопровода 19, а на первом и втором выходах блока сравнения 18 и блока вычитания 17 напряжения станут

25 равны логическим нулям. Это вызовет отключение исполнительного механизма 25. Причем в этом случае снижение частоты вращения вала насоса будет происходить со скоростью, пропорцио30 нальной разности между заданной по задатчику производительности трубопровода 19 и фактической производительностью трубопровода 28. Осуществляется это следующим образом.

На выходе преобразователя частота-напряжение 20, напряжение пропорционально разности частотных сигналов, поступающих с датчика расхода 15 и задатчика производительности .

40 трубопровода 19. Чем больще эта разность, тем вьпие и напряжение на выходе преобразователя 20 частота - напряхчение и соответственно на вто-с ром входе порогового элемента 21.

дс При включении исполнительного механизма 25 одновременно включается тахогенератор 26. Как только на его выходе напряжение, поступающее на второй вход второго порогового элемента 21, сравняется с напряжением, поступающим на первьп вход, на выходе второго порогового элемента 21 напряжение станет равно логическому нулю, что воспрепятствует . прохождению сигнала через логический элемент И 13 со второго выхода блока сравнения 18. Исполнительный механизм обесточится. Если к этому моменту заданная и фактическая про35

50

55

изводительность не сравняются, то исполнительный механизм включится вновь. Продолжительность и частота циклов включения исполнительного механизма 25 в этом случае зависит от величины разбаланса между заданной и фактической производительность трубопровода 28. Чем больше эта разница, тем больше напряжение на втором входе второго порогового элемента 21, и тем быстрее снюкается частота вращения вала насоса и быстрее уменьшается фактическая производительность 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.

В случае применения датчика расхода 15 с фактором, отличающимся от фактора регламентного датчика расхода, или при переходе на другой типоразмер датчика, вследствие различия их факторов частота сигналов с выхода установленкого датчика при той же производительности трубопровода будет другой и будет отличатьг ся от частоты сигналов с выхода регламентного датчика на величину, пропорциональную величине нового фактора. По этой же причине регулятор будет стремиться изменить режим работы насосной станции и установить тем самым новую производительность трубопровода. Она может быть больше или меньше заданной, в зависимости от того, в какую сторону изменился фактор установленного датчика расхода. Таким образом, на трубопроводе может получиться ситуация, когда одни насосные станции стремятся регулировать заданную производительность трубопровода (те насосные станции, на которых установлены регламентные датчики расхода), а другие - отличную от заданной (те, на которых заменили датчики расхода не установленные). В результате имеет место неустойчивая работа трубопровода, которая может привести к аварии.

Для исключения этих негативных явлений, предусмотрена коррекция выходного сигнала установленного датчика

10

15

20

25

93984 -10

расхода с помощью блока Задания Лакто- ра расхода. Коррекция выходного сигнала осуществляется следующим образом.

По паспорту установленного датчика расхода определяется величина фактора, и с помощью задатчика 31 вводится в блок деления 32, где она делится на величину фактора расхода регламентного датчика, вводимую с задатчика 30. На выходе блока деления 32 получается число, как частное от деления величин факторов регламентного и установленного датчиков расхода (К /К.). В блоке уменьшения 33 частное от деления факторов tK,/K умножается на частоту сигналов, поступающих с выхода формирования прямо-угольных сигналов 16.В результате,на - выходе блока умножения 33 формируется сигнал,равный по частоте сигналу, который поступал с регламентного датчика (при той же производительности трубопровода) .

Регулятор режимов работы насосной станции будет регулировать заданную производительность трубопровода в последовательности, описанной выше, и с высокой точностью.

В случае обратной установки (например, после профилактического обслуживания ) регламентного датчика на

задатчике 31 устанавливается его величина фактора и система работает, как описано выше.

При регулировании режима работы насосной станции 27 по заданной производительности трубопровода, согласно вышеописанному, 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 бескавита- ционной работы насоса. Пределы задаваемых задатчиками 2 и 7 значений давления на выходе и входе насос.ной станции 27 обычно соответствуют аварийным режимам работы трубопро вода, которые могут быть вызваны остановкой на трубоТ1роводе 28 промежу точной насосной станции, засорением трубопровода или прикрытием запорного органа задвижки, которые устанавливаются на некоторых участках трубо30

35

40

45

50

55

11493984

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

Так, например, если давление на выходе насосной станции станет равно предельному, то на выходе усилителя 5 компаратора 3 напряжение станет равно нулю, что воспрепятствует прохождению команд через логический элемент И 12 на увеличение частоты вращения вала насоса, независимо от фактической производительности трубопровода. Насосная станция будет ра12

шение 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 расстановые 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, в том числе и при использовании датчиков расхода с различными факторами, регулятор насосной станции пос

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосной станции, может применяться на трубопроводах для точного регулирования производительности трубопровода при использовании в линии различных датчиков расхода и позволяет повысить точность регулирования производительности трубопровода. Регулятор режимов работы насосной станции содержит датчик 1 давления и задатчик 2 максимального давления на выходе насосной станции, компаратор 3, собранный на операционных усилителях 4 и 5, датчик 6 давления и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции, компаратор 8, собранный на операционных усилителях 9 и 10, элементы ИЛИ 11, И 12 и 14, датчик расхода 15, формирователь 16 прямоугольного сигнала, блок вычитания 17, блок сравнения 18, задатчик 19 производительности трубопровода, преобразователь частота-напряжение 20, пороговые элементы 21 и 22, задатчик 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, усилитель мощности 24, исполнительный механизм 25, тахогенератор 26, насосную станцию 27 и трубопровод 28. Для достижения цели в регулятор дополнительно введены блок задания факторов 29, состоящий из задатчика фактора регламентного датчика расхода 30 и задатчика фактора установленного в трубопроводе датчика расхода 31, блок деления 32 и блок умножения 33. 2 ил.

ботать при максимально возможном дав- 2Q тоянно поддерживает заданную произволении на выходе, не допуская повышения давления в трубопроводе сверх допустимого и его разрушения. Если же по каким-то причинам давление на выходе НС будет продолжать расти и стане вьш1е заданного, то на выходе усилителя 4 появится напряжение равное логической единице. Оно поступит на вход логического элемента ЙЛН 11, а от него к логическому элементу И 13. А так как до момента включения исполнительного механизма напряжение на выходе тахогенератора 26 всегда равно нулю, а на выходе порогового элемента 21 - лог1 ческой единице, то этот сигнал поступит на первый вход усилителя мощности 24, который включит исполнительный механизм 25 в направлениина умень5

0

5

дительность трубопровода. Формула изобретения

Регулятор режимов работы нйсос- ной станции по авт.св. № 1309000, отличающий ся тем, что, с целью повышения точности регулирования производительности трубопровода, регулятор содержит последовательно соединенные блок задания факторов расхода регламентного и установленного в трубопроводе датчиков расхода, блок деления и блок умножения, подключенный вторым входом к выходу формирователя прямоугольного сигнала, а выходом - к первому входу блока вычитания и к второму входу блока сравнения.

и

HZ

(pue.2