Способ управления насосной станцией Советский патент 1992 года по МПК F04D15/00 

Изобретение относится к способам управления насосными станциями с плавным регулированием подачи и может быть использовано на насосных станциях, обслуживающих два и более потребителей с ограниченными расходами жидкости.

Известен способ управления насосной станцией, заключающийся в определении требуемого давления для нового сочетания включенных потребителей и поддержании полученного значения до последующего изменения сочетания работающих потребителей 1.

Недостатками известного способа являются сложность определения требуемого давления при наличии большого числа возможных сочетаний работающих потребителей и низкая его точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления насосной станцией, заключающийся в периодическом измерении давления и расхода на выходе насосной станции, фиксации изменения сочетания работающих потребителей и регулировании режима работы станции до достижения рабочего режима, соответствующего новому сочетанию работающих потребителей 2.

Недостатками известного способа являются также сложность определения давления на выходе насосной станции при наличии большого числа возможных сочетаний работающих потребителей и низкая его точность.

Цель изобретения - снижение трудозатрат и повышение точности установки параметров рабочего режима.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления насосной станцией, заключающемся в периодическом измерении давления и расхода на выходе насосной станции, фиксации изменения сочетания рабочего режима, соответствующего новому сочетанию работающих потребителей в

Ё

XI

сл

Ј

VJ

45

процессе регулирования режима работы станции определяют текущие значения производной от расхода по давлению и сравнивают их с заданным значением, при этом регулирование режима работы станции пре- кращают при достижении производной от расхода по давлению ее заданного значения.

В существующих способах управления насосными станциями требуемые давления на выходе насосной станции для всех возможных сочетаний работы потребителей, а также расходы и давления на выходе насосной станции при всех возможных нерабочих установившихся режимах их работы, входя- щих в переходные режимы, определяются предварительно расчетным или экспериментальным путем, При этом в случае наличия значительного числа возможных сочетаний работы потребителей использу- ется только расчетный метод так как применение экспериментального метода требует больших затрат труда и времени. Но расчетный метод менее точен. Кроме того, ведение расчетов при значительном числе возмож- ных сочетаний работающих потребителей также характеризуется большой сложностью и трудоемкостью.

Далее, при включении заданного сочетания потребителей и установлении нерабо- чего установившегося режима измеряются расход и напор на выходе насосной станции, последнее сравнивают с предварительно определенными уставками и по их совпадению (наибольшему схождению) оп- ределяют включенное сочетание потребителей, и изменением параметров насосной станции устанавливают на выходе последней предварительно определенные требуемые значения давления. Таким образом, наличие большого числа уставок также усложняет определение требуемого давления.

А если учесть необходимость определения параметров гидросистемы периодиче- ски по мере ее износа в процессе эксплуатации и соответствующего изменения гидравлических характеристик, то решение задачи управления насосной станцией по требуемым давлениям для раз- личных сочетаний работающих потребителей в известном способе предстает весьма серьезной, практически трудно осуществимой проблемой. Кроме того, изменение характеристик гидросистемы в процессе эксплуатации уменьшает также возможность - обеспечения заданной точности поддержание требуемого давления на выходе насосной станции.

В предлагаемом способе, требуемые значения давлений для каждого сочетания потребителей определяют каждый раз непосредственно при включении последних в работу, что и предопределяет его более высокую точность. При этом минимально необходимое значение производной

зависимости расхода от давления (ггт)

определяется расчетным или экспериментальным путем лишь один раз для всей гидросистемы.

Указанные отличительные признаки предложенного способа и определяют соответствие его критериям новизна и существенные отличия.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором показан график совместной работы двух регулируемых путем измерения частоты вращения насосов с двумя потребителями, имеющими ограниченные расходы жидкости.

Ограничение расходов жидкости потребителей обеспечивается установленными на их входах регуляторами давления (см. вертикальные участки расходно-напорных характеристик 1,2 и 1+2 потребителей). Оно может быть обеспечено также без регуляторов давления при работе потребителей с напорами, характерными для практически вертикальных участков характеристик 1,2 и 1+2 (см. верхние участки пунктирных кривых, являющихся продолжением характеристик 1,2 и 1+2 при отсутствии регуляторов давления), например, в системах с некоторыми типами дождевальных устройств и других распылителей жидкостей.

При работе насосной станции в дежурном режиме на утечки (см. напорно-расход- ную характеристику утечек Н f(Qy) или с одним из потребителей с характеристиками 1 или 2 работает один из насосов при частотах вращения щ, П2, пз с напорно-расход- ной характеристикой Im, Ina, пз, а при работе двух потребителей совместно с характеристикой 1+2 функционируют два насоса с напорнорасходной характеристикой (l+ll).

Отметим, что регуляторы давления устанавливаются на входах потребителей для гашения в них избыточных напоров, имеющих место при их совместной работе из-за наличия разницы в условиях подвода к ним жидкости.

Следует также отметить, что с целью обеспечения большей наглядности, в характеристике (1+И)п4 не учтено увеличение потерь напора в трубопроводах при работе двух потребителей, что равносильно случаю, когда жидкость подается в оба потребителя по отдельным трубопроводам.

Способ осуществляется следующим образом.

Контроль давления и расхода на выходе насосной станции, а также частоты вращения приводов работающих насосных агрегатов осуществляется непрерывно. После заполнения трубопроводной системы питающей потребители жидкостью один из насосов работает на компенсацию утечек в рабочей точке У. При включении одного из потребителей рабочая точка смещается либо в точку В, либо в точку А, характеризующие установившиеся нерабочие режимы работы потребителей. После установления этих режимов (факт установления режима определяется по стабилизации контролируемых параметров) оценивается характер изменения мощности включенных потребителей: увеличилось или уменьшилось потребление жидкости по сравнению с предшествующим рабочим режимом (в данном случае режимом компенсации утечек). Если оно увеличилось, что имеет место в рассматриваемом переходном режиме, увеличивая частоты вращения привода работающего насосного агрегата, одновременно

dQ

контролируют

производную -тр- и сравнивают значения последней с минимально необходимой величиной (-тр- ) мин Уставка

производной (-тр-) мин выбирается несколько меньшей минимального значения производных, соответствункцих рабочим точкам- -напорно-расходных характеристик различных сочетаний включений потребителей, но не менее значения производ. dQ

соответствующей точке

характеристики Н f(Qy) при минимально требуемом рабочем давлении на выходе насосной станции Р (эта точка обозначена буквой У; величину (-тр-) мин можно определить

только по характеристике Н f(Qy); ее целесообразно принять несколько большей значения, соответствующего точке У).

При некотором превышении давления на выходе насосной станции {равном приблизительно Abb) уровня точки А или В, в зависимости от того, какой из потребителей

dQ

включен, величина -гр- достигает минимально допустимого значения () При

этом прекращается изменение частоты вращения привода насосного агрегата и фиксируется величина давления на выходе насосной станции, например, РА или Рв. Далее вычитают от зафиксированного значения давления величину Д Нз и находят требуе5 мое давление на выходе насосной станции РА или Рв для текущего сочетания включенных потребителей. Полученная величина давления РА или Рв устанавливается некоторым уменьшением частоты вращения

0 привода работающего насосного агрегата и поддерживается до последующего изменения сочетания работающих потребителей. При включении второго потребителя рабочая точка переходит из точки А или В в точку

5 С или С . После стабилизации параметров на выходе насосной станции и установления промежуточных нерабочих режимов, характеризующихся точкой С1 или С1 , определив характер изменения мощности потребите0 лей (в рассматриваемом режиме она также увеличилась), начинают далее увеличивать частоту вращения привода работающего насосного агрегата при одновременном контdQ

5

0

5

0

5

0

5

роле производной dQ

dP

и сравнении ее

величины с (-тр-) мин. Если при этом подача

работающего насоса или частота вращения его привода достигают максимально допустимых величин, то прекращается повышение частоты вращения привода работающего насосного агрегата (превышение подачи насоса и частоты вращения его привода максимально допустимых величин устанавливается по показаниям датчиков расхода и частоты вращения), включается второй насосный агрегат и, повышая частоту вращения привода последнего, опять производят контроль величины производ. dQ/dQ ,

ной -jpj и сравнение ее с уставкой (-тр-) мин.

При их совпадении прекращается регулирование частоты вращения привода и второго насосного агрегата, фиксируется величина давления на выходе насосной станции PC, вычитается от зафиксированного значения давления величина А Нз и находится требуемое давление на выходе насосной станции для заданного сочетания включенных потребителей Рс. Далее некоторым уменьшением частоты вращения привода одного из работающих агрегатов (лучше привода агрегата, работающего на большей частоте вращения) устанавливается на выходе насосной станции полученная величина давления Рс, после чего выравнивается частота вращения приводов работающих насосных агрегатов с одновременным контролем обеспечения на выходе насосной станции давления Рс. Установленный уровень давления PC поддерживается до очередного изменения сочетания работающих потребителей, в рассматриваемом примере - до выключений одного из потребителей (могут быть включены и оба потребителя одновременно, но при этом способ управления насосной станции осуществляется аналогично рассматриваемому случаю).

При выключении одного из потребителей рабочая точка перемещается из точки С в точку в точку В1. После установления промежуточного стабилизированного нерабочего режима, характеризующегося одной из этих точек, определив характер изменения мощности потребителей (для рассматриваемого режима она изменилась), начинают уменьшать одновременно и равномерно частоту вращения обоих работающих насосных агрегатов, контролируя при

dQ

этом производную -тр и сравнивая ее в величиной (-J7J-) мин (частоту вращения приводов насосных агрегатов можно уменьшать по отдельности, если нет опасности превышения подачи одного из них максимально допустимой величины или если предусмотрен контроль максимально допустимой загрузки каждого насосного агрегата по отдельности).

При достиженииусловия

($-)«() мин прекращается изменение частоты вращения приводов насосных агрегатов, фиксируется давление Ре или РА, вычитается от зафиксированного значения давления величина А Нз, в результате uero находится требуемое давление на выходе насосной станции Рв или РА, которое устанавливается некоторым дальнейшим уменьшением частоты вращения приводов работающих насосных агрегатов. Процедура установки рассчитанного значения требуемого давления на выходе насосной станции Рв или РА осуществляется путем сравнения с ним текущего значения контролируемого давления При совпадении сравниваемых параметров прекращает- ся изменение частоты вращения работающих насосных агрегатов, текущий расход жидкости сравнивается с максимально допустимой величиной расхода для одного насоса, и если величина текущего расхода превышает последнюю, то поддерживают на выходе насосной станции установленное требуемое давление РА или Рв до следующего изменения мощности включенных потребителей. Если же величина текущего расхода не превышает максимально допустимую величину расхода для одного

насоса (или равна ей), как в рассматриваемом примере, то частота вращения привода одного из насосных агрегатов уменьшается до минимально допустимой величины, поеле чего данный насос выключается, а частота вращения второго насосного агрегата увеличивается до установления на выходе насосной станции расчетного значения требуемого давления РА или Рв для включенного сочетания потребителей Далее на выходе насосной станции поддерживается установленное давление до нового изменения сочетания включенных потребителей. При отключении всех работающих потребителей, в частности работающего потребителя в рассматриваемом примере, рабочая точка переходит из точек А или В характеристик I или II вточкуУ или У характеристики Н f(Qy).

Отсутствие включенных потребителей устанавливается по превышению заданной уставки минимального расхода дмин текущего значения последнего (расхода). После этого уменьшением частоты вращения на

выходе насосной станции устанавливается давление Ру, соответствующее дежурному режиму. При этом величина q мин выбирается несколько больше максимально возможного расхода утечек.

Таким образом, применение предлагаемого способа управления насосной станции уменьшается влиянием износа гидросистемы на точность определения требуемого давления и позволяет значительно упростить процесс определения требуемых для различных сочетаний включенных потребителей рабочих давлений на выходе насосной станции за счет резкого сокращения предварительно определяемых и сравниваемых

уставок. Это дает возможность реального получения экономического эффекта от использования насосных агрегатов с регулируемой частотой вращения при обслуживании ими одновременно нескольких потребителей

При этом величины производной (dQ/dP) (скорости изменения расхода в зависимости от изменения давления) может определяться путем ступенчатого приращения (уменьшения)величины давления на выходе насосной станции с заданным шагом ДР и последующей фиксации соответствующих величин приращения (уменьшения) Дд расхода (при этом величина (dQ/dP) определяется каждый раз как частное ( Aq/ /АР).

Следует также отметить, что: величину ДНз необходимо принимать с учетом средней разности уровней требуемых давлений на выходе насосной станции, соответствующих рабочим точкам А, В и С, и давлений, соответствующих точкам, удов- летворяющим условию ( dQ/dP )

«(dQ/dPjmwH. а также с учетом инерцион- ности системы регулирования; величина

ДНз может быть отрицательной для режимов, устанавливаемых уменьшением частоты вращения насосных агрегатов, при преобладающем влиянии фактора инерци- онности. Величина Д Нз может принимать разные значения для режимов, устанавливаемых увеличением или уменьшением частоты вращения насосных агрегатов; в предлагаемом способе управления насос- ной станцией минимально необходимое значение производной (00/йР)мин может быть задано не в виде постоянной величины, а в виде зависимости от суммарной подачи насосной станции, что позволит использовать способ и при отсутствии ограничения расходов потребителей;

при обслуживании всех потребителей одним насосом частота вращения насосного агрегата может не контролироваться-;

расход в предлагаемом способе может контролироваться косвенное помощью датчиков контроля тока нагрузки приводов насосных агрегатов или их мощности.

Формула изобретения Способ управления насосной станцией, заключающийся в периодическом измерении давления и расхода на выходе насосной станции, фиксации изменения сочетания работающих потребителей и регулировании режима работы станции до достижения рабочего режима, соответствующего новому сочетанию работающих потребителей, о т- личающийся тем, что, с целью снижения трудозатрат и повышения точности установки параметров рабочего режима, в процессе регулирования режима работы станции определяют текущие значения производной от расхода по давлению и сравнивают их с заданным значением, при этом регулирование режима работы станции прекращают при достижении производной от расхода по давлению ее заданного значения.

Использование: управление насосной станцией (НС), обслуживающей нескольких потребителей, обеспечивающее снижение трудозатрат и повышение точности установки параметров рабочего режима. Сущность изобретения: способ управления НС состоит в периодическом измерении давления и расхода на выходе НС, определении текущего значения производной от расхода по давлению, фиксирования изменения сочетания работающих потребителей и регулировании режима работы НС при достижении рабочего режима, которое прекращают при достижении производной от расхода по давлению ее заданного значения. 1 ил.

(1+1) а$