Устройство автоматического согласо-ВАНия и КОНТРОля РЕжиМОВ МНОгОСТупЕН-чАТыХ НАСОСНыХ и гидРОТРАНСпОРТНыХуСТАНОВОК Советский патент 1981 года по МПК B65G53/66 

отсутствия воздействия изменения подачи последующей ступени на уровень в резервуаре предыдущей; б)не обеспечивает согласования режимов при отборе потока на промежуточной станции для ступеней, расположенных до точки отбора потока, по изложенным выше причинам; в)не обеспечивает согласования режимов в случае снижения подачи какой-либо ступени по причинам неисправности или износа насосов, а также в случае параллельного включения насосов на ступенях с разными характеристиками. Например, в случае снижения подачи последующей ступени из-за неисправности или износа, уровень в ее резервуаре будет иовыщаться неограниченно, а подача не восстанавливается регулятором и требуется зарегулирование предыдущих ступеней, что не может быть достигнуто в этом устройстве. а) не обеспечивает постоянства расхода на выходе при случайном изменении подачи на головной (входной ступени). Так, при уменьшении подачи головной станции устройство уменьшает подачу всех последующих ступеней, тогда как расход на выходе должен оставаться постоянным. д) не обеспечивает контроля и сигнализации наличия неисправностей (снижение подачи) насосов на ступенях (причины снижения подачи перекачной системы), т. е. надежность работы этого устройства невысока. Цель изобретения - повышение надежности. Цель достигается тем, что устройство для каждой ступени снабжено релейным усилителем, анализатором режимов, блоком реверса регулятора, инвертором выходного сигнала регулятора и блоком определения знака приращения перепада давления, который входом соединен с выходом датчика перепада давления, а выходом - с одним из входов анализатора режимов, другой вход которого подключен к выходу блока сравнения, соединенному с входами релейного усилителя и регулятора, а выходы - к одним из входов блоков реверса своей и последующей ступеней, причем выход регулятора соединен с другим входом блока реверса своей ступени, один из выходов которого через инвертор подключен к одному из входов исполнительного механизма своей ступени, а другой - непосредственно к входу исполнительного механизма предыдущей ступени. Кроме того, каждый блок определения знака приращения перепада давления содержит узлы задержки и сравнения, причем вход узла задержки и один из входов узла сравнения являются входом блока, выход узла задержки соединен с другим входом узла сравнения, выход которого является выходом блока. На чертеже изображена блой-схёма предложенного устройства для автоматического согласования и контроля режимов многоступенчатых насосных и гидротранспортных установок. В таблице 1 приведены возможные случаи рассогласования режимов и способы их согласования с помощью устройства, а также сигналы, подаваемые диспетчеру. Устройство для автоматического согласования и контроля режимов многоступенчатых насосных и гидротранспортных установок на каждой г-й ступени насосной перекачной станции (ННС) содержит резервуар 1 с клапаном 2 на верхней крышке, управляемый релейным усилителем 3. В резервуаре 1 установлен датчик 4 текущего уровня Я, выходом подключенный к первому входу блока сравнения 5, который вторым входом соединен с выходом задатчика 6 уровня Яо в резервуаре. Выход блока сравнения 5 соединен с входами релейного усилителя 3 и регулятора 7 1-й ступени и с вторым входом анализатора режимов 8 для выявления причины рассогласования режима в транспортной системе. Первый вход анализатора режимов 8 соединен с выходом блока 9 определения знака приращения перепада давления АР, вход которого подключен к выходу датчика перепада давления 10, установленного на напорном трубопроводе 11 г-й ступени, являющейся одновременно и входным для (г+1)-й (последующей) ступени. Выход регулятора 7 г-й ступени соединен с входом блока реверса 12, предназначенного для переключения выхода регулятора г-й ступени с исполнительного механизма (i-1)-й (предыдущей) ступени на исполнительный механизм своей /-Й ступени. Блок реверса 12 своими первым и вторым входами подсоединен к соответствующим выходам анализаторов режимов 8 /-и и (t-1)-й ступеней, а первым выходом через инвертор 13, предназначенный для реверса выходного сигнала регулятора 7 /-и ступени, подключен к первому входу исполнительного механизма 14 своей ступени, вторым - к второму входу исполнительного механизма 14 (/-1)-й ступени. Исполнительный механизм 14 i-й ступени выходом связан с входом регулирующего органа 15 (управляемая заслонка или «клапан-задвижка), установленный на напорном труопроводе г-й ступени, либо с входом блока управления 16 регулируемого привода 17 для регулирования подачи насоса 18 (или группы насосов). Блок 9 определения знака приращения перепада давления содержит узел задержки 19 и цепь 20, которые входами соединены с выходом датчика перепада давления 10, а выходами - с соответствующими вхоами узла сравнения 21, выходом подклю56

Возможные рассогласования режимов и их устранение

Причина рассогласования режима

Увеличение расхода на выДЯ 0ходе транспортной системы (/+ 1)-й ступени

Уменьшение расхода на выДЯ 0ходе транспортной системы (i + )-й ступени

Увеличение расхода на выДЯ ДЯ|) ходе транспортной системы (г + 1)-й ступени свыше возможностей г-й ступени

Увеличение подачи собДЯ 0ственной /-Й ступени

Снижение подачи собственДЯ 0ной г-й ступени

Подача неисправной собЯ ДЯоственной i-й ступени не восстанавливается

Уменьшение расхода между i-й и (i + 1)-й ступенями

Увеличение расхода между /-Й и (/+ 1)-й ступенями

Подача предыдуш.ей и i-н

ступени ие восстанавливается

819011

Таблица 1

Сигнализация

Способ согласования в предлагаемом устройстве диспетчеру

Увеличение расхода

Прямым подключением регуляторов к г-и ступени (нагрузки)

Прямым подключением реУменьшение расхода гуляторов к г-й ступени (нагрузки)

Реверс регулятора /+ 1-й

Неисправность г-и ступени ступени

Прямым подключением регуляторов к (/- 1)-й ступени

Прямым подключением регуляторов к (1- 1)-й Ступени

Реверс регуляторов всех (г + 1)-ступеней

Прямым подключением регуляторов предыдущих ступеней

Прямым подключением регуляторов предыдущих ступеней

Реверс регуляторов всех г-х ступеней

ченного к первому входу анализатора режимов 8.

На чертеже приведены также возможные точки 22-24 путевого отбора потока между перекачными ступенями или на выходе магистрального трубопровода. Так как соединения упомянутых блоков для (i-f-l)-ft и i-й, t-й и (i-1)-й ступеней аналогичны, то на чертеже не представлены полностью элементы (i-1)-й ступени, а указаны лишь связи с /-Й ступенью.

Для уменьшения габаритов резервуара 1 (емкости) он выполнен закрытым, а на верхней крышке установлен клапан 2, управляемый релейным усилителем 3. Клапан находится в открытом состоянии при значении текуш,его уровня Я в резервуаре 1, равным заданному значению Но, и автоматически закрывающийся при превышении (выше или ниже) текуш,его уровня Я значения Яо на заданную величину. Благодаря этому при рассогласовании режимов и отклонении уровня от заданного значения, при малой емкости резервуара исключаются переливы жидкости из резервуара и подсосы воздуха при его опорожнении в случае уменьшения подачи предыдущей ступени.

Кроме того, что очень важно, выполнение резервуара малой.емкости обеспечивает высокую чувствительность системы при малых изменениях как подачи, так и путевого отбора, улучшает динамические свойства и повышает быстродействие регулирующего канала.

Реализация узлов устройства, кроме типовых узлов системы локальной автоматики, датчиков перепада давления и блока управления регулируемого привода, выполнена на микросхемах серии К 140 и К 155. Так, узел сравнения 21 и инвертор 13 выполнены на операционных усилителях К1УТ401Б. Узел задержки 19 построен в виде набора элементов памяти по схемам динамических запоминающих устройств (ДЗУ), в которых обеспечивается слежение за амплитудой выходного сигнала датчика перепада давления и последующего хранения текущего значения этого сигнала по команде, приходящей от двоичных счетчиков. ДЗУ выполнено на элементах К1УТ401Б, счетчики-на К155ИЕ5. Подключение выходов ДЗУ к узлу сравнения 21 осуществляется коммутатором, выполненным по схеме распределители импульсов на

К155ИЕ5. Анализатор режимов выполнен из схем амплитудных анализаторов перепада и уровня.

Анализатор перепада давления представляет собой двухпороговый амплитудный дискриминатор, имеющий три логических выхода; анализатор уровня - совокупность компараторов различных уровней с дешифратором, имеющий 5 логических выходов. Выходы анализаторов перепада давления и уровня. подключены на комбинационную схему. Анализаторы выполнены на элементах К1УТ401Б, комбинационная схема - на К1ЛБ553. Блок реверса 12 реализован по комбинационной схеме на элементах К1ЛБ553, управляющей транзисторными ключами на МП 37А.

Устройство выполняется в виде отдельного блока и устанавливается на перекачных ступенях магистрального трубопровода, где сопрягается через согласующие входные элементы с соответствующими узлами локальной системы автоматики.

Работа устройства по согласованию и контролю режимов заключается в следующем.

Согласно таблице влияние действующих в трубопроводе и на ступенях возмущений сводится к изменению перепада давления АР или уровня ДЯ в резервуаре или одновременно и уровня, и перепада давления любой ступени вследствие:

а)изменения водопотребления на выходе транспортной системы или в любой промежуточной точке отбора между ступенями (строки 1-3);

б)изменения цодачи i-й ступени при неисправностях, либо случайных сбросах и выключении отдельных насосных агрегатов (строки 4-6);

в)изменения расхода между j-й и (/+ -|-1)-й ступенями по Причинам п. а) или п. б) строки (7-9).

При увеличении (уменьшении) нагрузки на выходе транспортной системы но водопотреблению (или другого полезного продукта, транспортируемого в текущий момент по трубопроводу) происходит увеличение (уменьщение) расхода на выходе ( 1)-й ступени (см. чертеж), уровень в ее резервуаре 1 снижается (повышается) на величину -АЯ(4-А), перепад давления на нагрузке снижается (повышается) на величину -АР(+АР), вследствие подключения (отключения) параллельных ветвей нагрузки за точкой отбора 24.

При этом сигнал, формируемый на выходе датчика 10 (/+1)-й ступени, пропорциональный текущему расходу этой ступени, поступает одновременно на входы узла задёржки 19 и цепи 20 блока 9 определения знака приращения перепада давления. Далее сигналы текущего перепада давления и сдвй-нутого на расчетный интервал времени т с выхода узла задержки 19 поступают на

соответствующие входы узла сравнения 21, на выходе которого формируется сигнал отклонения +ДР(-АР) текущего перепада давления P(t) от перепада Р(-т), который имел место на выходе системы до увеличения (уменьшения) нагрузки, т. е. ДР: Р(0-Р(-т).

Интервал т численно равен расчетному интервалу времени, необходимому для изменения значения параметра перепада давления или уровня на допустимую, расчетную величину, превышающую порог нечувствительности измерительных каналов уровня и перепада давления. Использование только знака приращения перепада давления на допустимую величину значительно повышает точность работы устройства и его помехозащищенность в режиме согласования.

Одновременно по сигналам с выходов датчика уровня 4 о текущем уровне Я в резервуаре 1 и задатчика 6 уровня Яо в этом же резервуаре, поступающих соответственно на первый и второй входы блока сравнения 5, на его выходе формируется сигнал отклонения -ДЯ(+ДЯ) текущего уровня Н(t) от заданного Яо. Далее выходной сигнал блока сравнения 5 поступает на входы релейного усилителя 3, регулятора подачи 7 и второй вход анализатора режимов 8, на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока 9 определения знака приращения перепада давления.

По знакам и величине приращений ДЯ и ДР в анализаторе 8 определяется причина рассогласования режимов: увеличение (уменьшение) нагрузки на выходе (1+1)-й ступени (см. таблицу, строки 1 и 2), вследствие чего в нем срабатывает соответствующий пороговый канал и на первом выходе появляется логический сигнал-команда, поступающая на вход блока реверса 12 регулятора подачи 7 (1+1)-й ступени. По этой команде сохраняется нормальное положение подключения выхода регулятора подачи 7 (i-f 1)-й ступени через второй выход блока реверса 12 этой ступени к соответствующему входу исполнительного механизма 14 f-й ступени.

Вследствие наличия рассогласования по уровню -АЯ(+ДЯ) в резервуаре (+1)-й ступени регулятор подачи 7 этой ступени через исполнительный механизм 14 г-й ступени будет воздействовать на орган 15, либо блок управления 16 привода 17, открывая (закрывая) заслонку или увеличивая (уменьшая) обороты приводного двигателя, пока подача t-й ступени не станет равной расходу (t-f 1)-й ступени и не исчезнет сигнал рассогласования по уровню.

Одновременно при срабатывании соответствующего канала анализатора режимов 8 диспетчеру подается сигнал «увеличение (уменьщение) расхода на выходе (t-f 1)-й ступени. Так как начальное рассогласование по уровню АЯ не превышает порога срабатывания усилителя 3, клапан 2, установленный на крышке резервуара 1, остается открытым, что обеспечивает, работу (t+l)-ft ступени с подключенным открытым резервуаром и необходимую точность отработки ошибки рассогласования режима.

В случае, еслн подача г-й ступени не может быть увеличена по причине неисправности, износа насоса 18 и т. п. при сохранении сигнала -ЛР на выходе блока 9 определения знака прирашения перепада давления (14-1)-й ступени, уровень Н в резервуаре 1 (. ступени снижается так, что на выходе блока сравнения 5 появляется величина рассогласования -АЯ, которая ниже второй пороговой величины -АЯо, т. е. -AH i-АЯо. Величина рассогласования превышает порог срабатывания усилителя 3, который срабатывая, воздействует на клапан 2, закрывающий (герметизирующий) отверстия на верхней крышке резервуара 1 (1-|-1)-й ступени, тем самым предотвращая возможные подсосы воздуха насосом 18 из атмосферы при дальнейшем понижении уровня в резервуаре.

По этой же величине рассогласования срабатывает соответствующий канал анализатора, где устанавливается причина рассогласования режима: «увеличение расхода на выходе (1+1)-й ступени свыше возможностей i-й ступени (строка 3 таблицы),- и на его первом выходе появляется сигнал-команда, по которой блок реверса 12 отключает выход регулятора 7 (14-1)-й ступени от исполнительного механизма i-й ступени и вторым выходом через инвертор 13 подключает к первому входу исполнительного механизма (1-+1)-й ступени.

Инвертор 13 изменяет полярность выходного сигнала регулятора 7, что при одновременном переключении регулятора, при наличии рассогласования на его входе приводит к изменению знака обратной связи с отрицательного на положительный в контуре локальной САР (1+1)-й ступени. Тем самым обеспечивается такой ход исполнительного механизма (1+1)-й ступени, при котором происходит закрытие заслонки органа 15 (либо снижения оборотов приводного двигателя), до тех пор, пока подача (/4-1)-й ступени не станет равной предельной возможной подаче i-й ступени, и исчезнет сигнал рассогласования по уровню АЯ. Одновременно диспетчеру соответствующим каналом анализатора 8 подается сигнал «неисправность на f-й ступени.

После устранения сигнала рассогласования по уровню ниже заданной величины релейный усилитель отключается и восстанавливается открытое состояние клапана 2.

Аналогично действует устройство при увеличении расхода в другой любой точке

отбора 22 или 23. Так, при всех исправных ступенях в случае уменьшения (увеличения) расхода за точкой отбора 23 в трубопроводе 11 и увеличения (уменьшения) его 5 перед точкой 23 вследствие отбора в точке 23 на (1+1)-й ступени сформируются сигналы приращений () и (так как на выходе (1+1)-й ступени еще сохраняется установившийся по расходу режим), по которым в анализаторе 8 идентифицируется причина рассогласования режима, соответствующая строка 7 (8) таблицы.

При этом анализатор 8 (1+1)-й ступени

5 выдает сигнал блоку реверса 12, соответствующий подключению своего регулятора 7 к механизму 14 г-й ступени для увеличения ее подачи. Аналогично анализатор 8 t-й ступени через блок реверса 12 подключает

0 свой регулятор 7 к исполнительному механизму (f-1)-й ступени до исчезновения сигналов рассогласования АЯ.

В случае, если подача какой-либо из ступеней, например (i-1)-й ступени, не может

5 быть увеличена до требуемого значения, равного расходу в точке 23, уровень в резервуаре г-й ступени снижается до величины . По сигналам -АЯ -АЯо и анализатор 8 г-й ступени

0 формирует на своих первом и втором выходах логические сигналы, поступающие на соответствующие входы блоков реверса 12 f-й и (/+1)-й ступени.

В свою очередь, блоки реверса осуществляют переключение выходов собственных регуляторов 7 с исполнительных механизмов предыдущей ступени на исполнительные механизмы своей ступени соответственно с одновременным инвертированием инверторами 13 выходных сигналов регуляторов. При наличии рассогласования уровня в резервуаре 1 i-й ступени работа усилителя 3 совместно с клапаном 2 происходит аналогично описанному выще, а

5 регулятор этой ступени, воздействуя через свой исполнительный механизм, будет прикрывать заслонку (снижать обороты), пока подача этой ступени не станет равной предельной подаче (i-1)-й ступени и исчезнет

0 сигнал рассогласования АЯ.

Уменьшение подачи i-й ступени вызовет понижение уровня в резервуаре 1 (i+l)-й ступени, вследствие чего регулятор 7 (i+ + 1)-й ступени будет прикрывать заслонку

5 органа 15, (уменьщать обороты привода 17), уменьшая тем самым подачу (+1)-й ступени до исчезновения рассогласования АЯ. Так как снижение уровня произошло на i-й ступени, то диспетчеру

0 подается сигнал «неисправность на (i-1)-й ступени.

В случае снижения подачи любой из ступеней, например, i-й ступени, из-за неисправности или износа насоса (строки 5 и 6

5 таблицы) уровень в резервуаре этой ступени повышается, а расход на выходе ступени падает, что приводит к снижению уровня в резервуаре (г + 1)-й ступени, при сохранении установившегося расхода на выходе {t-|-l)-ft ступени (строка 7 таблицы). При этом анализатор режимов 8 г-й и ()-ii ступеней сохраняют прялюе подключение своих регуляторов 7 соответственно на механизмы 14 предыдущих ступеней, что способствует увеличению подачи /-и ступени насколько это возможно. Если подача /-и ступени не увеличивается до требуемого значения, а уровень (1-{-)-й ступени снижается ниже пороговой величины (строка 9 таблицы), то анализатор 8 (1+1)-й ступени через блок 12 переключает свой регулятор 7 на исполнительный механизм (1-|-1)-й ступени и уменьшает ее подачу до исчезновения рассогласования между t-й и (г+1)-й ступенями.

Уменьшение подачи (i-1)-й ступени происходит аналогично описанному выше при сохранении прямого подключения регулятора 7 t-й ступени к механизму 14 (i-1)-й ступени.

Таким образом, устройство от момента включения его в работу обеспечивает согласование режимов как между ступенями, так во всей многоступе гчатой транспортной системе в целом, с одновременной идентификацией причины рассогласования режима, места ее возникновения, контроля и сигнализации диспетчеру.

Автоматическое согласование и контроль режимов в многоступенчатых транспортных установках позволяет значительно уменьшить перегруз транспортных участков и полнее использовать их транспортирующую способность, предотвратить развития кавитации и разрыв потока, ведущих к прекращению подачи, снизить частоту включения и отключения насосных агрегатов и вследствие этого - их износ, а также накапливающиеся последствия, возможные при этом, гидроудары, быстро устранять неисправности либо своевременно проводить профплактические осмотры и ремонты, тем самым снизить энергопотребление гидросистемы, материальные затраты и повысить ееэксплуатационную надежность. Кроме того, использование на промежуточных ступенях регулировочных резервуаров малой емкости позволяет снизить дополнительно капитальные затраты на строительство аварийных

емкостей для приема излишков транснортируемого продукта при переливах.

Формула изобретения

другой вход которого подключен к выходу блока сравнения, соединенному с входами релейного усилителя и регулятора, а выходы - к одним из входов блоков реверса своей и последующей ступеней, причем выход регулятора соединен с другим входом блока реверса своей ступени, один из выходов которого через инвертор подключен к одному из входов исполнительного механизма своей ступени, а другой-непосредственно к входу исполнительного механизма предыдущей ступени.

узлы задержки и сравнения, причем вход узла задержки и один из входов узла сравнения являются входом блока, выход узла задержки соединен с другим входом узла сравнения, выход которого является выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

промышленности, М., «Недра, 1972. с. .

2.Wester I. L. «Hydraulic Transportation at Tenoroc mine «Miningengineering, vol. 3, Jar 1961, p. 281 (прототип). I( I j I(