Способ управления электроприводом башенной насосной установки

 

Изобретение относится к области автоматизации сельскохозяйственного водоснабжения на животноводческих фермах и комплексах, может быть применено для регулирования уровня жидкостей, используемых для других нужд, например в отстойниках загрязненной воды при мойке корнеплодов и др. Цель изобретения - повышение точности регулирования за счет уменьшения влияния потерь давления в нагнетательном трубопроводе. Способ управления электроприводом башенной насосной установки по давлению в нагнетательном трубопроводе без промежуточного водоотбора отличается от известных тем, что отключение электропривода насосной установки производят при значении давления, большем первого значения давления, установившегося в момент стабилизации подачи жидкости насосной установкой после включения ее на значение разности гидравлического давления жидкости в водонапорной башне между верхним и нижним значениями уровней. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

G 05 D 9/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4181367/24-24 (22) 12.01.87 (46) 15.04.89. Бюл. Р 14 (71) Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства (72) В.И.Кудрявцев (53) 621.646(088.8) (56) Усаковский В.М. Водоснабжение в сельском хозяйстве. — M,: Колос, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1015346, кл. С 05 D 9/12, 1981. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ БАШЕННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к автоматизации сельскохозяйственного водоснабжения на животноводческих фермах и комплексах, может быть применено для регулирования уровня жидкостей, 1

Изобретение относится к автоматизации сельскохозяйственного водоснабжения на животноводческих фермах и комплексах, и может быть применено для регулирования уровня жидкостей, используемых для других нужд, например в отстойниках загрязненной воды при мойке корнеплодов и др.

Цель изобретения — повышение точности регулирования за счет уменьшения влияния потерь давления в нагнетательном трубопроводе.

На фиг.1 показана структурная схема башенной насосной установки, на используемых для других нужд, например в отстойниках загрязнечной воды при мойке корнеплодов и др. Цель изобретения — повышение точности регулирования sa счет уменьшения влчяния потерь давления в нагнетательном трубопроводе..Способ управления электроприводом башенной насосной установки по давлению в нагнетательном трубопроводе без промежуточного водоотбора отличается от известных тем, что отключение электропривода насосной установки производят при значении давления, большем первого значения давления, установившегося в момент стабилизации подачи жидкости насосной установкой после включения ее, на значение разности гидравлического давления жидкости в водонапорной башне между верхним и нижним значениями уровней. 5 ил.

2 фиг.2 — график изменения уровня воды в водонапорной башне в автоматическом режиме работы, на фиг.3, 4 и 5 — зависимость гидродинамической ошибки

Ь„(ь) от водопотребления при изменении давления в нагнетательном трубопроводе из стальных водогазопроводных труб с условным проходом 150 мм.

Башенная насосная установка (фиг..1) 4 включает в себя измерительный преобразователь 1 давления, например, типа

"Сапфир-22", расположенный в помещении насосной станции 2 на нагнета,тельном трубопроводе 3, который в се1472881 чении С, соединен с подводящим трубопроводом 4 и в сечении С вЂ” с водо- разборнь«м трубопроводом 5. Водонапорная башня 6 соединена с подводящим трубопроводом 4, на котором расположена задвижка 7, Преобразователь 1 располагается на нагнетательном трубопроводе 3 и в сечении А на расстоянии АС от сечения С в точке с геомет- 1р рическим напором Zä относительно поверхности с нулевым геометр« ческим напором Z = О. Свободная поверхность воды в водонапорной башне 6 находится в сечении В с геометрическим напором 15

Z< и на высоте Н = Z Z над местом

«« расположения преобразователя 1 между верхним Н „ и нижним Н ;„ уровнями.

При автоматическом управлении (см. фиг.2) в течение цикла регулирования 2р можно различить режим паузы в течение времени а = О... с,„, когда уровень EI изменяется от Н „ до Н,„, и режим работы насоса до момента времени «.ч, когда уровень Н изменяется от Н,„ 25 до Н „. IIpH 9TQM I«o трубопроводам 3 >

4, и 5 проходят расходы воды, равные соответственно подаче насоса д, башенному расходу Ц и водопотреблению

Q . В режиме работы насоса его подача 3р равна номинальному значению Q A = Q „, а в режиме паузы Q A = О. В режиме рал боты насоса в течение времениА «««« протекает гидравлический переходный процесс, связанный с пуском насоса, в течение которого ряд гидравлических параметров башенной насосной установки, в том числе и уровень воды в водонапорной башне 6, являются неустановившимися. Переходные гидравлические процессы происходят при смене одного режима работы другим.

Задачей автоматического управления башенной насосной установкой является своевременное определение момента 45 включения насоса, когда вода в водо,напорной башне 6 опускается до уровня Н „;„, и момента отключения насоса, когда вода в водонапорной башне 6 достигает уровня Н „. Для решения этой задачи построим математическую модель измерения уровня воды в водонапорной башне 6 по давлению в нагнетательном трубопроводе 3, определяемому с помощью преобразователя 1, с учетом следующих ограничений, имеющих место на практике.

Трубопроводы 3, 4 и 5 имеют круглые внутренние сечения соответствен««о с диаметрами у ° д 4 у д у равными между собой, т.е.

d ъ d dq d. (1)

Длиной подводящего трубопровода 4 можно пренебречь.

Местными гидравлическими сопротивлениями в трубопроводах 3 и 5 можно пренебречь.

Трубопроводы 3 и 5 соединяются с трубопроводом 4 в сечении С под углом 90

Поскольку de » d, где d> — диаметр напорного бака башни 6, то динамическим напором воды в сечении В можно пренебречь.

Промежуточные водоотборы между насосной станцией и водопотребителем отсутствуют, исходя иэ чего

QS= QA QO

Задвижка 7 полностью открыта.

Атмосферное давление в месте расположения преобразователя 1 и в сечении В одинаково.

С учетом ограничений запишем уравнение Бернулли для сечений А и В в режиме работы насоса

Рд(с) 8сСд0 д ()

Z + — — -+ — -- — — -=Z (С) + д pg goad+ ф

+ — + ° (9 («,) — — + к (-)) +

Рь 80д 1дс рг,««дс С1 с«

8Я еЯ2

1 где Рд () e — значениЯ избыточных давлений соответственно в сечениях А и В, Па;

К (),К, К вЂ” коэффициенты гидравt« лических местных сопротивлений соответственно в сечении С«, задвижки 7 и на входе в водонапорную башню 6, К = 0,5, К

1,0, Яд — коэффициент гидравлического трения в нагнетательном трубопроводе;

h (a ) — инерционный напор, м. ! б\, В функции времени «изображены параметры, изменение которых во времени существенно. Иэ них значения

1472881

Z(а), Р((,), <-: также в следующих вариантах уравне;<ия Бернулли Н(<. ) относятся к измер.-. ым величинам, а остальные — к фа горам помех. Неизменные во времени величины являются конструктивными факторами, зависящими от конкретной башенной насосной установки.

Движение воды в трубопроводах 3, 10

4 и 5 в основном турбулентное. Лишь в некоторых случаях, когда Qд() — + 0 и Яп() — ь О, соответственно в трубопроводах 4 и 5 может возникать ламинарное течение воды, при котором ко- 15 эффициент Кориолиса принимает значение равное 2. Однако в этих случаях величины Q (<.) =О и Q (о) = 0 и в значение коэффициента Кориолиса не играет существенной роли. Поэтому 20 ,принимаем коэффициент Кориолиса рав ным его среднему значению при турбулентном движении жидкости aL = 1,12. где K — коэффициент гидравлического местного сопротивления в сечении С на водоразборном трубопроводе 5 в составе местногО гидравлического сопротивления тройника вытяжного. Для тройника вытяжного приводится коэффи25 циент местного сопротивления, равный 2,3, но в нашем случае отбор давления производится не после, а непосредственно в зоне

30 местного сопротивления в сечении C„. Поэтому значение 2,3 является наибольшим возможным, а в среднем принимаем К с = 1, 15, 35

К вЂ” коэффициент гидравлического в местного сопротивления вхо.да в трубу, К = 0 5 °

Введем понятие гидродинамической ошибки измерения уровня воды в водонапорной башире по давлению в потоке жидкости Ь„(<.,), определяемой следующим выражением

h (c) = Н(<) — — - + h (<,) (6)

Р(<, 1 г

Pg ь Ь

45 где h; (2 ) — инерционная ошибка регулирования. . В установившихся режимах работы насоса и.паузы инерционной ошибкой регулирования можно пренебречь. Тог50 да в режиме работы насоса можно записать („) Г р) () «4с

Kc () Ке) + Жд() Ов(< ). Ke

ss — ц,< } к,), <)) в режиме паузы и

-7 + (K<: + K e) ° (8) л 8Q (a ) р<) 2д ь

В условиях сельскохозяйственного производства все части башенной насосной установки вводятся в эксплуатацию или реконструируются одновременно, при этом трубопроводы 3, 4 и 5 представляют собой одинаковые трубы в одинаковом состоянии. Поэтому коэффициент гидравлического трения для них принимаем одинаковым в данный момент времени и равным Я (с). Согласно формуле Кольбрука, % (<,)

= f(Re,6r) где Re — число Рейнольдса, зависящее для воды от ее температуры, состава и скорости течения;

gr — коэффициент шероховатости. Из графика Никурадзе видно, что в областях квадратичного и даже доквадратичного сопротивления шероховатых русел турбулентной зоны зависимостью коэффициента гидравлического трения от степени турбулизации потока можно пренебречь. В зоне ламинарного и переходных режимов расход относительно мал и значение 9, (с) для определения падения напора по длине не имеет существенного значения. Таким образом, влияние изменения (во времени опре" деляется изменением шероховатости внутренней поверхностИ водоводов..

Местное сопротивление в сечении

С относится к типу тройника приточного, и коэффициент Кс (<.) зависит

Q s(«) от отношения

<< д(<.) Учитывая вышеизложенное, получим

Н (-.) — — — + (Р (-)

Рд(<) 8 ) г —, Г

Вд Pg я(<11(д

-(o) (") - — — К», (-.) — К») + 2Q»(.) x

1. дс л х») (С) кь — )»(») K } — л,(»). (1}

Учитывая те же ограничения, что и для уравнения (3), запишем уравнение для Нвд(о) в режиме паузы

Рд () BQ (<.)

Н (ь) = — --- + - — — — (Kñ„+

&A pg gi(>

10

Из уравнений (7) и (8) видно, что в режиме работы насоса количество помех и степень их влияния на точность Ьпределения уровня выше, чем э режиме паузы. На практике подтверждается низкая точность и надежность определения верхнего уровня воды в башне Н „ по давлению в нагнетательном трубопроводе °

В качестве примера рассмотрим башенную насосную установку, в которой трубопроводы 3, 4 и 5 сооружены из стальных водопроводных труб с условным проходом d y = 150 мм и длиной трубопровода 3 1д = О; 100 и 1000 м.

Тогда для таких труб A ; 0,0126, д „= 0,0375, d = 0,155 м. Наибольший предельный расход через трубопровод 3 может составить Qд()

25 х 10 м /с. Принимая 0 ъе — Цд(й) = 25 х 10 м /с и определяя величины К () из соотношений в при:очном тройнике, построим зависимость гидродинамической ошибки h „(i) от изменения водопотребления Q() в соот..=.åòñòâèè с уравнением (7). Результаты расчетов приведены в виде кривых а-е на фиг.3, 4 и 5. При этом кривая соответствует условиям 1I = h;„, = х, дс = o, 1ОО де м, кривая в — h = Ъ ишь

1ООО дс м. кривая д — A = h a

Кривая построена по точкам, рассчитанным для рассматриваемой БНУ по уравнению (8) и показывает характер изменения гидродинамической ошибки регулирования в режиме паузы. Из кривых на фиг.3, 4 и 5 и соотношения (6) можно сделать вывод, что показания измерителя 1 в режиме работы насоса завышены по сравнению с его показаниями в гидростатической системе из,мерения уровня, а в режиме паузы занижены.

При этом величина h„(c,) имеет две составляющие. Одна из них связана с длительным монотонным изменением параметров БНУ в течение всего срока эксплуатации, например с увеличением

3(i) напорных трубопроводов от % ;„ до д „, уменьшением подачи насоса

Яд() иэ-за изменения характеристик водопроводной сети или снижения эксплуатационных характеристик самого насоса. Эту составляющую h„(ñ) наэо15

50 вем эксплуатационной. Другую составляющую образуют случайные колебания пг() в течение цикла регулирования из-за изменения водопотребления Q (с) и и связанной с ним величины гидравлического сопротивления Кс (c ), Кривые а и е на фиг.3 отражают характер этой составляющей гидродинамической ошибки h„(c) при неизменной величине подачи насоса Од(с.).

Очевидно, что для рассматриваемой башенной насосной установки со сколько-нибудь значительной длиной трубопровода 3 преобладающее значение имеют положение кривых и расстояние между кривыми Е и оо, < и g по оси

Ь„(С) на фиг.1 и 5 по сравнению с зависимостью h (<) от водопотребле/

Ф ния Ц ь). Т.е. медленные эксплуатационные изменения гидродинамической ошибки, представляющие собой изменение падения напора в нагнетательном трубопроводе 3, являются основной причиной низкой точности, а часто и невозможности измерения верхнего уровня воды в водонапорной башне 6 по давлению в нагнетательном трубопроводе 3.

Однако в течение. одного цикла регулирования эти изменения пренебрежимо малы. Тогда, измеряя первое установившееся значение давления в нагнетательном трубопроводе 3 после пуска насоса, можно ожидать, что при неизменной подаче насоса, пренебрегая изменением гидродинамической ошибки от водопотребления, значение давления в нагнетательном трубопроводе 3 в момент отключения насоса (Н = Н „) превышает измеренное значение на значение изменения гидростатического давления при наполнении бака водонапорной башни 6. Считая, что за непродолжительное время Ьс „„ гидравлического переходного процесса уровень воды в башне 6 практически не успевает измениться (Н = Н ; ), имеем, что два упомянутых значения давления отличаются на значение изменения гидростатического давления при увеличении уровня воды в водонапорной башне от нижнего до верхнего уровня.

Фо р мул а и э о б р е т е ни я

Способ управления электроприводом башенной насосной установки, осндван1472881

10 ный на изменении давления в нагнетательном трубопроводе без промежуточного водоотбор.:,, заключающийся во включении электропривода башенной насосной установки при значении давления, соответствующем уставке нижнего уровня жидкости в водонапорной башне, и отключении при другом значении давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования за счет уменьшения влияния потерь давления э нагнетательнок трубопроводе, отключение злектропривода насосной установки производят

5 при значении давления большем перу вого значения давления, установившегося в момент стабилиза д и подачи жидкости насосной установкой после включения ее, на значение разности

10 гидравлического давления жидкости в водонапорной башне между верхним и нижним значениями уровней.

1472881

Ю2

hp,м

-Р3

@ P0> s/с

-2 у 1Ю лФ /С

4м

Составитель В.Прямицын

Техред М.Дидык Корректор С.Черни

Редактор И.Рыбченко

Заказ 1710/47 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина;101. ® з,, c

Фиг 8 а е