Способ повышения энергоэффективности насосной станции

Изобретение относится к области водоснабжения городов и населенных мест, а точнее к способу управления энергопотреблением насосной станции, при помощи которой подают воду в систему распределительных труб. Сущность способа состоит в том, что для каждой из диктующих точек сети определяют регулировочную характеристику (R), соответствующую оптимальному энергопотреблению насосной станции при минимально допустимом давлении в диктующей точке. Эти характеристики, а также данные, получаемые от измерителя потребляемой мощности, вводят в автономное регулирующее устройство, определяют контрольную точку и соответствующую ей характеристику (R). Далее координируют совместную работу группы статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели, поддерживая необходимую скорость вращения валов электродвигателей, и/или отключают или включают в работу очередной насос. Изобретение направлено на обеспечение энергоэффективности, снижение капитальных затрат и расширение области применения способа. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области водоснабжения городов и населенных мест, а точнее к способу управления энергопотреблением насосной станции, при помощи которой подают воду в систему распределительных труб.

Известен способ регулирования работы системы лопастных нагнетателей при переменной нагрузке, заключающийся в том, что проводят диагностику энергопотребления при работе группы параллельно включенных лопастных нагнетателей в условиях нестационарной нагрузки с учетом возможности регулирования подачи потребителю жидкой среды дросселированием сети трубопроводов и ступенчатым регулированием путем включения в одновременную работу одной или нескольких групп насосных агрегатов, каждая из которых включает несколько разнотипных лопастных нагнетателей с различными характеристиками и индивидуальным управлением каждым лопастным нагнетателем в группе с обеспечением совместимости работы разнотипных нагнетателей в группе. При этом определяют минимально возможные затраты электроэнергии при условии обеспечения требуемой потребителю подачи во всем возможном диапазоне ее изменения с минимально допустимыми напорами и максимальными значениями КПД, определяют величину минимального избыточного напора во всем диапазоне изменения нагрузки в напорном коллекторе при изменении нагрузки с оптимизацией режима работы. Причем в процессе управления в режиме реального времени измеряют подачу каждого нагнетателя и суммарную подачу группы одновременно работающих нагнетателей, давление в напорном коллекторе или в контрольной точке сети, скорость вращения рабочего колеса каждого нагнетателя, давление на входе в каждый насос и мощность, потребляемую электродвигателем привода каждого нагнетателя, и путем применения частотно-регулируемого привода и изменения состава насосного оборудования устанавливают величину минимального избыточного напора в напорном коллекторе.

Возможен вариант развития, когда в процессе оптимизации режима работы и состава насосного оборудования проводят обрезку рабочих колес одного или нескольких нагнетателей.

Возможен вариант развития, когда в процессе оптимизации проводят полную или частичную замену насосного оборудования (см. патент RU №2230938. Способ регулировки работы системы лопастных нагнетателей при переменной нагрузке, F04D 15/00, 2004.06.20).

Данный способ имеет следующие недостатки.

1. Высокие капитальные и эксплуатационные затраты, поскольку для его реализации требуется установка расходомера на каждый насос.

2. Ограниченная область применения, поскольку его невозможно применить на следующих насосных станциях:

- при однорядном расположении насосов параллельно продольной оси здания и однорядном расположении насосов в круглых зданиях, т.к. для этого требуется наличие на трубопроводах прямого участка длиной не менее 10 его диаметров. При строительстве подобных станций, где диаметры трубопроводов более 0,6 м, данное условие не выполняется, т.к. это требует увеличения пролета здания на 6 и более метров;

- 2-го и 3-го подъема, где геометрическая высота подъема воды Нг в системе при застройке 5 и более этажей составляет 20-30 м в. ст. В этом случае невозможно обеспечить максимальный коэффициент полезного действия (КПД) насосов, регулируя одновременно расход и напор каждого центробежного насоса частотно-регулируемым приводом, т.к. при изменении числа оборотов смещение максимума энергетической характеристики (η-Q) каждого из регулируемых насосов описывается параболой подобных режимов в виде (H-Q) характеристики при Нг=0, что не соответствует (H-Q) характеристике системы при Нг=20-30 м в. ст. Здесь η, Q, H - КПД, расход и напор, развиваемые насосом. По указанной причине КПД эксплуатируемых насосов не будет соответствовать максимуму;

- 2-го и 3-го подъема при заборе воды из резервуаров, поскольку при одновременном регулировании каждого центробежного насоса частотно-регулируемым приводом их допустимая геометрическая высота всасывания понижается.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу служит «Способ управления энергопотреблением насосной станции» (см. патент РФ №2310792, МПК F17D 3/01 (2006.01), F04D 15/00 (2006.01) / Кармазинов Ф.В., Беляев А.Н., Волков С.Н., Кинебас А.К., Трухин Ю.А., Курганов Ю.А., Ильин Ю.А., Игнатчик В.С, Игнатчик С.Ю.; опубл. 20.11.2007). В соответствии с которым:

- при помощи перекачивающей установки перекачивают воду в систему труб; устанавливают точку (N1) минимального и точку (N2) максимального значений управляемого параметра; затем для соответствующей системы труб определяют регулировочную характеристику (R), которая проходит между точкой (N1) минимального и точкой максимального (N2) значения управляемого параметра; регулировочную характеристику (R), отражающую номинальное значение управляемого параметра, запоминают в блоке управления; на блок управления постоянно подают пропорциональную значению контролируемого параметра или соответственно измеренному датчиком значению контролируемого параметра передаваемую величину; при отклонении действительного значения от заданного соответственно регулировочной характеристике (R) номинального значения управляемого параметра оказывают управленческое воздействие с целью компенсации отклонения и дополнительно постоянно измеряют значение управляемого параметра и тоже подают на блок управления. При этом в качестве перекачивающей установки применяют насосную станцию - систему параллельно работающих насосов, приводимых в действие от электродвигателей, в качестве управляемого параметра принимают энергопотребление Nнс насосной станции, в качестве контролируемого параметра - напор Нвых на входе в систему труб или в контрольной точке системы труб, в качестве передаваемых величин - электрические и/или цифровые величины, в качестве блока управления - регулятор и/или пульт диспетчера; в качестве управленческого воздействия - число и тип одновременно работающих насосов; на первом этапе дополнительно при помощи измерительного комплекса определяют фактические параметрические H-Q, N-Q, η-Q характеристики насосов, характеристику - максимально допустимого давления на входе в систему труб, характеристику - минимально допустимого давления на входе в систему труб, где максимальный напор на входе в систему труб, минимальный напор на входе в систему труб, Н, Q - развиваемые напор и производительность насосов, N - потребляемая ими мощность, η - КПД насосов; затем оптимизируют режим работы и состав насосного оборудования, во время которого сравнивают фактические параметрические характеристики насосов с параметрическими характеристиками этих насосов после обрезки рабочих колес, изменения скорости вращения ротора с аналогичными параметрическими характеристиками новых насосов такого же типа или насосов другого типа, повторяют операцию сравнения до определения оптимального КПД насосной станции и на основании этого определяют оптимальный режим и состав насосного оборудования; регулировочную характеристику (R) определяют в зависимости от количества и типа одновременно работающих насосов в виде (Nнс-Hвых), которая изогнута таким образом, что все промежуточные точки N i min минимального энергопотребления станции в направлении возрастающего энергопотребления (Nнс) лежат на характеристике максимально допустимого давления на входе в систему труб, а все промежуточные точки максимального энергопотребления станции в направлении возрастающего энергопотребления (Nнс) лежат на характеристике минимально допустимого давления на входе в систему труб; дополнительно вводят в блок управления характеристики максимально допустимого и минимально допустимого давления на входе в систему труб; при увеличении (уменьшении) измеренного в режиме реального времени значения (Nнс i) по отношению к предыдущему значению (Nнс i-1) и условии, что давление на входе в систему труб , число и тип насосов, работающих на станции, не меняется; при увеличении измеренного в режиме реального времени значения (Nнс i) по отношению к предыдущему значению (Nнс i-1) и условии, что давление на входе в систему , включается дополнительный насос определенного типа; при уменьшении измеренного в режиме реального времени значения (Nнс i) по отношению к предыдущему значению (Nнс i-1) и условии, что давление на входе в систему труб энергопотребление станции регулируется посредством выключения работающего насоса определенного типа.

Возможен вариант развития известного способа, когда:

- в процессе оптимизации режима работы и состава станции обрезают рабочее колесо одного или нескольких насосов;

- в процессе оптимизации режима работы и состава станции на напорных трубопроводах устанавливают клапаны, регулирующие давление после себя по зависимости

- в процессе оптимизации режима работы и состава станции проводят полную или частичную замену узлов местного сопротивления на напорных и всасывающих трубопроводах;

- в процессе оптимизации режима работы и состава станции на выходе из нее устанавливают напорные фильтры повторной очистки и/или установки обеззараживания воды.

Данный способ имеет следующие недостатки.

1. Низкую энергоэффективность установки, перекачивающей воду в систему труб, т.к. регулировочная характеристика (R) имеет большой диапазон колебания между характеристиками максимально допустимого давления на входе в систему труб и минимально допустимого давления на входе в систему труб.

2. Высокие капитальные затраты, т.к. при его помощи нельзя избежать скачков давления, приводящих к разрыву труб или мест их соединения, без затрат на установку дополнительного оборудования, выравнивающего давление.

3. Ограниченную область применения, связанную с необходимостью наличия диспетчерской службы т.к. в качестве блока управления может выступать пульт диспетчера.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование описанного выше способа с целью повышения энергоэффективности, снижения капитальных затрат и расширения области его применения.

Поставленная задача решается тем, что в способе, в котором при помощи системы параллельно работающих насосов, приводимых в действие от электродвигателей, перекачивают воду в систему труб, определяют характеристику максимально допустимого давления на входе в систему труб, характеристику минимально допустимого давления на входе в систему труб, где - максимальный напор на входе в систему труб, - минимальный напор на входе в систему труб, Nнс - потребляемая мощность насосной станции, устанавливают точку (N1) минимального и точку (N2) максимального значений управляемого параметра, затем для соответствующей системы труб определяют регулировочную характеристику (R), которая проходит между точкой (N1) минимального и точкой максимального (N2) значения управляемого параметра, регулировочную характеристику (R), отражающую номинальное значение управляемого параметра, запоминают в блоке управления, в качестве которого используют регулятор, в качестве контролируемого параметра - напор Нвых на входе в систему труб или в контрольной точке системы труб, на блок управления постоянно подают пропорциональную значению контролируемого параметра или соответственно измеренному датчиком значению контролируемого параметра передаваемую величину, при отклонении действительного значения от заданного соответственно регулировочной характеристике (R) номинального значения управляемого параметра оказывают управленческое воздействие с целью компенсации отклонения и дополнительно постоянно измеряют значение управляемого параметра и тоже подают на блок управления, в соответствии с предлагаемым изобретением:

- в качестве управляемого параметра принимают потребляемую мощность Nнс насосной станции;

- в качестве управляющего воздействия принимают изменение числа, типа одновременно работающих насосов и изменение скорости вращения вала приводимых в действие электродвигателей;

- значение контролируемого параметра напора Нвых принимают по одной из нескольких контрольных точек сети;

- в режиме реального времени измеряют давление в, по меньшей мере, одной i-той диктующей точке сети, определяют разницу давлений - фактическое давление в i-той диктующей точке сети; - требуемое давление в i-той диктующей точке сети;

- для каждой из диктующих точек, расположенных на сети, определяют свою регулировочную характеристику (R), соответствующую оптимальному энергопотреблению насосной станции при минимально допустимом давлении в диктующей точке

- за контрольную точку сети принимают диктующую i-ю точку сети, в которой где i=1…n;

- применяют дополнительную регулировочную характеристику (n), границы которой определяют коридором допустимых значений разрешенного изменения скорости вращения валов электродвигателей насосных агрегатов nmin и nпас, где nmin - минимально разрешенная скорость вращения валов электродвигателей, nпас - максимально разрешенная скорость вращения валов электродвигателей;

- изменение скорости вращения вала приводимых в действие электродвигателей осуществляют при помощи группы статических преобразователей частоты;

- в качестве блока управления применяют автономное регулирующее устройство, при помощи которого в режиме реального времени, по данным приборов для измерения напора, установленных в диктующих точках сети, определяют текущую контрольную точку и, используя соответствующую контрольной точке регулировочную характеристику (R), а также данные, получаемые от измерителя потребляемой мощности, координируют совместную работу группы статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели;

- требуемый напор определяют по регулировочной характеристике (R);

- при увеличении (уменьшении) фактического напора в контрольной точке по сравнению с требуемым и условии, что значение дополнительной регулировочной характеристики (n) соответствует требованию: nмин<nтек<nпас, где nтек - текущая, контролируемая статическим преобразователем частоты скорость вращения вала электродвигателя, уменьшают (увеличивают) текущую скорость вращения вала электродвигателя;

- при уменьшении фактического напора в контрольной точке по сравнению с требуемым и условии, что значение дополнительной регулировочной характеристики (n) соответствует требованию: nтек=nпас, включают дополнительный насос и одновременно снижают скорость вращения вала приводимого в действие электродвигателя одного из работающих насосов и дополнительного насоса до уровня, при котором при совместной работе насосов значение напора Нвых соответствует (не превышает) регулировочной характеристике (R), при дальнейшем уменьшении фактического напора Нвых в контрольной точке уже работающий насос выводят на паспортную скорость вращения вала электродвигателя и дальнейшую корректировку производят путем изменения скорости вращения вала электродвигателя дополнительного насоса;

- при увеличении фактического напора в контрольной точке по сравнению с требуемым и условии, что значение дополнительной регулировочной характеристики (n) соответствует требованию: nтек дополнительного насоса =nмин, то на одном из остальных насосов, работающем при паспортной скорости вращения вала электродвигателя, снижают скорость вращения до тех пор, пока значение напора Нвых в контрольной точке не станет равным значению напора, развиваемого данным насосом при паспортной скорости вращения вала электродвигателя, после чего дополнительный насос отключают, а все оставшиеся насосы выводят на паспортную скорость вращения валов электродвигателей и дальнейшую корректировку производят путем изменения скорости вращения вала электродвигателя одного из оставшихся насосов.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1. Применение в качестве управляемого параметра потребляемой мощности Nнс насосной станции.

2. Применение в качестве управляющего воздействия изменение числа, типа одновременно работающих насосов и изменение скорости вращения вала приводимых в действие электродвигателей.

3. Применение в качестве контролируемого параметра напора Нвых в контрольной точке, которую динамически выбирают по одной из нескольких диктующих точек сети.

4. Применение в качестве блока управления автономного регулирующего устройства, координирующего совместную работу группы статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели.

5. Измерение давления в режиме реального времени в, по меньшей мере, одной i-той диктующей точке сети, определяют разницу давлений - фактическое давление в i-той диктующей точке сети; - требуемое давление в i-той диктующей точке сети.

6. Определение регулировочной характеристики (R) для каждой из диктующих точек, расположенных на сети, которая соответствует оптимальному энергопотреблению насосной станции при минимально допустимом давлении в диктующей точке

7. Принятие диктующей i-ю точки сети, в которой где i-1…n, в качестве контрольной точки.

8. Определение дополнительной регулировочной характеристики (n), определяемой коридором допустимых значений разрешенного изменения скорости вращения валов электродвигателей насосных агрегатов.

9. Проверка условия, что если значение дополнительной регулировочной характеристики (n) соответствует требованию: nмин<nтек<nпас, то число и тип насосов, работающих на станции, а также скорость вращения вала приводимых в действие электродвигателей не изменяется.

10. Включение дополнительного насоса с одновременным снижением скорости вращения вала (в пределах дополнительной регулировочной характеристики (n)) приводимых в действие электродвигателей параллельно работающих насосов и дополнительного насоса до уровня, при котором при совместной работе насосов значение напора Нвых соответствует (не превышает) регулировочной характеристике (R).

11. Выключение дополнительного насоса, вывод оставшихся насосов на паспортную скорость вращения валов электродвигателей и дальнейшая корректировка напора выполняется путем изменения скорости вращения (в пределах дополнительной регулировочной характеристики (n)) вала электродвигателя одного из оставшихся насосов.

12. Включение электродвигателей насосных агрегатов, посредством статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели, с начальной установкой n, равной nмин минимальному значению дополнительной регулировочной характеристики (n).

13. Установка прибора для измерения напора, с помощью которого осуществляют контроль за рамками развиваемого насосной станцией напора

14. Проводят полную или частичную замену узлов насосных агрегатов.

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 не известны, а остальные - известны. Однако совместное их применение в заявляемом способе позволяет получить три положительных эффекта.

Первый положительный эффект заключается в том, что повышается энергоэффективность установки, перекачивающей воду в систему труб, т.к. для каждой из диктующих точек, расположенных на сети определяют свою регулировочную характеристику (R), соответствующую оптимальному энергопотреблению насосной станции при минимально допустимом давлении в диктующей точке а в качестве контрольной точки сети, динамически принимают диктующую i-ю точку сети, в которой где i=1…n. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14.

Второй положительный эффект заключается в том, что предлагаемый способ снижает капитальные затраты, так как он позволяет избежать скачков давления за счет плавного изменения скорости вращения вала приводимых в действие электродвигателей без дополнительных затрат на установку оборудования, выравнивающего давление. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 2, 4, 8, 12, 13.

Третий положительный эффект заключается в том, что расширяется область его применения, т.к. данный способ может быть применен на удаленных насосных станциях, на которых отсутствует диспетчер, т.к. в качестве блока управления применено автономное регулирующее устройство, координирующее совместную работу группы статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13.

Таким образом, заявляемый способ отвечает критерию «изобретательский уровень».

Графический материал, иллюстрирующий предлагаемый способ, представлен на следующих фигурах:

фиг. 1 - блок-схема системы, в которой может быть использован способ согласно изобретению;

фиг. 2 - используемая при реализации способа регулировочная характеристика (R), где Нвых (в метрах водяного столба - м в.ст.) воды в системе труб является функцией потребляемой мощности насосной станций Nнс (в кВт);

фиг. 3 - используемая при реализации способа дополнительная регулировочная характеристика (n);

фиг. 4 - сравнение по энергопотреблению вариантов работы группы насосов по методу, предложенному в прототипе, и в предлагаемом способе.

Практическая применимость заявляемого способа иллюстрируется на примере работы системы, представленной на фиг. 1, где схематично показана насосная станция, подающая воду в распределительную водопроводную сеть, далее - система труб 1. Согласно настоящему изобретению исходная вода насосной станцией может забираться по поступающему трубопроводу 2 либо из резервуара, либо из источника водоснабжения, либо из подводящей водопроводной сети (на фиг. 1 не показаны). Поступающую через поступающий трубопровод 2 воду при помощи параллельно работающих насосов 4 через трубу 3 подают под давлением в систему труб 1. Насосы 4 приводят в действие при помощи электрических двигателей 5, запитанных от статических преобразователей частоты 6. К группе электрических двигателей 5 присоединяют измеритель потребляемой мощности 7, при помощи которого определяют потребляемую мощность Nнс насосной станции в целом. К трубе 3 присоединяют прибор 8 для измерения напора. В соответствии с настоящим способом прибор 8 также устанавливают в нескольких диктующих точках 9 в системе труб 1. Измеритель потребляемой мощности 7, при помощи которого определяют потребляемую мощность Nнс насосной станции в целом, и приборы 8 для измерения напора соединяют с автономным регулирующим устройством 10, в который подают информацию от указанных приборов в виде электрической и/или цифровой величины. Автономное регулирующее устройство 10 могут выполнять в виде щита управления системой, не требующего вмешательства диспетчера, при помощи которого координируют совместную работу группы статических преобразователей частоты 6 тока, питающих электродвигатели 5, поддерживая необходимую скорость вращения валов электродвигателей и/или отключают или включают в работу очередной насос 4.

Блоку управления 10 соответствует регулировочная характеристика R, изображенная на фиг. 2, и дополнительная регулировочная характеристика n, изображенная на фиг. 3. На фиг. 2 напор Нвых (в метрах водяного столба - м в.ст.) воды в системе 1 труб является функцией потребляемой мощности насосной станции Nнс (в кВт). Регулировочная характеристика (R) изгибается таким образом, что все промежуточные точки требуемой минимальной потребляемой мощности станции в направлении возрастающей потребляемой мощности (Nнс) лежат на характеристике и соответствуют оптимальному энергопотреблению насосной станции при минимально допустимом давлении в диктующей точке Соответствующий вид регулировочной характеристики (R) определяют для каждой из диктующих точек, расположенных на сети, исходя из гидравлического сопротивления обслуживаемой системы труб 1 и фактических параметрических характеристик насосов 4. Характеристику минимально допустимого давления на входе в систему 1 труб определяют при помощи измерительного комплекса.

Дополнительную регулировочную характеристику (n) фиг. 3 определяют коридором 1 допустимых значений разрешенного изменения скорости вращения валов электродвигателей насосных агрегатов, который ограничивают H-Q характеристиками насосного оборудования 2 и 3, их получают на основании паспортов оборудования из условия nmin и nпас, минимально и максимально разрешенной скорости вращения валов электродвигателей. Кривые 4, 5 являются примером определения промежуточных значений коридора дополнительной регулировочной характеристики (n).

Соответствующий изобретению способ работает, например, следующим образом.

Вначале определяют параметры способа и, соответственно, обслуживаемой системы. Для этого на первом этапе при помощи измерительного комплекса определяют характеристику минимально допустимого давления на входе в систему труб 1, точку (N1) минимального и точку (N2) максимального значений энергопотребления Nнс насосной станции.

Для обеспечения оптимальных режимов и состава насосного оборудования в автономное регулирующее устройство вводят регулировочные характеристики (R) (см. фиг. 2) для каждой из диктующих точек, дополнительную регулировочную характеристику (n) (см. фиг. 3), а также данные, получаемые от измерителя потребляемой мощности 7 и приборов для измерения напора 8 (см. фиг. 1).

После этого насосная станция с насосами 4 может быть приведена в действие путем включения электродвигателей 5. После включения насосов 4 воду под давлением подают в систему 1 труб. Потребляемая мощность Nнс насосной станции зависит от развиваемого ею напора и расхода. Потребляемую мощность Nнс измеряют измерителем потребляемой мощности 7 и в виде электрической и/или цифровой величины в качестве действительного значения передают на блок управления 10 (см. фиг. 1).

Каждому значению потребляемой мощности Nнс через регулировочную характеристику (R) и соответствует напор Нвых, который должна создавать насосная станция с насосами 4. Блок управления 10 постоянно выдает управленческое воздействие (число и тип одновременно работающих насосов, а также изменение скорости вращения вала приводимых в действие электродвигателей), при помощи которого в зависимости от значения (R) и (n) при текущей потребляемой мощности Nнс либо уменьшают (увеличивают) скорость вращения вала электродвигателя текущего насоса (в пределах дополнительной регулировочной характеристики (n)) (см. фиг. 3), при этом число работающих насосов оставляют неизменным, либо включают дополнительный насос 4 и одновременно снижают скорости вращения вала (в пределах дополнительной регулировочной характеристики (n)) приводимых в действие электродвигателей параллельно работающих насосов и дополнительного насоса до уровня, при котором при совместной работе насосов значение напора Нвых соответствует (не превышает) регулировочной характеристике (R), либо отключают дополнительный насос, а все оставшиеся насосы выводят на паспортную скорость вращения валов электродвигателей и дальнейшую корректировку производят путем изменения скорости вращения вала электродвигателя одного из оставшихся насосов.

Например, если при текущей потребляемой мощности Nнс i развиваемый напор соответствует регулировочной характеристике (R) (см. фиг. 2) то число и тип насосов, работающих на станции, а также скорость вращения вала приводимых в действие электродвигателей не меняется. Если напор в текущей контрольной точке системы труб становится меньше регулировочной характеристики (R), включают дополнительный насос 4 и одновременно снижают скорости вращения вала (в пределах дополнительной регулировочной характеристики (n)) приводимых в действие электродвигателей параллельно работающих насосов и дополнительного насоса до уровня, при котором при совместной работе насосов значение напора Нвых, соответствует (не превышает) регулировочную характеристику (R). Если напор в текущей контрольной точке системы труб становится больше регулировочной характеристики (R), отключают дополнительный насос, а все оставшиеся насосы выводят на паспортную скорость вращения валов электродвигателей и дальнейшую корректировку производят путем изменения скорости вращения (в пределах дополнительной регулировочной характеристики (n) вала электродвигателя одного из оставшихся насосов.

Имеется вариант развития, когда для обеспечения оптимальных режимов работы насосной станции, до определения параметров способа и соответственно обслуживаемой системы, проводят полную или частичную замену узлов насосных агрегатов.

Имеется вариант развития, когда в моменты включения дополнительных насосов определенного типа в системе 1 труб могут возникнуть кратковременные «всплески» давления, что во многих случаях приводит к разрыву труб или мест их соединения. Повышенные давления могут возникать и в случаях понижения расхода воды. Для исключения этих явлений в данном изобретении предусмотрено включение насосов 4 электродвигателями 5 (см. фиг. 1), посредством статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели, с начальной установкой n, равной nмин минимальному значению дополнительной регулировочной характеристики (n), что позволяет избежать превышения максимально допустимого давления в системе труб 1.

Имеется вариант развития, когда в процессе работы насосной станции с помощью прибора для измерения напора 8, присоединенного к трубопроводу 3 (см. фиг. 1), для предотвращения аварийных ситуаций осуществляют постоянный контроль допустимых значений напора, развиваемого насосной станцией

Предлагаемый способ позволяет получить все виды эффектов. В частности, экономический эффект выражается в снижении энергопотребления при работе группы насосов, что видно по графику, изображенному на фиг. 4, где 1, 3 - потребляемая мощность и энергопотребление соответственно, полученные в результате применения способа, предложенного в прототипе; 2, 4 - потребляемая мощность и энергопотребление соответственно, полученные в результате применения заявляемого способа.

Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию «промышленная применимость».

1. Способ повышения энергоэффективности насосной станции, в котором при помощи системы параллельно работающих насосов, приводимых в действие от электродвигателей, перекачивают воду в систему труб, определяют характеристику максимально допустимого давления на входе в систему труб, характеристику минимально допустимого давления на входе в систему труб, где - максимальный напор на входе в систему труб, - минимальный напор на входе в систему труб, Nнс - потребляемая мощность насосной станции, устанавливают точку (N1) минимального и точку (N2) максимального значений управляемого параметра, затем для соответствующей системы труб определяют регулировочную характеристику (R), которая проходит между точкой (N1) минимального и точкой максимального (N2) значения управляемого параметра, регулировочную характеристику (R), отражающую номинальное значение управляемого параметра, запоминают в блоке управления, в качестве которого используют регулятор, в качестве контролируемого параметра - напор Нвых на входе в систему труб или в контрольной точке системы труб, на блок управления постоянно подают пропорциональную значению контролируемого параметра или соответственно измеренному датчиком значению контролируемого параметра передаваемую величину, при отклонении действительного значения от заданного соответственно регулировочной характеристике (R) номинального значения управляемого параметра оказывают управленческое воздействие с целью компенсации отклонения и дополнительно постоянно измеряют значение управляемого параметра и тоже подают на блок управления, отличающийся тем, что в качестве управляемого параметра принимают потребляемую мощность Nнс насосной станции, в качестве управляющего воздействия принимают изменение числа, типа одновременно работающих насосов и изменение скорости вращения вала приводимых в действие электродвигателей, значение контролируемого параметра напора Нвых принимают по одной из нескольких контрольных точек сети, в режиме реального времени измеряют давление в, по меньшей мере, одной i-той диктующей точке сети, определяют разницу давлений где - фактическое давление в i-той диктующей точке сети; - требуемое давление в i-той диктующей точке сети, для каждой из диктующих точек, расположенных на сети, определяют свою регулировочную характеристику (R), соответствующую оптимальному энергопотреблению насосной станции при минимально допустимом давлении в диктующей точке за контрольную точку сети принимают диктующую i-ю точку сети, в которой где i=1…n, применяют дополнительную регулировочную характеристику (n), границы которой определяют коридором допустимых значений разрешенного изменения скорости вращения валов электродвигателей насосных агрегатов nmin и nпас, где nmin - минимально разрешенная скорость вращения валов электродвигателей, nпас - максимально разрешенная скорость вращения валов электродвигателей, изменение скорости вращения вала приводимых в действие электродвигателей осуществляют при помощи группы статических преобразователей частоты, в качестве блока управления применяют автономное регулирующее устройство, при помощи которого в режиме реального времени, по данным приборов для измерения напора, установленных в диктующих точках сети, определяют текущую контрольную точку и, используя соответствующую контрольной точке регулировочную характеристику (R), а также данные, получаемые от измерителя потребляемой мощности, координируют совместную работу группы статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели, требуемый напор определяют по регулировочной характеристике (R), при увеличении (уменьшении) фактического напора в контрольной точке по сравнению с требуемым и условии, что значение дополнительной регулировочной характеристики (n) соответствует требованию: nмин<nтек<nпас, где nтек - текущая, контролируемая статическим преобразователем частоты скорость вращения вала электродвигателя, уменьшают (увеличивают) текущую скорость вращения вала электродвигателя, при уменьшении фактического напора в контрольной точке по сравнению с требуемым и условии, что значение дополнительной регулировочной характеристики (n) соответствует требованию: nтек=nпас, включают дополнительный насос и одновременно снижают скорость вращения вала приводимого в действие электродвигателя одного из работающих насосов и дополнительного насоса до уровня, при котором при совместной работе насосов значение напора Нвых соответствует (не превышает) регулировочной характеристике (R), при дальнейшем уменьшении фактического напора Нвых в контрольной точке уже работающий насос выводят на паспортную скорость вращения вала электродвигателя и дальнейшую корректировку производят путем изменения скорости вращения вала электродвигателя дополнительного насоса, при увеличении фактического напора в контрольной точке по сравнению с требуемым и условии, что значение дополнительной регулировочной характеристики (n) соответствует требованию: nтек дополнительного насоса = nмин, то на одном из остальных насосов, работающем при паспортной скорости вращения вала электродвигателя, снижают скорость вращения до тех пор, пока значение напора Нвых в контрольной точке не станет равным значению напора, развиваемого данным насосом при паспортной скорости вращения вала электродвигателя, после чего дополнительный насос отключают, а все оставшиеся насосы выводят на паспортную скорость вращения валов электродвигателей и дальнейшую корректировку производят путем изменения скорости вращения вала электродвигателя одного из оставшихся насосов.

2. Способ повышения энергоэффективности насосной станции по п. 1, отличающийся тем, что проводят полную или частичную замену узлов насосных агрегатов.

3. Способ повышения энергоэффективности насосной станции по п. 1, отличающийся тем, что включают электродвигатели насосных агрегатов посредством статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели, с начальной установкой n, равной nмин минимальному значению дополнительной регулировочной характеристики (n).

4. Способ повышения энергоэффективности насосной станции по п. 1, отличающийся тем, что на выходе из насосной станции устанавливают прибор для измерения напора, с помощью которого осуществляют контроль за рамками развиваемого насосной станцией напора



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к текущему контролю вращающихся компонентов в центробежных насосах или в системах, их содержащих. Устройство контроля состоит из первого блока (1) и второго блока (9).

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашиностроению, и может быть использовано при создании ротора из серийно выпускаемого короткозамкнутого ротора.

Изобретение относится к циркуляционному центробежному насосу с неизменной скоростью вращения. Центробежный насос имеет по меньшей мере одно рабочее колесо, кожух насоса и электрический двигатель с постоянным магнитом с пуском от сети.

Изобретение относится к нефтедобывающему электрооборудованию. Электрооборудование включает в себя установки (2) погружных электронасосов по числу скважин (1), связанные через кабель (6), и повышающий трансформатор (3) с соответствующей наземной станцией (4) управления прямого пуска, подключенной к питающей сети.

Изобретение относится к способу для оптимизированной по мощности эксплуатации насоса, приводимого в действие электродвигателем, в гидравлической системе при очень малых объемных расходах (Q), причем заданный напор (H) насоса регулируется в зависимости от объемного расхода (Q) в соответствии с предварительно установленной характеристической кривой (К).

Изобретение относится к области электротехники и касается способа управления насосной станцией с параллельно работающими насосами. Способ реализуется тем, что в схему включена система автоматизированного управления режимами работы высоковольтных асинхронных электродвигателей (ВАД) насосов, обеспечивающая возможность их работы от одного преобразователя частоты в энергоэффективном режиме, дополнительная система датчиков, связанных с системой управления микропроцессорного контроллера.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателей насосов, работающих на длинные трубопроводы, например магистральных насосов нефтепроводов.

Изобретение относится к способу для оптимизированного по мощности функционирования насоса, приводимого электродвигателем, в гидравлической системе с по меньшей мере одним саморегулируемым потребителем.

Группа изобретений может быть использована в турбинах, насосах или турбонасосах. Устройство (1) управляет перемещением цилиндрического затвора (2) гидравлической машины между положением открывания и положением перекрывания.

Устройство содержит процессор и память, содержащую компьютерный программный код, сконфигурированные для реагирования на сигнализацию, содержащую информацию о мгновенном давлении и расходе жидкости, перекачиваемой в насосной системе, и получения кривой адаптивного управления на основе мгновенного давления и расхода с использованием адаптивного фильтра скользящего среднего.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в насосных агрегатах в нефте- и газотрубопроводах, теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности. Лопастной насос содержит боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, вал, расположенный внутри коллектора и закрепленный в подшипниковом узле, и лопастное колесо, установленное на валу. Коллектор изолирован от подшипникового узла с помощью сальника и соединен с боковым входным отверстием через входную втулку. На выходе коллектора установлена втулка с выходным отверстием. Обе втулки выполнены из материала с эффектом памяти формы. На колесе установлены лопасти в виде биметаллических плоских элементов, состоящих из двух слоев. Один слой выполнен из материала с эффектом памяти формы, а другой - из материала, коэффициент объемного расширения которого меньше, чем у материала с эффектом памяти формы. Изобретение направлено на обеспечение повышения давления на выходе, увеличение ресурса работы подшипников, упрощение конструкции. 3 ил.

Группа изобретений относится к насосной системе для сети (1) водоснабжения с по меньшей мере одним насосным устройством (4), датчиком (10) давления на напорной стороне устройства (4), датчиком (12) расхода, регистрирующим расход устройства (4), несколькими блоками (D) датчиков давления, которые предусмотрены для удаленного расположения от устройства (4) в различных частичных областях сети водоснабжения, и устройством управления устройством (4). Устройство управления имеет модуль (16) формирования моделей, который выполнен с возможностью формирования на основе множества измеренных значений давления по меньшей мере двух блоков (D) для по меньшей мере двух соответствующих частичных областей, соответственно, одной модели (А), представляющей потерю давления от датчика (10) до положения соответствующего блока (D). Сформированные модели (А) отражают потерю давления от устройства (4) до положения соответствующего блока (D) в зависимости от времени (t) и расхода (q) устройства (4). Устройство управления выполнено с возможностью такого регулирования устройства (4) на основе сформированных моделей (А). Группа изобретений направлена на согласование мощности подачи устройства (4) с текущей потребностью в сети (1) с постоянным обеспечением во всех частях сети минимального давления с минимальным использованием энергии. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам управления центробежными насосными агрегатами. Система содержит блок задания параметра регулирования, выход которого соединен с первым входом блока сравнения. Выход блока расчета регулируемого параметра соединен со вторым входом блока сравнения. Выход блока сравнения соединен с входом блока расчета требуемой скорости. Выход блока расчета требуемой скорости соединен с блоком регулирования частоты и напряжения, выходы которого соединены с входами частотного преобразователя. Выход частотного преобразователя соединен с входом асинхронного электродвигателя «АД», выход которого соединен с входом датчика момента «ДМ» и входом датчика скорости «ДС». Первый выход датчика «ДМ» центробежного насоса «ЦН» соединен с входом насоса «ЦН». Выход датчика «ДС» соединен со вторым входом блока вычисления давления и расхода «БВДиР». Второй выход датчика «ДМ» соединен с первым входом блока «БВДиР». Первый выход блока «БВДиР» соединен с первым входом блока расчета регулируемого параметра «БРРП». Второй выход блока «БВДиР» соединен со вторым входом блока «БРРП». Изобретение направлено на уменьшение удельного энергопотребления при перекачке 1 м3 от 0,5 до 6% в зависимости от суточного графика водопотребления, а также на уменьшение массогабаритных показателей. 1 ил.

Группа изобретений относится к системам управления для погружных насосных систем. Погружная насосная система содержит погружной насосный агрегат, имеющий одну или более ступеней рабочих колес, и погружной двигательный агрегат, который приводит в действие насосный агрегат. Погружной насосный агрегат содержит кожух двигателя, двигатель, заключенный внутри кожуха, предназначенный для приведения в действие насосного агрегата, и модуль управления, закрепленный на кожухе двигателя, предназначенный для управления работой двигателя. Модуль управления электрически соединен с линией питания и содержит контроллер и частотно-регулируемый привод, приводимый в действие от контроллера. Контроллер управляет работой частотно-регулируемого привода так, что двигатель приводится в действие и обеспечивает поддержание постоянного давления на выходе насосного агрегата. Группа изобретений направлена на уменьшение стоимости и упрощение монтажа насосной системы за счет уменьшения количества ее составных частей. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к управлению давлением текучей среды в распределительной сети. Сеть (2) содержит, по меньшей мере, одну насосную станцию (4) и несколько насосов (6) для подачи текучей среды под давлением в подающую магистраль (8); средство (10) определения, по меньшей мере, одного значения (Q) расхода, по меньшей мере, части сети (2) и блок управления для управления функционированием и скоростью насоса (-ов) (6) станции (4) в соответствии с заданной кривой (20) насосных характеристик, определяющей соотношение между давлением (22) и расходом (24) текучей среды, перемещаемой под давлением с помощью станции (4). Блок управления выполнен с возможностью автоматического изменения кривой (20) насосных характеристик в соответствии, по меньшей мере, с одним определенным значением (Q) расхода, которое является определенным максимальным расходом (Qмакс) и/или минимальным расходом (Qмин) среды, подаваемой станцией (4) в течение заданного периода времени. Блок управления выполнен с возможностью корректировки максимального и/или минимального расхода кривой насосной характеристики согласно определенному максимальному и/или минимальному расходу. Группа изобретений направлена на минимизацию потерь текучей среды и обеспечение возможности автоматически приспосабливаться к фактическому давлению и/или условиям расхода в сети. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к насосной технике, в частности к центробежным насосам. Насос центробежный содержит корпус с патрубками и вал с ротором, имеющим лопатки. Ротор выполнен в виде барабана с пазами, в которых размещены лопатки, снабженные головками. Головки с двух сторон охвачены обоймами и соединены с гайками, которые входят в зацепление с винтами. Винты установлены в подшипниках, а последние размещены в барабане. На одном валу с винтами установлены торцевые роторы. Изобретение направлено на расширение возможностей по регулированию параметров потока за счет изменения геометрических параметров ротора, в частности числа лопаток, изменение промежутков между лопатками, изменение высоты лопаток. 4 ил.

Изобретение относится к насосной технике, в частности к центробежным насосам. В центробежном насосе, содержащем корпус с патрубками, вал с ротором, имеющий лопатки, согласно изобретению лопатки выполнены в виде двух групп. Одна группа неподвижно соединена с валом, а вторая установлена на втулке, охватывающей вал. Втулка снабжена зубчатым колесом, которое входит в зацепление с сателлитами. Последние расположены на одном валу с роторами, которые установлены в зоне внешнего и внутреннего статоров. Статоры закреплены на корпусе. Изобретение направлено на расширение возможности по регулированию параметров потока за счет изменения геометрических параметров ротора с лопатками, в частности числа лопаток, изменение промежутков между лопатками, изменение высоты лопаток. 4 ил.

Изобретение относится к пропеллерным (осевым) насосам. Пропеллерный насос содержит основание с подшипниками, ступицу, горизонтальный вал, лопасти колеса, роторы, имеющие магнитный контакт со статорами, установленными на основании. Роторы соединены с входными валами дополнительных редукторов, на выходных валах которых установлены дополнительные лопасти колеса с вращением относительно главной оси. Профили дополнительных лопастей колеса выполнены с возможностью прилегания к профилям основных лопастей. Изобретение направлено на расширение диапазона регулирования путем изменения числа лопастей колеса. 6 ил.

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано для откачки из емкостей высоковязких сортов нефти и нефтепродуктов с абразивными включениями. Насосный агрегат с устройством подогрева перекачиваемой среды имеет съемный трубчатый нагревательный элемент, выполненный в виде трубчатого каркаса с входной и выходной трубками подвода нагревательной среды. Центробежный вертикальный насос имеет автоматизированную систему управления, соединенную с теплогенератором, нагревательным элементом и датчиком температуры, установленным в проточной части насоса на входе. Насосный агрегат с устройством подогрева перекачиваемой среды обеспечивает простой экономичный и надежный способ достижения необходимых параметров перекачиваемой среды при длительной работе насоса, что расширяет возможности применения центробежного насоса. Конструкция насосного агрегата проста, технологична и удобна в эксплуатации. 3 ил.

Изобретение относится к области насосостроения. Способ комплексной оценки энергетической эффективности (ЭЭ) технологической установки (ТУ) для перекачивания жидких сред при заданном технологическом режиме во время ее эксплуатации включает первоначальную регистрацию номинальных параметров каждой составной части ТУ, единовременное измерение мгновенных фактических значений электрических и технологических параметров ТУ, вычисление КПД и удельных затрат мощностей для каждой составной части ТУ, определение фактических и эталонных значений каждого параметра, характеризующего энергоэффективность ТУ. Затем вычисляют фактические и эталонные удельные расходы электроэнергии (УРЭ) установки. При отклонении УРЭ от эталонных значений более чем на допустимую величину производят сравнение полученных фактических и эталонных значений указанных параметров, характеризующих эффективность ТУ, подбирают и осуществляют мероприятия, направленные на повышение уровня УРЭ тех составных частей ТУ, которые имеют недопустимые отклонения по уровню УРЭ. Далее по тому же алгоритму осуществляют оценку ЭЭ составных частей ТУ вплоть до достижения максимально возможной величины ЭЭ установки в целом. Составными частями ТУ служат станция управления, электродвигатель и насос. Изобретение направлено на экономию энергопотребления за счет высокой достоверности комплексной оценки энергоэффективности ТУ и каждой ее части, а также за счет своевременной организации мероприятий по увеличению ее энергоэффективности в целом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области водоснабжения городов и населенных мест, а точнее к способу управления энергопотреблением насосной станции, при помощи которой подают воду в систему распределительных труб. Сущность способа состоит в том, что для каждой из диктующих точек сети определяют регулировочную характеристику, соответствующую оптимальному энергопотреблению насосной станции при минимально допустимом давлении в диктующей точке. Эти характеристики, а также данные, получаемые от измерителя потребляемой мощности, вводят в автономное регулирующее устройство, определяют контрольную точку и соответствующую ей характеристику. Далее координируют совместную работу группы статических преобразователей частоты тока, питающих электродвигатели, поддерживая необходимую скорость вращения валов электродвигателей, иили отключают или включают в работу очередной насос. Изобретение направлено на обеспечение энергоэффективности, снижение капитальных затрат и расширение области применения способа. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх