Повышающее давление устройство

Изобретение относится к повышающему давление устройству для повышения давления протекающей через трубопровод (5) жидкости, содержащему по меньшей мере один повышающий давление насос (2), одно управляющее устройство (12), которое управляет насосом (2), а также по меньшей мере один расположенный на стороне выхода насоса (2) и соединенный с управляющим устройством датчик (8) давления. Устройство (12) выполнено так, что оно по меньшей мере в одном рабочем диапазоне управляет насосом (2) в стартстоповом режиме так, что насос (2) при достижении верхнего предельного значения (P1) давления выключается и при достижении нижнего предельного значения (P2) давления включается. Устройство (12) выполнено так, что оно в стартстоповом режиме автоматически согласовывает по меньшей мере один параметр (P1,P2) управления давлением управляющего устройства (12) на основе хода изменения во времени по меньшей мере одного измеренного с помощью датчика давления значения (Р) давления. Изобретение направлено на минимизацию возникающих колебаний давления. 14 з. п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к повышающему давление устройству для повышения давления протекающей через трубопровод жидкости.

Такие повышающие давление устройства находят применение, например, в снабжении питьевой водой зданий, когда в снабжении питьевой воде имеющееся в трубопроводе давление является, например, не достаточно высоким для подачи питьевой воды в верхние этажи здания. Такие повышающие давление устройства имеют один или несколько повышающих давление насосов, которые могут быть расположены параллельно или последовательно и которые включаются, когда давление на стороне выхода повышающих давление насосов опускается ниже предварительно заданного предельного значения. Соответственно, при достижении желаемого целевого давления повышающие давление насосы снова выключаются. Наряду с таким стартстоповым режимом работы возможна, в частности, при больших расходах, непрерывная работа повышающих давление насосов с регулированием их скорости вращения, с целью согласования желаемым образом давления.

Когда такое повышающее давление устройство работает в указанном стартстоповом режиме, то существует проблема, что промежуток времени между включением и выключением повышающих давление насосов зависит, среди прочего, от того, насколько большим является объем в подключенной системе трубопроводов и, в частности, в возможно имеющемся буферном баке. Большой объем приводит к большим колебаниям давления в сравнительно большой промежуток времени. При одной и той же длительности включения повышающих давление насосов в такой системе может быть обеспечен более высокий комфорт с небольшими колебаниями давления. В известных системах этого можно достигать с помощью согласования вручную.

Относительно этой проблематики, задачей изобретения является улучшение повышающего давление устройства для повышения давления протекающей через трубопровод жидкости так, что происходит автоматическое согласование с соответствующей гидравлической системой для минимизации возникающих колебаний давления. Эта задача решена с помощью повышающего давление устройства с указанными в пунктах 1 формулы изобретения признаками. Предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, приведенного ниже описания, а также прилагаемых чертежей.

Повышающее давление устройство, согласно изобретению, служит для повышения давления протекающей через трубопровод жидкости, например, питьевой воды в трубопроводе питьевой воды. Повышающее давление устройство имеет по меньшей мере один насос для повышения давления. Однако может быть также установлено параллельно и/или последовательно несколько повышающих давление насосов. При применении в последующем понятия повышающий давление насос, сюда входят также такие системы с несколькими повышающими давление насосами. Кроме того, повышающее давление устройство имеет управляющее устройство, которое управляет повышающим давление насосом. Для этого имеется по меньшей мере один расположенный на стороне выхода повышающего давление насоса датчик давления, который соединен с управляющим устройством так, что измеряемые с помощью датчика давления измерительные значения давления передаются в управляющее устройство.

Управляющее устройство выполнено так, что оно по меньшей мере в одном рабочем диапазоне управляет повышающим давление насосом в стартстоповом режиме. Это означает, что насос при достижении верхнего предельного значения давления выключается, а при достижении нижнего предельного значения давления включается. Таким образом, давление в трубопроводе на стороне выхода повышающего давление устройства удерживается между верхним и нижним предельным значением давления.

Согласно изобретению, управляющее устройство выполнено так, что оно в этом стартстоповом режиме автоматически согласовывает по меньшей мере один параметр управления давлением управляющего устройства. Такой параметр управления давлением является параметром, который закладывается в основу управления повышающим давление насосом с помощью управляющего устройства, в частности параметром, который имеет влияние на моменты времени включения и выключения в стартстоповом режиме. Автоматическое согласование этого по меньшей мере одного параметра управления давлением осуществляется, согласно изобретению, на основе хода изменения во времени по меньшей мере одного измеряемого датчиком давления значения давления. Таким образом, создается самообучающаяся система, которая самостоятельно приспосабливается к фактическим условиям в гидравлической системе на стороне выхода повышающего давление устройства. Предпочтительно, управляющее устройство выполнено так, что согласование происходит так, что минимизируется разница давления между верхним и нижним предельным значением давления, без увеличения количества процессов включения выше заданного предельного значения. Тем самым обеспечивается, что время работы повышающего давление насоса в стартстоповом режиме по существу не увеличивается, однако одновременно повышается комфорт за счет минимизации колебаний давления в системе. Таким образом, комфорт может быть повышен при одновременно эффективном использовании энергии.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения, повышающее давление устройство, соответственно, управляющее устройство выполнено так, что по меньшей мере один параметр управления давлением, который согласовывается автоматически, является верхним и/или нижним предельным значением давления. В частности, параметр управления давлением может быть разницей между верхним и нижним предельным значением давления, т.е. гистерезисной разницей. Согласование предельных значений, соответственно их разницы, обеспечивает возможность автоматического согласования повышающего давление устройства с последующей гидравлической системой, соответственно с имеющимися в системе условиями, посредством согласования предельных значений давления так, что разница давления при работе становится минимальной, без существенного увеличения количества процессов включения, соответственно, общей длительности включения повышающего давление насоса. Таким образом, достигается комфорт. В частности, возможно согласование системы с объемом буферного бака в системе. При больших объемах можно уменьшать разницу давления, так что в целом в системе возникают меньшие колебания давления.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, управляющее устройство выполнено так, что согласование по меньшей мере одного параметра управления давлением, например, верхнего и/или нижнего предельного значения давления, осуществляется на основе изменения во времени по меньшей мере одного измеренного значения давления в таких промежутках времени оценки, в которых имеется постоянный расход в трубопроводе. Это имеет то преимущество, что колебания давления, которые возникают за счет открывания и закрывания мест отбора, соответственно потребителей в гидравлической системе, по существу не оказывают влияния на измерение и согласование параметра управления давлением. Тем самым обеспечивается, что фактически учитываются лишь влияния, которые обуславливаются самой системой. Когда, например, открывается одно или несколько мест отбора трубопровода питьевой воды, то в системе происходит внезапное падение давления с внезапным увеличением расхода. Эти изменения состояния обуславливаются не выполнением системы, а характеристиками использования и не должны по возможности учитываться при согласовании. То есть, оценка должна выполняться предпочтительно в стабильном рабочем состоянии.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, управляющее устройство выполнено так, что оно имеет промежутки времени оценки в моменты времени, в которых при стартстоповом режиме включен повышающий давление насос. То есть, изменение во времени давления, на основе которого осуществляется согласование параметра управления давлением, предпочтительно измеряется во время повышения давления с помощью повышающего давление насоса.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, управляющее устройство выполнено так, что указанные промежутки времени оценки лежат в таких промежутках времени, в которых скорость вращения повышающего давление насоса повышается или понижается с помощью управляющего устройства. Это имеет то преимущество, что изменения измеряемого давления в системе могут рассматриваться в зависимости от изменения скорости вращения. Тем самым можно оценивать, следует ли давление за изменяемой скоростью вращения ожидаемым образом, т.е. изменение фактически измеренного давления следует за задаваемым, соответственно, преднамеренным изменением давления.

Таким образом, управляющее устройство предпочтительно выполнено так, что оно в промежутки времени оценки контролирует ход изменения давления, т.е. ход изменения измеряемого давления в системе с помощью по меньшей мере одного датчика давления, и осуществляет согласование по меньшей мере одного параметра управления давлением лишь пока ход изменения давления в заранее заданных пределах следует номинальному изменению давления. Если это так, то можно делать вывод, что отсутствуют изменения состояния стабильной работы, которые, например, возникают за счет открывания или закрывания мест отбора воды. Эти влияния должны быть, согласно изобретению, по возможности исключены.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, управляющее устройство выполнено так, что в нем применяется для согласования по меньшей мере одного параметра управления давлением метод определения погрешности прогнозирования (prediction error system identification method). Как указывалось выше, при этом рассматривается отклонение от прогнозируемого значения давления, и согласование осуществляется так, что минимизируется это отклонение, соответственно, эта погрешность.

Управляющее устройство предпочтительно имеет систему прогнозирования для прогнозирования значения давления на основе модели прогнозирования. При этом система прогнозирования выполнена так, что прогнозирование осуществляется в зависимости от скорости вращения повышающего давление насоса. То есть, система прогнозирования предсказывает ожидаемое значение давления в системе в зависимости от фактической скорости вращения повышающего давление насоса. При измеряемом отклонении фактически измеренного значения давления от прогнозируемого значения давления, система прогнозирования согласовывает по меньшей мере один параметр системы в модели прогнозирования на основе заданного алгоритма. За счет этого достигается, что модель прогнозирования согласовывается с фактической системой, и минимизируется, соответственно, уменьшается погрешность прогнозирования.

Эта система, наряду с согласованием управления с фактическими условиями в гидравлической системе, может использоваться также для распознавания изменений в гидравлической системе, например, утечек. Когда необходимы большие изменения по меньшей мере одного параметра системы в модели прогнозирования после предыдущей постоянной работы, то можно делать вывод об изменении в системе, например, утечке. Управляющее устройство может быть выполнено так, что когда оно распознает такое отклонение, то, например, сигнализирует неисправность.

Система прогнозирования предпочтительно выполнена так, что в ней применяется модель прогнозирования, которая является авторегрессивной моделью (моделью ARX), в частности, авторегрессивной моделью (моделью ARX) первого порядка. На основе такой модели может достигаться простым образом прогнозирование значения давления. Кроме того, в такой модели может указанным выше образом происходить согласование по меньшей мере одного применяемого параметра системы, с целью минимизации погрешности прогнозирования.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, управляющее устройство выполнено так, что задается по меньшей мере один параметр управления давлением в зависимости по меньшей мере от одного параметра системы в модели прогнозирования, в частности, на основе заданного алгоритма или таблицы, в частности, в хранящейся в памяти управляющего устройства таблицы. Таким образом, могут согласоваться, в частности, указанные выше предельные значения управления давлением в качестве параметров управления давлением в зависимости от параметра системы в модели прогнозирования, который согласовывается указанным выше образом. Так, параметр управления давлением, который в стартстоповом режиме предпочтительно имеет влияние на моменты времени включения и/или выключения повышающего давление насоса, согласовывается в зависимости по меньшей мере от одного согласованного параметра системы, так что, наряду с минимизацией погрешности прогнозирования указанным выше образом, минимизируется разница давления между включением и выключением повышающего давление насоса, и тем самым достигается повышение комфорта.

Управляющее устройство предпочтительно имеет регулятор давления, который регулирует повышающий давление насос на номинальное значение давления. В регулятор давления подается номинальное значение давления в качестве входной величины. При этом номинальное значение предпочтительно устанавливается с помощью управляющего устройства на основе заданного пользователем желаемого значения давления.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, по меньшей мере один параметр управления давлением может быть параметром управления, соответственно, регулирования в регуляторе давления. Такой параметр управления давлением может согласоваться один или дополнительно к другим параметрам управления давлением указанным выше образом на основе хода изменения во времени значения давления.

Кроме того, повышающее давление устройство выполнено предпочтительно так, что на стороне выхода повышающего давление насоса расположен обратный клапан. Такой обратный клапан является предпочтительным для обеспечения при выключенном повышающем давление насосе предотвращения возникновения обратного потока жидкости и удерживания давления на стороне выхода повышающего давление насоса, т.е. на стороне выхода обратного клапана. Кроме того, этот обратный клапан закрывается при небольших расходах. В таком состоянии изменение скорости вращения не оказывает больше влияния на фактическое давление, которое измеряется датчиком давления по потоку после обратного клапана. Датчик давления предпочтительно расположен по потоку после обратного клапана. Когда изменение скорости вращения не оказывает больше влияния на фактическое давление, то фактическое давление при уменьшении номинального значения давления, которое пытается установить насос за счет изменения скорости вращения, больше не следует за прогнозируемым значением давления. На основании этого может распознаваться небольшой расход, и управляющее устройство может переключать управление в указанный стартстоповый режим. В этом состоянии затем происходит указанное выше согласование по меньшей мере одного параметра управления давлением.

Так, предпочтительно управляющее устройство выполнено так, что оно управляет повышающим давление насосом в рабочем диапазоне, в котором имеется небольшой расход, в указанном выше стартстоповом режиме, и по меньшей мере в одном другом рабочем диапазоне, предпочтительно в рабочем диапазоне с большим расходом, регулирует скорость вращения повышающего давление насоса для достижения желаемого повышения давления. Граница стартстопового режима может устанавливаться известным образом, например, известным из DE 38 24 293 А1 образом, в частности, это может осуществляться, как указывалось выше, за счет действия обратного клапана, а затем распознавания, следует ли фактическое изменение давления прогнозированному изменению давления в желаемых границах.

При большом расходе повышающий давление насос предпочтительно работает в непрерывном режиме, и давление устанавливается желаемым образом за счет регулирования скорости вращения, соответственно, согласования скорости вращения. Повышающий давление насос предпочтительно является электронно регулируемым насосом, в частности, регулируемым с помощью преобразователя частоты насосом, так что скорость вращения можно изменять любым образом.

Как указывалось выше, управляющее устройство предпочтительно выполнено так, что оно распознает диапазон небольшого расхода. Для этого управляющее устройство может иметь предпочтительно модель распознавания расхода, которая предназначена для распознавания на основе по меньшей мере одного измеряемого датчиком давления значения давления и на основе изменений скорости вращения повышающего давление насоса рабочего диапазона с небольшим расходом. При этом датчик давления предпочтительно расположен после обратного клапана, как указывалось выше. Модель распознавания расхода может распознавать диапазон небольшого расхода на основании того, что при закрытом обратном клапане, что происходит при небольшом расходе, измеряемое значение давления больше не следует за изменением номинального давления. То есть, граница для диапазона небольшой скорости вращения, в котором происходит переключение в стартстоповый режим, зависит от функции обратного клапана и предпочтительно от его предварительного напряжения.

Ниже приводится в качестве примера описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг.1 - повышающее давление устройство, согласно изобретению;

фиг.2а и 2b - график изменения давления в стартстоповом режиме повышающего давление устройства при небольшом расходе;

фиг.3 - блок-схема регулирования повышающего давление устройства, согласно изобретению;

фиг.4 - график стартстоповый режима при небольшом расходе;

фиг.5 - согласование параметра в повышающем давление устройстве, согласно изобретению;

фиг.6 - таблица для определения разницы давления между предельными значениями давления; и

фиг.7 - график изменения давления в зависимости от времени для четырех различных рабочих состояний.

На фиг.1 схематично показано повышающее давление устройство в трубопроводе снабжения питьевой водой. Повышающее давление устройство имеет повышающий давление насос 2, к которому примыкает на стороне выхода дальше по потоку обратный клапан 4. На стороне выхода обратного клапана 4 расположен буферный бак 6, который может быть выполнен обычным образом в виде накопительного бака с мембраной и расположенным над ней закрытым объемом воздуха. Дальше вниз по потоку расположен датчик 8 давления, который измеряет давление Р на стороне выхода повышающего давление насоса 2 и на стороне выхода обратного клапана 4. Дальше вниз по потоку схематично показан клапан 10, который должен представлять одного или больше потребителей, и с помощью которого устанавливается расход в трубопроводе 5 на стороне выхода обратного клапана 4. Понятно, что вместо одного клапана 10 на практике к трубопроводу 5 может примыкать разветвленная сеть с множеством клапанов 10.

Кроме того, имеется управляющее устройство 12, которое управляет, соответственно, регулирует повышающий давление насос 2. Для этого повышающий давление насос 2 с помощью управляющего устройства 12, с одной стороны, включается и выключается и, с другой стороны, регулируется также в своей скорости вращения. Для этого предусмотрена возможность управления повышающим давление насосом 2 с помощью регулятора скорости вращения, в частности, с помощью преобразователя частоты. Управляющее устройство 12 соединено с возможностью передачи сигналов с датчиком 8 давления, так что оно принимает измеренные датчиком 8 давления значения давления.

Понятно, что вместо одного единственного повышающего давление насоса 2 могут применяться также несколько включенных параллельно и/или последовательно повышающих давление насосов, которые управляются, соответственно, регулируются с помощью управляющего устройства 12. Когда здесь приводится описание одного повышающего давление насоса 2, то следует понимать, что это также охватывает систему из нескольких повышающих давление насосов 2.

При работе показанного повышающего давление устройства имеется предпочтительно два рабочих состояния, а именно, рабочее состояние с небольшим расходом и рабочее состояние с большим расходом. В рабочем состоянии с большим расходом повышающий давление насос 2 предпочтительно работает в непрерывном режиме и регулируется в своей скорости вращения с помощью управляющего устройства 12 в зависимости от измеряемого датчиком 8 давления значения давления, с целью достижения, соответственно, сохранения номинального значения давления.

В рабочем состоянии с небольшим расходом закрывается обратный клапан 4, и регулирование скорости вращения повышающего давление насоса 2 больше не оказывает влияния на уменьшение давления в трубопроводе 5. Поэтому регулирование давления, как указывалось выше, может больше не выполняться. В этом рабочем состоянии повышающее давление устройство переключается в стартстоповый режим, в котором повышающий давление насос 2 включается, когда давление Р в трубопроводе 5 опускается ниже нижнего предельного значения давления, и повышающий давление насос 2 давления выключается, когда давление Р в трубопроводе 5 достигает верхнего предельного значения давления. Это включение и выключение повышающего давление насоса 2 осуществляется с помощью управляющего устройства 12.

В этом стартстоповом режиме величина буферного бака 3 имеет большое значение, поскольку от него зависят возникающие колебания давления, как поясняется на основе фиг. 2а и 2b. На фиг.2а и 2b на верхнем графике показано давление Р в трубопроводе 5 в зависимости от времени t. Нижний график показывает во времени t состояния включения повышающего давление насоса 2. При значении 1 повышающий давление насос 2 включен, при значении 0 выключен. На фиг.2а на верхнем графике показано изменение давления во время t при малом объеме бака и на нижнем графике - соответствующие состояния включения. Повышающий давление насос 2 при достижении верхнего предельного значения Р1 давления выключается в моменты времени ТА выключения. Затем давление падает до нижнего предельного значения Р2 давления. Когда оно достигается в момент времени ТЕ включения, то повышающее давление устройство снова включается, пока в момент времени ТА снова не достигается верхнее предельное значение Р1 давления. На верхнем графике на фиг.2b показано изменение давления при большом объеме буферного бака 6. При сравнении верхних графиков на фиг.2а и 2b можно видеть, что расстояние между моментом времени ТА выключения и моментом времени ТЕ включения становится больше, когда имеется больший объем буферного бака 6. В этом случае давление Р в трубопроводе 5 уменьшается медленнее. Согласно изобретению, в этом состоянии предусмотрено изменение, соответственно, согласование предельных значений Р1 и Р2 давления. Верхнее предельное значение Р1 уменьшается до предельного значения P1' давления, а нижнее предельное значение Р2 давления повышается до предельного значения P2' давления, т.е. гистерезисная разница уменьшается до P1'-P2'. Таким образом, уменьшается разница давления между включением и выключением повышающего давление насоса 2. Одновременно сокращается также снова расстояние во времени между моментами времени ТА выключения и моментами времени ТЕ включения. Таким образом, при по существу одинаковом времени работы и частоте включения повышающего давление насоса 2, достигается как при небольшом объеме буферного бака 6, так и при большом объеме буферного бака 6 более плавный ход изменения давления с небольшими колебаниями давления. Действие этого согласования становится ясным на основе фиг.7, на которой показано изменение давления Р во времени t, аналогично верхней кривой на фиг.2b. В первом рабочем состоянии а имеется небольшой расход при малом объеме бака. Фактическое давление Р колеблется вокруг выбранного пользователем давления PU в относительно большой ширине диапазона. Интервалы переключения короткие. Рабочее состояние b представляет на фиг.7 состояние малого расхода при большом объеме бака. Колебания давления остаются теми же, однако удлиняются интервалы между включением и выключением повышающего давление насоса 2. Рабочий диапазон с представляет небольшой расход при большом объеме бака после согласования значений Р1 и Р2 давления. Интервалы переключения снова укорачиваются. Одновременно уменьшаются колебания давления вокруг желаемого значения PU. Рабочий диапазон d представляет рабочий диапазон с большим расходом, в котором повышающий давление насос 2 больше не работает в стартстоповом режиме, а в непрерывном режиме с регулированием давления. В этом рабочем диапазоне по существу нет колебаний давления.

Ниже приводится более подробное описание согласования и регулирования со ссылками на фиг.3. На фиг.3 показана блок-схема выполнения регулирования, соответственно, управления повышающим давление насосом 2 с помощью управляющего устройства 12. Показанные на фиг.3 регулировочные компоненты интегрированы в управляющее устройство 12, соответственно, работают там в соответствующих модулях. При этом речь идет, в частности, о модулях программного обеспечения. Физическая система 14 и ее влияние на управление, соответственно регулирование, показано на фиг.3 пунктирной линией. Существенной составляющей частью физической системы 14 является передаточная функция 16, которая представляет гидравлическую систему, соответственно, образована гидравлической системой, и от которой зависит преобразование скорости n вращения повышающего давление насоса 2 в давление Р в трубопроводе 5. Кроме того, имеется зависящая от пользователя передаточная функция 18, которая представляет влияние положения клапана 10. В зависимости от положения клапана 10 изменяется также давление Р в трубопроводе 5. Это представлено передаточной функцией 18. Скорость n вращения является выходной величиной регулятора 20 давления, который интегрирован в управляющее устройство 12. В регулятор 20 давления подается номинальное давление PS, из которого вычитается фактическое давление Р в вычитателе 22.

Номинальное давление PS вычисляется, соответственно, выдается модулем 24 управления, соответственно, регулирования состояния. В модуль 24 регулирования состояния подается в качестве входной величины желаемое пользователем давление PU. Разница между верхним предельным значением Р1 давления и нижним предельным значением Р2 давления, т.е. гистерезисная разница Р12, определяется в модуле 28 параметров. Это происходит на основе определяемых в модуле 26 прогнозирования параметров а1 и b1. В модуле 26 прогнозирования применяется модель прогнозирования, которая в данном примере является авторегрессивной моделью первого порядка (моделью ARX). Ее параметры а1 и b1 определяются в модуле 26 прогнозирования. В модуль 26 прогнозирования подаются в качестве входных величин фактическое давление Р, скорость n вращения, а также значение Z состояния, при этом значение Z состояния представляет рабочий диапазон, а именно, рабочий диапазон с малым расходом или рабочий диапазон с большим расходом, при этом в рабочем диапазоне с малым расходом применяется стартстоповый режим. На основе по меньшей мере одного из параметров а1 и b1, которые согласовываются в рамках метода определения погрешности прогнозирования (prediction error system identification method), осуществляется согласование регулирования, соответственно, управления состоянием физической системы 14 тем, что в параметрическом модуле 28 согласовывается параметр управления давлением в виде разницы Р12 предельных значений Р1 и Р2 давления. Разница предельных значений Р1 и Р2 давления является одним примером подлежащего согласованию параметра управления давлением. Соответствующим образом могут согласовываться также другие параметры управления давлением, например, параметры, которые используются в регулировании давления. Фактические пограничные значения Р1 и Р2 давления задаются модулем 24 регулирования состояния на основе желаемого давления PU, так что желаемое давление PU лежит предпочтительно в середине гистерезисной разницы Р12.

Управляющее устройство 12 и, в частности, его модуль 24 регулирования состояния, имеют, в частности, функцию распознавания рабочего состояния, с целью определения диапазона малого расхода, в котором должен осуществляться стартстоповый режим. Как это происходит, поясняется ниже со ссылками на фиг.4. На фиг.4 показана нижняя кривая скорости n вращения повышающего давление насоса в зависимости от времени t. Верхняя кривая показывает изменение давления Р в зависимости от времени t, при этом сплошной линией изображено действительно измеряемое давление Р на датчике 8 давления, и штриховая линия представляет номинальное давление PS. На среднем графике на фиг. 4 показан расход Q в зависимости от времени t. При этом три показанных графика представляют параллельный во времени ход изменения. В момент t1 времени расход Q падает, так что рабочее состояние изменяется с состояния большого расхода в состояние малого расхода, соответственно, в состояние по существу без расхода. В этом момент времени повышается, как показано сплошной линией на верхнем графике, сначала фактическое давление Р и падает вследствие выполненного в регуляторе 20 давления регулирования давления снова до номинального давления PS. Между моментами t2 и t3 времени происходит распознавание, имеется ли состояние небольшого расхода. Для этого уменьшается номинальное давление PS и тем самым скорость n вращения и проверяется, следует ли фактический ход изменения давления Р за ходом изменения номинального давления PS. Это не происходит, как показано на фиг. 4. После этого система переключается в стартстоповый режим. Между моментами t3 и t4, а также t5 и t6 времени повышающий давление насос 2 включен. Скорость n вращения и тем самым давление Р повышаются. Между моментами t4 и t5 времени и после момента t6 времени повышающий давление насос 2 выключен. В начале промежутка времени выключения скорость вращения сначала падает. Затем давление Р падает медленнее, чем было пояснено применительно к фиг. 2.

В модели прогнозирования, которая применяется в модуле 24 прогнозирования, применяется, например, режим ARX первого порядка в следующем виде:

P[k]=-a1P[k-1]+b1n[k-1]

В этом уравнении Р обозначает давление, k - номер пробы, соответственно, цикла, n - скорость вращения, и а1 и b1 представляют два параметра. Параметры а1 и b1 могут быть определены с помощью алгоритма, например, следующим образом:

a1[k]=a1[k-1] -λe[k]P[k-1]

b1[k]=b1[k-1]+λe[k]n[k-1]

При этом λ представляет параметр величины шага и е - погрешность прогнозирования. Принцип действия модели определения погрешности прогнозирования для согласования прогнозируемого давления PР поясняется ниже со ссылками на фиг.5. На фиг.5 показано на верхнем графике давление в зависимости от времени t, при этом сплошной линией изображено измеренное давление Р, а штриховой линией - прогнозированное давление PP. На втором графике показана погрешность е прогнозирования в зависимости от времени t, и обе нижние кривые представляют параметры а1 и b1 в зависимости от времени t. Можно видеть, что предсказанное сначала давление РР сильно отклоняется от фактического давления Р. Отсюда получается погрешность е прогнозирования, на основании которой параметры а1 и b1 согласовываются так, что прогнозированное давление РР и фактическое давление Р совпадают, т.е. погрешность е прогнозирования по существу становится равной нулю.

Согласно изобретению, этот метод определения погрешности прогнозирования используется также для согласования по меньшей мере одного параметра управления давлением в параметрическом модуле 28. В этом примере параметр управления давлением является разницей Р12 предельных значений Р1 и Р2 давления. Согласование этих предельных значений давления происходит в этом примере выполнения на основе параметра b1. В памяти управляющего устройства 12, в частности в параметрическом модуле 28, находится таблица, которая задает для определенных параметров b1 разницы между предельными значениями Р1 и Р2 давления, т.е. гистерезисные разницы. В качестве альтернативного решения, в таблице могут быть заложены также непосредственно предельные значения Р1 и Р2 давления, однако для этого дополнительно требовалось бы подавать в параметрический модуль 28 желаемое давление PU и учитывать его в таблице. Таблица, из которой следует разница Р12 давления, может выглядеть, как показано на фиг.6. В ней, например, для значения параметра b1<0,32 предусмотрена разница давления, соответственно гистерезисная разница, равная 0,1 бар, между предельными значениями Р1 и Р2 давления, в то время как для случая, когда параметр b1 больше или равен 0,32, предусмотрена разница давления, соответственно, гистерезисная разница, равная 0,5 бар. Возможно, что таблица выполнена более детально с еще большим количеством шагов давления, с целью обеспечения возможности более точного согласования.

Указанное согласование параметров а1 и b1 происходит предпочтительно в рабочих точках, соответственно, в рабочих диапазонах повышающего давление насоса 2, в которых имеется стабильное рабочее состояние, т.е., в частности, возможно более постоянный расход. Это состояние имеется на графике на фиг.4 между моментами t3 и t4, а также между t5 и t6 времени. В этот момент времени имеется постоянный расход, т.е. положение клапана 10 не изменяется. Управляющее устройство 12 предпочтительно выполнено так, что оно распознает эти рабочие состояния. В частности, оно распознает изменения расхода на основе того, что в указанных рабочих диапазонах давления изменяется внезапно, т.е. фактически измеряемое давление Р отклоняется от номинального давления PS. Когда распознается такое состояние, то согласование параметров а1 и b1 прерывается, пока снова не достигается стабильное рабочее состояние. Таким образом, управляющее устройство 12 может быть выполнено так, что, например, всегда тогда, когда включается стартстоповый режим повышающего давление насоса 2, выполняется согласование параметров а1 и b1, если не обнаруживается изменение давления на основании изменения положения клапана. Таблица, по которой согласовывается разница Р12 предельных значений Р1 и Р2 давления, задана так, что в зависимости от параметра b1 определяется разница давления, соответственно, гистерезисная разница Р12 давления так, что разница давления становится минимальной, без превышения количества процессов включения повышающего давление насоса 2 определенного предела. Это обеспечивается с помощью заданной таблицы. Поскольку параметр b1 зависит от хода изменения измеренного давления Р, то тем самым согласовывается также разница Р12 предельных значений Р1 и Р2 давления, которая представляет параметр управления давлением, на основе хода изменения измеряемого давления.

Перечень позиций

2 Повышающий давление насос

4 Обратный клапан

5 Трубопровод

6 Буферный бак

8 Датчик давления

10 Клапан

12 Управляющее устройство

14 Физическая система

16 Передаточная функция

18 Зависимая от пользователя передаточная функция

20 Регулятор давления

22 Вычитатель (блок вычитания)

24 Модуль регулирования состояния

26 Модуль прогнозирования, система прогнозирования

28 Параметрический модуль

P Давление

PU Желаемое давление

PP Прогнозированное давление

PS Номинальное давление

P1,P1' Верхнее предельное значение давления

P2,P2' Нижнее предельное значение

P1-P2, P1'-P2' Разница давления, соответственно, гистерезисная

разница

t Время

TA Момент времени выключения

TE Момент времени включения

a1,b1 Параметр

Z Значение состояния

Q Расход

     1. Повышающее давление устройство для повышения давления протекающей через трубопровод (5) жидкости, содержащее по меньшей мере один повышающий давление насос (2), одно управляющее устройство (12), которое управляет повышающим давление насосом (2), а также по меньшей мере один расположенный на стороне выхода повышающего давление насоса (2) и соединенный с управляющим устройством датчик (8) давления, при этом управляющее устройство (12) выполнено так, что оно по меньшей мере в одном рабочем диапазоне управляет повышающим давление насосом в стартстоповом режиме так, что оно выключает повышающий давление насос (2) при достижении верхнего предельного значения (P1) давления и включает при достижении нижнего предельного значения (P2) давления, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что оно в стартстоповом режиме автоматически согласовывает по меньшей мере один параметр (P1,P2) управления давлением управляющего устройства (12) на основе хода изменения во времени по меньшей мере одного измеренного с помощью датчика давления значения (Р) давления.

     2. Повышающее давление устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый по меньшей мере один параметр (P1,P2) управления давлением является верхним и/или нижним предельным значением давления или разницей (P1-P2) давления между верхним и нижним предельным значением давления.

    3. Повышающее давление устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что согласование упомянутого по меньшей мере одного параметра (P1,P2) управления давлением осуществляется на основе хода изменения во времени по меньшей мере одного измеренного значения (Р) давления в таких промежутках времени оценки, в которых имеется постоянный расход (Q) в трубопроводе (5).

    4. Повышающее давление устройство по п.3, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что оно имеет промежутки времени оценки в таких промежутках времени, в которых при стартстоповом режиме включен повышающий давление насос (2).

    5. Повышающее давление устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что оно имеет промежутки времени оценки в промежутках времени, в которых скорость (n) вращения повышающего давление насоса (2) повышается или понижается с помощью управляющего устройства.

    6. Повышающее давление устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что оно в промежутки времени оценки контролирует ход изменения давления (Р) и осуществляет согласование упомянутого по меньшей мере одного параметра (P1,P2) управления давлением, лишь пока ход изменения давления (Р) в заранее заданных пределах следует номинальному изменению давления (PS).

    7. Повышающее давление устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что для согласования упомянутого по меньшей мере одного параметра (P1,P2) управления давлением оно использует метод определения погрешности прогнозирования (prediction error system identification method).

     8. Повышающее давление устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что управляющее устройство (12) имеет систему (26) прогнозирования для прогнозирования значения (PР) давления на основе модели прогнозирования в зависимости от скорости (n) вращения повышающего давление насоса (2), и что система (26) прогнозирования при отклонении фактически измеренного значения (Р) давления от прогнозируемого значения (РР) давления согласовывает по меньшей мере один параметр (a1,b1) в модели прогнозирования на основе заданного алгоритма.

     9. Повышающее давление устройство по п.8, отличающееся тем, что модель прогнозирования является авторегрессивной моделью (моделью ARX), в частности авторегрессивной моделью (моделью ARX) первого порядка.

    10. Повышающее давление устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что упомянутый по меньшей мере один параметр (P1,P2) управления давлением задается в зависимости от упомянутого по меньшей мере одного параметра (a1,b1) в модели прогнозирования, в частности, на основе заданного алгоритма или таблицы.

     11. Повышающее давление устройство по любому из пп 8-10, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) имеет регулятор (20) давления, который регулирует повышающий давление насос (2) на номинальное значение (PS) давления.

     12. Повышающее давление устройство по п.11, отличающееся тем, что упомянутый по меньшей мере один параметр управления давлением является параметром регулирования в регуляторе (20) давления.

     13. Повышающее давление устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что на стороне выхода повышающего давление насоса (2) расположен обратный клапан (4).

     14. Повышающее давление устройство по любому из пп.1-13, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) выполнено так, что оно управляет повышающим давление насосом (2) в рабочем диапазоне, в котором имеется небольшой расход (Q), в стартстоповом режиме, и по меньшей мере в одном другом рабочем диапазоне регулирует повышающий давление насос (2) в его скорости (n) вращения для достижения желаемого повышения давления.

     15. Повышающее давление устройство по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что управляющее устройство (12) имеет модуль распознавания расхода, который выполнен так, чтобы на основе по меньшей мере одного измеряемого датчиком (8) давления значения (Р) давления и на основе изменений номинального давления (PS) повышающего давление насоса (2) распознавать рабочий диапазон с небольшим расходом (Q).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к области контроля динамического уровня жидкости для управления погружным электронасосом. Технический результат – повышение эффективности способа за счет обеспечения бесперебойной работы скважины.

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования. Экспериментальная установка для исследования характеристик центробежных насосов содержит станину, на которую установлен тестируемый насос с шлангом высокого давления на выходе.

Группа изобретений относится к нефтедобывающему оборудованию и, в частности, к управлению скважинами для добычи пластовой жидкости. Технический результат - повышение эффективности эксплуатации нефтедобывающих скважин.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газового конденсата к дальнему транспорту, в частности к автоматическому управлению насосными агрегатами, обеспечивающими подачу конденсата в магистральный конденсатопровод (МКП).

Группа изобретений касается способа управления по меньшей мере одним насосом и устройства для повышения давления, с помощью которого осуществляется способ управления насосом, в частности, в системах водоснабжения.

Домовая насосная станция содержит водовпускной патрубок (12), водовыпускной патрубок (28), центробежный насос (3), электродвигатель (5), электрический/электронный блок управления и мембранный напорный резервуар (30).

Группа изобретений относится к циркуляционному насосному агрегату (2) и гелиотермической установке с таким насосным агрегатом. Насосный агрегат (2) имеет электрический приводной двигатель (6) и интегрированное в агрегат (2) устройство (10) управления.

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок и может быть использовано для пуска насосов в установках повышения давления, состоящих из группы электроприводных насосов напряжением 0,4 кВ и одного преобразователя частоты (ПЧ) в качестве регулятора.

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок повышения давления и может быть использовано в установках, состоящих из группы электроприводных насосов одинаковой мощности и преобразователей частоты в качестве регуляторов.

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок, состоящих из группы однотипных насосов одинаковой мощности. Способ повышения энергоэффективности установок повышения давления с центробежными электроприводными насосами, управляемыми преобразователями частоты по закону ПИД-регулирования, включает определение и контроль количества работающих насосов n, измерение тока активной нагрузки каждого работающего электродвигателя насоса Iаi, определение отклонения токов активной нагрузки каждого работающего электродвигателя от их среднеквадратичного значения, вычисленного по формуле пошаговый ввод корректирующего значения частоты управляющего сигнала в блоке управления для каждого работающего электродвигателя, равного произведению единицы младшего разряда частоты управления на масштабирующий коэффициент, до выполнения условия .

Изобретение относится к области водоснабжения. Трубопровод состоит из прямых участков и различных профилированных соединительных элементов, соединенных между собой в определенной последовательности для обеспечения подачи воды от источника к потребителю и установленных при помощи опор и подвесок.
Автоматический контроль и управление водоснабжением осуществляют с использованием микропроцессорного блока, датчиков уровня в резервуаре питьевой воды (h), напора в магистральной сети, расхода воды потребителями (Qп), давления воды на выходе насосных станций (Рн) и в диктующей точке (Рдт), исполнительные механизмы.

Изобретение относится к области водоснабжения. Система содержит кольцевую водопроводную сеть (1), разделенную на зоны (2 и 3), соединенные между собой водоводами (22), источники (4) питания сети водой, зональные насосные станции (7) с всасывающими трубопроводами (6), параллельно установленными насосами (8) с напорными трубопроводами (9), соединенными с напорными магистральными трубопроводами (10) подачи воды в зоны, зональные запасно-регулирующие емкости (5), соединенные по крайней мере с одним источником (4) питания сети водой и зональными насосными станциями (7) при помощи всасывающих трубопроводов (6), установленную на водопроводной сети (1) по меньшей мере одной зоны по меньшей мере одну повысительную насосную станцию (11) с всасывающим трубопроводом (12), установленную на водопроводной сети насосную станцию (15) с подающим (16) и отводящими (17) трубопроводами и соединенную с ней безнапорную запасно-регулирующую емкость (18).

Изобретение относится к системам водоснабжения населенных пунктов. Система транспортировки воды содержит кольцевую водопроводную сеть, разделенную на зоны, соединенные между собой водоводами, источники питания сети водой, зональные насосные станции с всасывающими трубопроводами, параллельно установленными насосами с напорными трубопроводами, соединенными с напорными магистральными трубопроводами подачи воды в зоны, зональные запасно-регулирующие емкости, соединенные по крайней мере с одним источником питания сети водой и зональными насосными станциями при помощи всасывающих трубопроводов, установленную на водопроводной сети по меньшей мере одной зоны по меньшей мере одну повысительную насосную станцию с всасывающим трубопроводом, установленную на водопроводной сети насосную станцию с подающим и отводящими трубопроводами и соединенную с ней безнапорную запасно-регулирующую емкость.

Изобретение относится к системам водоснабжения преимущественно малоэтажных поселений, расположенных в районах без вечномерзлых грунтов. Система состоит из кольцевых водопроводов, проложенных по высоким опорам и замкнутых на циркуляционную насосную станцию с пунктом подогрева.

Изобретение относится к коммунальному хозяйству и может быть использовано для водоснабжения многоэтажных бытовых и производственных зданий. Система содержит вертикальные по числу зон стояки с установленными в нижней части каждого их них обратными клапанами.

Группа изобретений относится к системе питьевой или технической воды с системой трубопроводов, а также к клапанам, используемым в этой системе. Система имеет подключение к коммунальной сети водоснабжения, по меньшей мере один подающий стояк или подъемный стояк по меньшей мере с одним ответвляющимся от него этажным трубопроводом и/или по меньшей мере одним ответвляющимся в направлении протекания воды от стояка и/или этажного трубопровода кольцевым трубопроводом.

Изобретение относится к области водоснабжения и может применяться для управления работой насосных станций. .

Изобретение относится к строительству, в частности к системам водоснабжения населенных пунктов. .

Изобретение относится к технике отопления, вентиляции, горячего и холодного водоснабжения и теплоснабжения зданий. .

Изобретение относится к повышающему давление устройству для повышения давления протекающей через трубопровод жидкости, содержащему по меньшей мере один повышающий давление насос, одно управляющее устройство, которое управляет насосом, а также по меньшей мере один расположенный на стороне выхода насоса и соединенный с управляющим устройством датчик давления. Устройство выполнено так, что оно по меньшей мере в одном рабочем диапазоне управляет насосом в стартстоповом режиме так, что насос при достижении верхнего предельного значения давления выключается и при достижении нижнего предельного значения давления включается. Устройство выполнено так, что оно в стартстоповом режиме автоматически согласовывает по меньшей мере один параметр управления давлением управляющего устройства на основе хода изменения во времени по меньшей мере одного измеренного с помощью датчика давления значения давления. Изобретение направлено на минимизацию возникающих колебаний давления. 14 з. п. ф-лы, 8 ил.

Наверх