СИСТЕМА ОЦЕНКИ СБРОСОВ СТОЧНЫХ ВОД В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
SYSTEM FOR ASSESSING WASTEWATERS DISCHARGES INTO ENVIRONMENT

Изобретение относится к системам водоотведения, а именно к устройствам оценки сбросов сточных вод в окружающую среду.
Известна «Система для определения и обеспечения показателей надежности и бесперебойности сетей водоснабжения и водоотведения» (см. Заявка: 2013142609/08 от 18.09.2013, Рос. Федерация: МПК G06Q 50/00 (2012.01) / Кармазинов Ф.В., Мельник Е.А., Нефедова Е.Д., Трухин Ю.А., Курганов Ю.А., Ильин Ю.А. Игнатчик В.С., Игнатчик С.Ю.; опубл. 27.03.2015, Бюл. №9), содержащая блок первичной обработки информации, блок расчета показателей надежности элементов сети, блок определения вероятностных показателей надежности сети, блок определения технологических показателей надежности сети водоотведения, блок оптимизации показателей надежности сети. В системе имеется ячейка определения объема аварийного сброса неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка по формуле:
сбр j
j
уч j
уч j
уч j
3
3
где V(t) - аварийный сброс неочищенных сточных вод из-за аварий и засорений j-го участка, м; q - расход j-го участка сети, м/с; γ(t) - комплексный показатель ремонтопригодности j-го участка сети;  λ(t) - интенсивность отключения j-го участка сети, 1/год; µ - интенсивность ремонта j-го участка сети, 1/год; t - время, час.
Недостатком указанного технического решения является узкая область функциональных возможностей, т.к. она рассчитана на определение объемов аварийных сбросов сточных вод только из-за аварий и засорений участков сетей. Это необходимо, но не достаточно для оценки сбросов всей системы. Необходимо так же, определить объемы сбросов сточных вод по причинам аварийности на канализационных насосных станциях и поступлении на них нерасчетных расходов сточных вод, например, в период дождей редкой повторяемости. С применением указанной системы это оценить не представляется возможным.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению служит полезная модель «Система управления энергопотреблением при эксплуатации общесплавных канализационных насосных станций» (см. патент на полезную модель №94291, Рос. Федерация: МПК F04B 51/00 (2006.01) / Кармазинов Ф.В., Кинебас А.К., Трухин Ю.А., Ильин Ю.А, Игнатчик B.C., Игнатчик С.Ю. и др.; опубл. 20.05.2010, Бюл. №14), включающая:
- по меньшей мере, два насоса с всасывающими и напорными трубопроводами, приемный резервуар с подводящим трубопроводом;
- модуль анализа диагностируемых параметров, содержащий блок сравнения подач, блок коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, блок коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса, блок анализа диагностируемых параметров, блок ввода эталонного диагностируемого параметра, при этом выход блока сравнения подач подключен к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, вход блока коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса подключен к выходу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, а выходы блоков коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса и ввода эталонного диагностируемого параметра - к входу блока анализа диагностируемых параметров;
- модуль контрольно-измерительных приборов, содержащий, по меньшей мере, два датчика подачи насоса, по меньшей мере, два датчика давления, установленные соответственно на всасывающем и напорном трубопроводах, датчик частоты вращения вала насоса, измеритель потребляемой мощности, при этом все датчики и измеритель потребляемой мощности модуля контрольно-измерительных приборов выполнены мобильными и дополнительно снабжены устройствами записи данных и каналами связи, выходы устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков давления, датчика частоты вращения вала насоса и измерителя потребляемой мощности при помощи каналов связи подключены к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, а выходы устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков подачи насоса - к входу блока сравнения подач;
- модуль оптимизации энергопотребления, содержащий блок формирования гидравлических характеристик сетей, к входу которого при помощи каналов связи подключены выходы устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков давления и выход блока сравнения подач, блок анализа энергопотребления, блок ввода диагностируемых параметров насосов-конкурентов, блок анализа энергопотребления насосов-конкурентов, при этом выходы блока анализа диагностируемых параметров и блока формирования гидравлических характеристик сетей подключены к входу блока анализа энергопотребления, выходы блока формирования гидравлических характеристик сетей и блока ввода диагностируемых параметров насосов-конкурентов подключены к входу блока анализа энергопотребления насосов-конкурентов, при этом, блок анализа энергопотребления, блок анализа энергопотребления насосов-конкурентов выполнены с возможностью определения суммарного энергопотребления, модуль перекачки воды снабжен приемным резервуаром с подводящим трубопроводом, модуль контрольно-измерительных приборов - датчиком интенсивности дождя с устройством записи данных и каналом связи, модуль оптимизации энергопотребления - блоком ввода объема приемного резервуара, блоком анализа водопритока, блоком ввода характеристик бассейна канализования. Всасывающие и напорные трубопроводы, по меньшей мере, двух насосов соединены с приемным резервуаром, выходы блока сравнения подач, блока ввода объема приемного резервуара, блока ввода характеристик бассейна канализования и устройства записи данных датчика интенсивности дождя при помощи канала связи подключены к входу блока анализа водопритока, а выход блока анализа водопритока подключен к входу блока анализа энергопотребления и к входу блока анализа энергопотребления насосов-конкурентов.
Для указанной системы характерна низкая надежность, т.к. при ее эксплуатации возможны ситуации, когда приемный резервуар, насосы и подводящий трубопровод будут подтоплены вследствие того, что приток воды на насосную станцию будет больше суммы подач насосов. Из-за подтопления приемного резервуара и насосов возможна остановка работы всей системы. Причинами таких ситуаций могут быть:
1. Снижение суммарной подачи насосов из-за их отказов;
2. Появление сверх расчетного притока, например, при интенсивном дожде редкой повторяемости.
В результате часть воды через люки колодцев будет сброшена в окружающую среду, а расход воды, поступающий на канализационную насосную станцию и объем сбрасываемых в окружающую среду сточных вод известная система определить не сможет.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности системы до уровня, при котором в условиях превышения притока воды над суммой подач насосов:
- приемный резервуар и насосы будут защищены от подтопления;
- сохранится возможность определения расхода сточных вод, поступающих в систему;
- появляется возможность оценить объем сбрасываемых в окружающую среду сточных вод.
Поставленная задача решена так, что в известной системе, включающей:
- модуль перекачки воды, содержащий, по меньшей мере, два насоса с всасывающими и напорными трубопроводами, приемный резервуар с подводящим трубопроводом, при этом всасывающие трубопроводы, по меньшей мере, двух насосов соединены с приемным резервуаром;
- модуль анализа диагностируемых параметров;
- модуль контрольно-измерительных приборов, содержащий или, по меньшей мере, два датчика подачи насоса, и/или, по меньшей мере, два датчика давления, установленные на напорных трубопроводах, и/или измеритель потребляемой мощности, при этом все датчики и измеритель потребляемой мощности модуля контрольно-измерительных приборов снабжены устройствами записи данных и каналами связи;
- блок ввода объемов приемного резервуара с каналом связи, блок анализа водопритока, в соответствии с настоящим изобретением:
- датчики подачи насосов выполнены с возможностью измерения подачи каждого насоса, измеритель потребляемой мощности выполнен с возможностью измерения силы тока и/или потребляемой мощности каждого насоса, блок ввода объемов приемного резервуара и блок анализа водопритока включены в состав модуля анализа диагностируемых параметров;
- модуль анализа диагностируемых параметров дополнительно снабжен блоком ввода геометрических характеристик приемного резервуара, снабженного каналом связи, блоком ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода, снабженного каналом связи, блоком анализа откачки воды из приемного резервуара, снабженного устройством записи данных и каналом связи, блоком вероятностного анализа водопритока, снабженного каналом связи, блоком вероятностного анализа суммарной подачи насосов, снабженного каналом связи, блоком ввода вероятностных и технологических показателей надежности насосов, снабженного каналом связи, блоком вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, снабженного каналом связи, блоком анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
- блок анализа водопритока дополнительно снабжен двумя каналами связи, соединяющие его выход с входами блока вероятностного анализа водопритока и блока анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
- выход блока вероятностного анализа водопритока при помощи канала связи подключен к входу блока вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, а выход блока ввода вероятностных и технологических показателей надежности насосов при помощи канала связи подключен к входу блока вероятностного анализа суммарной подачи насосов;
- выход блока вероятностного анализа суммарной подачи насосов при помощи канала связи подключен к входу блока вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, выход которого при помощи канала связи подключен к входу блока анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
- модуль контрольно-измерительных приборов дополнительно снабжен датчиком уровня воды, установленным на подводящем трубопроводе и датчиком уровня воды, установленным в приемном резервуаре, снабженными устройствами записи данных и каналами связи;
- модуль перекачки воды дополнительно снабжен запорно-регулирующим устройством с исполнительным органом, установленным на подводящем трубопроводе между датчиком уровня воды, установленным на подводящем трубопроводе, и приемным резервуаром, устройством управления, снабженным каналом связи.
При этом:
накоп
прит
кнс
прит
кнс
- блок вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод выполнен с возможностью определения функции плотности вероятности накопительного расхода Q=Q-Q, где, Q, Q - расход водопритока и суммарная подача насосов;
накоп
- блок анализа водопритока выполнен с возможностью определения графика водопритока, поступающего в подводящий трубопровод перед приемным резервуаром, и корреляционной зависимости между продолжительностью подтопления подводящего трубопровода и накопительным расходом Q сточных вод;
- выход устройства записи данных датчика уровня воды, установленного в приемном резервуаре, при помощи каналов связи подключен к входу устройства управления и входу блока анализа водопритока, выход устройства управления - к входу исполнительного органа запорно-регулирующего устройства, а устройство управления выполнено с возможностью формирования сигналов управления на исполнительный орган запорно-регулирующего устройства;
- выход блока ввода объема приемного резервуара, выходы устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков подачи насоса, двух датчиков давления, и измерителя потребляемой мощности при помощи каналов связи подключены к входу блока анализа откачки воды из приемного резервуара;
- выход устройства записи данных датчика уровня воды, установленного на подводящем трубопроводе, при помощи канала связи подключен к входу блока анализа водопритока;
- выходы блоков ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода и устройства записи данных блока анализа откачки воды из приемного резервуара при помощи каналов связи подключены к входу блока анализа водопритока.
Имеется вариант развития, когда блок ввода геометрических характеристик приемного резервуара выполнен с возможностью ввода средней площади поперечного сечения приемного резервуара.
Имеется вариант развития, когда блок ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода выполнен с возможностью ввода зависимости объема воды в подводящем трубопроводе от уровня воды в нем.
Отличительными признаками заявляемой «Системы оценки сбросов сточных вод в окружающую среду» являются:
1. Выполнение датчиков подачи насосов с возможностью измерения подачи каждого насоса;
2. Выполнение измерителя потребляемой мощности с возможностью измерения силы тока и/или потребляемой мощности каждого насоса;
3. Включение блока ввода объемов приемного резервуара и блока анализа водопритока в состав модуля анализа диагностируемых параметров;
4. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком ввода геометрических характеристик приемного резервуара, снабженного каналом связи;
5. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода, снабженного каналом связи;
6. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком анализа откачки воды из приемного резервуара, снабженного устройством записи данных и каналом связи;
7. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком вероятностного анализа водопритока, снабженного каналом связи;
8. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком вероятностного анализа суммарной подачи насосов, снабженного каналом связи;
9. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком ввода вероятностных и технологических показателей надежности насосов, снабженного каналом связи;
10. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, снабженного каналом связи;
11. Дополнительное снабжение модуля анализа диагностируемых параметров блоком анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
12. Дополнительное снабжение блока анализа водопритока двумя каналами связи;
13. Соединение выхода блока анализа водопритока при помощи двух каналов связи с входами блока вероятностного анализа водопритока и блока анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
14. Подключение выхода блока вероятностного анализа водопритока при помощи канала связи к входу блока вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод;
15. Подключение выхода блока ввода вероятностных и технологических показателей надежности насосов при помощи канала связи к входу блока вероятностного анализа суммарной подачи насосов;
16. Подключение выхода блока вероятностного анализа суммарной подачи насосов при помощи канала связи к входу блока вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод;
17. Подключение выхода блока вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод к входу блока анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
18. Дополнительное снабжение модуля контрольно-измерительных приборов датчиком уровня воды, установленным на подводящем трубопроводе;
19. Дополнительное снабжение модуля контрольно-измерительных приборов датчиком уровня воды, установленным в приемном резервуаре, снабженными устройствами записи данных и каналами связи;
20. Дополнительное снабжение модуля перекачки воды запорно-регулирующим устройством с исполнительным органом, установленным на подводящем трубопроводе между датчиком уровня воды, установленным на подводящем трубопроводе, и приемным резервуаром;
21. Дополнительное снабжение модуля перекачки воды устройством управления, снабженным каналом связи;
накоп
прит
кнс
прит
кнс
22. Выполнение блока вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод с возможностью определения функции плотности вероятности накопительного расхода Q=Q-Q, где, Q, Q - расход водопритока и суммарная подача насосов;
23. Выполнение блока анализа водопритока с возможностью определения графика водопритока, поступающего в подводящий трубопровод перед приемным резервуаром;
накоп
24. Выполнение блока анализа водопритока с возможностью определения корреляционной зависимости между продолжительностью подтопления подводящего трубопровода и накопительным расходом Q сточных вод;
25. Подключение выхода устройства записи данных датчика уровня воды, установленного в приемном резервуаре, при помощи каналов связи к входу устройства управления;
26. Подключение выхода устройства записи данных датчика уровня воды, установленного в приемном резервуаре, при помощи каналов связи к входу блока анализа водопритока;
27. Подключение выхода устройства управления к входу исполнительного органа запорно-регулирующего устройства;
28. Выполнение устройства управления с возможностью формирования сигналов управления на исполнительный орган запорно-регулирующего устройства;
29. Подключение при помощи канала связи выхода блока ввода объемов приемного резервуара к входу блока анализа откачки воды из приемного резервуара;
30. Подключение при помощи канала связи выходов устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков подачи насоса к входу блока анализа откачки воды из приемного резервуара;
31. Подключение при помощи канала связи выходов устройств двух датчиков давления к входу блока анализа откачки воды из приемного резервуара;
32. Подключение при помощи канала связи выхода измерителя потребляемой мощности к входу блока анализа откачки воды из приемного резервуара;
33. Подключение при помощи канала связи выхода устройства записи данных датчика уровня воды, установленного на подводящем трубопроводе, к входу блока анализа водопритока;
34. Подключение при помощи канала связи выхода блока ввода геометрических характеристик приемного резервуара к входу блока анализа водопритока;
35. Подключение при помощи канала связи выхода блока ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода к входу блока анализа водопритока;
36. Подключение при помощи канала связи выхода устройства записи данных блока анализа откачки воды из приемного резервуара к входу блока анализа водопритока;
37. Выполнение блока ввода геометрических характеристик приемного резервуара с возможностью ввода средней площади поперечного сечения приемного резервуара;
38. Выполнение блока ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода с возможностью ввода зависимости объема воды в подводящем трубопроводе от уровня воды в нем.
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки №1, 2, 19, 21, 25, 27, 29 в технической литературе известны, а остальные - нет, что отвечает условию патентоспособности «новизна».
Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, заключающийся в том, что повышается надежность системы до уровня, при котором в условиях превышения притока воды над суммой подач насосов:
- приемный резервуар и насосы будут защищены от подтопления, поскольку наличие отличительных признаков №18-21, 25, 27, 28 позволяет ограничить за счет прикрывания запорно-регулирующего устройства поступление в приемный резервуар притока воды, по расходу превышающего сумму подач насосов;
- сохранится возможность определения расхода сточных вод, поступающих в систему, поскольку наличие отличительных признаков №1-7, 26, 29-36 позволяет обеспечить диагностику расхода воды (определения графика притока) в условиях, когда его поступление в приемный резервуар регулируется запорно-регулирующим устройством;
- появляется возможность оценить объем сбрасываемых в окружающую среду сточных вод, поскольку наличие отличительных признаков №7-17, 22-24 позволяет обеспечить оценку объема сбрасываемых в окружающую среду сточных вод.
Полученный эффект (повышение надежности) является техническим в соответствии с Национальный стандартом Российской Федерации «Надежность в технике. Термины и определения» IEC 60050 (191): 1990-12.
Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.
Q
прит
Q
кнс
На фиг. 1 представлена схема системы оценки сбросов сточных вод в окружающую среду, на фиг. 2 - пример построения графика водопритока, на фиг. 3 - пример результата анализа фактических данных, в результате которого получена корреляционную зависимость между продолжительностью подтопления подводящего трубопровода и накопительным расходом сточных вод, на фиг. 4 - пример результатов вероятностного анализа водопритока в виде функции плотности распределения водопритока ƒ(Q), на фиг. 5 - пример результатов вероятностного анализа водопритока в виде функции плотности распределения суммарной подачи насосов ƒ(Q), на фиг. 6 - пример результатов вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, на фиг. 7 - пример результатов анализа объема сточных вод, сбрасываемого в окружающую среду.
Устройство содержит (см. фиг. 1):
1. Модуль перекачки воды, содержащий:
- по меньшей мере, два насоса 1 и 2 с всасывающими 3, 4 и напорными 5, 6 трубопроводами, приемный резервуар 7 с подводящим трубопроводом 8, при этом всасывающие 3 и 4 трубопроводы, по меньшей мере, двух насосов 1, 2 соединены с приемным резервуаром 7;
- запорно-регулирующее устройство 9 с исполнительным органом 10, устройство управления 11, снабженное каналом связи 12, выполненное с возможностью формирования сигналов управления на исполнительный орган 10 запорно-регулирующего устройства 9;
2. Модуль контрольно-измерительных приборов, содержащий:
- или, по меньшей мере, два датчика 13 и 14 подачи насоса, и/или, по меньшей мере, два датчика 15, 16 давления, установленные на напорных 5, 6 трубопроводах и/или измеритель 17 потребляемой мощности;
- датчик 18 уровня воды, установленный на подводящем трубопроводе 8, и датчик 19 уровня воды, установленный в приемном резервуаре 7, при этом все датчики 13-16, 18-19 и измеритель 17 потребляемой мощности снабжены устройствами 20 записи данных и каналами связи 21.
При этом, датчики 13 и 14 подачи насоса выполнены с возможностью измерения подачи каждого насоса, а измеритель 17 потребляемой мощности - с возможностью измерения силы тока и/или потребляемой мощности каждого насоса.
3. Модуль анализа диагностируемых параметров, содержащий:
- блок 22 ввода геометрических характеристик приемного резервуара, снабженный каналом связи 23;
- блок 24 анализа откачки воды из приемного резервуара, снабженный устройством записи данных 25 и каналом связи 26;
- блок 27 анализа водопритока;
- блок 28 ввода объемов приемного резервуара с каналом связи 29;
- блок 30 ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода, снабженный каналом связи 31;
- блок 32 вероятностного анализа водопритока, снабженный каналом связи 33;
- блок 34 вероятностного анализа суммарной подачи насосов, снабженный каналом связи 35;
- блок 36 ввода вероятностных и технологических показателей надежности насосов, снабженный каналом связи 37;
- блок 38 вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, снабженный каналом связи 39;
- блок 40 анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду.
При этом:
- запорно-регулирующее устройство 9 с исполнительным органом 10, установлено на подводящем трубопроводе 8 между датчиком 18 уровня воды, установленным на подводящем трубопроводе 8, и приемным резервуаром 7;
- выход устройства 20 записи данных датчика 19 уровня воды, установленного в приемном резервуаре 7, при помощи каналов связи 21 подключен к входу устройства управления 11 и входу блока 27 анализа водопритока, выход устройства управления 11 при помощи канала связи 12 - к входу исполнительного органа 10 запорно-регулирующего устройства 9;
- устройства 20 записи данных датчиков 13-16 и измерителя 17 потребляемой мощности при помощи каналов связи 21 подключены к входу блока 24 анализа откачки воды из приемного резервуара;
- устройство записи данных 25 блока 24 анализа откачки воды из приемного резервуара при помощи канала связи 26 подключено к входу блока 27 анализа водопритока;
- выход блока 22 ввода геометрических характеристик приемного резервуара при помощи канала связи 23 подключен к входу блока 27 анализа водопритока;
- выход блока 28 ввода объемов приемного резервуара при помощи канала связи 29 подключен к входу блока 24 анализа откачки воды из приемного резервуара;
- выход блока 30 ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода при помощи канала связи 31 подключен к входу блока 27 анализа водопритока.
Кроме того:
- блок 27 анализа водопритока дополнительно снабжен двумя каналами связи 41 и 42, соединяющих его выход соответственно с входами блока 32 вероятностного анализа водопритока и блока 40 анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
- выход блока 32 вероятностного анализа водопритока при помощи канала связи 33 подключен к входу блока 38 вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, а выход блока 36 ввода вероятностных и технологических показателей надежности насосов при помощи канала связи 37 подключен к входу блока 34 вероятностного анализа суммарной подачи насосов;
- выход блока 34 вероятностного анализа суммарной подачи насосов при помощи канала связи 35 подключен к входу блока 38 вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод, выход которого при помощи канала связи 39 подключен к входу блока 40 анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду;
- выход устройства 20 записи данных датчика 18 уровня воды, установленного на подводящем трубопроводе 8, при помощи канала связи 21 подключено к входу блока 27 анализа водопритока.
Работа системы проиллюстрирована на примере, когда модуль перекачки воды оборудован двумя (и более) насосами. В соответствии с настоящим изобретением количество насосов может быть разным, но принцип работы системы от этого не меняется.
прит
кнс
Сточная вода с расходом Q, по подводящему трубопроводу 8 при открытом запорно-регулирующем устройстве 9 свободно поступает в приемный резервуар 7, уровень воды в котором начинает подниматься. При достижении первого верхнего уровня, в работу включается один насос (номер 1 или 2). При этом, суммарная подача насосов Q равна подаче работающего насоса. После этого возможны следующие режимы работы модуля перекачки воды.
прит
1
Первый режим, когда расход воды Q, поступающей в приемный резервуар 7, меньше подачи одного насоса. В этом режиме уровень воды в приемном резервуаре 7 начинает снижаться. При достижении первого минимального уровня насос отключается. Объем воды V, находящийся в приемном резервуаре 7 между первым минимальным и первым верхним уровнем, вводится через блок 28 ввода объемов приемного резервуара.
прит
кнс
2
Второй режим, когда расход воды Q, поступающей в приемный резервуар 7, больше подачи одного насоса, но меньше подачи двух параллельно работающих. Во второй режим модуль перекачки воды попадает из первого режима, когда уровень воды в приемном резервуаре 7 продолжает подниматься до второго верхнего уровня. В результате включается в работу второй насос (суммарная подача насосов Q равна сумме подач работающих насосов) и уровень воды в приемном резервуаре 7 начинает снижаться. При достижении второго минимального уровня один насос отключаются, а один продолжает работать. Объем воды V, находящийся в приемном резервуаре 7 между первым минимальным и вторым верхним уровнем, вводится через блок 28 ввода объемов приемного резервуара.
прит
кнс
3
Третий режим, когда расход воды Q, поступающей в приемный резервуар 7, больше подачи двух параллельно работающих - Q. В третий режим модуль перекачки воды попадает из второго режима, когда уровень воды в приемном резервуаре продолжает подниматься до третьего верхнего уровня. Объем воды V, находящийся в приемном резервуаре 7 между первым минимальным и третьим верхним уровнем, вводится через блок 28 ввода объемов приемного резервуара.
Информация о повышении уровня через выход устройства 20 записи данных датчика 19 уровня воды, установленного в приемном резервуаре 7, при помощи канала связи 21 поступает к входу устройства управления 11. Для предотвращения затопления модуля перекачки воды из выхода устройства управления 11 при помощи канала связи 12 к входу исполнительного органа 10 запорно-регулирующего устройства 9 поступает команда на прикрытие. В результате:
- уровень воды в приемном резервуаре 7 начнет снижаться;
накоп
прит
кнс
прит
кнс
- уровень воды в подводящим трубопроводом 8 начнет повышаться, поскольку в нем начнет аккумулироваться вода за счет накопительного расхода Q=Q-Q, где, Q, Q - расход водопритока и суммарная подача насосов.
В течение всего третьего режима устройство управления 11 путем прикрытия - открытия будет поддерживать уровень воды, например, на третьем верхнем уровне. Система вернется из третьего режима во второй, когда при полностью открытом запорно-регулирующем устройстве 9 уровень воды в приемном резервуаре 7 будет продолжать снижаться.
Перечисленные режимы работы модуля перекачки воды относятся к режимам «старт - стоп». Настоящим изобретением не исключается другой тип режима работы, когда уровень воды в приемном резервуаре 7 поддерживается примерно на одинаковом уровне за счет включения - выключения насосных агрегатов. Это практикуется на больших канализационных насосных станциях, где число насосов значительно больше двух. Но, при этом, третий режим неизбежен при поступлении нерасчетных расходов воды, например, в дождь.
кнс
прит
В целом, в третьем режиме суммарная откачка Q воды насосами будет меньше поступающего расхода Q (водопритока). Поэтому ее оценить по суммарной производительности насосов невозможно. Для решения этой задачи включаются в работу модуль контрольно-измерительных приборов и анализа диагностируемых параметров.
Датчики 13-19 синхронно (т.е. в одно и то же время) и через один и тот же интервал времени (например, 1 минуту) снимают показания и записывают в устройствах 20 записи данных, где таким образом хранится массив информации. При этом, настоящим изобретением предусматривается возможность двух вариантов применения датчиков 13-17.
кнс
3
Первый вариант, когда применяется только один тип, т.е. или только датчики 13 и 14 подачи насоса, или, только датчики 15, 16 давления, или только измеритель 17 потребляемой мощности. Этого достаточно, для того, что бы в блоке 24 анализа откачки воды из приемного резервуара, куда информация от датчиков поступает по каналам связи 21, проанализировать и сохранить в устройстве записи данных 25 массив информации, характеризующий график изменения во времени расхода воды (суммарной подачи насосов), откачиваемой из приемного резервуара 7. На фигуре 2 для примера этот график обозначен позицией 43, отражающей изменение расхода Q, тыс. м/ч.
2
2
3
При работе модуля перекачки воды в режиме «старт - стоп» расход откачиваемой воды в первом варианте дополнительно оценивается объемным способом, с учетом объемов приемного резервуара. Информация о (V, V, V и т.д.) последних поступает в блок 24 анализа откачки воды из приемного резервуара при помощи канала связи 29 из блока 28 ввода объемов приемного резервуара. В этом случае показания датчиков 15, 16 давления, или измерителя 17 потребляемой мощности используются только для фиксации времени начала и окончания откачки воды из приемного резервуара 7. Точность этого способа зависит от режима работы модуля перекачки воды, поскольку расход в этом случае оценивается как среднее значение продолжительности наполнения и откачки приемного резервуара 7. Чем меньше эта продолжительность, тем больше точность оценки.
Второй вариант, когда они применяются одновременно. Это может быть реализовано в системах, на которых они уже установлены для контроля технологических показателей работы. В этом случае повысится надежность системы в целом и точность оценки за счет сопоставления результатов измерений.
К входу блока 27 анализа водопритока поступает следующая информация:
кнс
- от устройства 25 записи данных блока 24 анализа откачки воды из приемного резервуара 7 при помощи канала связи 26. Информация представляется в виде графика изменения во времени расхода воды, откачиваемой из приемного резервуара 7, т.е. Q(t);
рез
- от выхода устройства 20 записи данных датчика 19 уровня воды, установленного в приемном резервуаре 7, при помощи канала связи 21. Информация представляется в виде графика изменения во времени уровня воды в приемном резервуаре 7. На фигуре 2 для примера этот график обозначен позицией 44, отражающей изменение уровня H(t), м.в.с.;
- от выхода блока 22 ввода геометрических характеристик приемного резервуара 7 (например, в виде средней площади поперечного сечения) при помощи канала связи 23. Информация представляется в виде константы. По этой причине блок 22 не оборудуется устройством записи данных. Однако, произведение этой константы на значения из массива информации об уровне воды в приемном резервуаре 7, поступающей от выхода устройства 20 записи данных датчика 19 уровня воды, позволяет в блоке 27 анализа водопритока получить информацию в виде графика изменения во времени объема воды в приемном резервуаре 7 (на фигуре 2 не показан);
кол
- от выхода устройства 20 записи данных датчика 18 уровня воды, установленного на подводящем трубопроводе 8, при помощи канала связи 21. На фигуре 2 для примера этот график обозначен позицией 45, отражающей изменение уровня Н(t), м.в.с.;
- от выхода блока 30 ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода (например, в виде зависимости объема воды от уровня воды в подводящем трубопроводе) при помощи канала связи 31. Информация представляется в виде функции. По этой причине блок 30 не оборудуется устройством записи данных. Однако, применение этой функции позволяет на основании информации, полученной от датчика 18 уровня воды в подводящем трубопроводе, вычислять объем воды в нем.
Этой информации достаточно, для того что бы в блоке 27 анализа водопритока:
1. Определить график водопритока, поступающего в подводящий трубопровод 8 перед приемным резервуаром 7, на основании следующего уравнения баланса воды
прит
кнс
рез
кол
Q(t)=Q(t)+dV(t)/dt+dV(t)/dt,
рез
рез
кол
1
кол
1
кол
где, dV(t)=dH(t)*S, S - средняя площадь поперечного сечения приемного резервуара 7, поступающая из блока 22 ввода геометрических характеристик приемного резервуара; dV(t)/dt=ƒ(dH(t)), ƒ - зависимости объема воды от уровня воды H(t) в подводящем трубопроводе 7, поступающая из блока 30 ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода.
кол
1
кол
кол
кол
На практике вид и параметры функции dV(t)/dt=ƒ(dH(t)) можно определить путем аппроксимации между парами значений dV(t)/dt и dH(t), полученных в результате гидравлического моделирования совместной работы насосов, приемного резервуара с подводящим трубопроводом. Например, при помощи программы гидравлического расчета систем водоснабжения, канализации и ливневых стоков MIKE URBAN (майк урбан) для одной из систем водоотведения Санкт-Петербурга таким образом получена зависимость
кол
1
кол
кол
dV(t)/dt=ƒ(H(t))=140,06*ln(dH(t))+2235,5.
прит
3
На фигуре 2 для примера полученный график Q(t) обозначен позицией 46, отражающий изменение водопритока, тыс. м/ч;
накоп
2. Определить корреляционную зависимость между продолжительностью подтопления подводящего трубопровода и накопительным расходом Q сточных вод, т.к.:
- продолжительность t подтопления подводящего трубопровода 8 возможно определить (используя информацию предыдущего этапа) по продолжительности повышения уровня воды в нем, т.е. когда
кол
H(t)>0, если датчик 18 уровня воды, установленный на подводящем трубопроводе 8, установлен в верхней его части,
кол
или H(t)>D, если датчик 18 уровня воды, установленный на подводящем трубопроводе 8, установлен в нижней его части, где D - диаметр подводящего трубопровода 8 в месте установки датчика 18 уровня воды;
накоп
накоп
прит
кнс
накоп
- накопительный расход Q сточных вод возможно определить (используя информацию предыдущего этапа) по формуле Q=Q-Q. В том случае, когда Q>0 имеет место подтопление подводящего трубопровода 8.
На фигуре 3 для примера показан результат анализа фактических данных 47, в результате которого получена корреляционную зависимость 48 по формуле
накоп
t=8/Q +0.55.
прит
Q
прит
В блоке 32 вероятностного анализа водопритока на основании графика водопритока Q(t), определенного за длительный период, например, один год, в блоке 27 анализа водопритока и поступающего по каналу связи 41, получаются результаты вероятностного анализа водопритока. Настоящим изобретением допускаются различные варианты предоставления результатов такого анализа. В качестве примера, на фиг. 4 предоставлен вариант, когда он приведен в виде функции плотности распределения водопритока ƒ(Q).
н1
н2
Дополнительно через блок 36 ввода вероятностных и технологических показателей надежности насосов, вводится требуемая информация. Допустим (для сплошного примера демонстрации работоспособности системы), что для перекачки водопритока, функция плотности распределения которого представлена на фиг. 4, необходима станция с четырьмя насосами первого типа с подачей Q и семью насосами второго типа с подачей Q. Тогда в блоке 36 для примера вводится следующая информация;
1. Вероятностные показатели:
1
- интенсивность отказов насосов первого типа λ=0,002, 1/ч;
2
- интенсивность отказов насосов второго типа λ=0,001666667, 1/ч;
1
- интенсивность восстановления насосов первого типа µ=0,001538, 1/ч;
2
- интенсивность восстановления насосов второго типа µ=0,001429, 1/ч.
2. Технологические показатели:
н1
3
- подача насосов первого типа Q=7,5, тыс. м/ч;
н1
3
- подача насосов второго типа Q=17, тыс. м/ч.
Q
кнс
Эта информация по каналу связи 37 поступают в блок 34 вероятностного анализа суммарной подачи насосов, в котором выполняется анализ вероятностей суммарной подачи насосов. Настоящим изобретением предусматривается возможность применения различных методов расчета для проведения заявленного анализа. Для примера, на фиг. 5 представлен результат, выполненный путем решения системы дифференциальных уравнений Колмогорова, описывающей процесс изменения состояний насосов, и представленный в виде функции плотности распределения суммарной подачи насосов ƒ(Q).
В результате, в блок 38 вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод поступает следующая информация:
Q
прит
- из блока 32 вероятностного анализа водопритока результаты анализа водопритока, например, в виде функции плотности распределения водопритока ƒ(Q), представленной на фиг. 4;
Q
кнс
- из блока 34 вероятностного анализа суммарной подачи насосов результаты анализа суммарной подачи, например, в виде функции плотности распределения суммарной подачи насосов ƒ(Q), представленной на фиг. 5.
прит
кнс
Q
накоп
накоп
Этой информации достаточно для того, что бы в блоке 38 вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод выполнить вероятностный анализ разницы двух случайных величин - Q и Q, и получить ее, например, в виде функции плотности распределения ƒ(Q) накопительного расхода Q. Для примера, на фиг. 6 представлен результат такого анализа.
В блок 40 анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду, поступает следующая информация:
Q
накоп
- из блока 38 вероятностного анализа накопительного расхода сточных вод результаты анализа накопительного расхода, например, в виде функции плотности распределения накопительного расхода ƒ(Q), представленной на фиг. 6;
накоп
- из блока 27 анализа водопритока результаты анализа корреляционной зависимости между продолжительностью подтопления подводящего трубопровода 8 и накопительным расходом Q сточных вод, представленной на фиг. 3.
Этой информации достаточно для того, что бы в блоке 40 анализа объема сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду, выполнить:
накоп
накоп
- оценку зависимости общей продолжительности Т эксплуатации системы в году (или другой требуемый период), когда Q>0, от Q. Результаты такой оценки представлены на фигуре 7 позицией 48;
накоп
накоп
накоп
- оценку зависимости количества случаев N в году (или другой требуемый период), когда Q>0, от Q. Результаты такой оценки представлены на фигуре 7 позицией 49. При этом, для оценки использована корреляционная зависимость между продолжительностью подтопления подводящего трубопровода 8 и накопительным расходом Q, обозначенная позицией 50;
- оценку интегрального объема V сточных вод, сбрасываемых в окружающую среду за год (или другой требуемый период). Результаты такой оценки в виде доли (в %) от общего годового объема стока представлены на фигуре 7 позицией 51.
Таким образом, предлагаемая система соответствует критерию «промышленная применимость».