СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСА СДВОЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ
METHOD FOR OPERATION OF A DUAL-STRUCTURE CIRCULATION PUMP

Данное изобретение касается способа эксплуатации циркуляционного насоса сдвоенной конструкции.
Сдвоенный насос, соответственно, циркуляционный насос сдвоенной конструкции состоит из по меньшей мере двух отделенных друг от друга отдельных насосов, в частности, центробежных насосов, которые помещены в одном общем корпусе. Нагнетательные патрубки отдельных насосов сходятся в общий выходной нагнетательный патрубок сдвоенного насоса. Такая конструкция, во-первых, предоставляет режим избыточности, при котором включается запасной насос, если работающий насос выходит из строя вследствие дефекта (однонасосный режим работы). Во-вторых, оба насоса в двухнасосном режиме работы могут эксплуатироваться синхронно, что при определенных условиях обеспечивает энергетически более эффективный режим, а также повышенную производительность обоих отдельных насосов.
Для того, чтобы в однонасосном режиме работы предотвратить противоток в неработающем насосе, на месте нагнетательного патрубка устанавливается так называемый переключающий клапан, к которому сходятся отдельные патрубки обоих насосов. В однонасосном режиме он в зависимости от давления запирает выпускной патрубок неработающего насоса. В двухнасосном режиме работы этот переключающий клапан в идеале должен занимать среднее положение, так что перекачиваемая среда обоих насосов максимально беспрепятственно может течь в общий нагнетательный патрубок.
Функция переключающего клапана схематично показана на Фиг. 1, причем на левом изображении 1а показан однонасосный режим работы, при котором нагнетательный патрубок неработающего насоса 2 заперт посредством клапана 3, а изображение 1b представляет двухнасосный режим работы с максимально точным средним положением переключающего клапана 3.
Обычная регулировка сдвоенного насоса осуществляется с помощью блока управления установкой, а в случае циркуляционного насоса системы отопления с помощью блока управления установкой системы отопления. Он регулирует оба насоса в зависимости от заданного значения давления, которое должно быть достигнуто, (заданное значение напора) сдвоенного насоса. Для того, чтобы достичь этого заданного значения напора, оба насоса получают общую регулирующую величину в форме заданного значения частоты вращения их приводных агрегатов. Соответствующую блок-схему можно увидеть на Фиг. 2.
Обычная регулировка предполагает при этом, что оба отдельных насоса при идентичном заданном значении частоты вращения выдают одно и то же выходное давление, которое в таком случае соответствует общему напору системы. Фактически оба отдельных насоса вследствие обусловленных конструктивным пространством различных направляющих потока при идентичном заданном значении частоты вращения выдают слегка различное выходное давление. Из-за идентичных направлений вращения обоих насосов может идеально направляться, например, поток только одного насоса. Второй насос в этом случае имеет более длинную направляющую потока, в частности, с большей криволинейной составляющей. Эти различия могут дополнительно усиливаться и производственными допусками.
Такое отклонение в напорах ведет к тому, что переключающий клапан нагружается различными векторами силы, вследствие чего этот клапан поворачивается вокруг вертикальной оси из своего среднего положения. При известных условиях позиция клапана становится нестабильной подобно обратному маятнику. Малейшие отклонения клапана из среднего положения, которые могут быть вызваны, например, вихрем в турбулентном потоке, ведут к резкому переходу клапана в одну сторону.
Без подходящих встречных мер в таком случае один из обоих насосов всегда будет гидравлически блокироваться, и параллельная перекачка обоими насосами будет невозможна. Из уровня техники известны механические решения. Один подход предусматривает модификацию клапана с помощью обтекателя, который должен стабилизировать положение клапана посредством возникающего на нем встречного давления. Альтернативный подход к решению основан на выполненном как мотыльковый клапан переключающем клапане, который содержит пружинный элемент между обеими створками.
Эти решения требуют, однако, конструктивных мер в переключающем клапане, вследствие чего необходимо принимать в расчет не только производственные затраты, но и недостатки, которые могут привести к износу клапана.
В европейской заявке ЕР 2940309 А1 описан способ регулировки насосной системы с симметрированием мощности. В европейской заявке ЕР 0735273 А1 показан двойной насос с централизованным управлением.
Поэтому ищут решение, которое поможет преодолеть вышеприведенные проблемы.
Эта задача решается посредством способа с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления способа являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно изобретению, предлагается способ эксплуатации циркуляционного насоса сдвоенной конструкции. Данный способ базируется на циркуляционном насосе с по меньшей мере двумя разделенными отдельными насосами, нагнетательные патрубки которых сходятся в один общий выпускной напорный патрубок. Хотя данное изобретение явно говорит о сдвоенной конструкции, теоретически внутри насоса могут взаимодействовать и больше двух отдельных насосов. В дальнейшем простоты ради говорится о сдвоенной конструкции, соответственно, о двух отдельных насосах. Предлагаемые изобретением варианты выполнения действительны, однако, без ограничения и для конструкции более чем с двумя отдельными насосами.
Используемые отдельные насосы могут быть выполнены каждый как центробежный насос и быть установлены внутри одного общего корпуса циркуляционного насоса. Каждый отдельный насос содержит собственный приводной агрегат с переменной скоростью, предпочтительно в форме электродвигателя.
Кроме того, предусмотрен по меньшей мере один установленный поворотно в нагнетательном патрубке переключающий клапан, который делает возможным переход между однонасосным и многонасосным режимами работы. В однонасосном режиме работы клапан поворачивается из своего среднего положения, так что напорный выходной патрубок одного отдельного насоса закрывается. В двухнасосном режиме работы этот клапан в идеале должен находиться в среднем положении, в котором нагнетательные патрубки отдельных насосов открыты, и на диаметр отверстия нагнетательного патрубка обоих отдельных насосов клапан либо совсем не оказывает воздействия, либо воздействует по меньшей мере одинаковым образом.
В отличие от уровня техники данное изобретение предлагает с помощью системы регулировки для циркуляционного насоса генерировать индивидуальные регулирующие величины для приводов указанных по меньшей мере двух отдельных циркуляционных насосов и управлять ими соответственно. При этом эти индивидуальные регулирующие величины должны устанавливаться таким образом, чтобы переключающий клапан в двухнасосном режиме работы стабилизировался, предпочтительно в своем среднем положении. В частности, проблематичное отклонение между результирующими напорами при идентичной частоте вращения отдельных насосов должно сводиться к нулю посредством индивидуальной регулировки отдельных приводов, вследствие чего положение клапана может быть эффективно стабилизировано.
Первый путь решения согласно одному предпочтительному варианту выполнения состоит в том, чтобы управлять отдельными насосами в так называемом режиме с задающим и ведомым органами (Master-Slave-Modus). В таком случае работающий как ведомый отдельный насос настраивается на фактическое значение производительности отдельного насоса, работающего как задающий. Например, для этого может использоваться регулятор производительности насоса, на который в качестве заданного значения подается фактическое значение производительности задающего отдельного насоса, а в качестве фактического значения подается текущая производительность отдельного насоса, работающего как ведомый. Базируясь на указанных входных параметрах, регулятор производительности насоса выдает в качестве величины регулирующего воздействия поправочный коэффициент для заданной частоты вращения насоса, работающего как ведомый. Следовательно насос, работающий как ведомый, может эксплуатироваться с заданным значением частоты вращения, отклоняющимся от частоты вращения отдельного насоса, работающего как задающий. За счет этой меры могут целенаправленно компенсироваться обусловленные конструкцией отличия в геометрической структуре отдельных насосов, и может гарантироваться достаточно стабильное положение переключающего клапана.
Альтернативный концепции «задающий-ведомый» подход к решению согласно одному предпочтительному варианту выполнения состоит в том, чтобы рассматривать сдвоенный насос как многопараметрическую систему с по меньшей мере двумя входами и двумя выходами. Входными параметрами в этом примере являются соответствующие частоты вращения отдельных насосов, тогда как их регулируемыми параметрами являются индивидуальные напоры и/или производительности отдельных насосов. И здесь тоже происходит отдельная регулировка напора/напоров обоих отдельных насосов и, тем самым, индивидуальная выработка подходящих регулирующих величин.
За счет гидравлической связи между отдельными насосами установленная частота вращения одного отдельного насоса точно так же получается и другим отдельным насосом. Математически объект регулирования циркуляционного насоса может описываться с помощью так называемых передающих звеньев и связующих звеньев, причем передающее звено характеризует влияние регулирующей величины на соответствующий отдельный насос, а связующее звено описывает влияние регулирующей величины на другой отдельный насос.Гидравлическая связь может, следовательно, вести к взаимодействиям между указанными по меньшей мере двумя отдельными насосами, что при известных условиях может вызвать повышение уровня сигналов помех. Возможными последствиями этого являются повышение энергопотребления, повышение шумообразования, возрастающий износ или даже возможные гидравлические удары внутри системы трубопроводов.
Для предотвращения таких взаимодействия согласно одному предпочтительному варианту осуществления предлагается развязывающее регулирование между отдельными насосами. В качестве подходящего варианта здесь работает так называемая Р-каноническая структура. Благодаря введению развязывающих блоков, которые ведут себя инверсно разъясненным выше связующим блокам, можно компенсировать взаимное влияние отдельных насосов. В идеале тогда можно стабилизировать отдельные регулируемые параметры с помощью независимых однопараметрических регуляторов. Каждый отдельный насос циркуляционного насоса может управляться посредством независимого однопараметрического регулятора, он в качестве заданной величины получает заданное значение напора, а в качестве регулируемой величины получает фактическое значение напора соответствующего отдельного насоса. На основе этого выдается подходящая частота вращения.
Помимо предлагаемого изобретением способа данное изобретение касается также регулировочного блока, в частности, блока управления установкой для системы отопления, предназначенного для регулировки по меньшей мере одного циркуляционного насоса сдвоенной конструкции согласно предлагаемому изобретением способу или, соответственно, предпочтительному варианту осуществления этого способа. Соответственно с этим для регулировочного блока получаются те же преимущества и свойства, которые уже подробно рассматривались выше для предлагаемого изобретением способа. По этой причине заявитель здесь отказался от повтора описания.
Предметом изобретения является также циркуляционный насос, в частности, циркуляционный насос системы отопления, сдвоенной конструкции. Этот циркуляционный насос подходит для получения индивидуальных регулирующих величин через внешний интерфейс для управления по меньшей мере двумя электрическими приводами его насосов.
И, наконец, данное изобретение касается гидравлической системы, в частности, системы отопления с по меньшей мере одним регулировочным блоком согласно изобретению.
Другие преимущества и свойства изобретения будут более подробно разъяснены в дальнейшем на примерах выполнения, представленных на чертежах. На чертежах представлено следующее.
Фиг. 1: блок-схема для разъяснения положения клапана в однонасосном и двухнасосном режимах работы;
Фиг. 2: блок-схема обычной системы отопления в двухнасосном режиме работы;
Фиг. 3: блок-схема первого примера выполнения изобретения и блок-схема альтернативного примера выполнения изобретения.
Как уже подробно рассматривалось во вводной части описания, отдельные приводы обычных сдвоенных насосов до сих пор регулировались с идентичным заданным значением частоты вращения, которая определяется посредством подходящего регулятора в зависимости от заданного значения напора (см. Фиг. 2).
Предлагаемый изобретением подход к решению отличается от этой практики и вместо этого предусматривает индивидуальную регулировку отдельных насосов, благодаря чему для них могут генерироваться также различные регулирующие величины, т.е. заданные значения частоты вращения, в зависимости от заданного значения напора циркуляционного насоса. За счет этого могут компенсироваться конструктивно обусловленные отличия в направляющих потока, а также возможные производственные допуски между отдельными насосами одного сдвоенного насоса, так что в идеале оба они могут эксплуатироваться с идентичным напором. Благодаря этому переключающий клапан может стабилизироваться в своем среднем положении.
Для конкретной реализации регулировки отдельных насосов предлагается два различных подхода, а именно, во-первых, регулировка по принципу «задающий-ведомый» и, во-вторых, регулировка согласно многопараметрической системе.
Сначала будет рассмотрен первый вариант. На Фиг. 3 показана соответствующая блок-схема. Блок управления установкой регулирует заданное значение напора для всей системы. Насос 1 действует в показанном примере как задающий, тогда как насос 2 эксплуатируется как ведомый. Вырабатываемое блоком 10 управления установкой заданное значение частоты вращения подается на насос 1 (задающий насос) как регулирующая величина и одновременно на насос 2 для управления им с серводействием. Насос 2 дополнительно устанавливается на фактическое значение производительности насоса 1. Это происходит с помощью регулятора 20 производительности насоса, заданное значение которого представляет собой генерированную производительность Q1 насоса 1, а его фактическое значение представляет собой результирующую производительность Q2 насоса 2. В качестве величины регулирующего воздействия регулятор 2 0 производительности насоса выдает коэффициент коррекции частоты вращения для насоса 2, частота вращения которого подгоняется под нее и при необходимости может отличаться от частоты вращения насоса 1.
Путем регулировки насоса 1 гарантируется, что достигается заданное значение напора системы. За счет регулировки насоса 2 гарантируется, что имеют место идентичные производительности на выходных патрубках насосов 1, 2, благодаря чему переключающий клапан удерживается в среднем положении.
Альтернативно регулировке по принципу «задающий-ведомый» согласно Фиг. 3 указанный сдвоенный насос может рассматриваться как многопараметрическая система 30, имеющая по два входа и выхода. Входными параметрами являются обе частота вращения n1 и n2. Регулируемыми параметрами являются напоры H1 и Н2. Эта блок-схема представлена на Фиг. 4.
Вследствие гидравлической связи обе частоты вращения n1, n2 влияют каждая не только на управляемый с соответствующей частотой вращения насос, но также и на соседний отдельный насос такой сдвоенной конструкции. Передающие звенья G11 и G22 описывают влияние соответствующей частоты вращения n1, n2 на собственный насос. Связующие звенья G12 и G21 описывают влияние частоты n1 вращения на напор Н2 и, соответственно, n2 на H1 соответствующего другого насоса. Это математическое описание системы является нелинейным.
Для развязки этой системы вводятся развязывающие блоки R11, R21, R12, R22. Эти развязывающие блоки параметры являются инверсными связующим блокам G12 и G21 объекта 30 регулирования. Таким образом устраняются прямые связи, и многопараметрическая система 30 может описываться как система с двумя независимыми одномерными величинами  каждая из которых может независимо стабилизироваться однопараметрическим регулятором 40а, 40b.
Преимущество этого решения по сравнению с подходом «задающий-ведомый» по Фиг. 3 заключается в возможности развязки обоих отдельных насосов 1, 2. Вследствие связи этих двух насосов 1, 2 возникают взаимодействия, которые могут привести к повышению уровня сигналов помех. Возможными последствиями этого могут стать увеличение энергопотребления, повышение шумообразования, увеличение износа или при определенных условиях индуцированные в систему трубопроводов гидравлические удары. Это повышение уровня помех предотвращается благодаря многопараметрическому подходу по Фиг. 4.