ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ СИСТЕМА
BOREHOLE PUMP SYSTEM

Перекрестная ссылка на родственную заявку
[0001] Настоящая заявка является родственной патентной заявке США на изобретение под наименованием "погружная насосная система" №12910517, поданной 22 октября 2010 года, весь объект изобретения которой непосредственно включен в настоящий документ посредством ссылки и притязает на приоритет по указанной заявке.
Предпосылки к созданию изобретения
[0002] Объект настоящего изобретения относится, в общем, к погружным насосным системам и, в частности, к системам управления для погружных насосных систем.
[0003] В состав погружных насосных систем, как правило, входят погружной насосный агрегат и двигательный агрегат, предназначенный для приведения в действие насосного агрегата. Насосный агрегат и двигательный агрегат устанавливаются в стволе скважины или резервуаре-хранилище. Между насосным агрегатом и местом использования проходит трубопровод, и насосный агрегат перекачивает текучую среду к этому месту использования. В состав насосных систем обычно входит устройство управления, расположенное на поверхности за пределами ствола скважины на некотором удалении от него. Устройство управления используется для управления работой двигательного агрегата. Для управления двигательным агрегатом и насосным агрегатом и текущего контроля их работы необходимо осуществлять передачу данных между двигательным агрегатом и устройством управления. Для подачи питания к двигательному агрегату от поверхности вниз к двигательному агрегату проходит линия питания. Размещение отдельного устройства управления на поверхности и двигателя в стволе скважины ведет к увеличению количества составных частей в насосной системе, в результате чего повышается стоимость насосной системы и затрудняется монтаж насосной системы.
Краткое описание изобретения
[0004] В одном варианте осуществления изобретения предлагается погружная насосная система, имеющая погружной насосный агрегат с одной или более ступенями рабочих колес, и погружной двигательный агрегат, который приводит в действие насосный агрегат. Погружной двигательный агрегат включает в себя кожух двигателя, двигатель, заключенный внутри кожуха, предназначенный для приведения в действие насосного агрегата, и модуль управления, закрепленный на кожухе двигателя, предназначенный для управления работой двигателя. Модуль управления электрически соединен с линией питания и содержит контроллер и частотно-регулируемый электропривод. Контроллер управляет работой частотно-регулируемого электропривода, обеспечивая приведение в действие двигателя так, что поддерживается постоянное давление на выходе насосного агрегата.
[0005] В другом варианте осуществления изобретения предлагается погружная насосная система, имеющая погружной насосный агрегат с одной или более ступенями рабочих колес. Насосный агрегат имеет выпускной фитинг, выполненный с возможностью соединения с трубопроводом. Вблизи выпускного фитинга расположен датчик давления, измеряющий давление текучей среды, направляемой через выпускной фитинг внутрь трубопровода. Насосный агрегат приводится в действие погружным двигательным агрегатом. Двигательный агрегат имеет кожух двигателя, двигатель, заключенный внутри кожуха двигателя, предназначенный для приведения в действие насосного агрегата, и модуль управления, закрепленный на кожухе двигателя, предназначенный для управления работой двигателя. Модуль управления электрически соединен с линией питания и электрически соединен с датчиком давления кабелем датчика. Модуль управления имеет контролер и частотно-регулируемый электропривод, приводимый в действие контроллером исходя из данных о давлении, поступающих от датчика давления. Контроллер управляет работой частотно-регулируемого привода, обеспечивая приведение в действие двигателя так, что поддерживается постоянное давление на выходе насосного агрегата.
[0006] При желании погружная насосная система может быть выполнена с возможностью осуществления ее калибровки. Насосная система может содержать реле давления, выполненное с возможностью текущего контроля давления текучей среды в трубопроводе на поверхности вблизи места использования находящейся в трубопроводе текучей среды. Имеется источник питания, который отключается в случае, если в реле давления зарегистрировано максимальное давление. Калибровку контроллера проводят путем сравнения давления в скважине или резервуаре-хранилище, зарегистрированного датчиком давления в трубопроводе в то время, когда источник питания отключается, и управления работой частотно-регулируемого привода так, чтобы он приводил в действие двигатель и этот двигатель поддерживал на выходе насосного агрегата постоянное давление при таком давлении в скважине, которое составляет часть давления в скважине, регистрируемого тогда, когда источник питания отключается.
[0007] В следующем варианте осуществления изобретения предлагается способ управления работой погружной насосной системой. Способ предусматривает использование реле давления для выявления давления текучей среды в трубопроводе и обеспечение подачи питания к двигателю привода насоса. Реле давления функционально связано с источником питания, что обеспечивает возможность отключения источника питания от двигателя привода насоса, когда на поверхности в месте использования зарегистрировано максимальное значение давления. Способ предусматривает также использование погружной насосной системы, имеющей датчик давления, насосный агрегат и двигательный агрегат, погруженные в ствол скважины или резервуар-хранилище. Насосный агрегат имеет двигатель и модуль управления, предназначенный для управления работой двигателя. Модуль управления электрически соединен с источником питания линией питания и электрически соединен с датчиком давления кабелем датчика. Модуль управления имеет контроллер и частотно-регулируемый привод, который приводится в действие от контроллера исходя из данных о давлении, поступающих датчика давления. Датчик давления может быть расположен в нижней части длинной обсадной трубы ствола скважины, и будет считывать давление, соответствующее весу текучей среды, находящейся в трубе над ним. Из-за этого различия в давлении между местом конечного использования и физическим местонахождением датчика давления, применяется способ непрямой калибровки, направленной на согласование уставки давления в месте физического местонахождения датчика с уставкой давления в требуемом месте конечного использования. Способ включает приведение в действие двигателя с повышением скорости вращения для повышения давления, создаваемого насосным агрегатом, до тех пор, пока реле давления не вызовет отключение источника питания, и установление максимального значения давления путем измерения максимального давления в датчике давления в то время, когда источник питания отключен. Способ включает определение уставки давления путем вычитания заранее заданного допустимого отклонения давления из максимального давления и задания работы двигателя при уставке давления, чтобы получить постоянное давление на выходе насосного агрегата при уставке давления.
Краткое описание графических материалов
[0008] На фигуре 1 показана насосная система, выполненная в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0009] Фигура 2 - схематический чертеж части насосной системы, демонстрирующий насосный агрегат и двигательный агрегат, выполненные в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0010] Фигура 3 - вид в перспективе насосного агрегата и двигательного агрегата, выполненных в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0011] Фигура 4 - вид в разрезе двигательного агрегата, выполненного в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
[0012] Фигура 5 - блок-схема последовательности операций в варианте осуществления способа управления работой насосной системы.
Подробное описание изобретения
[0013] На фигуре 1 показана насосная система 100, выполненная в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Насосная система 100 включает в себя погружной насосный агрегат 102 и погружной двигательный агрегат 104, расположенные внутри ствола 106 скважины. Ствол 106 скважины идет вглубь от поверхности 108, и насосный агрегат 102 и двигательный агрегат 104 опускают вглубь ствола 106 скважины с поверхности 108. Насосный агрегат 102 может использоваться не только в стволах скважин, но и резервуарах для хранения воды. От насосного агрегата 102 до места 112 использования, находящегося на поверхности 108, проходит трубопровод 110. Место 112 использования может находиться внутри здания или другого сооружения или располагаться на открытой местности. Насосный агрегат 102 подает текучую среду, находящуюся в стволе 106 скважины, к месту 112 использования, находящемуся на поверхности 108. Двигательный агрегат 104 приводит в действие насосный агрегат 102.
[0014] Двигательный агрегат 104 содержит модуль 120 управления, имеющий электронные компоненты и/или программные средства, при помощи которых осуществляется управление работой двигательного агрегата 104. Модуль 120 управления может содержать один или более процессоров, микропроцессоров, контроллеров, микроконтроллеров или других устройств на основе логических схем, которые работают по командам, хранимым на материальном машиночитаемом носителе данных длительного хранения информации. В модуль 120 управления могут поступать один или более входных сигналов, определяющих параметры управления, от которых зависит схема управления. Например, алгоритм управления может быть реализован в одном или более процессорах, которые работают по аппаратно-реализуемым командам или прикладным программам, хранимым на одном или более запоминающих устройствах. Запоминающие устройства могут представлять собой или включать электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), простое постоянное запоминающее устройство (ROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM), флэш-память, жесткий диск или компьютерное запоминающее устройство другого типа.
[0015] Питание подается к модулю 120 управления через линию 122 питания, которая идет от источника 124 питания и выходит на поверхность 108. Линия 122 питания проходит вниз через ствол 106 скважины до модуля 120 управления. Питание, подаваемое по линии 122 питания, используется для приведения в действие двигательного агрегата 104. Модуль 120 управления регулирует питание, подаваемое к двигательному агрегату 104, в зависимости от схемы питания. В варианте осуществления изобретения двигательный агрегат 104 и модуль 120 управления размещены в стволе 106 скважины под насосным агрегатом 102. Линия 122 питания начинается от поверхности 108, идет вниз ствола 106 скважины, проходит мимо насосного агрегата 102 и доходит до модуля 120 управления.
[0016] Вблизи насосного агрегата 102 в стволе 106 скважины размещен сенсорный блок 130. Сенсорный блок 130 считывает по меньшей мере один параметр воды, подаваемой через трубопровод 110 насосным агрегатом 102. Например, сенсорный модуль 130 может считывать давление, температуру и/или расход воды, подаваемой через трубопровод 110. Сенсорный модуль 130 расположен вблизи насосного агрегата 102 так, что сенсорный модуль 130 может считывать параметр воды в том месте, где вода выходит из насосного агрегата 102.
[0017] В показанном на фигурах варианте осуществления изобретения сенсорный модуль 130 установлен на насосном агрегате 102. В соответствии с другим вариантом, сенсорный модуль 130 может быть установлен на трубопроводе 110 на расстоянии от насосного агрегата 102, но вблизи него. Например, может быть предусмотрено наличие короткого отрезка длины трубопровода 110 между насосным агрегатом 102 и сенсорным модулем 130. Сенсорный модуль 130 может быть расположен в любом месте вдоль трубопровода 110 так, что он находится на некотором удалении от насосного агрегата 102. В случае использования в трубопроводе 110 обратного клапана, сенсорный модуль 130 устанавливается, по желанию, выше последнего обратного клапана в трубопроводе 110. Например, в длинных трассах трубопровода 110 обратные клапаны могут быть установлены с интервалами в 200 футов. Сенсорный модуль 130 может быть установлен ниже по потоку по отношению к последнему обратному клапану в трубопроводе 110. В другом альтернативном варианте изобретения сенсорный модуль 130 может быть встроен в насосный агрегат 102. Например, датчик сенсорного модуля 130 может быть размещен внутри насосного агрегата 102 для текущего контроля соответствующих параметров воды, прокачиваемой через насосный агрегат 102.
[0018] Сенсорный модуль 130 связан с модулем 120 управления с возможностью передачи данных при помощи кабеля 132 сенсорного модуля, проходящего между сенсорным модулем 130 и модулем 120 управления. По кабелю 132 сенсорного модуля от сенсорного модуля 130 к модулю 120 управления могут передаваться сигналы, соответствующие считываемым параметрам воды.
[0019] Модуль 120 управления управляет работой двигательного агрегата 104 в зависимости от сигналов, посылаемых сенсорным модулем 130. В варианте осуществления изобретения модуль 120 управления управляет работой двигательного агрегата 104 таким образом, чтобы поддерживалось постоянное давление на выходе насосного агрегата 102. В варианте осуществления изобретения для поддержания постоянного давления на выходе насосного агрегата 102 модуль 120 управления задает работу двигательного агрегата 104 с регулируемой скоростью вращения. Сенсорный модуль 130 осуществляет текущий контроль давления на выходе насосного агрегата 102 и передает отсчет давления в модуль 120 управления, который управляет работой двигателя двигательного агрегата 104 таким образом, что на выходе сенсорного модуля 130 поддерживается постоянное давление.
[0020] В варианте осуществления изобретения в состав насосной системы 100 входит модуль 140 связи, расположенный на расстоянии от модуля 120 управления. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения модуль 140 связи расположен на поверхности 108. Модуль 140 связи связан с возможностью передачи информации с модулем 120 управления, например через модемы для линии питания, и посылает в модуль 120 управления сигналы управления, вызывающие изменение рабочего параметра модуля 120 управления. В варианте осуществления изобретения модуль 140 связи выполнен с возможностью электрического подключения к линии 122 питания, и модуль 140 связи посылает данные в модуль 120 управления через линию 122 питания. Модуль 120 управления осуществляет прием данных, переданных через линию 122 питания, и использует такие сигналы для изменения рабочего состояния модуля 120 управления.
[0021] Модуль 140 управления может содержать интерфейс пользователя, предназначенный для сопряжения с насосной системой 100. По желанию интерфейс пользователя может быть встроен аппаратными средствами в насосную систему 100 в модуле 140 связи. В соответствии с другим вариантом, для установления связи с модулем 140 связи может быть предусмотрено устройство 142 дистанционного управления. Устройство 142 дистанционного управления поддерживает связь с модулем 140 управления беспроводным способом. При помощи устройства 142 дистанционного управления пользователь может осуществлять текущий контроль режима работы насосной системы 100. Пользователь может вводить в устройство 142 дистанционного управления изменения, который могут передаваться через модуль 140 связи в модуль 120 управления. Например, пользователь может при помощи устройства 142 дистанционного управления послать запрос на повышение давления или понижение давления. К устройству 142 дистанционного управления или устройством 142 дистанционного управления к модулю 140 связи могут передаваться другие виды информации. В варианте осуществления изобретения устройство 142 дистанционного управления представляет собой специализированное устройство дистанционного управления, предназначенное для управления работой насосной системы 100 или ее диагностики. Устройство 142 дистанционного управления непосредственно поддерживает связь с модулем 140 связи. Для поддержания связи устройства 142 дистанционного управления с модулем 140 связи не требуется подключение к сети Интернет или другой сети. По желанию устройство 142 дистанционного управления может поддерживать связь через посредство радиосвязи. В соответствии с другим вариантом, устройство 142 дистанционного управления может поддерживать связь другими средствами, такими как связь в инфракрасном диапазоне.
[0022] В варианте осуществления изобретения с модулем 140 связи могут непосредственно поддерживать связь один или более сенсорных модулей 144 (того же типа, что и сенсорный модуль 130 или других типов), и информация, получаемая от сенсорных модулей 144, может поступать в модуль 120 управления от модуля 140 связи. Сенсорные модули 144 могут быть расположены на поверхности 108 и могут считывать по меньшей мере один параметр воды, такой как давление, температура или расход. Данные, соответствующие таким параметрам воды, посылаются в модуль 140 связи и передаются модулем 140 связи через линию 122 питания или специально выделенный кабель для сенсорного модуля (не показан) в модуль 120 управления. По желанию от сенсорного модуля 144 в модуль 140 связи может поступать информация, вызывающая регулирование источника 124 питания. Например, сенсорный модуль 144 может содержать реле давления, которое осуществляет текущий контроль давления воды в трубопроводе 110 в месте использования 112. Например, реле давления может допускать существование давления величиной 60 фунт/кв. дюйм до возникновения отключения источника питания. Насосная система 100 может эксплуатироваться в режиме постоянного давления ниже 60 фунт/кв. дюйм, например при давлении 50 фунт/кв. дюйм. По желанию максимально допустимое давление может быть регулируемым или изменяемым путем регулировки момента отключения на реле давления вверх или вниз. Реле давления может отключать источник 124 питания тогда, когда давление, измеренное в месте 112 использования, равно максимальному давлению. В альтернативных вариантах изобретения совместно с сенсорным модулем 144 могут использоваться другие типы датчиков. В альтернативных вариантах изобретения сенсорный модуль 144 может быть расположен в разных местах вдоль трубопровода 110.
[0023] На фигуре 2 представлен схематический чертеж насосного агрегата 102 и двигательного агрегата 104, выполненных в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Насосный агрегат 102 содержит кожух 160 насоса, имеющий впускной конец 162 и выпускной конец 164. Через впускной конец 162 в насосный агрегат 102 всасывается текучая среда, такая как вода. Текучая среда откачивается при повышенном давлении из выпускного конца 164.
[0024] В варианте осуществления изобретения насосный агрегат 102 представляет собой многоступенчатый насосный агрегат, имеющий ряд рабочих колес 166, расположенных многоступенчато для повышения давления воды, перекачиваемой через насосный агрегат 102. Может быть предусмотрено любое количество ступеней рабочих колес. По желанию, насосный агрегат 102 может содержать единственную ступень, а не много ступеней рабочих колес 166. В варианте осуществления изобретения насосный агрегат 102 на выпускном конце 164 снабжен обратным клапаном 168. Обратный клапан 168 препятствует прохождению обратного потока через насосный агрегат 102.
[0025] Вода подается насосным агрегатом 102 из его выпускного конца 164 в трубопровод 110. По желанию на выходном конце 164 насосного агрегата 102 может быть установлен сенсорный модуль 130. Вода, выходящая из выпускного конца 164, подается в трубопровод 110 через сенсорный модуль 130. В соответствии с другим вариантом, сенсорный модуль 130 может быть расположен вдоль трубопровода 110 на удалении от выпускного конца 164. Например, между выпускным концом 164 и сенсорным модулем 130 может быть участок длины трубопровода 110.
[0026] Сенсорный модуль 130 содержит один или более датчиков 170, которые осуществляют текущий контроль по меньшей мере одного параметра воды, подаваемой через трубопровод 110. В варианте осуществления изобретения датчик 170 представляет собой датчик давления, измеряющий давление воды, выходящей из насосного агрегата 102. В соответствии с другим вариантом, в дополнение к датчику давления или вместо него могут использоваться датчики других типов. Датчик 170 соединен с кабелем 132 датчика. Данные, снимаемые с выхода датчика 170, через кабель 132 датчика передаются в модуль 120 управления.
[0027] Двигательный агрегат 104 содержит кожух 180 двигателя. Внутри кожуха 180 двигателя заключен двигатель 182. К кожуху 180 двигателя крепится модуль 120 управления. В варианте осуществления изобретения модуль 120 управления размещен внутри кожуха 180 двигателя. В соответствии с другим вариантом, модуль 120 управления может быть выполнен с отдельным кожухом, который крепится к кожуху 180 двигателя или удерживается внутри ствола скважины совершенно отдельно от кожуха 180 двигателя.
[0028] Двигатель 182 функционально связан с насосным агрегатом 102 для приведения в действие насосного агрегата 102. Например, двигатель 182 может приводить в движение вал насоса насосного агрегата 102, приводящего во вращение рабочие колеса 166. В поясняемом чертежами варианте осуществления изобретения двигатель 182 представляет собой электродвигатель с постоянными магнитами. В других вариантах изобретения могут использоваться двигатели других типов, например асинхронный двигатель.
[0029] Модуль 120 управления содержит электронные компоненты, предназначенные для приведения в действие двигателя 182 и управления им. Электронные компоненты могут быть установлены на печатной плате 188, размещенной внутри кожуха 180 двигателя. В варианте осуществления изобретения модуль 120 управления содержит контроллер 190, который управляет работой двигателя 182 в соответствии с применяемой схемой управления. Модуль 120 управления содержит силовой преобразователь 192. Модуль 120 управления содержит привод 194, управляющий двигателем 182.
[0030] Привод 194 связан с контроллером 190 и управление его работой осуществляется в соответствии со схемой управления, установленной контроллером 190. В варианте осуществления изобретения привод 194 представляет собой частотно-регулируемый привод и может упоминаться далее как частотно-регулируемый привод 194. Частотно-регулируемый привод 194 регулирует скорость вращения двигателя 182 путем регулирования частоты электрического питания, подаваемого к двигателю 182. Путем регулирования скорости вращения двигателя 182 можно регулировать давление воды на выходе насосного агрегата 102. Например, двигатель 182 может приводить в действие насосный агрегат 102 таким образом, что на выходе насосного агрегата 102 поддерживается постоянное давление. Скорость вращения двигателя 182 может постоянно подстраиваться, чтобы сохранять на выходе постоянное давление.
[0031] В варианте осуществления изобретения модуль 120 управления содержит скважинный модуль 196 связи. Скважинный модуль 196 связи подключен к контроллеру 190 с возможностью передачи информации. Скважинный модуль 196 связи сконфигурирован для связи с модулем 140 связи (показан на фигуре 1) с возможностью передачи информации. Возможна передача данных между скважинным модулем 196 связи и модулем 140 связи, расположенным на поверхности 108 (показана на фигуре 1). В варианте осуществления изобретения модуль 140 связи посылает данные вдоль линии 122 питания и прием данных, отправленных вдоль линии 122 питания, осуществляется скважинным модулем 196 связи, подключенным к линии 122 питания. Такие данные передаются в контроллер 190, чтобы скорректировать рабочее состояние двигательного агрегата 104. Аналогичным образом, скважинный модуль 196 может посылать данные в модуль 140 связи, например, вдоль линии 122 питания. В альтернативном варианте изобретения между модулем 140 связи и скважинным модулем 196 связи может быть предусмотрено наличие специально выделенного кабеля датчика, по которому может осуществляться передача данных к скважинному модулю 196 связи и модулю 140 связи и от этих модулей связи.
[0032] Кабель 132 датчика может быть электрически соединен с контроллером 190 так, что данные, снимаемые с выхода датчика 170, могут передаваться к контроллеру 190. По желанию кабель 132 датчика может быть заведен в модуль 120 управления.
[0033] На фигуре 3 представлен вид в перспективе насосного агрегата 102 и двигательного агрегата 104, выполненных в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Двигательный агрегат 104 связан с нижней частью насосного агрегата 102 и установлен под насосным агрегатом 102 внутри ствола 106 скважины (показано на фигуре 1). Кожух насоса 160 выполнен с впускными отверстиями 200, обеспечивающими возможность поступления текучей среды в насосный агрегат 102. Выпускной конец 164 насосного агрегата 102 соединен с трубопроводом 110. В показанном на фигуре чертежа варианте осуществления изобретения сенсорный модуль 130 расположен вдоль трубопровода 110 вблизи насосного агрегата 102. Сенсорный модуль 130 расположен на расстоянии от выпускного конца 164. Сенсорный модуль 130 выполнен с отверстием 202, служащим для размещения в нем датчика 170. Для закрытия отверстия 202 для предупреждения проникания в него воды в отверстии 202 размещается заглушка 204. Кабель 132 датчика проходит через заглушку 204 и идет вниз скважины 106 до модуля 120 управления. Линия 122 питания подключена также к модулю 12 0 управления.
[0034] Насосный агрегат 102 и двигательный агрегат 104 соединены друг с другом. Например, кожух 160 насосного агрегата закреплен на кожухе двигательного агрегата 180. Кожух 160 насосного агрегата и кожух 180 двигательного агрегата могут иметь одинаковый или неодинаковый наружный диаметр.
[0035] На фигуре 4 представлен вид в разрезе двигательного агрегата 104. Двигательный агрегат 104 содержит двигатель 182, заключенный внутри кожуха 180 двигательного агрегата. Двигатель 182 содержит статор 220 и ротор 222. Двигатель 182 также содержит вал 224 двигателя. Для приведения во вращение ротора 222 и вала 224 двигателя к статору 220 подается питание.
[0036] Модуль 120 управления размещен внутри кожуха 180 двигателя. Линия 122 питания вводится внутрь кожуха 180 двигателя через канал 226, который герметизирован. Линия 122 питания подает питание к модулю 120 управления, который управляет подачей питания к двигателю 182. Внутрь кожуха 180 через канал 226 также заведен кабель 132 датчика. По кабелю 132 датчика подаются сигналы от сенсорного модуля 130 к модулю 120 управления (показано на фигуре 3), который содержится внизу ствола скважины вместе с двигательным агрегатом 104. Модуль 120 управления может регулировать подачу питания к двигателю 182 в соответствии с сигналами, поступающими от сенсорного модуля 130.
[0037] На фигуре 5 представлена блок-схема последовательности операций в варианте осуществления способа управления работой насосной системы с постоянным давлением.
Например, данный способ управления работой может использоваться совместно с насосной системой 100 (показана на фигурах 1-4), включающей различные компоненты насосной системы 100, которые показаны на фигурах 1-4. Несмотря на то, что данный способ описан на примере системы 100, понятно, что в альтернативных вариантах изобретения этот способ может использоваться совместно другой насосной системой, имеющей один или более компонентов, отличных от компонентов насосной системы 100.
[0038] Способ 300 управления работой насосной системой 100 с обеспечением поддержания постоянного давления на выходе насосного агрегата 102 поясняется блок-схемой. Блок-схема также поясняет способ 302 калибровки насосной системы 100 путем определения уставки постоянного давления для насосной системы 100.
[0039] Работой насосной системы 100 управляют путем подачи в блоке 304 питания к двигательному агрегату 104. Питание подают от источника 124 питания через линию 122 питания к модулю 120 управления. Модуль 120 управления регулирует подаваемое к двигателю 182 питание в соответствии с конкретной схемой управления.
[0040] После подведения питания к модулю 120 этот модуль определяет в блоке 306, установлена ли уставка. Когда насосная система 100 используется впервые или когда насосная система 100 установлена в исходное состояние, никакая уставка не установлена. Кроме того, когда пользователь изменяет параметр регулирования, предыдущая уставка может быть удалена и может возникнуть потребность в установке новой уставки. Например, когда пользователь дает запрос на повышение или понижение давления воды, подаваемой насосной системой 100, например, при помощи устройства 142 дистанционного управления, модуль 120 управления может установить систему в исходное состояние и переустановить рабочую уставку, игнорируя установленную уставку.
[0041] Когда модуль 120 управления определяет, что никакая уставка не установлена, модуль 120 управления может автоматически откалибровать насосную систему 100, чтобы установить уставку постоянного давления с использованием способа 302 калибровки насосной системы 100. Модуль 120 управления постепенно повышает в блоке 308 скорость вращения двигателя 182 до тех пор, пока реле 144 давления не отключит питание от насосной системы 100. Реле 144 давления может быть сконфигурировано для переключения питания от источника 124 питания к линии 122 питания при заранее заданном давлении воды внутри трубопровода 110 в месте 112 использования. Реле 144 давления может, таким образом, работать как предохранительное устройство, защищающее компоненты насосной системы 100 и/или санитарно-технические компоненты внутри здания, такие как водопроводы и/или водопроводная арматура. Например, реле 144 давления может быть выполнено с возможностью отключения питания при давлении 60 фунт/кв. дюйм, представляющем собой максимальное давление в месте 112 использования, допускаемое насосной системой 100. В других вариантах осуществления изобретения могут быть разрешены давления, отличные от 60 фунт/кв. дюйм.
max
max
max
[0042] Модуль 120 управления устанавливает в блоке 310 максимальное значение давления, которое измерено в датчике 170 внутри ствола 106 скважины по признаку состояния отключения. Модуль 120 управления устанавливает такое максимальное значение (P) давления путем измерения максимального давления, регистрируемого датчиком 170 давления в то время, когда происходит отключение подачи питания при помощи реле 144 давления. Измеренное максимально значение (P) давления коррелирует с заранее заданным максимальным давлением, допускаемым реле 144 давления в месте 112 использования. Измеренное максимальное значение (P) давления внутри ствола 106 скважины в датчике 170 давления будет выше, чем заранее заданное давление отсечки реле 144 давления. Измеренное в датчике 170 давления более высокое значение давления обусловлено дополнительным давлением от столба воды, заполняющей трубопровод 110 над датчиком 170 давления. Ввиду того, что столб воды добавляет неизвестное значение давления к отсчету датчика 170 давления, модуль 120 управления запускает последовательность операций калибровки для установки уставки давления в месте конечного использования для обеспечения управления работой двигательного агрегата 104 в режиме постоянного давления.
setpoint
max
offset
onset
offset
setpoint
max
oflset
setpoint
[0043] Модуль 120 управления определяет в блоке 312 уставку (P) давления, основываясь на измеренном датчиком 170 давления максимальном давлении (P) в стволе скважины в то время, когда посредством реле 144 давления отключается питание. В варианте осуществления изобретения модуль 120 управления имеет заранее заданное значение (P) допустимого отклонения давления. В варианте осуществления изобретения допустимое отклонение (P) давления может составлять 10 фунт/кв. дюйм. Допустимое отклонение (P) давления в альтернативных вариантах изобретения может быть другим. Такое значение допустимого отклонения давления может храниться в памяти в модуле 120 управления. Значение допустимого отклонения давления может корректироваться или изменяться (настраиваться) пользователем, например, в модуле 140 управления и/или устройстве 142 дистанционного управления. Модуль 120 управления определяет уставку (P) давления в месте конечного использования путем вычитания допустимого отклонения давления из максимального давления в стволе скважины (P-P). Уставка (P) давления в месте конечного использования, при которой работает насосная система 100, меньше максимального давления, при которой реле 144 давления будет отключать питание от двигательного агрегата 104. Фактически модуль 120 управления способен поддерживать постоянное давление на выходе насосного агрегата 102 без снятия питания с двигательного агрегата 104 при помощи реле 144 давления.
setpoint
setpoint
setpoint
seipoint
[0044] Сразу же как только определена уставка (P) давления, насосная система 100 может работать нормально в соответствии со способом 300. Во время работы насосная система 100 в блоке 304 подает питание к двигательному агрегату 104 от источника 124 питания через линию 122 питания. Ввиду того, что при помощи модуля 120 управления уже установлена уставка (P) давления, насосная система 100 работает в соответствии с нормальной схемой управления. Модуль 120 управляет в блоке 320 работой двигателя 182 таким образом, что поддерживает постоянное давление на выходе насосного агрегата 102 при уставке (P) давления в стволе скважины. Постоянное давление на выходе может быть представлено конкретным значением давления или, иначе, может быть представлено рядом значений давления. Например, для обеспечения поддержания постоянного давления на выходе, управление насосной системой 100 может производиться таким образом, чтобы давление воды, нагнетаемой насосным агрегатом 102, поддерживалось в диапазоне давлений в пределах +/- X фунт/кв. дюйм от уставки (P) давления.
seipoint
[0045] В иллюстративном варианте осуществления изобретения пользователю в здании может потребоваться давление в водопроводной системе величиной 50 фунт/кв. дюйм. Давление 50 фунт/кв. дюйм на поверхности может соответствовать давлению 70 фунт/кв. дюйм внутри ствола 106 скважины на выходе насосного агрегата 102. По существу уставка (P) давления, измеренная датчиком 170 давления, может быть установлена равной 70 фунт/кв. дюйм с использованием способа 302 калибровки. Модуль 120 управления приводит в действие двигатель 182 так, что поддерживается постоянное давление на выходе насосного агрегата 102 путем поддержания давления, измеренного датчиком 170 давления, в пределах от 65 фунт/кв. дюйм до 75 фунт/кв. дюйм. В таких ситуациях диапазон колебания постоянного давления на выходе составляет 10 фунт/кв. дюйм. В альтернативных вариантах изобретения диапазон колебания постоянного давления на выходе может быть другим. Например, диапазон колебания постоянного давления на выходе может быть меньшим, например, может составлять приблизительно 4 фунт/кв. дюйм, при этом модуль 120 управления управляет работой двигателя 182 таким образом, чтобы насосный агрегат 102 поддерживал отсчеты давления в датчике 170 давления в пределах от 68 до 72 фунт/кв. дюйм.
[0046] В иллюстративном варианте осуществления изобретения схема управления модуля 120 управления может основываться на присутствии или отсутствии потока воды в водопроводной системе здания. Например, при наличии потока насосная система 100 может действовать не так, как при отсутствии потока. Во время работы насосная система 100 проводит в блоке 322 проверку на наличие потока для определения в блоке 323 факта присутствия потока. В иллюстративном варианте осуществления изобретения в насосной системе 100 факт наличия потока определяется при помощи датчика 170 давления. Например, можно уменьшить скорость вращения двигателя 182 и насосного агрегата 102 и измерить давление. Если измеренное давление при уменьшении скорости вращения двигателя 182 уменьшается, то тогда модуль 120 управления устанавливает факт присутствия потока в водопроводной системе. Но если измеренное давление остается постоянным, то тогда модуль 120 управления устанавливает факт отсутствия потока в водопроводной системе. Когда давление, контролируемое датчиком 170 давления, падает, такое падение давления может соответствовать наличию потока в системе. Например, когда клапан в водопроводной арматуре находится в открытом положении, давление в водопроводной системе и трубопроводе 110 будет падать и такое падение давления регистрируется в датчике 170 давления. Такое падение давления может таким образом воздействовать на модуль 120 управления, что двигатель 182 начнет поддерживать постоянное давление на выходе.
[0047] В альтернативном варианте изобретения насосная система 100 может использовать другой способ или другие компоненты для установления факта присутствия потока. Например, в состав насосной системы 100 может входить датчик потока, предназначенный для определения наличия потока. Датчик потока может быть входить в состав сенсорного модуля 130. В альтернативных вариантах изобретения датчик потока может быть установлен в насосной системе 100 где-нибудь в другом месте. Датчик потока может быть установлен ниже по потоку относительно места 112 использования, например, в водопроводной системе внутри здания. Датчик потока связан с модулем 120 управления с возможностью передачи информации. Например, датчик потока может быть подключен к модулю 120 управления при помощи кабеля 132 датчика. В соответствии с другим вариантом, датчик потока может быть подключен к модулю 120 управления через линию 122 питания. В таких ситуациях датчик потока может поддерживать связь с модулем 140 связи и данные, отражающие состояние датчика, могут передаваться по линии 122 питания к модулю 120 управления или по специально выделенному кабелю датчика между модулем 140 связи и модулем 120 управления.
seipoint
[0048] В ситуации, когда получен ответ 324, подтверждающий факт наличия потока, в блоке 320 управление работой модуля 120 управления осуществляется таким образом, чтобы сохранялось постоянное давление на выходе. Модуль 120 управления управляет двигателем 182 таким образом, что поддерживается постоянное давление на выходе. Модуль 120 управления использует отсчеты, полученные от датчика 170 давления, для задания вращения двигателя 182 с такой скоростью вращения, при которой давление воды, подаваемой насосным агрегатом 102, равно уставке (P) давления или отклоняется от нее в допустимых пределах. Модуль 120 управления работает в соответствии с такой схемой управления в течение периода времени присутствия потока. Модуль 120 может периодически проводить в блоке 322 проверки на наличие потока, чтобы определить в блоке 323, имеется ли поток.
boost
setpoint
boost
setpoint
boost
boost
[0049] В иллюстративном варианте осуществления изобретения после проведения проверки на наличие потока и после того как модуль 120 управления установил по ответу 326, что поток отсутствует, модуль 120 управления будет вызывать остановку двигателя 182 в соответствии со схемой управления. В варианте осуществления изобретения модуль 120 управления запускает в блоке 328 программу остановки насоса, в которой модуль 120 управления управляет работой двигателя 182 таким образом, чтобы поднять давление внутри трубопровода 110 до величины, превышающей уставку давления. Например, модуль 120 управления может управлять работой двигателя 182 таким образом, чтобы приводимый им в действие насосный агрегат 102 повышал давление в трубопроводе 110 до уровня значения (P) повышенного давления, которое может превышать уставку (P) давления на заранее заданную величину. Например, значение (P) повышенного давления может быть выше уставки (P) давления на 7 фунт/кв. дюйм. В альтернативных вариантах изобретения возможны другие значения (P) повышенного давления. Как только достигнуто значение (P) повышенного давления, модуль 120 управления сразу же вызывает остановку двигателя 182.
setpoint
setpoint
setpoint
[0050] Модуль 120 управления продолжает осуществлять текущий контроль давления внутри трубопровода 110 датчиком 170 давления. Пока насос находится в выключенном состоянии, модуль 120 управления определяет в блоке 330, не возникло ли состояние пониженного давления. В том случае, если состояние пониженного давления не возникло, способ будет продолжать выполнение цикла для определения в блоке 330 факта наличия пониженного давления. Модуль 120 управления будет постоянно или периодически брать отсчеты давления датчика 170 давления до тех пор, пока не будет выявлено состояние пониженного давления. Состояние пониженного давления может существовать тогда, когда давление, измеренное датчиком 170 давления, на заранее заданную величину ниже уставки (P) давления. Например, когда давление ниже, чем (P) - 4 фунт/кв. дюйм, имеет место состояние пониженного давления. Если получен ответ 332, подтверждающий наличие состояния пониженного давления, тогда модуль 120 управления в блоке 334 запустит двигатель 182, чтобы вызвать повышение давления до (P) при работе насосного агрегата 102 в режиме постоянного давления. Сразу же, как только модуль 120 управления запустит двигатель 182, продолжается нормальная работа. Модуль 120 управления проводит в блоке 322 проверку на наличие потока и в случае присутствия потока выдает положительный ответ 324. В случае выдачи отрицательного ответа 326, свидетельствующего об отсутствии потока, модуль 120 управления осуществляет управление работой двигателя 182 до момента достижения повышенного давления, и затем двигатель 182 снова будет остановлен на время, пока не наступит состояние пониженного давления.
[0051] Способы 300, 302 служат исключительно для пояснения примера управления работой насосной системы 100 и операции ее калибровки. В альтернативных вариантах изобретения поддержание постоянного давления может достигаться управлением работой насосной системы 100 другими способами. В альтернативных вариантах изобретения управление работой насосной системы 100 может осуществляться в соответствии с другими схемами управления, отличными от схем управления, которые предусматривают поддержание постоянного давления. Хотя модуль 120 управления может функционировать на основе отсчета давления, получаемого от датчика 170 давления вблизи выхода насосного агрегата 102, в альтернативных вариантах изобретения модуль 120 управления может функционировать исходя из других параметров воды (например, температуры, расхода и т.п.) и/или исходя из отсчетов, которые берутся из других мест внутри насосной системы в дополнение или как альтернатива датчику 170 давления.
[0052] Следует понимать, что приведенное выше описание носит пояснительный, а не ограничительный характер. Например, описанные выше варианты осуществления изобретения (и/или их особенности) могут использоваться в сочетании друг с другом. Кроме того, могут быть выполнены многочисленные модификации для адаптации конкретной ситуации или конкретного материала к идеям изобретения, не выходя за пределы его объема. Размеры, типы материалов, ориентации различных компонентов и количество и местоположения различных компонентов, описание которых здесь приведено, указаны в целях установления, какие параметры имеют место в некоторых вариантах изобретения, и они ни коим образом не носят ограничительный характер и приведены исключительно как примеры. Многочисленные другие варианты осуществления и модификации в пределах сущности и объема изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения, должны быть очевидны для специалистов в области техники, к которой относится изобретение, после ознакомления с приведенным выше подробным описанием изобретения. В связи с вышеуказанным, объем изобретения должен определяться на основании формулы изобретения вместе с полным охватом эквивалентов, на которые эта формула изобретения притязает. В прилагаемой формуле изобретения термины "включающий" и "в котором" используются как очевидные эквиваленты соответствующих терминов "содержащий" и "где" (в котором). Кроме того, в приведенной ниже формуле изобретения термины "первый", "второй" и "третий" и т.д. используются исключительно как отличительные обозначения и не имеют целью установление к определяемым ими объектам требований, имеющих численное выражение. Кроме того, ограничения, накладываемые формулой изобретения, записаны не в формате "средство плюс функция" и не должны толковаться, основываясь на шестом абзаце §112 главы 35 Кодекса Законов США, если только и до тех пор пока такие ограничения не используют однозначно выражение "средство для" с последующим указанием функции без указания конструктивного исполнения.