СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОМ ВАКУУМА В ВАКУУМНОЙ КАНАЛИЗАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ
METHOD TO CONTROL SOURCE OF VACUUM IN VACUUM SEWAGE SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления источником/источниками вакуума и, таким образом, вакуумом в вакуумной канализационной системе. Конкретно изобретение относится к управлению одним или более гидравлическими жидкостно-кольцевыми винтовыми насосами в указанной системе, содержащей за источником/источниками вакуума один или более трубчатых коллекторов или всасывающих трубопроводов, подключенных к источнику вакуума, и один или более унитазов, писсуаров, приемников сточных вод и других подобных устройств, подключенных к всасывающему трубопроводу/всасывающим трубопроводам.
Уровень техники
Вакуумные канализационные системы указанного типа широко известны: они занимают ведущие позиции в применении на борту кораблей, самолетов и поездов. Однако и в наземных условиях использование таких систем увеличивается, причем основой этого роста является, в первую очередь, уменьшение расхода воды и легкость манипулирования отработанной водой и ее обработки, а также легкая приспособляемость системы в плане установки требуемых для нее труб.
В 1987 г. заявитель настоящего изобретения предложил (см. патент ЕР 0287350) новую вакуумную канализационную систему, в которой вакуум создается посредством жидкостно-кольцевого винтового насоса, причем указанный насос применяется также и для удаления нечистот из подсоединенного к нему вакуумного бака.
Патент ЕР 0454794, также принадлежащий заявителю настоящего изобретения, дополнительно предлагает радикальную модернизацию вакуумной канализационной системы, в которой жидкостно-кольцевой насос оборудован размалывающим средством и подключен непосредственно к всасывающей трубе системы. Вакуум создается в трубе, отсасывающей нечистоты, которые удаляются прямо из системы посредством насоса.
Далее, патент США №4034421 представляет вакуумную канализационную систему, в которой предусмотрено наличие бака для сбора нечистот из ватерклозетов. К баку подключены вход и выход циркуляционного насоса, выполненного с возможностью создавать циркуляцию сред, содержащихся в баке, в замкнутом контуре с целью их перемешивания, взаимодействия и аэрации. Для установления вакуума, требуемого для канализационной системы, в замкнутый контур введен жидкоструйный насос.
Общим недостатком всех перечисленных систем, причем, в особенности, больших систем, содержащих большое количество унитазов и других подобных устройств и два или более источников вакуума, является работа указанных источников с перерывами (в режиме "включен/выключен"), зависящими от уровня вакуума в системе. Так, вакуумные насосы или какие-то другие источники вакуума начинают функционировать, когда давление достигает верхнего предельного уровня (обычно это сорокапроцентный вакуум, т.е. давление, пониженное на 40% относительно атмосферного давления), и отключаются при достижении нижнего предельного уровня давления (обычно это шестидесятипроцентный вакуум). Такой прерывистый режим работы источников вакуума неэффективен из-за увеличенного расхода энергии и вызывает повышенный износ источников, приводящий к увеличению объема техобслуживания системы. Кроме того, управление источниками вакуума в режиме "включен/выключен" при условии их работы с постоянной высокой скоростью (во время функционирования) дает свой вклад в повышенную выработку тепла, подводимого к источникам, увеличивая тем самым их температуру. При использовании жидкостно-кольцевых насосов это приводит к испарению жидкости в насосах и ускорению разрушения жидкостного кольца в насосе, что выражается, в свою очередь, в потере вакуума в насосах этого типа.
Раскрытие изобретения
В рамках настоящего изобретения предлагается способ управления вакуумными насосами или другими источниками вакуума в вакуумной канализационной системе, в котором перечисленные недостатки радикально уменьшены или вообще устранены и который более эффективен энергетически и отличается пониженным объемом техобслуживания.
Изобретение характеризуется признаками, включенными в независимый п.1 прилагаемой формулы. Предпочтительные признаки изобретения включены в зависимые пункты формулы.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно с помощью примеров и со ссылками на прилагаемые чертежи, где
на фиг.1 представлено схематичное изображение примера вакуумной канализационной системы;
на фиг.2-4 показаны графики производительности, мощности и эффективности, полученные в результате проведенных испытаний изобретения.
Осуществление изобретения
Как уже упоминалось, на фиг.1 проиллюстрирован пример вакуумной канализационной системы, содержащей два источника 1 вакуума, имеющих форму жидкостно-кольцевых винтовых насосов со встроенными параллельно присоединенными дробилками, и общий всасывающий трубопровод (трубу коллектора) 2, одним концом подключенный (подключенную) к источникам вакуума, а другим - к нескольким унитазам, писсуарам и другим подобным устройствам (3, 4) через ответвляющиеся трубопроводы 6. Посредством источников 1 вакуума в трубе 2 и в трубопроводах 6 создается вакуум, и при промывании унитазов, писсуаров и других подобных устройств следующие друг за другом порции жидкости и воздуха сбрасываются вниз к источникам вакуума и выводятся через выход 5 источника/источников.
На фиг.1 показано, что система, как уже упоминалось, обычно управляется включением/выключением источников вакуума. Таким образом, когда система находится в состоянии не слишком активного применения, например среди ночи, т.е. когда унитазы вообще не используются или используется только малая их часть, работает только один источник вакуума и то только, когда это требуется (т.е. когда давление выходит на верхний заданный уровень (сорокапроцентный вакуум)). Как только источник вакуума снова выведет давление на нижний заданный уровень (шестидесятипроцентный вакуум), источник выключится.
В режиме активного применения, например утром, когда используется большое количество унитазов и других подобных устройств, оба источника вакуума будут работать одновременно, причем в зависимости от востребованного вакуума в течение дня или ночи только один источник будет работать с перерывами. В другом варианте один или оба источника будут работать непрерывно и/или с перерывами.
Согласно настоящему изобретению предлагается способ управления источниками вакуума (или режим управления для указанных источников) в вакуумной канализационной системе. Способ предусматривает непрерывную работу источников, но с контролем их скорости вращения, определяемым установленным вакуумметрическим давлением и требуемой производительностью при создании вакуума.
В вакуумной канализационной системе источники вакуума обычно получают энергию от электрических двигателей, а скорость вращения (количество оборотов в минуту) для каждого двигателя в системе предпочтительно регулируется с помощью программируемого логического контроллера (ПЛК) через преобразователь частоты на основе сигналов, полученных от датчика давления. Таким образом, согласно настоящему изобретению выбирают требуемый уровень вакуума (обычно 50%) и настраивают ПЛК на управление параметром "количество оборотов в минуту" двигателя/двигателей источника/источников вакуума на основе сигнала, полученного от датчика давления в вакуумной системе. В системах, имеющих два или более источников вакуума, работающих параллельно, для предпочтительного режима управления необходимо, исходя из величины требуемого вакуума в любой момент времени, запрограммировать ПЛК на работу одного (первого) источника до тех пор, пока указанный источник не достигнет заданного максимального количества оборотов в минуту, а затем запустить следующий (второй) источник, если вакуумная система требует увеличения производительности при создании вакуума. Далее, когда второй источник достигнет своего заданного максимального количества оборотов в минуту, но будет нужно дополнительно увеличить производительность, включают третий, четвертый и т.д. источники вакуума, которые далее работают при скорости вращения, требуемой для выбранного уровня вакуума в системе. Таким образом, выбранный уровень вакуума (50%) поддерживается все время.
Альтернативный режим управления для вакуумных систем, имеющих один или более источников вакуума, заключается в следующем. Программируют ПЛК на управление параметром "количество оборотов в минуту" для каждого источника таким образом, чтобы источники работали с одинаковой скоростью в интервале от минимального до максимального значения данного параметра исходя из требуемого уровня вакуума, с включением нового источника вакуума, когда потребуется повысить производительность, а работающий источник/работающие источники функционирует/ функционируют на максимально возможном требуемом уровне. Указанный вариант управления несколькими источниками и параметром "количество оборотов в минуту" для каждого источника исходя из заданного вакуума и востребованной производительности при создании вакуума может быть таким же эффективным, как и описанный выше предпочтительный вариант осуществления, в котором каждый (первый, второй и т.д.) источник работает в режиме полных оборотов, и такой режим поддерживается до включения следующего источника 1.
Как мера предосторожности, ПЛК предпочтительно запрограммировать на приведение в действие сигнала тревоги в ситуации, когда все насосы системы включены и работают на полную мощность (т.е. с максимальным количеством оборотов в минуту), а заданный уровень вакуума после истечения определенного периода времени не достигается. В этом случае необходимо провести проверку вакуумных систем в отношении возможных утечек или других дефектов, которые могли привести к низкому давлению.
Испытания
Широкомасштабные испытания, проведенные авторами изобретения, показали, что можно поддерживать достаточный вакуум (на уровне 40% или менее) с помощью жидкостно-кольцевых винтовых насосов, работающих с пониженной скоростью вращения.
Оборудование:
Источник вакуума
Жидкостно-кольцевой винтовой насос JETS NT 220
Электрический двигатель
Lönne 14G186-4AA11-Z 230/400 В 50 Гц - 22 кВт, 1465 об/мин 460 В 60 Гц - 23,3 кВт, 1765 об/мин
Инвертор (регулировка частоты)
Mitsubishi FR-F740-00620 ЕС
ПЛК (управление и регистрация)
Mitsubishi Melsec FXN-16MR
Датчик давления
GE Druck PTX 1400
Условия испытаний:
Комнатная температура
23°C
Подаваемая вода:
Температура
11°C
Расход
20 л/мин
Давление воздуха
99300 Па
Высота подъема
(источник вакуума/насос)
2 м
Процедура испытаний
Используемый в испытании источник вакуума всасывающим (входным) отверстием и выпускным отверстием подключили посредством трубчатого контура к баку с водой (не показан). Вакуум получали, плавно регулируя дроссельный клапан (также не показан), расположенный на трубчатом контуре перед входом насоса. Для каждого испытания после каждого цикла работы источника вакуума бак в течение 10 мин проветривали перед включением источника, который затем работал 3 мин перед каждым испытанием.
3
Результаты испытаний представлены на фиг.2-4. Так, фиг.2 иллюстрирует зависимость производительности Q (м/ч) откачки от уровня вакуума (в процентах) при работе жидкостно-кольцевого винтового насоса с различными скоростями вращения в интервале 30-60 Гц.
Фиг.3 иллюстрирует зависимость мощности P (кВт) от уровня вакуума для этого же насоса при тех же скоростях вращения.
3
Фиг.4 иллюстрирует зависимость эффективности Q/P (м/час/кВт) от процентного уровня вакуума для этого же насоса и при тех же скоростях вращения.
Из графиков на фиг.2-4 можно заключить, что существует возможность поддерживать вакуум ниже 40%, одновременно поддерживая достаточную производительность при понижении скорости вращения в интервале 60-30 Гц.