СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЕМ В СЕТИ
NETWORK PRESSURE CONTROL SYSTEM AND PROCESS

Изобретение относится к системе и к способу управления давлением в распределительной сети с целью распределения текучих сред. Текучие среды могут представлять собой в качестве примера питьевую воду, газ или воду в системе централизованного теплоснабжения.
Изобретение, в частности, относится к системе и к способу управления давлением в распределительной сети с изменяющимися условиями расхода.
В распределительных сетях текучих сред, например централизованных водораспределительных сетях, давление обычно создается насосами. Однако давление также может быть создано гравитационным напором воды в водонапорной башне или другом резервуаре, а затем давление может регулироваться с помощью клапанов.
В централизованной водораспределительной сети давление в магистральных подводящих трубах значительно выше, чем давление, необходимое для потребителей (конечного пользователя). Давление традиционно создают с помощью насосной станции, которая может содержать несколько насосов. Чтобы обеспечить необходимое давление для потребителя, насосная станция традиционно создает давление, превышающее требуемое давление, поскольку созданное давление требуется для превышения заданного минимального давления (как правило, два бара) для потребителя при всех условиях. Обычно насосная станция приспособлена для создания постоянного давления в соответствии с фиксированной кривой давления, которую подбирают так, чтобы созданное для потребителей давление превышало необходимое минимальное давление. Эта стратегия регулирования обеспечивает непрерывное создание требуемого давления, однако огромное количество энергии и текучей среды (из-за утечки текучей среды), как правило, теряется впустую. В системе распределения воды управляющий гидротехническими сооружениями знает, какое давление необходимо при максимальном расходе. Однако управляющий не всегда знает точное значение максимального расхода.
Из-за изменения расхода и условий давления в распределительной сети фактическое давление, как правило, превышает требуемое давление большую часть времени. Это «слишком большое» давление может привести к утечкам в распределительной сети, вызывая потери текучей среды и выход из строя труб.
Задачей изобретения является создание системы и способа управления давлением в распределительной сети, в которой потери текучей среды могут быть минимизированы без влияния на производительность.
Задачей изобретения также является создание системы и способа управления давлением в распределительной сети, способной автоматически приспосабливаться к фактическому давлению и/или условиям расхода в сети.
Эти и другие задачи и преимущества изобретения станут понятны из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения. Следует понимать, что приведенное выше описание не предназначено для перечисления всех признаков и преимуществ изобретения. Различные варианты осуществления изобретения соответствуют различным сочетаниям задач изобретения, и некоторые варианты осуществления изобретения охватывают не все перечисленные признаки и удовлетворяют не всем перечисленным целям.
Задачи изобретения могут быть выполнены с помощью системы, описанной во вводной части п. 1 формулы изобретения и отличающейся тем, что блок управления выполнен с возможностью автоматического изменения кривой насосных характеристик в соответствии, по меньшей мере, с одним определенным значением расхода.
Задачи изобретения могут быть выполнены при помощи способа, описанного во вводной части п. 10, отличающегося тем, что кривая насосных характеристик изменяется автоматически в соответствии, по меньшей мере, с одним определенным значением расхода.
Значением расхода может быть любое подходящее значение, например измеренный, расчетный или оценочный расход или перепад расхода (например, разница между эталонным расходом и измеренным или рассчитанным расходом). Значение расхода может выдаваться любым подходящим средством, например датчиком расхода.
Путем автоматического изменения кривой насосных характеристик в соответствии, по меньшей мере, с одним определенным значением расхода, генерируемое давление может быть скорректировано с помощью кривой давления, что позволяет снизить генерируемое давление таким образом, чтобы потери текучей среды могли быть минимизированы без влияния на производительность. Давление в распределительной сети можно регулировать (корректировать или поддерживать согласно заданным критериям) в соответствии с кривой насосных характеристик, которая автоматически адаптируется к определенному значению расхода, что означает, что давление в распределительной сети можно корректировать или поддерживать таким образом, чтобы расход и давление соответствовали заданной кривой насосных характеристик. Кривая насосных характеристик может быть использована до тех пор, пока кривая насосных характеристик не будет изменена в соответствии, по меньшей мере, с одним определенным значением расхода. Фактически кривая насосных характеристик может быть использована все то время, пока кривая насосных характеристик будет являться наиболее подходящей кривой насосных характеристик.
o
эталон
мин
мин
макс
макс
Под термином «кривая насосных характеристик» (кривая Q-H насоса) понимается кривая, описывающая соотношение между расходом и напором (давлением). Известно, что различные кривые насосных характеристик могут быть получены путем изменения скорости насоса, например, с помощью преобразователя частоты. Как правило, напор при нулевом расходе на кривой Q-H насоса обозначается X, а напор, соответствующий самой большой гидравлической мощности, обозначается Н. Далее кривые насосных характеристик с заданными характеристиками будут именоваться Н (давление, соответствующее минимальному расходу (Q)) и Н (давление, соответствующее максимальному расходу (Q)). Кривая насосных характеристик может иметь любую подходящую форму. В качестве примера, кривая насосных характеристик может быть линейной или квадратичной.
В одном из вариантов осуществления изобретения кривую насосных характеристик поддерживают до наступления заданного события. Таким образом, давление можно регулировать в соответствии с наиболее подходящей кривой насосных характеристик, и эта кривая насосных характеристик будет использоваться до наступления заданного события. Например, возможным событием может быть обнаружение очень низкого или очень высокого расхода.
В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один расход представляет собой определенный пиковый расход и/или минимальный расход текучей среды под давлением, создаваемым насосной станцией в течение заданного периода времени, при этом блок управления приспособлен для корректировки максимального расхода кривой насосных характеристик в соответствии с определенным пиковым расходом и/или корректировки минимального расхода кривой насосных характеристик в соответствии с определенным минимальным расходом.
Тем самым достигается то, что форма кривой насосных характеристик может корректироваться автоматически в зависимости от пикового расхода и/или минимального расхода. Соответственно можно обеспечить конкретную адаптацию и регулирование кривой насосных характеристик таким образом, чтобы генерируемое давление можно было скорректировать с учетом фактического необходимого давления с целью сведения к минимуму потерь текучей среды без влияния на производительность.
Под термином «пиковый расход» понимается высокое значение расхода. Пиковый расход может представлять собой максимальный расход или наибольший расход, измеренный в течение определенного периода времени. Однако, если в сети очень часто меняются условия, магнитуда пиковых расходов, определяемых в разные периоды времени, может существенно отличаться.
Под минимальным расходом понимается низкое значение расхода. Минимальный расход может представлять собой самый низкий расход или самый низкий расход, измеренный в течение определенного периода времени, а в случае, если в сети очень часто меняются условия, магнитуда минимальных расходов в один момент времени может существенно отличаться от магнитуды минимальных расходов в другой момент времени.
В одном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, измеряют (например, непрерывно) одно значение расхода, при этом блок управления выполнен с возможностью автоматического изменения со временем кривой насосных характеристик путем изменения максимального параметра расхода и/или минимального параметра расхода заданной кривой насосных характеристик. Преимуществом может быть то, что регулирование давления основано на кривой насосных характеристик, заданной в соответствии с заранее определенной формой кривой насосных характеристик и одним или несколькими определенными значениями расхода. Регулирование давления может осуществляться непрерывно в соответствии с кривой насосных характеристик и, следовательно, вилка между генерируемым давлением и давлением, необходимым в распределительной сети, может быть минимизирована. Под «непрерывным» подразумевается, что все время проводятся измерения, однако может быть выбран период выборки измерений в соответствии с конкретными требованиями. В предшествующем уровне техники регулирование давления обычно осуществляют с помощью постоянного режима давления. Таким образом, регулирование в соответствии с линейной, квадратичной или другой подходящей кривой насосных характеристик может значительно уменьшить вилку между генерируемым давлением, и давлением, необходимым в распределительной сети. Таким образом, могут быть минимизированы расход энергии и потери текучей среды.
Предпочтительно, что давление в распределительной сети регулируют в зависимости от кривой насосных характеристик, образованной на основе измеренных значений расхода. Максимальный параметр расхода может представлять собой максимальный расход, определенный как максимальный расход или самый большой расход, измеренный в течение определенного периода времени. Минимальный параметр расхода может представлять собой самый низкий расход или самый низкий расход, измеренный в течение определенного периода времени.
Под термином «непрерывный» понимается то, что, по меньшей мере, одно значение расхода измеряют все время, однако в качестве частоты дискретизации для измерения (измерений) значения расхода может быть выбран любой подходящий период времени (например, несколько секунд, минут или часов). Фактически периодом времени, в принципе, может быть любой период времени. Заданная кривая насосных характеристик может иметь любую подходящую форму. Кривая может быть, например, линейной или квадратичной, однако кривая может иметь и другую форму.
Максимальный параметр расхода кривой насосных характеристик может представлять собой наибольшее значение расхода на кривой насосных характеристик, в то время как минимальный параметр расхода заданного насоса может представлять собой самое низкое значение расхода на кривой насосных характеристик.
В одном варианте осуществления изобретения в распределительной сети расположен, по меньшей мере, один датчик давления, при этом блок управления выполнен с возможностью автоматического изменения максимального параметра давления и/или минимального параметра давления и/или одного или нескольких промежуточных параметров давления кривой насосных характеристик в соответствии, по меньшей мере, с одним значением давления, выданным, по меньшей мере, одним датчиком давления. Путем размещения одного или нескольких датчиков давления в распределительной сети, что дает возможность блоку управления автоматически изменять максимальный параметр давления кривой насосных характеристик в соответствии, по меньшей мере, с одним значением давления, выдаваемым, по меньшей мере, одним датчиком давления, можно проводить регулирование кривой насосных характеристик на основе одного или нескольких точных измерений давления в конкретных местах в распределительной сети. Такие места могут быть выбраны любым подходящим способом. В качестве примера можно разместить датчики в так называемых критических точках (точках, в которых ожидается минимальное давление) в сети.
При изменении параметра давления кривой насосных характеристик форма кривой насосных характеристик изменяется. Можно поддерживать максимальное давление, промежуточные и минимальные параметры давления кривой насосных характеристик и просто изменять значения расхода. Однако, например, можно изменить параметры давления согласно одному или нескольким значениям давления, выданным датчикам, расположенным в распределительной сети.
При наличии датчиков в распределительной сети можно оптимизировать кривую насосных характеристик согласно измеренным значениям давления. При отсутствии датчиков в распределительной сети можно просто скорректировать параметры расхода кривой насосных характеристик при обнаружении низкого или высокого значения расхода, потому что это означает, что было бы предпочтительно изменить используемую кривую насосных характеристик.
В одном варианте осуществления изобретения блок управления выполнен с возможностью автоматического изменения максимального параметра давления и/или минимального параметра давления, и/или одного или нескольких промежуточных параметров давления кривой насосных характеристик при определении максимального расхода и/или минимального расхода и/или значения давления. Тем самым достигается поддержание кривой насосных характеристик в стабильных условиях и изменение кривой насосных характеристик при определении очень высокого расхода (например, при определении максимального расхода) или очень низкого расхода (при определении минимального расхода). Определенный расход может представлять собой измеренный расход, выданный датчиком расхода, однако его значение может также быть рассчитано или оценено. Возможно изменение одного или нескольких параметров давления кривой насосных характеристик. Пока расход находится в пределах заданного диапазона расхода, давление может регулироваться с помощью кривой насосных характеристик, которая соответствует этому заданному диапазону расхода. Однако при обнаружении того, что расход вышел за пределы этого заданного диапазона расхода, можно соответствующим образом скорректировать кривую насосных характеристик. Например, при обнаружении очень высокого расхода можно скорректировать максимальный параметр давления. Можно изменить кривую насосных характеристик в соответствии с любым обнаруженным значением или значениями, которые выведены из обнаруженных значений.
В одном варианте осуществления изобретения блок управления выполнен с возможностью применения различных заданных множеств кривых для различных временных периодов (например, различных кривых для разных дней). Например, можно генерировать различные множества режимов регулирования, соответствующих, например, рабочим и выходным дням соответственно, либо дневному и ночному времени соответственно. Принципы регулирования могут быть одинаковыми для различных множеств временных режимов можно только использовать различные значения для изменения кривых насосных характеристик. Например, можно использовать кривую пропорциональности или квадратичную кривую для регулирования и в дневное, и в ночное время. Каждую из этих кривых можно скорректировать отдельно согласно способам, описанным в данном документе.
В одном варианте осуществления изобретения блок управления выполнен с возможностью автоматического изменения кривой насосных характеристик согласно соответствующим значениям расхода и давления, определенным в распределительной сети. Когда распределительная сеть содержит средство определения значений расхода и давления, эта информация может быть использована для регулирования кривой давления согласно критерию оптимизации, основанном на соответствующих значениях расхода и давления, определенным в распределительной сети.
В одном варианте осуществления изобретения блок управления выполнен с возможностью оптимизации кривой насосных характеристик согласно соответствующим значениям давления, выданным, по меньшей мере, одним из датчиков давления. Поэтому можно использовать один или несколько датчиков давления для выдачи информации о давлении и использования этой информации с целью образования кривых давления, которые могут быть использованы для регулирования распределительной сети. Таким образом, блок управления может "воспринять" или "адаптировать" кривую насосных характеристик к распределительной сети.
Можно использовать заданную кривую насосных характеристик, которая представляет собой пропорциональную кривую или квадратичную кривую.
Может оказаться предпочтительным, что распределительный блок содержит, по меньшей мере, один датчик давления, выполненный с возможностью беспроводной связи с блоком управления. Тем самым можно обеспечить связь между датчиком и блоком управления простым и гибким способом, даже когда датчик и блок управления расположены на удалении друг от друга.
Распределительная сеть может представлять собой водораспределительную сеть, имеющую множество конечных пользователей. Водораспределительные сети широко используются и потенциал для сокращения утечек воды очень высок. Другим примером распределительной сети является распределительная тепловая система, подающая подогретую воду до множества конечных пользователей.
Может оказаться предпочтительным, что, по меньшей мере, один датчик расположен в точке распределительной сети, где ожидается минимальное давление, и/или в точке распределительной сети, где ожидаемое давление должно превысить заданное значение. Обычно давление в так называемых критических точках (точках, в которых ожидается минимальное давление) в сети должно превысить заданное значение для того, чтобы обеспечить оптимальную производительность и предотвратить попадание загрязненной воды извне в распределительную сеть.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, по меньшей мере, одно значение расхода представляет собой определенный максимальный расход и/или минимальный расход текучей среды в течение заданного периода времени, при этом максимальный расход кривой насосных характеристик выставлен на определенный пиковый расход и/или минимальный расход кривой расхода выставлен на определенный минимальный расход.
Таким образом, кривая насосных характеристик может регулироваться автоматически в зависимости от максимального расхода и/или минимального расхода и поэтому конкретная адаптация и регулирование кривой насосных характеристик может быть выполнено так, чтобы генерированное давление могло быть подстроено под фактическое требуемое давление для того, чтобы потери текучей среды могли быть минимизированы.
В одном способе согласно варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, одно максимальное значение расхода измеряют непрерывно, а кривая насосных характеристик со временем изменяется автоматически при изменении максимального параметра расхода и/или минимального параметра расхода и/или одного или нескольких промежуточных параметров расхода заданной кривой насосных характеристик. Этот способ обеспечивает изменение кривой насосных характеристик на основе событий, которые показывают, что кривая насосных характеристик должна быть изменена. Соответственно регулирование давления осуществляется непрерывно с помощью наиболее подходящей кривой насосных характеристик и, следовательно, разница между созданным давлением и давлением, необходимым в распределительной сети, может быть минимизирована даже при изменении условий в распределительной сети.
В одном из вариантов осуществления способа в соответствии с изобретением кривая насосных характеристик изменяется автоматически согласно соответствующим значениям расхода и давления, определенным в распределительной сети. В случае, если распределительная сеть содержит средство определения значений расхода и давления, эти значения могут быть целевым образом применены для регулирования кривой давления.
В одном из вариантов осуществления способа в соответствии с изобретением способ содержит следующие этапы:
a) в распределительной сети измеряют, по меньшей мере, один расход;
b) определяют, находится ли, по меньшей мере, один измеренный расход в пределах заданного диапазона расхода;
c) в распределительной сети измеряют, по меньшей мере, одно значение давления;
d) кривую насосных характеристик рассчитывают так, чтобы перепад между измеренным давлением и заданным давлением был минимальным;
e) регулируют давление текучей среды в распределительной сети согласно расчетной кривой насосных характеристик.
Таким образом, может быть получена очень специфическая кривая регулирования насоса. Диапазон расхода разделен на несколько сегментов, и в каждом из этих сегментов может быть задана кривая насосных характеристик. При использовании этого принципа может быть получена очень специфическая форма кривой насосных характеристик.
В одном из вариантов осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением способ содержит следующие этапы:
a) из блока управления на один или несколько датчиков давления в распределительной сети посылают, по меньшей мере, один сигнал запроса;
b) из одного или нескольких датчиков давления в распределительной сети на блок управления посылают информацию о давлении;
c) кривую насосных характеристик рассчитывают так, чтобы перепад между измеренным давлением и заданным давлением был минимальным;
d) давление текучей среды в распределительной сети регулируют в соответствии с расчетной кривой насосных характеристик.
Этот способ обеспечивает отправку запроса на датчик давления в распределительной сети и использование обратной информации о давлении для регулирования кривой насосных характеристик таким образом, чтобы созданное давление в месте, в котором расположен датчик давления, было скорректировано согласно заданным требованиям. Датчики давления могут быть выполнены с возможностью измерения давления, поскольку на них подают энергию (например, электрическую энергию из сети или с помощью батареи). Датчики должны быть приспособлены для приемки сигналов запроса, отправленных из блока управления, и для передачи информации о давлении на блок управления при приемке сигнала запроса. Можно использовать датчики, приспособленные для измерения информации о давлении только при приемке сигнала запроса. Таким образом, можно уменьшить количество энергии для измерения давления и для отправки информации на блок управления. Датчики давления могут измерять абсолютное давление или перепад давления (например, перепад значений давления в трубах или между заданным эталонным давлением и измеренным давлением).
В одном из вариантов осуществления способа в соответствии с изобретением, по меньшей мере, один датчик давления, расположенный в распределительной сети, выполнен с возможностью генерирования аварийного сигнала, если измеренное давление и/или перепад давления выше первого заданного значения или ниже второго заданного значения. Тем самым можно минимизировать объем информации, посылаемой с датчика (датчиков) на блок управления, и соответственно энергоснабжение датчика может иметь более низкий номинал и/или более длительный срок службы.
Предпочтительно, чтобы передача данных между датчиком в распределительной сети и блоком управления была беспроводной. Передача данных между датчиком в распределительной сети и блоком управления происходит с использованием беспроводной сети (например, Глобальной системы мобильной связи (GSM)), что предпочтительнее в качестве службы текстовых сообщений, предпочтительно службы коротких сообщений (SMS).
Изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, которые могут быть изменены многими способами. Это относится, в частности, к форме кривой насосных характеристик и к распределительной сети.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения теперь будут более подробно описаны, например, со ссылкой на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1 показана водораспределительная сеть предшествующего уровня техники.
На фиг. 2 показана кривая насосных характеристик предшествующего уровня техники вместе с кривой насосных характеристик согласно изобретению.
На фиг. 3а показана водораспределительная сеть согласно изобретению.
На фиг. 3b показана распределительная тепловая сеть согласно изобретению.
На фиг. 3с показана кривая насосных характеристик, предназначенная для регулирования распределительной сети.
На фиг. 4а показаны другие водораспределительные сети согласно изобретению.
На фиг. 4b показана другая распределительная тепловая сеть согласно изобретению.
На фиг. 4с показана кривая насосных характеристик согласно изобретению.
На фиг. 5 показана квадратичная кривая насосных характеристик согласно изобретению.
На фиг. 1 проиллюстрирована водораспределительная сеть 2 предшествующего уровня техники. Распределительная сеть 2 представляет собой водораспределительную сеть, приспособленную для подачи воды из гидротехнических сооружений 30. Вода поступает под давлением, создаваемым двумя насосными станциями 4, которые могут содержать ряд насосов 6 (хотя показан только один насос, насосная станция 4 может содержать несколько насосов 6). Распределительная сеть содержит трубопроводную систему 32, выполненную таким образом, что вода может быть подана нескольким конечным пользователям 26. В сети 2 расположен ряд датчиков 12 давления и ряд редукционных клапанов 28.
Насосные станции 4 доводят давление воды до заданного уровня. Датчики 12 давления посылают информацию на насосные станции 4, так что требуемое давление может быть постоянно обеспечено. Ряд редукционных клапанов 28 выполнен с возможностью уменьшения давления для различных конечных пользователей 26. Соответственно, можно достичь того, чтобы давление для конечных пользователей было снижено до уровня, минимизирующего возможность выхода из строя трубы на участке конечного пользователя сети 2. Редукционные клапаны 28 могут принимать информацию о давлении от датчиков 12 давления, расположенных в сети 2.
1
На фиг. 2 проиллюстрирована кривая насосных характеристик предшествующего уровня техники и кривая 20 давления согласно изобретению. Кривые 20, 21 давления 22 показаны в зависимости от расхода 24. Кривая 16 насосных характеристик для одного насоса представлена вместе с кривой 18 насосных характеристик для двух насосов на той же диаграмме, также как и кривые 20, 21 давления для регулирования давления. На диаграмме показано, что кривая 21 насосных характеристик предшествующего уровня техники является непрерывной кривой, соответствующей давлению H. Кривая 20 давления в соответствии с настоящим изобретением представляет собой пропорциональную кривую, определяющую линейную зависимость между расходом 24 и давлением 22. Видно, что регулирование давления с помощью кривой 20 давления согласно настоящему изобретению позволит значительно снизить давление, особенно в диапазоне низкого расхода.
На фиг. 3а проиллюстрирован пример водораспределительной сети 2 согласно изобретению. Вблизи подающей магистрали 8 сети 2 расположена насосная станция 4. Сеть может содержать несколько насосов 6, хотя показан только один насос. Сеть содержит несколько конечных пользователей 26, образующих участок 34 конечного пользователя. Между насосной станцией 4 и участком 34 конечного пользователя на трубопроводной системе 32 расположены датчик 10 расхода и датчик 12 давления. Информация 36 поступает из датчиков 10, 12 на блок управления (не показан) в насосной станции 4. Было бы можно установить датчик 10 расхода и датчик 12 давления ближе к участку 34 конечного пользователя (например, конечного пользователя 26). Можно было бы также применить альтернативное давление и средство измерения расхода, которое, например, может быть интегрировано в одном или нескольких насосах 6 насосной станции 4.
На фиг. 3b проиллюстрирована распределительная тепловая сеть 2. Распределительная тепловая сеть 2 содержит распределительный тепловой центр 38 и насосную станцию 4, расположенную рядом с распределительным тепловым центром 38. Впускная труба 40 расположена так, чтобы нагретая вода могла перекачиваться от насосной станции 4 конечным пользователям 26 на участке 34 конечных пользователей. Выпускная труба 42 расположена параллельно впускной трубе 40 в сети 2. После охлаждения воды конечным пользователем 26 на участке 34 конечного пользователя вода возвращается в распределительный тепловой центр 38 через выпускную трубу 42. Перепад давления между впускной трубой 40 и выпускной трубой 42 измеряется с помощью датчика 12 давления, и эту информацию о давлении направляют на блок управления (не показан) в насосной станции 4. Датчик 10 расхода расположен рядом с насосной станцией 4, и эту информацию о расходе направляют на насосную станцию 4.
При сравнении фиг. 3а и фиг. 3b видно, что обе сети содержат практически одинаковые элементы. В водораспределительной сети, представленной на фиг. 2, регулируют абсолютное давление, в то время как перепад давления между впускной трубой 40 и выпускной трубой 42 регулируют в распределительной тепловой сети 2, показанной на фиг. 3b.
На фиг. 3с проиллюстрирована кривая 20 насосных характеристик в соответствии с изобретением. Кривая 20 насосных характеристик может быть использована для управления давлением в водораспределительной сети 2, такой, что представлена на фиг. 3а, что означает, что давление в распределительной сети 2 может быть скорректировано или поддержано в соответствии с кривой 20 насосных характеристик. Кривая 20 насосных характеристик также может быть использована для управления перепадом давления между впускной трубой 40 и выпускной трубой 42 в распределительной тепловой сети 2, показанной на фиг. 3b. Построена диаграмма зависимости давления 22 от расхода 24. Кривая 16 насосных характеристик может быть получена с помощью одного насоса, тогда как кривая 18 насосных характеристик может быть получена с помощью двух насосов, однако на той же диаграмме представлена кривая 20 давления для регулирования давления в сети, как показано на фиг. 3а или фиг. 3b. Эта кривая 20 насосных характеристик может быть получена путем регулирования скорости насоса (насосов) 6 в насосной станции 4.
макс
мин
макс
мин
Диаграмма, представленная на фиг. 3с, показывает, что максимальный расход Q, а также минимальный расход Q кривой 20 насосных характеристик могут быть изменены. При такой стратегии регулирования поддерживается максимальное давление Н, а также минимальное давление Н кривой 20 насосных характеристик.
мин
макс
мин
макс
макс
макс
До тех пор, пока расход остается в интервале между Q и Q, давление регулируют с помощью кривой 20 насосных характеристик. Однако, если обнаружено, что расход ниже Q, нижний конец (расход) кривой 20 насосных характеристик опускается. С другой стороны, если обнаружено, что расход выше Q, верхний конец (расход) кривой 20 насосных характеристик поднимается. Чтобы обеспечить приспосабливание регулирования давления к изменяющимся условиям, можно регистрировать весь расход вблизи конечных точек кривой 20 насосных характеристик и определить фактический Q как наибольший обнаруженный расход в течение заданного периода времени и/или определить фактический Q как наименьший обнаруженный расход в течение заданного периода времени (при этом кривая насосных характеристик медленно забывает очень "старые" значения). Может оказаться возможной фильтрация (например, путем использования фильтра низких частот) обнаруженных сигналов расхода, при этом можно избежать шума и паразитных сигналов.
На фиг. 4а проиллюстрирован другой пример водораспределительной сети 2 в соответствии с изобретением. Эта сеть 2 содержит те же компоненты, что и водораспределительная сеть 2, показанная на фиг. 3а. Однако в дополнение имеется несколько датчиков 12 давления, расположенных на участке 34 конечного пользователя. Эти датчики 12 давления выполнены с возможностью отправки информации о давлении на блок управления (не показан) в насосной станции 4.
На фиг. 4b показана распределительная тепловая сеть 2, которая почти идентична распределительной тепловой сети 2, показанной на фиг. 4b. Распределительная тепловая сеть 2 содержит распределительный тепловой центр 38 и насосную станцию 4, расположенную рядом с распределительным тепловым центром 38. Имеется несколько датчиков 12 давления, выполненных с возможностью измерения перепада давления между водой на входе и водой на выходе. Датчики 12 давления выполнены с возможностью отправки информации 36 о давлении на блок управления (не показан) в насосной станции 4.
На фиг. 4с показана кривая 20 насосных характеристик согласно изобретению. Кривая 20 насосных характеристик предназначена для применения с целью регулирования давления в водораспределительной сети 2, подобной той, что представлена на фиг. 4а, или перепада давления между впускной трубой 40 и выпускной трубой 42 в распределительной тепловой сети, показанной на фиг. 4b. Как и на фиг. 3с, построена диаграмма зависимости давления 22 от расхода 24. Кривая 16 насосных характеристик может быть получена при использовании одного насоса, а кривая 18 насосных характеристик может быть получена при использовании двух насосов. Кривая 20 давления для регулирования давления в сети проиллюстрирована в виде кривой пропорциональности (давление является линейной функцией расхода). Эта кривая 20 насосных характеристик может быть получена путем регулирования скорости насоса (насосов) 6 в насосной станции 4.
Далее описан один предпочтительный способ обновления кривой 20 насосных характеристик. Значения давления (например, измеренные датчиками давления) в сети 2 используют для выполнения обновления кривой 29 насосных характеристик. Считается, что к каждой точке измерения относится одно давление и одно эталонное давление. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения определено, что все измеренные значения давления должны превышать их эталонные значения, поэтому мы определим следующую переменную для процедуры обновления кривой:
Однако максимальное значение, среднее значение или другие также могли бы быть использованы в зависимости от требований сети 2.
Управление насосами осуществляют в соответствии с кривой насосных характеристик. Если кривая насосных характеристик является квадратичной, она описывается следующим выражением:
bj
Каждый раз, когда насос Q находится внутри одной из областей, показанных на фиг. 4с или фиг. 5, запрашивается информация о давлении на датчиках 12 в сети, и параметры кривой насосных характеристик обновляются в соответствии с этой информацией. Каждый диапазон расхода может быть определен средним значением (Q для диапазона j) и шириной диапазона δQ, при этом диапазон определяется по формуле:
Средние значения диапазонов расхода обновляют в соответствии с механизмом изменения расхода в системе, притом, что δQ является расчетной константой. Для описания того, как осуществляют обновление параметров кривой, используют нижеследующую матрицу и вектор:
b1
b2
b3
bj
b1
перепад
На самом деле Q Q и Q не являются постоянными, они варьируются в зависимости от обнаруженных значений расхода в сети 2. Когда расход находится в диапазоне 1, это означает, что при расходе насоса Q-δQ<Q<Q+δQ выдается запрос о предоставлении информации о давлении от датчиков 12. Запрашиваемая информация может быть пересчитана для получения p, а обновление может быть выполнено согласно следующей формуле:
где к и к+1 означает, что обновляемый вектор К параметров используют для расчета вектора K+1 параметров. В случае обновлений на основе измерений из диапазона 2 и 3 могут быть использованы следующие выражения:
макс
мин
макс
мин
i
Таким образом, на фиг. 4с и 5 показано, что могут быть изменены и максимальный параметр Н давления, и минимальный параметр Н давления, и диапазоны расхода. На фиг. 4с показано, как адаптировать пропорциональную кривую 20 давления. На фиг. 5 показано, как адаптировать квадратичную кривую 20 давления. На фиг. 5 использована трехточечная корректировка. Соответственно, могут быть изменены и максимальный параметр Н давления, и минимальный параметр Н давления, промежуточный параметр H давления, а также диапазоны расхода. Альтернативным вариантом осуществления было бы использование двух точек и образование градиента при нулевом расходе, равным нулю, так как для его образования необходима информация, по меньшей мере, о трех параметрах квадратичной кривой. На фиг. 4с и 5 показано, что можно изменить кривую 20 насосных характеристик различными способами с использованием этих стратегий регулирования.
Кривая 20 насосных характеристик может быть изменена в целях соответствия критерию оптимизации, который может быть выбран управляющим распределительной сети 2. Критерий оптимизации может заключаться в обеспечении наименьшего возможного давления, и при этом требуемое минимальное давление будет создано по всей распределительной сети 2.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
2 - Распределительная сеть
4 - Насосная станция
6 - Насос
8 - Подающая магистраль
10 - Средство измерения расхода
12 - Средство измерения давления
16 - Кривая насосных характеристик для одного насоса
18 - Кривая насосных характеристик для двух насосов
20 - Кривая насосных характеристик
21 - Кривая насосных характеристик предшествующего уровня техники
22 - Давление
24 - Расход
Q - Значение расхода
макс
Q - Максимальный расход
мин
Q - Минимальный расход
макс
Н - Максимальное давление
мин
Н - Минимальное давление
i
H - Промежуточное давление
26 - Конечный пользователь
28 - Редукционный клапан
30 - Гидротехнические сооружения
32 - Трубопроводная система
34 - Участок конечного пользователя
36 - Информация
38 - Распределительный тепловой центр
40 - Впускная труба
42 - Выпускная труба
b1
Q - Первый предельный расход
b2
Q - Второй предельный расход
b3
Q - Третий предельный расход
44 - Первый сегмент
46 - Второй сегмент
i
P-i=1…n измерений давления в сети
эталон i
Р - Эталонное давление на i датчике j=1…n.
перепад
I
Р - Минимум значений n давления, измеренных P j=1 n в сети.
Q - Расход насоса
насос
Р - Значения давления насоса. Это давление предпочтительно измеряют в качестве давления на выходе насоса в случае водораспределительной сети.
<mover accent="true"><mi>A</mi><mo>¯</mo></mover>
- Матрица, содержащая формулы положений диапазона расхода.
θ - Вектор параметра, содержащий параметры, которые описывают кривую насосных характеристик.
а, b, с - Параметры, описывающие квадратичную кривую насосных характеристик.
δQ - Ширина диапазонов расхода.
k - Расчетная константа со значением между 0 и 1. Эта константа определяет, как быстро будет получена надлежащая кривая, таким образом, - это фильтрующая константа.