СПОСОБ ОСТАНОВА ПОГРУЖНОГО НАСОСА, КОГДА НАСОС РАБОТАЕТ С ЗАХВАТОМ ВОЗДУХА
DOWNHOLE PUMP SHUTDOWN METHOD WHEN THE PUMP OPERATES WITH AN AIR GRIP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в общем к области способов управления работой насоса, пригодного для перекачивания жидкости, такого как погружной канализационный насос/насос для сточных вод или погружной дренажный насос. Настоящее изобретение в частности относится к области способов останова такого насоса, когда обнаруживают, что насос работает с захватом воздуха, т.е. когда насос всасывает частично жидкость и частично воздух. Таким образом, настоящее изобретение направлено на погружной насос, который функционально соединен с блоком управления, причем насос приводится в действие с помощью блока управления.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Во время работы погружного насоса отсутствуют проблемы, пока насос имеет возможность перекачивать жидкость, т.е. впуск насоса располагается ниже уровня жидкости. Но когда уровень жидкости опускается ниже впуска насоса, насос начинает всасывать частично жидкость и частично воздух во время работы. Это явление называют «работа с захватом воздуха» или «работа на храпе» (из-за храпящего звука, создаваемого насосом в этих условиях).
В некоторых применениях, таких как насосная станция, содержащая погружной канализационный насос/насос для сточных вод, насос обычно останавливают с помощью блока управления на основании сигнала останова от датчика уровня до того, как уровень жидкости опустится ниже впуска насоса. Однако, в качестве предохранительных мер, насос также могут останавливать, когда обнаруживают работу насоса с захватом воздуха, что может иметь место, например, в случае нарушения работы датчика уровня. Когда насос захватывает воздух, его работа больше не является продуктивной, и в то же время насос продолжает использовать энергию, т.е. потребляет много энергии, не обеспечивая производительность по жидкости. При этом электрический двигатель и другие компоненты насоса могут быть повреждены из-за перегрева/износа, если насос оставить работать с захватом воздуха в течение длительного периода времени.
В некоторых применениях, таких как погружной дренажный/водоотливной насос, не имеющий датчик уровня для останова насоса, насос обычно остается активным также и при работе насоса с захватом воздуха до тех пор, пока насос не будет выключен вручную. Если оператор насоса не является наблюдательным, и насос будет слишком долго работать с захватом воздуха, это ведет к износу, а также высоким механическим нагрузкам компонентов насоса, таких как рабочее колесо, крышка всасывающей стороны, уплотнения, электрический двигатель и т.д.
Известны способы обнаружения работы с захватом воздуха, но они являются медленными и не всегда надежными.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на создание улучшенного способа останова погружного насоса, когда обнаруживают, что насос работает с захватом воздуха. Основной целью настоящего изобретения является создание улучшенного способа типа, определенного во вводной части, который надежным и быстрым образом будет обнаруживать, работает ли насос с захватом воздуха. Другой целью настоящего изобретения является создание способа, который использует блок управления, выполненный с возможностью приводить в действие насос, чтобы также обнаруживать работу с захватом воздуха.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с изобретением по меньшей мере основная цель достигается с помощью способа, определенного во вводной части, имеющего признаки, определенные в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные варианты настоящего изобретения дополнительно определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ типа, определенного во вводной части, отличающийся тем, что он включает в себя этапы регулирования, с помощью блока управления, рабочей скорости насоса, чтобы направлять среднюю мощность насоса на предварительно заданный уровень, определения, находится ли мгновенная мощность насоса вне предварительно заданного диапазона, путем мониторинга по меньшей мере одного из параметров: мощность [P], ток [I] и коэффициент мощности [cosϕ], определения, увеличивается ли рабочая скорость насоса, и останова насоса из-за работы с захватом воздуха с помощью блока управления, когда мгновенную мощность насоса определяют как находящуюся вне предварительно заданного диапазона, и при этом рабочую скорость насоса определяют как увеличивающуюся.
Таким образом, настоящее изобретение основано на понимании того, что для насоса, приводимого в действие с помощью блока управления таким образом, что средняя мощность насоса направляется на предварительно заданный уровень, т.е. насос стремится поддерживать мощность на постоянном уровне, путем регулирования рабочей скорости насоса, и мощность насоса и рабочая скорость насоса являются достаточно стабильными параметрами во время нормальной работы, т.е. пока насос перекачивает жидкость. Однако, когда определяют/обнаруживают, что рабочая скорость насоса увеличивается, и при этом мгновенная мощность насоса колеблется за пределы предварительно заданного диапазона, насос работает с захватом воздуха. Тем самым работа с захватом воздуха может быть обнаружена на ранней стадии эффективным и легким образом с помощью блока управления, который осуществляет мониторинг/управление рабочей скоростью и мощностью.
В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения этап определения, увеличивается ли рабочая скорость насоса, выполняют после того, как было определено, что мгновенная мощность насоса находится вне предварительно заданного диапазона.
В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения этап определения, увеличивается ли рабочая скорость насоса, выполняют путем мониторинга тенденции изменения рабочей скорости насоса. Рабочая скорость насоса будет постоянно регулироваться с помощью блока управления, т.е. колебаться, независимо от режима работы, нормального или с захватом воздуха, и когда насос начинает перекачивать воздух, блок управления будет компенсировать это путем увеличения рабочей скорости насоса.
В соответствии с более предпочтительным вариантом воплощения мониторинг тенденции изменения рабочей скорости насоса осуществляют путем выполнения этапов измерения множества мгновенных рабочих скоростей [n1, n2, n3, n4, …] насоса во время предварительно заданного периода времени [t], сравнения взаимоотношения в каждой паре смежных мгновенных рабочих скоростей [n1;n2, n2;n3, n3;n4, …], мониторинга количества раз [m], когда вторая мгновенная рабочая скорость [n2] из пары смежных рабочих скоростей [n1;n2] больше, чем первая мгновенная рабочая скорость [n1] из пары смежных мгновенных рабочих скоростей [n1;n2], и установления, что рабочая скорость насоса является увеличивающейся, если количество раз [m], когда вторая мгновенная рабочая скорость [n2] больше, чем первая мгновенная рабочая скорость [n1], будет больше, чем предварительно заданное пороговое значение, во время предварительно заданного периода времени [t].
Другие преимущества и признаки изобретения будут очевидны из других зависимых пунктов формулы изобретения, а также из последующего подробного описания предпочтительных вариантов воплощения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу управления работой насоса, пригодного для перекачивания жидкости, такого как погружной канализационный насос/насос для сточных вод или погружной дренажный/водоотливной насос. Настоящее изобретение относится к способу останова такого насоса, когда обнаруживают, что насос работает с захватом воздуха. В соответствии с первым вариантом воплощения насос останавливают непосредственно после того, как было установлено, что насос работает с захватом воздуха, и в соответствии со вторым вариантом воплощения насос останавливают по истечении предварительного заданного периода времени после того, как было установлено, что насос работает с захватом воздуха. Первый вариант воплощения является особенно полезным для управления дренажным/водоотливным насосом, и второй вариант воплощения является особенно полезным для канализационного насоса/насоса для сточных воды, размещенного в насосной станции. Если насосу в насосной станции позволить работать с захватом воздуха в течение предварительно заданного периода времени, грязь и другие вещества, собравшиеся на поверхности жидкости, будут всасываться в насос и транспортироваться из насосной станции.
Насос функционально соединен с блоком управления, и в соответствии с предпочтительным вариантом воплощения блок управления является встроенным в насос. Насос приводится в действие с помощью блока управления. В предпочтительном варианте воплощения блок управления образован частотно-регулируемым приводом [VFD], который выполнен с возможностью регулировать рабочую скорость насоса, например, путем регулирования частоты Hz переменного тока, подаваемого на электрический двигатель насоса. Таким образом, блок управления выполнен с возможностью осуществлять мониторинг/регулирование/управление рабочей скоростью насоса, и блок управления также выполнен с возможностью осуществлять мониторинг мощности или средней мощности насоса. Для мониторинга мощности насоса блок управления осуществляет мониторинг по меньшей мере одного из рабочих параметров: мощность [P], ток [I] и коэффициент мощности [cosϕ].
В соответствии с изобретением блок управления выполнен с возможностью регулировать рабочую скорость насоса, чтобы направлять среднюю мощность насоса на предварительно заданный уровень, другими словами, насос и блок управления стремятся поддерживать мощность насоса на постоянном уровне путем регулирования рабочей скорости насоса. Таким образом, во время нормальной работы насоса средняя мощность является более или менее постоянной. Предпочтительно подходящий фильтр используется при мониторинге/оценке средней мощности насоса, чтобы минимизировать частоту регулирования рабочей скорости насоса.
Для обнаружения работы насоса с захватом воздуха блок управления выполнен с возможностью определять, находится ли мгновенная мощность насоса вне предварительно заданного диапазона. Это осуществляют путем мониторинга по меньшей мере одного из параметров: мощность [P], ток [I] и коэффициент мощности [cosϕ]. Таким образом, этап определения, находится ли мгновенная мощность вне предварительно заданного диапазона, может выполняться напрямую, путем мониторинга мощности [P], или опосредованно, путем мониторинга тока [I] или коэффициента мощности [cosϕ]. Мониторинг может осуществляться непрерывно или дискретно.
При этом блок управления выполнен с возможностью определять, увеличивается ли рабочая скорость насоса. Предпочтительно этап определения, увеличивается ли рабочая скорость насоса, выполняют после утвердительного определения, что мгновенная мощность насоса находится вне предварительного заданного диапазона. И, наконец, блок управления выполнен с возможностью останавливать насос из-за работы с захватом воздуха, когда мгновенную мощность насоса определяют как находящуюся вне предварительно заданного диапазона, и при этом рабочую скорость насоса определяют как увеличивающуюся.
Таким образом, когда насос всасывает частично воздух и частично жидкость, амплитуда колебания мгновенной мощности насоса будет увеличиваться, и в то же время насос должен будет увеличить рабочую скорость, чтобы поддерживать среднюю мощность на предварительно заданном уровне, так как для имеющейся рабочей скорости мгновенная мощность будет уменьшаться, когда насос всасывает воздух вместо жидкости.
В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения верхняя граница предварительно заданного диапазона мгновенной мощности насоса составляет 1,02 или больше от предварительно заданного уровня средней мощности насоса, и нижняя граница предварительно заданного диапазона мгновенной мощности насоса составляет 0,98 или меньше от предварительно заданного уровня средней мощности насоса. Таким образом, отклонения, равные 2% или больше от средней мощности, рассматриваются как возможные проявления работы с захватом воздуха. Таким образом, может осуществляться очень раннее обнаружение работы с захватом воздуха. Для обеспечения более надежного обнаружения работы с захватом воздуха коэффициент умножения для верхней границы равен 1,03, и предпочтительно равен 1,04. Для обеспечения более надежного обнаружения работы с захватом воздуха коэффициент умножения для нижней границы равен 1,03, и предпочтительно равен 1,04. Следует отметить, что если осуществляют мониторинг тока [I] или коэффициента мощности [cosϕ], то используют соответствующие коэффициенты.
В соответствии с первым вариантом воплощения, после того, как насос был остановлен из-за работы с захватом воздуха, насос остается неактивным в течение предварительно заданного времени паузы. В соответствии со вторым вариантом воплощения, после того, как насос был остановлен из-за работы с захватом воздуха, насос остается неактивным до тех пор, пока блок управления не получит сигнал запуска от датчика уровня. После этого насос снова активируют до тех пор, пока он не будет остановлен вручную, из-за работы с захватом воздуха, посредством сигнала останова от датчика уровня, и т.д.
В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения этап определения, увеличивается ли рабочая скорость насоса, выполняют путем мониторинга тенденции изменения рабочей скорости насоса.
Предпочтительно мониторинг тенденции изменения рабочей скорости насоса осуществляют путем выполнения этапов измерения множества мгновенных рабочих скоростей [n1, n2, n3, n4, …] насоса во время предварительно заданного периода времени [t], сравнения взаимоотношения в каждой паре смежных мгновенных рабочих скоростей [n1;n2, n2;n3, n3;n4, …], мониторинга количества раз [m], когда вторая мгновенная рабочая скорость [n2] из пары смежных рабочих скоростей [n1;n2] больше, чем первая мгновенная рабочая скорость [n1] из пары смежных мгновенных рабочих скоростей [n1;n2], и установления, что рабочая скорость насоса является увеличивающейся, если количество раз [m], когда вторая мгновенная рабочая скорость [n2] больше, чем первая мгновенная рабочая скорость [n1], будет больше, чем предварительно заданное пороговое значение, во время предварительно заданного периода времени [t].
В качестве примера, измеряемое множество мгновенных рабочих скоростей [n1, n2, n3, n4, …] насоса равно десяти или больше, предпочтительно равно двенадцати или больше. Предварительно заданное пороговое значение для получаемого в результате мониторинга количества раз [m], когда вторая мгновенная рабочая скорость [n2] больше, чем первая мгновенная рабочая скорость [n1], равно четырем или больше, предпочтительно равно восьми или больше, соответственно.
В качестве примера, предварительно заданный период времени [t] равен двум секундам или больше, и равен пяти секундам или меньше.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом воплощения этап определения, увеличивается ли рабочая скорость насоса, выполняют путем мониторинга, когда мгновенная рабочая скорость насоса превышает предварительно заданное пороговое значение. В качестве примера, пороговое значение для мгновенной рабочей скорости составляет 1,03 или больше от средней рабочей скорости насоса. Таким образом, может осуществляться очень раннее обнаружение работы с захватом воздуха. Для обеспечения более надежного обнаружения работы с захватом воздуха коэффициент умножения для порогового значения равен 1,05.
ВОЗМОЖНЫЕ МОДИФИКАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение не ограничивается только описанными выше вариантами воплощения, которые приведены в первую очередь в качестве иллюстрации и для примера. Настоящая заявка на патент охватывает все адаптации и вариации описанных здесь предпочтительных вариантов воплощения, и тем самым настоящее изобретения определяется в прилагаемой формуле изобретения, и оборудование может быть модифицировано любым образом в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.
Также следует отметить, что, даже если это не указано явно, признаки конкретного варианта воплощения могут комбинироваться с признаками другого вариантам воплощения, причем комбинацию следует рассматривать как очевидную, если эта комбинация является возможной.