МЕТОДИКА ДЛЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ НАСТРОЙКИ УПРАВЛЕНИЯ НАСОСОМ ДЛЯ НАСОСНЫХ СИСТЕМ С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ
METHODOLOGY FOR TOOLS FOR SETTING UP PUMP CONTROL FOR PUMPING SYSTEMS WITH VARIABLE SPEED

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Приоритет настоящей заявки заявляется по предварительной заявке США №62/343,352 (патентный реестр №911-019.026-1/F-B&G-X0026US), поданной 31 мая 2016 года, полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Настоящая заявка основана на технологиях, описанных в других
родственных заявках, указанных далее.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к методике управления насосной системой и к насосным устройствам в такой насосной системе.
2. Краткое описание предшествующего уровня техники
Далее номерами [1-9] отмечены разные средства управления насосами с переменной скоростью, отличающиеся повышенным энергосбережением и технологиями бессенсорного управления, используемые для областей жидкостного отопления и охлаждения замкнутого контура, бустерного наддува, промышленных и сельскохозяйственных областей применения, например, смотри фиг. 1, при этом все указанные заявки переуступлены правообладателю настоящей заявки. Используя новые внедренные технологии, можно узнать некоторые, обычно неизвестные параметры работы насосной системы или характеристические кривые, такие как характеристическая кривая системы с переменными параметрами, уставка адаптивного управления, давление или расход потока (без использования датчиков) и т.д., а также довести их до сведения инженеров и операторов для лучшего понимания текущего состояния управления насосной системой.
В качестве другого примера, в конце документа под номером [10] указан графический бессенсорный контроллер энергосберегающего насоса, работающий в режиме реального времени, например, включающий, главным образом, графический дисплей, отображающий операцию управления насосной системой в режиме реального времени, и модуль текущего контроля, работающий на основе характеристических параметров насоса, выбираемых из базы данных насоса, а также переменных рабочих параметров, получаемых от энергосберегающего модуля управления и от объединенного с ним бессенсорного преобразовательного модуля, при этом указанная заявка тоже переуступлена правообладателю настоящей заявки. Используя графический сенсорный экран в качестве графического и цифрового дисплея, работающего в режиме реального времени, можно не только видеть информацию о характеристиках системы и насоса, таких как точка пересечения кривой насоса, кривой системы и кривой управления в режиме реального времени внутри рабочего диапазона насоса, очерченного максимумом и окончанием кривой насоса, но и наблюдать соответствующие параметры управления, такие как мгновенный расход и давление, значение адаптивной уставки и т.д., при которых в текущий момент работает насос.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Итак, в настоящем изобретении предложены новые инструментальные средства настройки управления насосом для управления насосом с переменной скоростью, с помощью которых можно получить заданную кривую управления насосом с помощью расчетной характеристической кривой насоса, реконфигурированной интерактивным образом и в режиме реального времени на основании производственных характеристик системы в соответствии с требуемыми расходом и давлением в системе. Инструментальные средства настройки управления насосом существенно изменяют процедуры настройки управления насосом, при этом значительно облегчается настройка регулирования насоса в процессе эксплуатации и техническое обслуживание насоса, а также подходят для любых областей применения неизвестных жидкостных систем, когда нужно добиться оптимальной производственной эффективности перекачивания жидкости для экономии энергии. Кроме того, устройство управления насосом с помощью инструментальных средств может содержать модуль распознавания жидкостной системы, интегрированный в систему, и адаптивное управление потоком, так что может быть обеспечена функция автоматической настойки управления насосом, для настройки и автоматического продолжения работы жидкостной системы при минимальном потреблении энергии в процессе перекачивания.
Варианты выполнения
В качестве примера в изобретении предложена новая и уникальная методика обеспечения управления насосом с переменной скоростью в жидкостной насосной системе, имеющей требования по расходу и давлению.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид устройства, например, содержащего сигнальный процессор или процессорный модуль, выполненный с возможностью:
приема сигналов, содержащих информацию о характеристической кривой системы, о требуемых расходе и давлении в жидкостной насосной системе, и изменениях, выполняемых в режиме реального времени оператором насосной установки применительно по меньшей мере к одному параметру управления, для регулирования производительности жидкостной насосной системы, и
определения соответствующих сигналов, содержащих информацию о построении/перестроении по меньшей мере одной из кривых: кривой насоса, кривой системы или кривой управления, для регулирования производительности жидкостной насосной системы в соответствии с требуемым расходом и давлением в указанной системе на основании указанных принятых сигналов.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать один или несколько из следующих признаков:
Устройство может содержать или являться частью инструментальных средств настройки управления насосом, оснащенных комбинацией сигнального процессора или процессорного модуля и дисплея для обеспечения функциональности дисплея в отношении указанных инструментальных средств.
Сигнальный процессор или процессорный модуль может быть выполнен с возможностью обеспечения указанных соответствующих сигналов в виде сигналов управления дисплеем; и устройство может содержать дисплей, который реагирует на указанные сигналы управления дисплеем и обеспечивает сигналы дисплея, содержащие информацию о:
по меньшей мере одном из следующего: характеристической кривой системы и требованиях по расходу и давлению в жидкостной насосной системе, и
экране настройки инструментальных средств настройки управления насосом, имеющем по меньшей мере один параметр управления для регулирования производительности жидкостной насосной системы.
Дисплей может содержать дисплей с сенсорным экраном, которого касается оператор насосной системы для выполнения в режиме реального времени изменений по меньшей мере одного параметра управления для регулирования производительности жидкостной насосной системы.
Указанный по меньшей мере один параметр управления может содержать параметр «уставка» и параметр управления «форма кривой»; и указанные изменения, выполняемые в режиме реального времени оператором насосной установки, содержат регулирование либо параметра «уставка», либо параметра управления «форма кривой» или обоих указанных параметров.
Дисплей может реагировать на сигналы управления дисплеем и выдавать по меньшей мере одну из кривых: кривую насоса, кривую системы или кривую управления, включая текущую кривую насоса, текущую кривую системы и кривую управления.
Сигналы управления дисплеем могут содержать информацию о расчетной кривой системы и расчетной кривой насоса, и дисплей выдает расчетную кривую системы и расчетную кривую насоса в режиме реального времени для просмотра оператором насосной установки.
Дисплей может реагировать на сигналы управления дисплеем и выдавать один или более следующих параметров:
2
давление насоса в фунтах/дюйм,
расход насоса в галлонах в минуту,
мощность насоса в кВт и
скорость вращения двигателя насоса в оборотах в минуту.
Дисплей может реагировать на сигналы управления дисплеем и обеспечивать экран настройки инструментальных средств настройки управления насосом, имеющий одно или более раскрывающихся меню для ввода или выбора настроечных данных оператором насосной установки, в том числе по меньшей мере одной контрольной точки для определения расчетной кривой насоса, расчетной кривой системы и расчетной кривой управления.
Изменения, выполняемые в режиме реального времени оператором насосной установки, могут содержать или иметь вид ввода параметров в полях, окнах и т.д. на экране дисплея, выполняемого оператором насосной установки, например, посредством одного или более вводов с клавиатуры, а также ввода, с помощью сенсорного экрана, параметров, кривых, виртуальных кнопок, иконок или запросов, отображаемых на экране дисплея, например, при помощи одного или нескольких пальцев или стилуса.
Кроме того, экран дисплея может включать один или более значков командного управления, которых касается рукой и/или активирует кликом мышки оператор насосной установки для построения/перестроения по меньшей мере одной из кривых: кривой насоса, кривой системы или кривой управления, регулируя производительность жидкостной насосной системы в соответствии с требуемыми расходом и давлением в жидкостной системе. В качестве примера, один или более значков командного управления оператором насосной установки может включать такой значок команды, который обеспечит выполнение функции настройки автоматического управления насосом для настройки и продолжения автоматической работы жидкостной системы при минимальном энергопотреблении в процессе перекачивания. Сигнальный процессор или процессорный модуль может быть выполнен с возможностью обеспечения указанных соответствующих сигналов в виде управляющих сигналов для построения/перестроения по меньшей мере одной из кривых: кривой насоса, системы или кривой управления, для регулирования производительности жидкостной насосной системы в соответствии с требуемыми расходом и давлением в жидкостной системе, например в соответствии с одним или несколькими значками командного управления, которых касается или активирует оператор насосной установки.
В качестве примера, сигнальный процессор или процессорный модуль может содержать или иметь вид по меньшей мере одного сигнального процессора и по меньшей мере одного запоминающего устройства, включающего компьютерный программный код, при этом по меньшей мере одно запоминающее устройство и компьютерный программный код (вместе по меньшей мере с одним сигнальным процессором) выполнены с возможностью обеспечения приема сигналов указанным процессором (или, например, дополнительных сигналов) и определения соответствующие сигналы на основании принятых сигналов. Сигнальный процессор или процессорный модуль может быть выполнен с соответствующим компьютерным программным кодом, для выполнения соответствующих алгоритмов обработки сигналов и/или функциональных возможностей, которые описаны в данном документе.
В качестве следующего примера, изобретение может относиться к способу, включающему:
прием сигналов, поступающих в сигнальный процессор или процессорный модуль и содержащих информацию о характеристической кривой системы, требованиях, о требуемом расходе и давлении в жидкостной насосной системе, и об изменениях, выполняемых в режиме реального времени оператором насосной установки относительно по меньшей мере одного параметра управления для регулирования производительности жидкостной насосной системы, и
определение в сигнальном процессоре или процессорном модуле соответствующих сигналов, содержащих информацию о построении/перестроении по меньшей мере одной из кривых: кривой насоса, кривой системы или кривой управления, для регулирования производительности жидкостной насосной системы в соответствии с требуемым расходом и давлением в указанной системе на основании указанных принятых сигналов.
Способ также может включать один или несколько признаков, изложенных в данном документе, включая получение соответствующих сигналов от сигнального процессора или процессорного модуля в виде управляющих сигналов для управления насосом в насосной системе, например, содержащегося в данной насосной системе.
В изобретении предложена новая методика, которая построена на ряде методик, указанных в описании, и является их усовершенствованием.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные далее чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
Фиг. 1 содержит фиг. 1А и фиг. 1В, на которых изображены примеры систем управления насосом с переменной скоростью, которые отличаются повышенным энергосбережением и технологиями бессенсорного управления, например, в соответствии с которыми может быть реализовано изобретение.
Фиг. 2 изображает пример дисплея, на котором изображена реализация инструментальных средств настройки управления насосом, согласно некоторым вариантам выполнения изобретения.
Фиг. 3 представляет пример дисплея, на котором изображена реализация установочного изображения инструментальных средств настройки управления насосом согласно некоторым вариантам выполнения изобретения.
Фиг. 4 изображает пример сенсорной системы управления перекачиванием, выполненной с инструментальными средствами настройки управления насосом, согласно некоторым вариантам выполнения изобретения.
Фиг. 5 изображает пример дисплея настроек для системы с постоянными динамическими потерями на трение, согласно некоторым вариантам выполнения изобретения.
Фиг. 6 изображает пример дисплея настроек при ограниченном диапазоне изменения динамических потерь на трение, согласно некоторым вариантам выполнения изобретения.
Фиг. 7 изображает пример дисплея настроек для системы, изменяющейся на протяжении всего рабочего диапазона насоса, согласно некоторым вариантам выполнения изобретения.
Фиг. 8 представляет блок-схему устройства реализации инструментальных средств настройки управления насосом, например, имеющего сигнальный процессор или процессорный модуль, согласно некоторым вариантам выполнения изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Сущность
Согласно изобретению, в данном документе описаны инструментальные средства настройки управления насосом, модулированные как ключевой элемент управления насосом с переменной скоростью согласно новому подходу к процедурам настройки управления насосом с обеспечением соответствиям требованиям по расходу и давлению в системе. Благодаря своим функциям, по сути интерактивным и выполняемым в режиме реального времени на месте эксплуатации, инструментальные средства управления насосом обеспечивают существенное переформулирование процедур настройки управления насосом, в результате чего управление насосом может быть настроено или перенастроено путем реконфигурации расчетной характеристической кривой насоса и соответствующей ей кривой управления на основании текущих характеристик системы на месте эксплуатации. Инструментальные средства настройки управления насосом могут быть использованы в любых областях применения неизвестных жидкостных систем для достижения оптимальной эффективности перекачивания для экономии энергии, при этом существенно облегчается настройка управления насосом в процессе его работы и процедуры технического обслуживания. Помимо указанного выше, внедрение инструментальных средств настройки управления насосом может обеспечивать возможность сведения к минимуму процедуры подрезки рабочего колеса насоса и его проверки при изготовлении на заводе-изготовителе.
2. Инструментальные средства настройки управления насосом
Методика использования инструментальных средств настройки управления насосом, описанная в данном документе, например, схематически изображенная на фиг. 2, представляет собой насос и модуль инструментальных средств перенастройки управления насосом, при помощи которого кривую насоса, а также соответствующую ей кривую управления можно построить или перестроить на основании характеристической кривой системы, отображенной в режиме реального времени на дисплее или его экране, а также на основании или в соответствии с требуемым расходом и давлением в системе.
При этом верхняя кривая насоса (МРС) и нижняя кривая системы (ЕОС), обозначенные соответственно, могут быть получены на основании модели насоса, выбранной из базы данных, содержащей соответствующие параметры характеристик насоса. Предельный рабочий диапазон насоса, внутри которого насос с переменной скоростью может работать в нормальном режиме, определяют посредством верхней кривой насоса (МРС) и нижней кривой системы (ЕОС). Следует отметить, что описанный в данном документе насос с переменной скоростью работы представляет собой насос, выполненный с соответствующим частотно-регулируемым приводом.
νEOC
Текущая кривая системы (ISC), а также текущая кривая насоса (IPC) при числе оборотов двигателя равном n, может быть получена, а также соответствующим образом описана на основании уравнения потока в системе и закона подобия насосов, при этом соответствующий мгновенный расход и давление в системе получают от датчиков или бессенсорных преобразователей. Текущая кривая (IPC) насоса может изменяться от n=0 до верхней кривой (МРС) насоса при n=60 Гц, тогда как текущая кривая системы (IPC) может изменяться от Cν=0 до Cν=C, с ограничением предельным рабочим диапазоном насоса, в котором насос может работать. Следовательно, могут быть посланы сигналы аварийного оповещения если, например, операция перекачивания вышла за пределы верхнего рабочего диапазона насоса, чтобы защитить насос от ЕОС (окончания цикла) и взаимосвязанных с этим неблагоприятных условий эксплуатации насоса.
Используя описанный в данном документе модуль инструментальных средств настройки управления насосом, оператор насосной установки интерактивным образом в режиме реального времени и по месту эксплуатации может построить или перестроить, прежде всего, расчетную кривую (DPC) насоса и расчетную кривую (DSC) системы, обозначенные соответствующим образом, а также соответствующую кривую (ССС) управления, обозначенную соответствующим образом, например на основании характеристической кривой системы, отображаемой на экране дисплея, а также требуемых расхода и давления в системе.
Кривые насоса и системы (например, DPC и DSC, представленные на фиг. 2), рассчитанные для обеспечения желаемого давления и расхода в системе, могут быть определены расчетной точкой насоса или рабочей точкой насоса, вводимой на экране дисплея оператором насосной установки. Кривую управления (например, ССС, представленную на фиг. 2), обеспечивающую получение адаптивной уставки для управления насосом с обеспечением заданного расхода и давления в системе, определяют по двум параметрам управления: «уставка» давления и «форма кривой». Уставка давления, которая определяет положение кривой управления, может быть выбрана вдоль расчетной кривой системы (DSC). При этом уставку можно регулировать независимым образом, чтобы обеспечить «незначительное» приближение кривой управления к кривой системы в отношении требуемого расхода в системе, добиваясь улучшенной или повышенной эффективности перекачивания. Второй параметр, который определяет форму кривой управления, представляет собой параметр «форма кривой», например, выбираемый для ограничения формы кривой управления в диапазоне значений между 0 («линейная кривая управления») и 100 («квадратичная кривая»), чтобы обеспечить «значительное» приближение кривой управления к кривой системы, добиваясь улучшенной или повышенной эффективности перекачивания.
design
νdesign
Если рабочий диапазон насоса ограничен расчетными кривыми для насоса и системы (например, DPC и DSC) для данной системы, текущая кривая (IPC) насоса может изменяться от n=0 до расчетной кривой насоса (DPC) при n=n Гц, а текущая кривая (IPC) системы может изменяться от Cν=0 до Cν=C, мгновенно обеспечивая заданный поток и давление в системе. Аналогично могут быть включены аварийно-предупреждающие сигналы если, например, операция по перекачиванию вышла из заданного рабочего диапазона насоса.
После задания расчетных кривых насоса, а также соответствующей им кривой управления насос может быть запущен или может продолжать работу под контролем одного из модулей адаптивного управления, раскрытых в документах [1, 2, 5, 7], обеспечивая заданные расход потока и давление в системе.
На фиг. 3 представлен пример или прототип экрана настройки дисплея, обеспечивающего настройку расчетных кривых и кривых управления посредством раскрывающегося списка или цифровых окон для ввода или выбора установочных данных, которые могут задавать расчетную точку и параметры для определения расчетных кривых насоса и системы, а также соответствующей им кривой управления. В альтернативном и оптимальном варианте, ранее описанные расчетная точка и уставка давления могут быть занесены в графический сенсорный экран вводом или непосредственным перетаскиванием символов в нужные места.
Кроме того, к экрану графического дисплея могут быть непосредственно подключены цифровые измерители давления, расхода, скорости насоса, мощности и т.д., чтобы обеспечить считывание в режиме реального времени данных о работе насоса и системы.
На фиг. 4 изображен пример или прототип системы управления перекачиванием, имеющей инструментальные средства настройки управления насосом, которые отображают характеристические кривые насоса и кривую управления на сенсорном графическом экране.
Используя инструментальные средства настройки управления насосом, встроенные в описанный выше контроллер насоса с сенсорным экраном, можно гораздо проще настроить насос и соответствующее управление насосом в соответствии с требуемыми расходом и давлением в системе. Благодаря указанным новым признакам инструментальных средств настройки управления насосом, можно в значительной степени переформулировать управление насосом и процедуры настройки его параметров, обеспечивая интерактивное построение или перестроение характеристических кривых насоса и системы и соответствующей кривой управления, интерактивную настройку в режиме реального времени на месте эксплуатации, адаптивность к любой неизвестной жидкостной системе и легкость достижения оптимальной эффективности операции перекачивания для экономии энергии, простоту технического обслуживания и ремонта насоса в процессе эксплуатации, в дополнение к возможности уменьшения необходимости выполнения трудоемких и дорогостоящих процедур по подрезке рабочего колеса насоса. Кроме того, вся информация относительно насоса, системы, операции управления и соответствующих им показаний отображается графическим и цифровым способом, что намного облегчает эксплуатацию насоса, а также ускоряет его техническое обслуживание, выполняемое оператором насосной установки.
При управлении насосом для экономии энергии в процессе перекачивания, с инструментальными средствами настройки управления насосом могут быть сопряжены несколько алгоритмов управления энергосбережением или их функциональные модули, в частности, адаптивное управление расходом потока и адаптивное управление системой, раскрытые в документах [1, 2, 5, 7]. При этом функциональный модуль управления энергосбережением обеспечивает уставку адаптивного управления давлением с учетом расхода потока в системе в режиме реального времени или текущего изменения положения системы.
Используя модуль распознавания жидкостной системы и объединенный с системой пиковый детектор перемещения потока, а также адаптивное управление потоком, отмеченное в конце документа [7], можно реализовать установочную функцию автоматического управления насосом, чтобы автоматически получать расчетную точку насоса, а также уставку минимального давления. Для этого, при помощи одной клавиши или значка «Auto Cntl» на инструментальных средствах настройки управления насосом, можно задать и автоматически продолжать управление насосом для известной или неизвестной жидкостной системы при минимальном энергопотреблении в процессе перекачивания.
В инструментальных средствах настройки управления насосом могут быть реализованы и встроены модуль энергосбережения, связанный с изменением наружной температуры, а также функциональный модуль построения графика дневной и ночной температуры, для экономии энергии в процессе перекачивания жидкости, а также с учетом указанных условий окружающей среды.
Сигналы о расходе и давлении, обеспечивающие управление энергосбережением на базе инструментальных средств настройки управления насосом, как описано в данном документе, могут быть обеспечены бессенсорным преобразователем или также датчиками, для получения характеристических кривых для насоса, системы и кривой управления, отображаемых на экране в режиме реального времени.
Более того, графический сенсорный дисплей (смотри, например, элемент 10с на фиг. 8) инструментальных средств настройки управления насосом будет одним из наилучших способов выбора или ввода расчетной точки и отображения кривых, а также рабочих параметров. В качестве альтернативы, некоторые недорогие программируемые логические устройства (PLDs) или даже печатные платы (PC) тоже могут использоваться для инструментальных средств настройки управления насосом, при условии, что может быть введена расчетная точка и уставка для насоса, и в режиме реального времени может быть получен соответствующий коэффициент Cν системы, имеющий вид цифрового значения и служащий в качестве исходного параметра настройки и управления. Кроме того, можно применять некоторые усовершенствованные технологии для графических дисплеев с сенсорным экраном, тоже используя методики и процедуры, применяемые в инструментальных средствах настройки управления насосом.
3. Главные процедуры настройки
Специалисту в данной области техники понятно, что самая высокая эффективность перекачивания жидкости может быть получена, когда кривая управления согласована с кривой системы. Другими словами, адаптивная уставка для давления, полученная из кривой управления, как правило, должна находиться на кривой системы или лежать около нее, так чтобы для обеспечения заданного расхода потока не нужно было понижать или поднимать давление в системе. Таким образом, энергия, необходимая для выполнения операции перекачивания, будет минимизирована для уменьшения расходов по эксплуатации. При использовании предлагаемых или описанных в данном документе инструментальных средств настройки управления насосом, можно легко задать кривую управления, согласованную с кривой системы, в частности, для жидкостной системы, имеющей по существу постоянные динамические потери на трение. Однако, в системе с переменными динамическими потерями на трение, такой как система с регулирующим клапаном или регулятором расхода потока, может потребоваться больше внимания для задания расчетной кривой (DPC) насоса и соответствующей ей кривой (ССС) управления с обеспечением максимальной эффективности перекачивания жидкости для экономии энергии.
Используя инструментальные средства настройки управления насосом согласно изобретению, на экране дисплея можно легко наблюдать зоны изменения системы, неизвестной в данной области. Соответственно, могут быть определены заданная расчетная точка для насоса и уставка для давления, например, чтобы определить расчетную кривую (DPC) насоса и расчетную кривую (DSC) системы, а также соответствующую кривую (ССС) управления, в соответствии с требуемыми расходом и давлением в системе, при максимальной эффективности перекачивания жидкости для экономии энергии. Далее представлены некоторые примеры применения, обеспечивающие оптимальную эффективность управления перекачиванием жидкости в системе путем использования интерактивных инструментальных средств настройки управления насосом по месту эксплуатации и в режиме реального времени.
а) Система с постоянными динамическими потерями на трение:
2
При рассмотрении системы с постоянными динамическими потерями на трение, сначала может быть выбрана расчетная точка насоса, например, точка, которая задает расчетную кривую насоса и расчетную кривую системы, относительно кривой системы, отображаемой на экране дисплея, и с учетом требуемых расхода и давления в системе. Как схематически изображено на фиг. 5, для достижения оптимальной эффективности насосной системы, расчетная точка насоса, например, соответствующая максимальному давлению в системе и норме расхода потока (к примеру, 150 фунтов/дюйм (1,03 МПа), 360 галлонов (1637 л) в минуту), как правило, может быть задана справа на кривой системы, отображаемой на экране. В качестве альтернативы, положение рассматриваемой точки можно немного сдвинуть по направлению к верхнему правому углу графика.
Уставка давления, например, которая задает положение кривой управления, может быть выбрана независимым образом вдоль и книзу от расчетной кривой (DSC) системы и может быть скорректирована, чтобы обеспечить небольшое приближение кривой управления к кривой системы, для улучшенной или повышенной эффективности перекачивания жидкости.
2
Например, для соответствия максимальному требуемому давлению в системе, на кривой управления может быть задана уставка (SP) давления, составляющая 130 фунтов/дюйм (0,9 МПа), в сочетании с показателем «форма кривой», равным 15. Кроме того, форма кривой управления, определяемая параметром управления «форма кривой», также может быть выбрана в диапазоне от 0 («линейная кривая управления») до 100 («квадратичная кривая»), чтобы иметь возможность немного приблизить кривую управления к кривой системы, для улучшенной или повышенной эффективности перекачивания жидкости.
После задания расчетных кривых насоса, а также соответствующей им кривой управления, можно запустить насос или продолжить его работу под контролем одного из модулей адаптивного управления инструментальных средств настройки управления насосом, обеспечивая нужный расход потока и давление в системе.
б) Переменная система с ограниченным диапазоном изменения динамических потерь на трение:
2
Рассматривая в качестве следующего примера систему с изменяющимися динамическими потерями на трение от точки ее минимума (Cv=Cv-min) до точки максимума (Cv=Cv-max), можно выбрать расчетную точку насоса, например, точку, которая определяет расчетную кривую насоса и расчетную кривую системы, прежде всего, относительно максимального положения системы, отображаемого на экране дисплея, а также с учетом требуемых максимальных расхода и давления в системе (например, 150 фунтов/дюйм (1,03 МПа), 360 галлонов (1637 л) в минуту). Как схематически изображено на фиг. 6, расчетная точка для давления и расхода потока может быть задана справа на верхней кривой системы (на расчетной кривой системы или вблизи нее), для достижения оптимальной эффективности насосной системы.
Подобным образом, уставка давления для кривой управления, а также форма данной кривой может быть выбрана независимым образом вдоль и книзу от расчетной кривой системы и может быть скорректирована с обеспечением приближения кривой управления к кривой системы, для улучшенной или повышенной эффективности перекачивания жидкости.
2
Например, для соответствия требуемому максимальному давлению в системе, на кривой управления может быть задана уставка (SP) давления, составляющая 130 фунтов/дюйм (0,9 МПа), в сочетании с показателем «форма кривой», равным 15. После задания расчетных кривых насоса, а также соответствующей им кривой управления, можно запустить насос или продолжить его работу под контролем одного из модулей адаптивного управления инструментальных средств настройки управления насосом, обеспечивая заданный расход потока и давление в системе.
с) Переменная система в полном рабочем диапазоне насоса:
Рассматривая в качестве следующего примера систему с динамическими потерями на трение, начиная от положения выключения и до полностью открытого положения, соответствующего кривой оптимальной эффективности насоса (ВЕС), можно выбрать расчетную точку насоса, например, которая определяет расчетную кривую насоса и расчетную кривую системы, относительно указанной кривой (ВЕС), отображаемой на экране дисплея, а также с учетом требуемых расхода и давления в системе, как схематически изображено на фиг. 7. Расчетная точка для давления и расхода потока может быть задана справа на кривой (ВЕС) или же немного смещена в верхнем правом направлении от данной точки, для достижения оптимальной эффективности насосной системы.
Теперь, на расчетной кривой системы, на ВЕС может быть выбрана уставка давления, например, которая задает кривую управления. И в этом случае уставка давления и форма кривой могут быть откорректированы независимым образом, тоже для небольшого приближения кривой управления к кривой системы, для улучшенной или повышенной эффективности перекачивания жидкости.
Как правило, если не может быть задано никаких других конкретных требований, рабочая точка насоса, определяемая вблизи точки (ВЕР) его оптимальной эффективности посредством кривой ВЕС насоса, может быть выбрана как расчетная точка насоса. При этом в процессе перекачивания жидкости полученная адаптивная уставка для давления, как правило, всегда расположена около или в непосредственной близости от кривой РВС, так что при работе насоса может быть обеспечено соответствующее энергосбережение.
Фиг. 8: Обеспечение функциональности обработки сигналов
В качестве следующего примера, на фиг. 8 изображено устройство 10, выполненное согласно некоторым вариантам выполнения изобретения и предназначенное для обеспечения функциональности обработки соответствующих сигналов. Устройство имеет сигнальный процессор или процессорный модуль 10а, выполненный с возможностью по меньшей мере:
приема сигналов, содержащих информацию о характеристической кривой системы, о требуемых расходе и давлении в жидкостной насосной системе, и изменениях, выполняемых в режиме реального времени оператором насосной установки применительно по меньшей мере к одному параметру управления, для регулирования производительности жидкостной насосной системы, и
определения соответствующих сигналов, содержащих информацию о построении/перестроении по меньшей мере одной из кривых: кривой насоса, кривой системы или кривой управления, для регулирования производительности жидкостной насосной системы в соответствии с требуемым расходом и давлением в указанной системе на основании указанных принятых сигналов.
В процессе эксплуатации, сигнальный процессор или процессорный модуль 10а может быть выполнен с возможностью обеспечения указанных соответствующих сигналов в виде сигналов управления и/или сигналов индикации для управления жидкостной насосной системой и/или обеспечения функциональности отображения на дисплее 10с (смотри, например, фиг. 8), относящемся к инструментальным средствам настройки управления насосом.
Сигнальный процессор или процессорный модуль 10а может быть выполнен в составе или являться частью инструментальных средств настройки управления насосом, и/или насосной системы и/или системы управления насосом, которые, например, могут содержать или быть выполнены вместе с одним или несколькими устройствами управления или контроллерами. В качестве примера, существуют варианты выполнения, в которых устройство представляет собой насосную систему, имеющую контроллер указанной системы или контроллер, выполненный с сигнальным процессором или процессорным модулем 10а, а также варианты выполнения, в которых устройство представляет собой или имеет вид одного или нескольких элементов управления насосом или контроллеров, содержащих сигнальный процессор или процессорный модуль 10а.
Например, функциональность устройства 10 может быть реализована с использованием аппаратного обеспечения, программного обеспечения, встроенного программного обеспечения или их комбинации. В типичной программной реализации устройство 10 включает одну или более микропроцессорных архитектур, например, имеющих по меньшей мере один сигнальный процессор или микропроцессор, аналогичный элементу 10а. Специалист в данной области техники может при помощи соответствующего программного кода запрограммировать такое устройство на основе микроконтроллера или микропроцессора, для выполнения функций, описанных выше, без необходимости проведения излишних экспериментов. Например, сигнальный процессор или процессорный модуль 10а может быть выполнен, без излишних экспериментов специалистом в данной области техники, с возможностью приема сигналов, содержащих информацию о характеристической кривой системы, требуемых расходе и давлении в жидкостной насосной системе, и изменениях по меньшей мере одного параметра управления, выполняемых в режиме реального времени оператором насосной установки для регулирования производительности жидкостной насосной системы, согласно описанному в данном документе.
Более того, сигнальный процессор или процессорный модуль 10а может быть выполнен, специалистом в данной области техники без излишних экспериментов, с возможностью определения соответствующих сигналов, содержащих информацию о построении/перестроении по меньшей мере одной кривой насоса, системы или кривой управления, для регулирования производительности жидкостной насосной системы, чтобы на основании принятой сигнализации обеспечить соответствие требованиям, предъявляемым к расходу потока и давлению в системе, как описано в данном документе.
Объем изобретения не ограничен какой-либо конкретной реализацией с использованием, как известной технологии, так и разработанной в будущем. Объем изобретения включает реализацию функциональной возможности процессоров 10а в виде автономного процессора, сигнального процессора или сигнального процессорного модуля, отдельных процессоров или процессорных модулей, а также некоторые их комбинации.
К примеру, устройство 10 также может содержать другие схемы или компоненты 10b сигнального процессора, включающие оперативное запоминающее устройство или модуль памяти (RAM) и/или постоянное запоминающее устройство (ROM), устройства ввода/вывода и управления, а также шины данных и адресные шины, соединяющие указанные устройства, и/или по меньшей мере один процессор ввода и по меньшей мере один процессор вывода, например, известные специалисту в данной области техники.
Элементы новизны
Помимо прочего, изобретение может содержать или иметь вид одного или нескольких следующих вариантов выполнения/реализаций:
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может включать или иметь вид реализаций, согласно которым методика инструментальных средств настройки управления насосом включает прежде всего интерактивные, применяемые по месту эксплуатации и в режиме реального времени инструментальные средства настройки управления насосом, с помощью которых расчетную кривую управления насосом можно получить с помощью характеристических расчетных кривых для насоса, реконфигурированных интерактивным образом и в режиме реального времени на основании характеристик системы на месте эксплуатации с обеспечением требуемых расхода и давления в системе. Инструментальные средства настройки управления насосом обеспечивают в значительной степени переформулированные процедуры настройки управления насосом, при этом существенно облегчается настройка управления насосом и процедуры технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации, и применимы в любых неизученных областях применения жидкостных систем для достижения оптимальной эффективности перекачивания для экономии энергии. Кроме того, это может существенно уменьшить необходимость операций подрезки рабочего колеса насоса на заводе-изготовителе.
νEOC
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, согласно которым методика инструментальных средств настройки управления насосом может содержать модуль с сенсорным экраном, отображающим характеристические кривые управления насосом и расчетные установочные параметры в цифровом виде, например, схематически изображенный на фиг. 2 - фиг. 4. При этом верхнюю кривую насоса (МРС) и нижнюю кривую системы (ЕОС) получают на основании модели насоса, выбираемой из базы данных, содержащей соответствующие параметры характеристик насоса. Предельный рабочий диапазон насоса, внутри которого насос с переменной скоростью может работать в нормальном режиме, определяют с помощью верхней кривой насоса (МРС) и нижней кривой системы (ЕОС). Следует отметить, что насос с переменной скоростью работы, описанный в данном документе, представляет собой насос, выполненный с соответствующим частотно-регулируемым приводом. Текущая кривая системы (ISC), а также текущая кривая насоса (IPC) при числе оборотов двигателя, равном n, также может быть получена на основании уравнения потока в системе и закона подобия насосов, с получением соответствующего мгновенного расхода и давления от датчиков или бессенсорных преобразователей. Текущая кривая (IPC) насоса может изменяться от n=0 до верхней кривой насоса (МРС) при n=60 Гц, тогда как текущая кривая системы (ISC) может изменяться от Cν=0 до Cν=C, с ограничением предельным рабочим диапазоном насоса, в котором насос может продолжать работу. Следовательно, могут быть посланы сигналы аварийного оповещения если, например, операция перекачивания вышла за пределы верхнего рабочего диапазона насоса чтобы защитить насос от окончания цикла (ЕОС). Используя описанный в данном документе модуль инструментальных средств настройки управления насосом по месту эксплуатации, оператор насосной установки интерактивным образом в режиме реального времени и по месту эксплуатации может построить или перестроить, прежде всего, расчетную кривую (DPC) насоса и расчетную кривую (DSC) системы, а также соответствующую им кривую (ССС) управления, например, на основании характеристической кривой системы, отображаемой на экране дисплея, а также с учетом требуемых расхода и давления в системе. Кривые для насоса и системы, построенные с обеспечением требуемого давления и расхода в системе, могут быть заданы расчетной точкой насоса или рабочей точкой насоса, вводимой на экране дисплея, например, оператором насосной установки. Кривую управления, например, обеспечивающую получение адаптивной уставки для управления насосом для соответствия заданному расходу потока и давлению в системе, можно определить по двум параметрам управления: «уставка» давления и «форма кривой». Уставка давления, которая определяет положение кривой управления, может быть выбрана на расчетной кривой системы. При этом уставку можно корректировать независимым образом, чтобы обеспечить небольшое приближение кривой управления к кривой системы относительно требуемого расхода в системе, для улучшенной или повышенной эффективности перекачивания. Второй параметр, который задает форму кривой управления, представляет собой параметр «форма кривой», выбираемый для ограничения формы кривой управления в диапазоне значений между 0 («линейная кривая управления») и 100 («квадратичная кривая»), чтобы обеспечить приближение кривой управления к системе, для улучшенной или повышенной эффективности перекачивания жидкости.
design
νdesign
Если рабочий диапазон насоса ограничен расчетной кривой насоса (DPC) и расчетной кривой системы (DSC) для данной системы, текущая кривая насоса может изменяться от n=0 до расчетной кривой насоса (DPC) при n=n Гц, а текущая кривая (ISC) системы может изменяться от Cν=0 до Cν=C,мгновенно обеспечивая заданный поток и давление в системе. Аналогично, могут быть включены аварийно- предупреждающие сигналы если, например, операция по перекачиванию вышла из заданного рабочего диапазона насоса. После задания расчетных кривых насоса, а также соответствующей им кривой управления насос может быть запущен или может продолжать работу под контролем одного из модулей адаптивного управления, объединенного с инструментальными средствами настройки управления насосом, обеспечивая заданные расход потока и давление в системе.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых установочные параметры для построения расчетных кривых и кривых управления согласно методике инструментальных средств настройки управления насосом могут быть введены с помощью раскрывающегося списка или цифрового окна для ввода или выбора установочных данных, как изображено на фиг. 3, которые могут быть использованы для ввода расчетной точки и параметров для определения расчетных кривых для насоса и системы, а также соответствующей им кривой управления. В альтернативном или оптимальном варианте, ранее описанные расчетная точка и уставка давления могут быть занесены в графический сенсорный экран вводом или непосредственным перетаскиванием символов в нужные места.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых методика инструментальных средств настройки управления насосом также может включать использование некоторых цифровых измерителей давления, расхода потока, числа оборотов насоса, мощности и т.д., которые могут быть подключены и могут непосредственно отображаться на графическом экране дисплея, обеспечивая считывание в режиме реального времени данных о работе насоса и системы.
Согласно некоторым вариантам выполнения и методике инструментальных средств настройки управления насосом, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых верхняя кривая (МРС) насоса и соответствующее ей окончание кривой (ЕОС) могут включать массив данных, вводимых в экран дисплея с помощью раскрывающегося списка или жестко запрограммированных данных. Данные предпочтительно выбирают из базы данных, заложенной в насос на предприятии-изготовителе.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых сигналы о мгновенном расходе потока и давлении в режиме реального времени, применяемые в методике инструментальных средств настройки управления насосом, могут содержать сигналы, получаемые согласно всевозможным технологиям, включая датчики, бессенсорные способы или альтернативные варианты, например, согласно изложенному в данном документе. Сигналы могут быть использованы для получения кривой системы в режиме реального времени и уставки для адаптивного управления давлением.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых методика инструментальных средств настройки управления насосом, описанная в данном документе, также может содержать ряд других программируемых логических устройств (PLDs) или печатных (PC) плат, полностью или частично обеспечивающих функциональные возможности и процедуры, выполняемые на сенсорном экране и описанные в данном документе, при условии реализации принципа построения или перестроения характеристик насоса и управления, обеспечивающих заданное управление насосом в соответствии с требуемыми потоком и давлением в системе, для экономии энергии, как описано в данном документе.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых методика инструментальных средств настройки управления насосом содержит элементы адаптивного управления насосом с помощью кривой управления, которые могут включать некоторые алгоритмы управления энергосбережением или их функциональные модули, например, раскрытые в документах [1, 2, 5, 7], чтобы при неожиданном изменении положения системы получить уставку адаптивного управления давлением с учетом расхода и давления в системе в режиме реального времени, обеспечивая экономию энергии в процессе работы.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых элементы адаптивного управления насосом, применяемые в методике инструментальных средств настройки управления насосом, могут включать модуль распознавания жидкостной системы и пиковый детектор перемещения потока, объединенный с системой, и в которых может быть реализовано адаптивное управления расходом потока, отмеченное в документе [7], например, установочная функция автоматического управления насосом, для автоматического получения требуемой расчетной точки насоса, а также уставки минимального давления. В качестве примера, для этого при помощи одной соответствующей клавиши или значка «Auto Cntl», имеющихся в инструментальных средствах настройки управления насосом, можно задать и автоматически продолжать управление насосом для известной или неизвестной жидкостной системы при минимальном энергопотреблении в процессе перекачивании жидкости.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых модуль энергосбережения, применяемый согласно методике инструментальных средств настройки управления насосом, может включать энергосберегающий модуль, связанный с изменением наружной температуры, а также, например, функциональный модуль построения графика дневной и ночной температуры, который при управлении насосом может быть реализован и интегрирован в инструментальные средства настройки управления насосом для экономии энергии в процессе перекачивания жидкости, а также с учетом указанных условий окружающей среды.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых жидкостная насосная система может содержать все насосные системы с замкнутым или открытым контуром, такие как первичные насосные системы, вторичные насосные системы, системы циркуляции воды и системы с подкачивающим насосом. Упомянутые в данном документе системы также могут включать одну зону или множество зон.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых описанные в данном документе сигналы о параметрах жидкости, получаемые от датчиков или бессенсорного преобразователя, могут включать дифференциальное давление насоса, давление в системе или давление на участке системы, расход потока в системе или на участке системы и т.д.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых передаваемые сигналы управления и проводные технологии, описанные в данном документе, могут включать все обычные средства обнаружения и передачи данных, которые используются в настоящее время. Предпочтительно, беспроводные технологии передачи сигналов от датчиков смогут обеспечить оптимальное решение.
Согласно некоторым вариантам выполнения, изобретение может содержать или иметь вид реализаций, в которых насосы, описанные в данном документе, применяемые для описанных в данном документе жидкостных насосных систем, могут содержать один насос, циркуляционный насос, группу параллельно включенных насосов или циркуляционных насосов, группу последовательно включенных насосов или циркуляционных насосов или их комбинации.
Компьютерный программный продукт
Настоящее изобретение также может быть выполнено в виде, например, компьютерного программного продукта, имеющего машиночитаемый носитель со встроенным исполняемым компьютерным кодом для осуществления способа, например, при запуске на процессоре обработки сигналов, являющемся частью такого контроллера насоса или клапана. Например, компьютерный программный продукт может быть выполнен в виде компакт-диска, дискеты, флэш-карты, карты памяти, а также других типов или видов запоминающих устройств, которые могут хранить такой исполняемый компьютерный код на таком машиночитаемом носителе, известном в настоящее время или разработанном в будущем.
Другие родственные заявки
Данная заявка относится к семейству технологий, разработанных одним или несколькими изобретателями, переуступленных правообладателю настоящей заявки и раскрытых в следующих заявках:
Документ [1]: заявка США №12/982286 (патентный реестр 911-019.001-1//F-B&G-1001), поданная 30 декабря 2010 года, озаглавленная «Способ и устройство для управления насосом с использованием характеристической кривой переменной эквивалентной системы, известной как кривая адаптивного управления», заявленная как патент США №8700221 от 15 апреля 2014 года;
Документ [2]: заявка США №13/717086 (патентный реестр 911-019.004-2//F-B&G-X0001), поданная 17 декабря 2012 года, озаглавленная «Способы динамического линейного управления и устройство для управления насосом с переменной скоростью», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №61/576737, поданной 16 декабря 2011 года, в настоящее время отозванной;
Документ [3]: заявка США №14/091795 (патентный реестр 911-019.009-2//F-B&G-X0005), поданная 27 ноября 2013 года, озаглавленная «Бессенсорный способ трехмерного преобразования и устройство», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №61/771375, поданной 1 марта 2013 года, в настоящее время отозванной;
Документ [4]: заявка США №14/187817 (патентный реестр 911-019.010-2//F-B&G-X0008), поданная 24 февраля 2014 года, озаглавленная «Дискретно-аналитический бессенсорный преобразователь для мониторинга дифференциального давления и расхода потока в насосе», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №61/803258, поданной 19 марта 2013 года, в настоящее время отозванной;
Документ [5]: заявка США №14/339594 (патентный реестр 911-019.012-2//F-B&G-X0010US01), поданная 24 июля 2014 года, озаглавленная «Бессенсорное адаптивное управление насосом с устройством самокалибровки для жидкостной насосной системы», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №61/858237, поданной 25 июля 2013 года, в настоящее время отозванной;
Документ [6]: заявка США №14/680667 (патентный реестр 911-019.014-2//F-B&G-X0012US01), поданная 7 апреля 2015 года, озаглавленная «Способ бессенсорного преобразования по методу наилучшего подобия для контроля перепада давления и расхода в насосе», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №61/976749, поданной 8 апреля 2014 года, в настоящее время отозванной;
Документ [7]: заявка США №14/730871 (патентный реестр 911-019.015-2//F-B&G-X0013US01), поданная 4 июня 2015 года, озаглавленная «Система и устройство адаптивного бессенсорного управления расходом насоса для энергосберегающих насосных применений», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №62/007474, поданной 4 июня 2014 года, в настоящее время отозванной;
Документ [8]: заявка США №15/044670, поданная 16 февраля 2016 года (патентный реестр 911-019.019-2//F-B&G-X0016US), озаглавленная «Средства обнаружения для областей применения бессенсорного управления расходом потока», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №62/116031, поданной 13 февраля 2015 года, озаглавленной «Непоточное средство обнаружения для областей применения бессенсорного управления расходом потока»;
Документ [9]: заявка США №15/173781 (патентный реестр 911-019.020-2//F-B&G-X0020US01), поданная 6 июня 2016 года, озаглавленная «Бессенсорный конвертер прямого цифрового аффинного преобразования для насосов», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №62/170997, поданной 4 июня 2015 года, в настоящее время отозванной; и
Документ [10]: заявка США №15/217070 (патентный реестр 911-019.022-2//F-B&G-X0022US01), поданная 22 июля 2016 года, озаглавленная «Усовершенствованная графическая система бессенсорного энергосберегающего управления насосом в режиме реального времени», приоритет которой заявлен по предварительной заявке США №62/196355, в настоящее время отозванной.
Все указанные заявки переуступлены правообладателю настоящей заявки и полностью включены в данный документ посредством ссылки.
Объем Изобретения
Следует понимать, что, если в настоящем документе не указано иное, любые из признаков, характеристик, альтернатив или модификаций, описанных применительно к конкретному варианту выполнения, могут также быть применены, использованы или объединены с любым другим вариантом выполнения, описанным в настоящем документе. Кроме того, чертежи в настоящем документе выполнены не в масштабе.
Хотя изобретение описано в качестве примера применительно к центробежному насосу, его объем включает использование изобретения в отношении других типов или видов насосов, известных в настоящее время и разработанных в будущем.
Хотя изобретение описано и проиллюстрировано применительно к иллюстративным вариантам выполнения, в нем могут быть выполнены вышеуказанные и различные другие дополнения и опущения, не выходящие за рамки его сущности и объема.