Устройство для исследования гидравлических ударов на насосной станции
DEVICE FOR INVESTIGATION OF HYDRAULIC SHOCKS AT A PUMP STATION

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию для трубопроводных сетей, а именно к системе исследования гидравлических ударов в напорных трубопроводах, транспортирующих жидкости.
Известен стенд для исследования нестационарных процессов в трубопроводе при транспортировке нефти или нефтепродуктов, в частности моделирования утечек жидкости из трубопровода и исследования методов их обнаружения, а также моделирования гидравлического удара при закрытии сброса или задвижки в конце трубопровода, (см. патент RU 179754 U1, опубликовано: 23.05.2018, бюл. №15).
Однако данное устройство имеет недостатки, заключающиеся:
- в невозможности проведения исследований на реальных объектах;
- в возможности проведения испытаний только на трубопроводах диаметром до 0,03 м;
- в невозможности записи результатов измерений на электронный носитель информации, для дальнейшей обработки данных и работы с ними.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является «Система контроля подачи воды» (см. патент RU 81817 U1, опубликовано: 27.03.2009, бюл. №9), содержащая расходомер-счетчик ультразвуковой портативный, снабженный накладными ВЧ-датчиками, датчики давлений для всасывающей и напорной линий насоса и клещи токовые. Введены контроллер-архиватор данных, с которым связаны измерительные приборы остальных элементов, многофункциональный анализатор параметров электрических сетей, толщиномер ультразвуковой, а клещи токовые выполнены токоизмерительными с выполнением функции датчика тока и с многофункциональным анализатором параметров электрических сетей, при этом все перечисленные элементы и их измерительные приборы размещены в ударопрочном влагозащищенном портативном чемодане, имеющем схему как автономного электропитания, так и электропитания от внешних источников.
Имеется вариант развития, когда контроллер-архиватор данных выполнен с возможностью подключения к портативному компьютеру, который расположен вне упомянутого чемодана и оснащен программами, позволяющими производить считывание информации из энергонезависимой памяти контроллера-архиватора данных, сохранение ее на жестком диске портативного компьютера, конвертирование в формат, пригодный для последующей обработки стандартными программами, и просмотр получаемых результатов в графической форме в функции времени на экране портативного компьютера, при этом подключение контроллера-архиватора данных к портативному компьютеру выполнено с возможностью как в ходе осуществления измерений (в режиме реального времени), так и после их завершения.
Для данной установки характерны ограниченные функциональные возможности, поскольку:
1. Невозможно проведение исследований на засоренных водах, так как в этом случае будет происходить засорение патрубков, в которых установлены датчики давления;
2. Ее применение не позволяет исследовать нестационарные процессы на насосных станциях в зависимости от режима пуска насоса и при наличии обратного клапана, так как измерение изменения давления после насоса осуществляется только в одной точке, а при наличии обратного клапана важно знать давление до и после него. Поэтому, отсутствие информации о величине и динамике изменения давления в этих точках не позволяет обосновать оптимальный режим пуска и остановки насоса, который позволит избежать чрезмерного гидравлического удара.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее два датчика давления, напорную линию насоса, контроллер-архиватор данных, портативный компьютер в соответствии с настоящим изобретением, устройство дополнительно снабжено:
насосом с регулируемым приводом, обратным клапаном, трубопроводом,
двумя измерительными узлами, включающими, последовательно соединенные отводной патрубок с закрепленной внутри него предохранительной сеткой, трехходовой кран, соединительный участок, с присоединенным к нему манометром, разделителем сред, расположенным внутри соединительного участка,
каналами связи,
при этом:
насос с регулируемым приводом, напорная линия насоса, обратный клапан и трубопровод соединены последовательно,
вход контроллера-архиватора данных при помощи каналов связи соединен с выходами датчиков давления, вход портативного компьютера при помощи канала связи соединен с выходом контроллера-архиватора данных,
первый измерительный узел соединен с напорной линии насоса, а второй с трубопроводом,
датчики давления соединены с соединительными участками и разделителями сред.
По сравнению с прототипом предлагаемая система имеет следующие отличительные признаки:
1. Дополнительное снабжение устройства насосом с регулируемым приводом (Известно);
2. Дополнительное снабжение устройства обратным клапаном (Известно);
3. Дополнительное снабжение устройства трубопроводом (Известно);
4. Последовательно соединение насоса с регулируемым приводом, напорной линии насоса, обратного клапана и трубопровода (Известно);
5. Дополнительное снабжение устройства двумя измерительными узлами (Не известно);
6. Выполнение измерительных узлов в виде последовательно соединенных отводного патрубка с закрепленной внутри него предохранительной сеткой, трехходового крана, соединительного участка, с присоединенным к нему манометром, разделителя сред, расположенного внутри соединительного участка (Не известно);
7. Соединение первого измерительного узла с напорной линией насоса (Не известно);
8. Соединение второго измерительного узла с трубопроводом (Не известно);
9. Соединение датчиков давления с соединительными участками и разделителями сред (Не известно);
10. Дополнительное снабжение устройства каналами связи (Известно);
11. Соединение входа контроллера-архиватора данных при помощи каналов связи с выходами датчиков давления (Известно);
12. Соединение входа портативного компьютера при помощи каналов связи с выходом контроллера-архиватора данных (Известно);
По сведениям, имеющихся у авторов, отличительные признаки №1-4, 10-12 в технической литературе известны, а остальные - нет. Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволит расширить функциональные возможности, т.к.:
- появляется возможность проведения исследований на засоренных водах, поскольку благодаря применению отличительного признака 6 не будет происходить засорение патрубков, в которых установлены датчики давления;
- появляется возможность исследования нестационарных процессов на насосных станциях в зависимости от режима пуска насоса и при наличии обратного клапана, поскольку благодаря совместному применению отличительных признаков 1-12 будет возможно производить изменения давления, возникающего во время гидравлического удара, на участке от насоса до обратного клапана и после обратного клапана.
Таким образом, заявляемое устройство для исследования гидравлических ударов отвечает критерию «изобретательский уровень».
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого «Устройства для исследования гидравлических ударов на насосной станции», на фиг. 2 представлены примеры графиков изменения давления в напорной линии насоса во время возникновения гидроудара в период плавной остановки.
Устройство для исследования гидравлических ударов содержит: насос с регулируемым приводом 1, напорную линию насоса 2, обратный клапан 3, трубопровод 4, первый измерительный узел 5, включающий в себя последовательно соединенные:
- отводной патрубок 6 с закрепленной внутри него предохранительной сеткой 7;
- трехходовой кран 8;
- соединительный участок 9, с присоединенным к нему манометром 10, разделителем сред 11, расположенным в соединительном участке 9.
Второй измерительный узел 12, включающий в себя, последовательно соединенные:
- отводной патрубок 13 с закрепленной внутри него предохранительной сеткой 14;
- трехходовой кран 15;
- соединительный участок 16, с присоединенным к нему манометром 17, разделителем сред 18, расположенным в соединительном участке 16.
Датчики давления 19, 20, контроллер-архиватор данных 21, портативный компьютер 22, каналы связи 23, 24, 25.
При этом:
- насос с регулируемым приводом 1, напорная линия насоса 2, обратный клапан 3 и трубопровод 4 соединены последовательно;
- вход контроллера-архиватора данных 21 при помощи канала связи 23 соединен с выходом датчика давления 19, а при помощи канала связи 24 соединен с выходом датчика давления 20, вход портативного компьютера 22 при помощи канала связи 25 соединен с выходом контроллер-архиватор данных 21,
- первый измерительный узел 5 соединен с напорной линией насоса 2, а второй измерительный узел 12 соединен с трубопроводом 4;
- датчик давления 12 соединен с соединительным участком 9 и разделителем сред 11,
- датчик давления 19 соединен с соединительным участком 9 и разделителем сред 11, а датчик давления 20 соединен с соединительным участком 16 и разделителем сред 18.
Устройство работает следующим образом.
При включении насоса с регулируемым приводом 1 жидкость подается по напорной линии насоса 2, проходит через обратный клапан 3, проходит по трубопроводу 4. При этом, жидкость проходит в первый измерительный узел 5, воздействуя на датчик давления 19 через разделитель сред 11. Информация, полученная датчиком давления 19, передается на контроллер-архиватор данных 21 посредством канала связи 23. Также жидкость проходит во второй измерительный узел 12, воздействуя на датчик давления 20 через разделитель сред 18. Информация, полученная датчиком давления 20, передается на контроллер-архиватор данных 21 посредством канала связи 24. По мере накопления информация передается от контроллера-архиватора данных 27 на портативный компьютер 22 посредством канала связи 25, причем данные, считанные из контроллера-архиватора данных 27, преобразуются и сохраняются в памяти портативного компьютера 22.
n
n
n
n
n
В качестве примера реализации на фиг. 2 показана динамика изменения давления в напорной линии насоса 2 в зависимости от временного промежутка t плавной остановки насоса. В частности, на фиг. 2 линией 26 обозначена динамика изменения давления при t=0 сек, линией 27 -тоже, при t=10 сек, линией 28 - тоже, при t=15 сек, линией 29 - тоже, при t=30 сек.
n
n
n
n
Из экспериментального графика на фиг. 2 видно, что при увеличении временного промежутка t плавной остановки насоса очевидна закономерность одновременного снижения давления, возникающего при гидравлическом ударе, и увеличения времени (в измерительных интервалах времени на фиг. 2), после которого он происходит. Например, при остановке насоса с t=0 сек давление, возникающее при гидравлическом ударе, в 6 раз больше статического давления, а при t=30 сек в 2 раза. Выявленная закономерность позволяет определить требуемый временной промежуток t плавной остановки насоса, при котором величина гидравлического удара не будет превышать его критического значения.
В случае засорения отводного патрубка 6, в первом измерительном узле 5 падает давление. Это регистрируется с помощью манометра 10. Устранение засорение возможно через промывку отводного патрубка 6, посредством подачи под напором промывной жидкости через свободный вход трехходового крана 8. Промывная жидкость, проходя через трехходовой кран 8, предохранительную сетку 7 и отводной патрубок 6 промывает систему, устраняя засорение. В случае засорения отводного патрубка 13, во втором измерительном узле 12 падает давление. Это регистрируется с помощью манометра 17. Устранение засорение возможно через промываку отводного патрубка 13, посредством подачи под напором промывной жидкости через свободный вход трехходового крана 15. Промывная жидкость, проходя через трехходовой кран 15, предохранительную сетку 14 и отводной патрубок 13 промывает систему, устраняя засорение.
Таким образом, предлагаемая система соответствует критерию «промышленная применимость».