СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАСОСНЫМ АГРЕГАТОМ

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, а именно к области управления системами водоснабжения, в частности, насосными агрегатами.
Известна «Система водоснабжения крупного населенного пункта», содержащая расположенные в разных местах, по меньшей мере, два резервуара чистой воды с подсоединенным к каждому из них входным патрубком соответствующего насосного агрегата, общую водопроводную сеть, в диктующей точке которой установлен датчик давления и к которой подсоединены выходные патрубки каждого насосного агрегата, причем, каждый насосный агрегат снабжен электроприводом, а на выходном патрубке одного из насосных агрегатов установлен датчик давления, снабженный информационным каналом связи, который аналогичный информационному каналу связи, соединенному с датчиком давления, установленным в критической точке общей водопроводной сети, отличающаяся тем, что каждый насосный агрегат выполнен в виде единой конструкции, в которой насос соединен с электродвигателем через устройство, преобразующее постоянную частоту вращения электродвигателя в переменную частоту вращения насоса, а информационные каналы связи от датчиков давления соединены с соответствующими устройствами, преобразующими постоянную частоту вращения электродвигателя в переменную частоту вращения насоса, при этом, в качестве устройства, преобразующего постоянную частоту вращения электродвигателя в переменную частоту вращения насоса, применен вариатор типа гидромуфты, а упомянутые информационные каналы связи от указанных ранее датчиков давления соединены с соответствующими гидромуфтами (см. патент RU №48549, Е 03 В 11/16, приоритет от 28.02.05 г.).
Для известной системы характерны высокие капитальные затраты, т.к. в ней необходимо устраивать датчик давления в диктующей точке сети. В системах водоснабжения больших городов - мегаполисов это требует существенных капитальных затрат, т.к.:
- расстояние от насосных агрегатов до диктующей точки значительное;
- диктующих точек сети может быть несколько.
Наиболее близким решением к предлагаемой полезной модели является «Система управления насосным агрегатом», содержащая резервуар чистой воды, водопроводную сеть, имеющую водоразборные устройства, водовод, соединенный, с упомянутой водопроводной сетью и снабженный датчиком давления, и насосный агрегат подачи чистой воды по водоводу, а также канал информационной связи, соединенный с датчиком давления, причем, в насосном агрегате насос снабжен электродвигателем. Кроме того, насосный агрегат подачи чистой воды по водоводу выполнен в виде единой конструкции, в которой насос соединен с электродвигателем через устройство, преобразующее постоянную частоту вращения электродвигателя в переменную частоту вращения насоса, При этом, канал информационной связи от датчика давления соединен с устройством, преобразующим постоянную частоту вращения электродвигателя в переменную частоту вращения насоса. В качестве устройства, преобразующего постоянную частоту вращения электродвигателя в переменную частоту вращения насоса, применен вариатором типа гидромуфты, а канал информационной связи от датчика давления соединен с этой муфтой, (см. см. патент RU 46511, Е 03 В 11/16, приоритет от 28.02.05 г.).
В прототипе, в отличие от предыдущего аналога снижены капитальные затраты, т.к. в нем нет необходимости устройства дорогостоящих диктующих точек. Однако, для него характерно высокое энергопотребление насосных агрегатов. Последнее объясняется тем, что в известной «Системе управления насосным агрегатом» давление в водоводе в течение всего времени эксплуатации поддерживается постоянным, соответствующее максимальному расходу воды. В то же время, в течение суток водопотребление населенных пунктов имеет большую неравномерность. Например, в ночные часы водопотребление снижается в 2 и более раз по сравнению с расходом в дневное время. При этом, в прототипе
давление не снижается, а поддерживается максимально возможным в течение суток, что приводит к существенному перерасходу энергии.
Задачей настоящей полезной модели является снижение энергопотребления системы.
Поставленная задача решена так, что известная система управления насосным агрегатом, содержащая водопроводную сеть, водовод, соединенный с упомянутой водопроводной сетью, снабженный датчиком давления, насосный агрегат, соединенный с электродвигателем для подачи чистой воды по водоводу, канал информационной связи, соединенный с датчиком давления, в соответствии с нашей полезной моделью дополнительно снабжена статическим преобразователем частоты, каналом силового электропитания, датчиком расхода, установленным на водоводе, регулирующим устройством, дополнительным каналом информационной связи и каналом управления, при этом, регулирующее устройство соединено с каналом информационной связи, с датчиком расхода при помощи дополнительного канала информационной связи и со статическим преобразователем частоты при помощи канала управления, а статический преобразователь частоты при помощи канала силового электропитания соединен с электродвигателем.
Отличительными признаками заявляемой система управления насосным агрегатом являются:
1. Дополнительное снабжение системы статическим преобразователем частоты (новый конструктивный элемент);
2. Дополнительное снабжение системы каналом силового электропитания (новый конструктивный элемент);
3. Дополнительное снабжение системы датчиком расхода (новый конструктивный элемент);
4. Дополнительное снабжение системы регулирующим устройством (новый конструктивный элемент);
5. Дополнительное снабжение системы дополнительным каналом информационной связи (новый конструктивный элемент);
6. Дополнительное снабжение системы каналом управления (новый конструктивный элемент);
7. Установка датчика расхода на водоводе (новая связь между элементами);
8. Соединение регулирующего устройства с каналом информационной связи (новая связь между элементами);
9. Соединение регулирующего устройства с датчиком расхода при помощи дополнительного канала информационной связи (новая связь между элементами);
10. Соединение регулирующего устройства со статическим преобразователем частоты при помощи канала управления (новая связь между элементами);
11. Соединение статического преобразователя частоты при помощи канала силового электропитания с электродвигателем (новая связь между элементами).
По сведениям, имеющимся у авторов, отличительные признаки 1, 2 и 4 в технической литературе известны, а остальные - нет, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».
Совместное применение в заявляемой системе указанных отличительных признаков позволяет получить положительный и новый эффект.
Положительный эффект заключается в том, что снижается энергопотребление насосных агрегатов. Последнее объясняется тем, что в предлагаемой системе давление в водоводе в течение всего времени эксплуатации не поддерживается постоянным на максимальном уровне, а изменяется с учетом расхода подаваемой воды от минимума в часы минимального водопотребления к максимуму в часы максимального водопотребления. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1-11.
Новый эффект снижается аварийность в водопроводной сети. Это достигается благодаря отличительным признакам №1-11, т.к. основное время сеть эксплуатируется при пониженном давлении, что способствует снижению количества аварий.
Таким образом, заявляемая система управления насосным агрегатом отвечает критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.
На фиг. представлена схема системы управления насосным агрегатом.
Устройство содержит (см. фиг.):
- водопроводную сеть 1;
- водовод 2, соединенный с упомянутой водопроводной сетью 1, снабженный датчиком давления 3 и датчиком расхода 4;
- насосный агрегат 5, соединенный с электродвигателем 6, который запитан при помощи канала силового электропитания 7 через статический преобразователь частоты 8;
- регулирующее устройство 9, соединенное с датчиком давления 3 при помощи канала информационной связи 10, с датчиком расхода 4 при помощи дополнительного канала информационной связи 11 и со статическим преобразователем частоты 8 при помощи канала управления 12.
Все перечисленные элементы доступны для понимания специалистами на основании уровня техники их смыслового содержания, т.к. содержится в учебниках по водоснабжению и метрологии. При этом регулирующее устройство 9 не представлено на уровне функционального обобщения, т.к. конструктивно может быть выполнено, например, в виде свободно программируемого микроконтроллера.
Предлагаемая система работает следующим образом.
Насосный агрегат 5, приводимый в работу электродвигателем 6, подает воду в водопроводную сеть 1 через водовод 2. В случае, когда водоразбор из водопроводной сети 1 превышает подачу насосного агрегата 5, давление существенно падает, а расход на какой-то период времени резко возрастает, что
фиксируется датчиком давления 3 и датчиком расхода 4. По данным этих датчиков в регулирующем устройстве 9 формируется показатель гидравлической характеристики водопроводной сети 1 и сравнивается с заданным значением гидравлической характеристики водопроводной сети 1. Образовавшийся в результате сравнения сигнал (например - разность между фактическим и заданным значением давления при фактическом расходе) передается по каналу управления 12 на статический преобразователь частоты 8, где изменяется частота электрического тока. Электрический ток от статического преобразователя частоты 8 по каналу силового электропитания 7 передается на электродвигатель 6, который приводит (вращает вал насосного агрегата 5 с необходимой частотой оборотов для подачи заданного расхода) в действие насосный агрегат 5.
В результате требуемый напор, развиваемый насосным агрегатом 5, не поддерживается постоянно на максимальном уровне, а изменяется с учетом расхода подаваемой воды от минимума в часы минимального водопотребления к максимуму в часы максимального водопотребления.
тр
1
макс
ф1
макс
2
2
1
ф2
ф2
ф1
ф1
ф2
Для подачи любого расхода воды потребителю в контрольной точке требуется поддержание требуемого давления Н, см. фиг. Но при этом, давление, развиваемое насосом, зависит от подаваемого им расхода. Например, при максимальном расходе Q=Q для преодоления потерь напора в водопроводной сети 1 и водоводе 2 необходимо развить напор равный Н=Н. Для подачи меньшего расхода Q (Q<Q) необходимо развить напор равный Н. При этом Н<Н. В прототипе давление, развиваемое насосом, постоянно поддерживается на уровне Н. В предлагаемой системе произойдет снижение развиваемого давления до уровня Н без ущерба для потребителя.