способ управления работой системы водоснабжения

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования водопроводной сети, заключающийся в регулировании давления жидкости на выходе насоса по суточному графику, отличающийся тем, что замеряют давление и расход жидкости на выходе насоса, при этом определяют гидравлическое сопротивление сети как отношение давления жидкости к расходу жидкости на выходе насоса, если гидравлическое сопротивление сети на выходе насоса увеличивается выше заданной величины, то давление жидкости на выходе насоса увеличивают, если гидравлическое сопротивление сети на выходе насоса уменьшается ниже заданной величины, то давление жидкости на выходе насоса уменьшают до тех пор, пока скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса не уменьшится до заданной величины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к способам управления насосных станций, работающих на водонапорную сеть.

Известен способ управления работой системы водоснабжения путем изменения подачи и распределения потока воды по напорам, замеренным в расчетных точках системы, при этом напоры воды измеряют одновременно через заданные промежутки времени, моделируют полученные показания напоров, определяют их отклонение от заданных величин и по разности показаний напоров, зафиксированных в заданные промежутки времени, изменяют подачу и распределение потока воды (Авторское свидетельство СССР №1260460, кл. Е 03 В 1/00, 1986).

Однако указанный способ не является эффективным в связи с тем, что для его реализации требуется адекватная модель системы водоснабжения и большое количество диктующих точек для контроля давления, что ведет к увеличению стоимости системы.

Известен способ управления насосной станцией, включающий принудительное уменьшение производительности насосов, анализ изменения давления в водопроводе и последующую отмену или установление уменьшенной производительности, после принудительного уменьшения производительности насосов измеряют значение суммарной нагрузки электропривода насосов и следующее принудительное уменьшение производительности осуществляют при падении суммарной нагрузки электропривода насосов ниже последнего установленного значения, соответствующего отмене уменьшенной производительности насосной станции, или ниже ее текущего значения в случае увеличения числа работающих насосов (Авторское свидетельство СССР №1477856, кл. Е 03 В 11/16, 1989).

Недостатком данного способа является низкая эффективность работы системы вследствие того, что задаваемые допустимые значения давления могут не соответствовать реально необходимым.

Известен наиболее близкий к изобретению способ управления работой системы водоснабжения, заключающийся в работе насосной станции в зависимости от режимов водопотребления, при этом режим водопотребления характеризуется суточными графиками потребления и кривой распределения подач, по которым работает насосная станция (Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных установках. - М.: ИК "Ягорба" - "Биоинформсервис", 1998, стр.10).

Недостатком данного способа является неточная работа насосной установки в связи с тем, что реальный суточный график меняется в зависимости от водопотребления и не соответствует задаваемому графику, это ведет к повышению энергозатрат и к снижению эффективности работы системы водоснабжения.

Задача изобретения - повышение эффективности регулирования системы водоснабжения при постоянно изменяющихся расходах жидкости у потребителей за счет повышения точности системы и повышения надежности системы.

Поставленная задача достигается тем, что в способе управления работой системы водоснабжения, заключающемся в регулировании давления жидкости на выходе насоса по суточному графику, в отличие от прототипа замеряют давление и расход жидкости на выходе насоса, при этом определяют гидравлическое сопротивление сети как отношение давления жидкости к расходу жидкости на выходе насоса, если гидравлическое сопротивление сети на выходе насоса увеличивается выше заданной величины, то давление жидкости на выходе насоса увеличивают, если гидравлическое сопротивление сети уменьшается ниже заданной величины, то давление жидкости на выходе насоса уменьшают до тех пор, пока скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса не уменьшится до заданной величины. Скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса определяется отношением расхода жидкости на выходе насоса ко времени.

Сущность способа заключается в следующем.

В системе водоснабжения следует поддерживать то необходимое давление, которое необходимо в данный момент потребителю, несоответствие задающего давления и требуемого давления приведет к увеличению затрат на подачу жидкости.

Так как суточный график потребления жидкости потребителем ежедневно может меняться, возникает задача контроля и поддержания эффективного давления жидкости в трубопроводе. Для решения этой задачи на выходе насоса контролируют и подают на вход контроллера значение давления и расхода жидкости. Предварительно задают шаг по времени, который определяется быстродействием системы, допустимое изменение гидравлического сопротивления сети, шаг регулирования по частоте оборотов двигателя насоса, минимальное значение скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса. В качестве параметра регулирования давления на выходе насоса выбрана частота регулирования числа оборотов двигателя насоса. Контроллер производит вычисление гидравлического сопротивления сети путем деления давления жидкости на расход жидкости на выходе насоса, далее определяют изменение гидравлического сопротивления сети путем вычитания от измеренного гидравлического сопротивления сети значения гидравлического сопротивления сети на предыдущем шаге по времени. Если измеренное отклонение гидравлического сопротивления сети больше допустимого, что означает увеличение числа потребителей водопроводной сети, то увеличивают число оборотов двигателя насоса на заданный шаг регулирования по частоте оборотов двигателя насоса, тем самым увеличивают его производительность, при этом контролируют расход жидкости и определяют скорость изменения расхода жидкости и сравнивают с минимальным заданным значением скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса. Если скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса превышает минимальное заданное значение, то продолжают изменять частоту частотного преобразователя до тех пор, пока скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса не будет меньше минимального заданного значения, после чего система прекращает изменение частоты оборотов двигателя насоса. Снижение скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса означает удовлетворение потребителей водопроводной сети и поэтому давление жидкости в сети далее не меняется. Если измеренное отклонение гидравлического сопротивления сети меньше допустимого, то уменьшают число оборотов двигателя насоса на заданный шаг регулирования по частоте оборотов двигателя насоса, при этом контролируют расход жидкости на выходе насоса и вычисляют скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса, далее сравнивают с минимальным заданным значением скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса. Если скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса превышает минимальное заданное значение, то продолжают изменять частоту частотного преобразователя до тех пор, пока скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса не будет меньше минимального заданного значения скорости изменения расхода жидкости, после чего прекращают изменение частоты оборотов двигателя насоса.

Пример конкретной реализации:

На чертеже представлена схема, которая реализует предложенный способ.

Схема включает насос 1, например ЦНС-60-99 с электродвигателем 4АМ180М2УЗ - 30 кВт, в качестве исполнительного механизма - 2 частотный преобразователь, например фирмы LG - SV037iH-4U-RUS, контроллер 5, например фирмы Emotron - ТА Xenta с блоками расширения в зависимости от количества потребителей, датчик давления 3, например фирмы Метран типа Метран-43-ДИ, датчик расхода жидкости 4, например УРСВ-010М.

От насоса 1 связь осуществляется с водопроводной сетью, далее связь осуществляется с насосом 1, при этом датчик давления жидкости 3 и датчик расхода жидкости 4 связаны с контроллером 5, который связан с преобразователем частоты 2 и насосом 1.

Жидкость от насоса 1 поступает в водопроводную сеть. При этом на выходе насоса 1 установлены датчик давления жидкости 3 и датчик расхода жидкости 4, от которых сигналы пропорционально давлению и расходу соответственно поступают на контроллер 5. Контроллер 5 в соответствии с предложенным способом изменяет частоту частотного преобразователя 2, тем самым меняя производительность насоса 1.

Последовательность действия контроллера следующая.

В контроллере задают шаг по времени 300 секунд, который определяется быстродействием системы, допустимое отклонение гидравлического сопротивления сети , шаг регулирования по частоте оборотов двигателя насоса 1-2 Гц, минимальное значение скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса . Сигналы, пропорциональные расходу и давлению жидкости на выходе насоса 1 из датчика давления жидкости 3 и датчика расхода жидкости 4 на выходе насоса, поступают на контроллер 5. В контроллере 5 вычисляют гидравлическое сопротивление сети путем деления давления жидкости на расход жидкости на выходе насоса 1, далее определяют в контроллере 5 отклонение гидравлического сопротивления сети путем вычитания от измеренного гидравлического сопротивления сети значение гидравлического сопротивления сети на предыдущем шаге по времени. Если измеренное отклонение гидравлического сопротивления сети больше допустимого, то контроллер 5 увеличивает частоту частотного преобразователя 2, тем самым увеличивается число оборотов двигателя насоса 1 на заданный шаг регулирования по частоте оборотов двигателя насоса 1, при этом контролируют расход жидкости на выходе насоса 1 и определяют скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса 1, и сравнивают с минимальным заданным значением скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса 1. Если скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса превышает минимальное заданное значение, то продолжают изменять частоту частотного преобразователя 2 до тех пор, пока скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса 1 не будет меньше минимального заданного значения скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса 1, после чего прекращают изменение частоты оборотов двигателя насоса 1. Если измеренное отклонение гидравлического сопротивления сети меньше допустимого, то уменьшают частоту частотного преобразователя 2, тем самым уменьшается число оборотов двигателя насоса 1 на заданный шаг регулирования по частоте оборотов двигателя насоса 1, при этом контролируют расход жидкости на выходе насоса 1 и вычисляют скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса 1, и сравнивают с минимальным заданным значением скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса 1. Если скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса 1 превышает минимальное заданное значение, то продолжают изменять частоту частотного преобразователя 2 до тех пор, пока скорость изменения расхода жидкости на выходе насоса 1 не будет меньше минимального заданного значения скорости изменения расхода жидкости на выходе насоса 1, после чего прекращают изменение частоты оборотов двигателя насоса 1.

Итак, используя предложенный способ, можно добиться повышения эффективности регулирования системы водоснабжения при постоянно изменяющихся расходах жидкости у потребителей за счет повышения точности работы системы и надежности системы.