Регулятор режимов работы насосной станции

 

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосной станции, может применяться на трубопроводах для точного регулирования производительности трубопровода при использовании в линии различных датчиков расхода и позволяет повысить точность регулирования производительности трубопровода. Регулятор режимов работы насосной станции содержит датчик 1 давления и задатчик 2 максимального давления на выходе насосной станции, компаратор 3, собранный на операционных усилителях 4 и 5, датчик 6 давления и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции, компаратор 8, собранный на операционных усилителях 9 и 10, элементы ИЛИ 11, И 12 и 14, датчик расхода 15, формирователь 16 прямоугольного сигнала, блок вычитания 17, блок сравнения 18, задатчик 19 производительности трубопровода, преобразователь частота-напряжение 20, пороговые элементы 21 и 22, задатчик 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, усилитель мощности 24, исполнительный механизм 25, тахогенератор 26, насосную станцию 27 и трубопровод 28. Для достижения цели в регулятор дополнительно введены блок задания факторов 29, состоящий из задатчика фактора регламентного датчика расхода 30 и задатчика фактора установленного в трубопроводе датчика расхода 31, блок деления 32 и блок умножения 33. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU„„493984 (51)4 G 05 D 16/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fKHT СССР

1 (61) 1309000 (21) 4367504/24-24 (22) 21.12.87 (46) 15.07.89. Бюл. Р 26 (71) Государственный научно-исследовательский институт по химмотологии при Госстандарте (72) О.И. Науменко, В.И. Попов, Б.Г. Смолянский и И.Т. Таэетдинов (53) 62-50 (088.8) (5e). Авторское свидетельство СССР

9 1309000, кл. G 05 D 16/20, 1985. (54) РЕГУЛЯТОР РЕЖИИОВ РАБОТЕ! НАСОСНОЙ СТАНЦИИ (57) Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосной станции, может применяться на трубопроводах для

4 точного регулирования производительности трубопровода при использовании в линии различных датчиков расхода и позволяет повысить точность регулирования производительности трубопровода. Регулятор режимов работы насосной станции содержит датчик 1

5 давления и задатчик 2 максимального

1 давления на выходе насосной станции, коммутатор 3, собранный на операционных усилителях 4 и 5, датчик 6 давления и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции, компаратор 8, собранный на операци" онных усилителях 9 и 10, элементы

ИЛИ 11, И 12 и 14, датчик расхода

15, формирователь 16 прямоугольного

1, сигнала, блок вычитания 17, блок сравнения 18, задатчик 19 производител ьно сти трубо провода, преобразова" тель частота " напряжение 20, пороговые элементы 21 и 22, задатчик 23 скорости вращения электродвигателя

1 исполнительного механизма, усилитель мощности 24, исполнительный механизм 25, тахогенератор 26, насосную станцию 27 и трубопровод 28. Для достижения цели в регулятор дополнительно введены блок задания факторов

29, состоящий из задатчика фактора регламентного датчика расхода 30 и задатчика фактора установленного в вфла трубопроводе датчика расхода 31, сО блок деления 32 и блок умножения 33. ф

l(93984

Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосных станций, может применяться преимущественно на

5 сборно-разборных трубопроводах с насосными станциями, имеющими в качестве привода двигателя внутреннего сго( рания, а также может найти применение на трубопроводах, где предусмот- 10 рены высокая точность регулирования их производительности в случае использования различных датчикон расхода, и являться усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 1309000.. 15

Цель изобретения — повышение точности регулирования производительности трубопровода с различными датчиками расхода, установленными в линии трубопровода. 20

На фиг.l представлена блок-схема регулятора режимов работы насосной станции; на фиг.2 — временная диаграмма, поясняющая принцип коррекции сигнала с выхода устанонленного датчика расхода в случае, когда показатель фактора расхода установленного датчика отличается от фактора регламентного датчика расхода.

Регулятор режимов работы насос- 30 ной станции содержит датчик 1 давления и задатчик 2 максимального давления на выходе насосной станции, подключенные к входам компаратора 3, собранного на двух операционных усилите- 35 лях 4 и 5, датчик 6 давления и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции, подключенные к входам компаратора 8, собранного на двух операционных усилителях 9 40 и 10 (компараторы 3 и 8 образуют блок управления (без позиции)),логический блок (без позиции), собранный на элементах ИЛИ il и И 12, первый

13 и второй 14 элементы И, датчик . 45 расхода 15, формирователь прямоуголь ного сигнала 16, блок вычитания 17, блок сравнения 18, эадатчик 19 производительности трубапронода, преобразователь частота-напряжение 20, второй пороговый элемент 21, первый пороговый элемент 22, задатчик 23

1 скорости вращения электродвигателя ис пол нител ьно го механизма, усилитель мощности 24, исполнительный механизм 25, тахогенератор 26, установлейный на одном налу с электродвигателем исполнительного механизма, который смонтирован на насосной станции 27, установленной в линии трубопровода 28. В регулятор режи" мон работы насосной станции дополнительно введен блок задания факторов

29, состоящий иэ задатчика фактора регламентного датчика расхода 30 и задатчика фактора установленного датчика расхода 31, блок деления 32 и блок умножения 33.

На схеме фиг.l введенъ1 следующие обозначения: УВ " выход элемента, соответствующий команде на увеличе-) ние частоты вращения вала насоса;

УК вЂ” выход элемента, соответствующий команде на уменьшение частоты вращения вала насоса.

Датчик расхода 15 турбинного или вихревого типов выбирается на соотнетствующие расходы в зависимости от диаметра трубопровода 28.

Регулятор режимов работы насосной станции работает следующим образом. Перед началом работы насосной станции 27 задатчиком 2 максимального давления устанавливают максимально возможное давление на выходе насосной станции, обусловленное прочностью труб, из которых собран трубопровод 28, задатчиком 7 минимального давления — минимально допустимое давление на входе насосной станции

27, обусловленное требованиями бескавитационной работы насоса станции

27, а задатчиком производительности трубопровода 19 — расчетную заданную производительность трубопровода 28. При этом компараторы 3 и 8 работают следующим образом. Если напряжение с выхода датчика давления 1 больше напряжения с выхода

Ч датчика давления 2, то на выходе уси" лителя 4 напряжение равно логической единице, а на выходе усилителя 5— логическому нулю. Такое состояние компаратора соответстует команде на уменьшение частоты вращения валанасоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного по величине логической единице, поступает на вход логического элемента ИЛИ ll °

При равенстне напряжения с выхода датчика давления 1 напряжению с выхода эадатчика максимального давления 2 — на выходе обоих усилителей 4 и 5 напряжения равны логическому нулю. Когда, наоборот, напряжение с выхода датчика давления l станет меньше напряжения с выхода задатчи"

5 !49 ка максимального давления 2, то на выходе усилителя 4 напряжение будет равно логическому нулк, а на выходе усилителя 5 — логической единице. Такое состояние компаратора соответствует команде на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного логической единице, поступает на второй вход второго ло гического элемента И 12.

Аналогично работают датчик давления 6 и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции с компаратором 8. При этом команде на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции соответствует появление на выходе усилителя 9 напряжения, равного по величине логической единице, а команде на уменьшение частоты вращения вала насоса насосной станции — появление напряжения, равного по величине логической единице, на ьыходе усилителя 10.

С началом перекачки жидкости по трубопроводу 28, когда давление на входе насосной станции 27 станет выше значения, устанавливаемого задатчи ком 7 минимального давления, насосную станцию включают в работу и она начинает плавно повышать частоту вращения вала насоса, а следовательно, и фактическую производительнОсть трубопровода 28 до тех пор, пока с помощью, контура регулирования расхода насосной станции не будет зафик сировано равенство заданной и фактической производительности трубопровода 28. Осуществляется это следующим образом.

Датчик расхода 15 вырабатывает переменные сигналы, частота которых прямо пропорциональна фактической производительности трубопровода. Эти сигналы усиливаются и формируются в формирователе прямоугольного сигнала

16 и поступают на входы блока вычитания !7 и блока сравнения 18, В блоке сравнения 18, на второй вход которого поступают частотные сигналы, пропорциональные заданной расчетной производительности трубопровода, от задатчика производительности трубопровода 19. Эти сигналы сравниваются. Если заданная производительность больше значения фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока сравнения 18 напря3"84 жение р вно логической единице, а на втором выходе — логическому нулю.

Если же заданная производительность трубопровода меньше значения фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока сравнения 18 напряжение равно логическому нулю, а на втором выходе — логической единице. При равенстве заданной и фактической производительности трубопровода на первом и втором выходах устройства сравнения частотных сигналов 18 напряжения равны логи"

1О чя скому нулю °

После включения в работу насосной станции 27, когда фактическая производительность трубопровода 28 меньше заданной (расчетной ), на первом выходе блока сравнения 18 напряжение равно логической единице, а на втором выходе — логическому нулю. Напряжение, равное логической единице, поступает на третий вход логическо25 ro элемента И 12, и так как на первых двух его входах напряжения, поступающие с выходов дифференциальных усилителей 5 и 9, также равны логическим единицам, то и на его выходе напг ряжение равно логической единице.

Это напряжение подается на первый вход второго логического элемента

И 14, на втором входе которого напряжение, поступающее с выхода втораго порогового устройства 21, также равно логической единице. Напряжение с выхода логического элемента И l4 поступает на первый вход усилите ля мощности 24, Усиленное напряжение

40 с его первого выхода поступает на первый управляющий вход исполнительного механизма 25 и включает его. Одновременно с включением электродвигателя исполнительного механизма 25

45 начинает вращаться тахогенератор 26, размещенный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма 25. Как только его напряжейие станет равно или выше напряжения, снимаемого с выхода задатчика 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, на выходе первого порогового элемента 22, вместо напряжения, равного логической единице, станет напряжение, равное логи" ческому нулю. В результате чего про-, хождение сигнала через второй логический элемент И 14 прекратится.

Электродвигатель исполнительного ме1493984 в ханизма 25 остановится вместе с тахогенератором 26. В результате этого, на выходе первого порогового элемента 22 напряжение снова станет равно логической единице и к испол5 нительному механизму 25 снова пройдет команда на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции. Так будет до тех пор, пока фактическая производительность трубопровода не станет равна заданной, т.е. частота сигналов, поступающих с датчика расхода 15 через формирователь прямоугольного сигнала 16 на первый вход блока сравнения 18, сравняется с частотой сигналов, поступающих с выхода задатчика производительности трубопровода 19 íà его второй вход.

В этом случае на первом и втором выходах блока сравнения 18 напряжения станут равны логическому нулю. Прохождение команд через логические элементы И 12 и 14 прекратится. Исполнительный механизм 25 обесточится. 25

Насосная станция 27 и трубопровод

28 будут работать с заданной производительностью.

Если по какой-либо причине производительность трубопровода 28 уве- 30 личится, например, вследствие уменьшения вязкости перекачиваемого продукта, уменьшения сопротивления трубопровода 28 впереди насосной станции 27, или же в результате неправильной установки насоСной станции в линии трубопровода (вперед по направлению потока), частота сигналов, поступающих с выхода датчика расхода 15, станет бо ьше частоты 40 сигналов, поступающих с выхода задатчика производительности трубопровода 19. Вследствие чего, на первом выходе блока сравнения 18 напряжение станет равно логическому нулю, а на втором выходе — логической единице.

Это напряжение поступит на третий вход логического элемента ИЛИ ll u с его выхода на вход логического элемента И 13.

Одновременно на выходе блока вычитания 17 появится частотный сигнал, \ равный разности частот сигналов датчика расхода 15 и эадатчика производительности трубопровода 19. Пос55 ле преобразования этого частотного сигнала в напряжение в преобразователе частота-напряжение 20, он посту- 1 пает на вход второго порогового элемента 21 и на его выходе напряжение становится равным логической единице, которое поступает на второй вход логического элемента И 13. Это обес» печивает прохождение через него сиг" нала с выхода блока сравнения 18 к усилителю мощности 23, а от него усиленного сигнала к исполнительному механизму 27. Исполнительный механизм включается и, перемещая рейку управления подачей топлива к двигателю насосной станции 27 в соот" ветствующем направлении, уменьшает частоту вращения вала насоса до тех пор, пока фактическая производительность трубопровода 28 не станет равна заданной. В этом случае частота сигналов с выхода датчика расхода 15 сравняется с частотой сигналов с выхода задатчика производительности трубопровода 19, а на первом и втором выходах блока сравнения 18 и блока вычитания 17 напряжения станут равны логическим нулям. Это вызовет отключение исполнительного механизма 25. Причем в этом случае снижение частоты вращения вала насоса будет происходить со скоростью, пропорциональной разности между заданной Ilo задатчику производительности трубопровода 19 и фактической производи" тельностью трубопровода 28. Осуществляется это следующим образом.

На выходе преобразователя "частота-напряжение" 20, напряжение пропорционально разности частотных сигналов, поступающих с датчика расхода

15 и задатчика производительности трубопровода 19. Чем больше эта разность, тем выше и напряжение на выходе преобразователя 20 частота— напряжение и соответственно на вто-а ром входе порогового элемента 21.

При включении исполнительного механизма 25 одновременно включается тахогенератор 26. Как только на

его выходе напряжение, поступающее на второй вход второго порогового элемента 21, сравняется с напряжением, поступающим на первый вход, на выходе второго порогового элемента 21 напряжение станет равно логическому нулю, что воспрепятствует прохождению сигнала через логичес" кий элемент И 13 со второго выхода блока сравнения 18. Исполнительный механизм обесточится. Если к этому моменту заданная и фактическая про1493984

55 изводительность не сравняются, то исполнительный механизм включится вновь ° Продолжительность и частота циклов включения исполнительного

5 механизма 25 в этом случае зависит от величины разбаланса между заданной и фактической производительностью трубопровода 28. Чем больше зта разница, тем больше напряжение на втором входе второго порогового элемента 21, и тем быстрее снижается частота вращения вала насоса и быстрее уменьшается фактическая производительность трубопровода. По мере прнб- 15 лижения фактической производительности трубопровода к заданной продолжительность включения исполнительного механизма уменьшается, эа счет чего исключается динамическое отклонение этого параметра в переходных режимах работы насосной станции

27 и трубопровода 28.

В случае применения датчика расхода 15 с фактором, отличающимся от 25 фактора регламентного датчика расхода, или при гереходе на другой типоразмер датчика, вследствие различия их факторов частота сигналов с выхода установленного датчика при той же производительности трубопровода будет другой и будет отличать " ся от частоты сигналов с выхода регламентного датчика на величину, пропорциональную величине нового факто- 35 ра. По этой же причине регулятор будет стремиться изменить режим работы насосной станции и установить тем самым новую производительность трубопровода. Она может быть боль- 40 ше или меньше заданной, в зависимости от того, в какую сторону изменился фактор установленного датчика расхода. Таким образом, на трубопроводе может получиться ситуация, 45 когда одни насосные станции стремятся регулировать заданную производительность трубопровода (те насосные станции, на которых установлены регламентные датчики расхода), а

50 другие — отличную от заданной (те, на которых заменили датчики расхода не установленные) . В результате име- ет место неустойчивая работа трубопровода, которая может привести к аварии.

Для исключения этих негативных явлений, предусмотрена коррекция выходного сигнала установленного датчика расхода с помощью блока задания фактора расхода. Коррекция выходного сигнала осуществляется следующим образом.

По паспорту установленного датчика расхода определяется величина фактора, и с помощью задатчика 31 вводится в блок деления 32, где она делится на величину фактора расхода регламентного датчика, вводимую с задатчика 30. На выходе блока деления 32 получается число, как частное от деления величин факторов регламентного и установленного датчиков расхода (К /К ). .В блоке уменьшения

1 7

33 частное от деления факторов (К,/К ) умножается на частоту сигналов, поступающих с выхода формирования прямо-.— угольных сигналов 16.В результате,навыходе блока умножения 33 формируется сигнал, равный по частоте сигналу, который поступал с регламентного датчика (при той же производительности трубопровода).

Регулятор режимов работы насосной станции будет регулировать заданную производительность трубопровода в последовательности, описанной выше, и с высокой точностью.

В случае обратной установки (например, после профилактического обслуживания ) регламентного датчика на задатчике 31 устанавливается его величина фактора и система работает, как описано выше.

При регулировании режима работы насосной станции 27 по заданной производительности трубопровода, согласно вышеописанному, контуры регулиро" вания давления на выходе и входе насосной станции играют роль ограничения предельных режимов работы насосной станции. По давлению на выходе предельный режим ограничивается прочностью труб, из которых собирается трубопровод 28, а на входе насос ной станции - требованиями бескавитаI ционной работы насоса. Пределы задаваемых задатчиками 2 и 7 значений давления на выходе и входе насос.ной станции 27 обычно соответствуют аварийным режимам работы трубопро. вода, которые могут быть вызваны ос" тановкой на трубопроводе 28 проме ку точной насосной станции, засорением трубопровода или прикрытием запорного органа задвижки, которые устанавливаются на некоторых участках трубо1493984 провода. При нормальном режиме работы трубопровода режим работы насос" ной станции по заданной производительности трубопровода обычно изменяется в пределах минимально допустимого на входе и максимально допустимого на выходе давления насосной ( станции.

Так, например, если давление на выходе насосной станции станет рав Ъ но предельному, то на выходе усилителя 5 компаратора 3 напряжение станет равно нулю, что воспрепятствует прохождению команд через логический элемент И 12 на увеличение частоты вращения вала насоса, независимо от фактической производительности трубопровода. Насосная станция будет работать при максимально возможном давлении на выходе, не допуская повышения давления в трубопроводе сверх допустимого и его разрушения. Если же по каким-то причинам давление на выходе НС будет продолжать расти и станег выше заданного, то на выходе усилителя 4 появится напряжение, равное логической единице. Оно поступит на вход логического элемента

ИЛИ 11, а от него к логическому элементу И 13. А так как до момента включения исполнительного механизма напряжение на выходе тахогенератора

26 всегда равно нулю, а на выходе порогового элемента 21 — логической единице, то этот сигнал поступит на первый вход усилителя мощности

24, который включит исполнительный механизм 25 в направлении на уменьшение частоты вращения вала насоса, а оледовательно, и на уменьшение развиваемого насосной станцией 27 давления на выходе.

Аналогично работает<контур регулирования давления на входе насосной станции.

Таким образом, при неточной расстановке насосных станций, а также. при изменении плотности и вязкости перскачиваемого.продукта в результате воздействия температуры окружающей среды или при последовательной перекачке по трубопроводу продуктов с различной плотностью и вязкостью, в том числе и при использовании датчиков расхода с различными факторами, регулятор насосной станции пос"

20 тоянно поддерживает заданную проиэво" дительность трубопровода. формулаиэобретения

Регулятор режимов работы насосной станции по авт.св. Р 1309000, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования производительности трубопровода, регулятор содержит последовательно соединенные блок задания факторов расхода регламентного и установленного в трубопроводе датчиков расхода, блок деления и блок умножения, подключенный вторым входом к выходу формирователя прямоугольного сигнала, а выходом — к первому входу блока вычитания и к второму входу блока сравнения.

1 493984

Составитель Л, Паллагова

Редактор И. Сегляник Техред JI,Îëèéíûê Корректор М. Самборская

Заказ 4109/44 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, М-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101