Автоматизированная информационная система для измерения и анализа в реальном масштабе времени расхода теплоносителя на магистральных насосных станциях

Авторы патента:

Кричке Ольга Алексеевна (RU)

Кричке Владимир Оскарович (RU)

Кричке Виктор Владимирович (RU)

Баранов Виктор Андреевич (RU)

Мешканов Владимир Александрович (RU)

G01F1/34 - измерением давления или перепада давления

Владельцы патента RU 2473048:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) (RU)

Изобретение относится к области теплоснабжения городов и промышленных объектов. Автоматизированная информационная система содержит насосные станции с датчиками давления. Автоматизированная система дополнительно снабжена датчиками мощности и системой передачи данных объединяющей выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по давлению и мощности с измерением расхода теплоносителя с выдачей данных по расходу и давлению в цифровой и графической форме с использованием новой расходной характеристики. При этом работающий насосный агрегат одновременно является расходомером. В базу данных вводится пересчитанная рабочая характеристика насосного агрегата с учетом, когда в качестве привода используется синхронный электродвигатель или асинхронный электродвигатель, при котором рабочие характеристики предварительно пересчитываются по формулам приведения. При использовании синхронного электродвигателя по рабочим характеристикам вычисляется новая расходная характеристики M-Q с расходными коэффициентами М. Для этого по паспортным данным по напору Н строится характеристика давления p-Q. Технический результат - упрощение процесса измерения и анализа в реальном масштабе времени параметров насосных установок и всей автоматизированной информационной системы. 13 ил.

Изобретение относится к области управления системой теплоснабжения городов и промышленных объектов. Современные системы теплоснабжения характеризуются следующими тенденциями своего развития:

- повышение требований к обеспечению потребителей теплом;

- возрастание доли тепла на горячее водоснабжение;

- обеспечение зданий теплом при их повышенной этажности;

- уменьшение массы стеновых конструкций и повышение процента остекления современных зданий;

- широкое использование средств вычислительной техники для управления системами теплоснабжения;

- строительство «Интеллектуальных зданий» с широким использованием средств связи.

Эти особенности развития современных систем теплоснабжения требуют иного подхода к управлению ими, поэтому дальнейшая оптимизация систем теплоснабжения связана с решением ряда крупных проблем, требующих новых научно-обоснованных технических, экономических и технологических решений. Важнейшей из этих проблем, является внедрение автоматизированных информационных систем для управления технологическими процессами в реальном масштабе времени с помощью ЭВМ. Для этого необходимо:

- внедрение комплекса автоматизированных информационных систем, позволяющих получать в реальном масштабе времени необходимую информацию о ходе технологического процесса с автоматической регистрацией и анализом результатов;

- внедрение информационных технологий на базе математических моделей управляемых объектов, средств вычислительной техники и соответствующего комплекса технических средств.

Конечной целью регулирования является обеспечение теплового баланса в сети, когда количество тепла, подаваемого за определенное время источником тепла, равно количеству тепловой энергии, расходуемой потребителем тепла с учетом ее потерь в сети при транспортировке от источника к потребителю. Основным параметром, характеризующим работу насосных установок по перекачке теплоносителя, является расход.

Все известные устройства для измерения расхода жидкости содержат первичные датчики, которые непосредственно должны находиться в потоке измеряемой жидкости и требуют периодического осмотра и тарировки на измерительном стенде, что усложняет их эксплуатацию.

Известна система измерения массового расхода и плотности жидкости подаваемой центробежным электронасосом, содержащая насосные станции с датчиками давления / Патент РФ 2119148. Способ измерения массового расхода и плотности жидкости подаваемой центробежным электронасосом / Кричке В.О, Громан А.О., Кричке В.В. от 20.09.98 /. Принят за прототип.

Недостатком данной системы является то, что она не содержит устройств для измерения температуры параметров насосной установки, датчиков контроля вибрации и других параметров, которые обеспечивают необходимый контроль.

Сущностью изобретения является управление работой системы теплоснабжения, путем получения и анализа в реальном масштабе времени расхода на центральных тепловых пунктах.

Технический результат - упрощение процесса измерения и анализа в реальном масштабе времени параметров насосных установок и всей автоматизированной информационной системы.

Технический результат достигается тем, что в известной автоматизированной информационной системе, содержащей насосные станции с датчиками давления, особенностью является то, что она дополнительно снабжена датчиками мощности и системой передачи данных, объединяющей выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по давлению и мощности с измерением расхода теплоносителя с выдачей данных по расходу и давлению в цифровой и графической форме с использованием новой расходной характеристики, при этом работающий насосный агрегат одновременно является расходомером, в базу данных вводится пересчитанная рабочая характеристика насосного агрегата с учетом, когда в качестве привода используется синхронный электродвигатель или асинхронный электродвигатель, при котором рабочие характеристики предварительно пересчитываются по формулам приведения, при использовании синхронного электродвигателя по рабочим характеристикам вычисляется новая расходная характеристика М-Q с расходными коэффициентами M, для этого по паспортным данным по напору Н строится характеристика давления p-Q при известной плотности жидкости р, при которой строится паспортная характеристика p-Q по формуле р=ρ·g·H·10^-6 МПа, далее с использованием расхода вычисляются расходные коэффициенты M по всему диапазону расхода Q, а по ним - расходная характеристика M-Q по формуле: M=(N/p)η_эк-N₀/p₀)K, где N, р - данные, взятые из паспортной характеристики, N₀, p₀ мощность и давление при закрытой в течение одной минуты задвижки на выходе насоса, полученные экспериментально по формуле, η_эк=(N₀/p₀)/(p₀₁/N₀₁), где N₀, p₀ - паспортные данные и p₀₁, N₀₁ - экспериментальные данные, действующие на валу каждого насоса N, определяются путем умножения мощности, потребляемой из сети P_c, на коэффициент полезного действия электродвигателя η_эд, отклонения мощности по вычисленному значению эксплуатационного коэффициента η_эк определяют отклонения от номинальных значений мощности ±ΔN, действующей на валу насоса при его работе на закрытую задвижку с нулевым расходом, и развиваемого им давления ±Δp, и добавляют их к значениям мощности N_н±ΔN давления, развиваемого насосом р_н±Δp при вычислении коэффициента сходимости K, который определяется при номинальном значении расхода путем деления паспортного расходного коэффициента М_н на расчетный расходный коэффициент М_р=((N_н±ΔN)/(р_н±Δp))η_эк-(N_o/p₀), по найденному значению K вычисляется расходный коэффициент M, по формуле путем деления коэффициента сходимости K на расчетный расходный коэффициент; объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q, вычисляется при вычисленном значении расхода Q действующего напора H, а по М_р по вычисленному значению расходного коэффициента M по расходной характеристике Q=f(М) вычисляется плотность перекачиваемой жидкости p путем деления давления, создаваемого насосом при данном расходе, на действующий расчетный напор H и коэффициент g, расчет расхода при приводе насоса от асинхронного электродвигателя производится аналогичным образом, только вначале характеристика насоса с асинхронным электродвигателем пересчитывается по формулам приведения:

для расхода: Q₁/Q₀=(n₁/n₀) или Q₁=Q₀ (n₁/n₀);

для напора: или ;

для мощности: или ,

где Q₁, H₁, N₁, n₁ - текущие значения расхода, напора, мощности, частоты вращения вала насоса, a Q₀, H₀, N₀, n₀ - соответственно их паспортные значения, вычисленные данные по системе передачи поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации по измерению и анализу расходов насосных агрегатов.

«Способ измерения массового расхода и плотности жидкости подаваемой центробежным электронасосом» (Патент 2119148 от 20.10.98), не содержит устройств для измерения температуры параметров насосной установки, датчиков контроля вибрации и других параметров, которые обеспечивают необходимый контроль. В рассматриваемой автоматизированной информационной системе предусмотрены все основные датчики для измерения и анализа в реальном масштабе времени всех основных показателей в работе насосных станций с центробежными электронасосами, таких как расход теплоносителя на магистральных насосных станциях - датчиками давления и датчиками мощности, система, объединяющая выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по измеряемым параметрам, используя которые вычисляется мощность, действующая на валу каждого насоса, путем умножения мощности, потребляемой из сети P_c, на коэффициент полезного действия электродвигателя η_эк, вычисляется давление р, создаваемое насосом, путем вычитания из давления на выходе насоса р_вых давления на его входе р_вх, по паспортным данным вычисляется значение расходного коэффициента М₀ при нулевом расходе в начале рабочих характеристик путем деления мощности N₀ на давление р₀, экспериментально определяется эксплуатационный коэффициент η_эк при работе насоса на закрытую задвижку путем умножения результата деления мощности N₀ на давление р₀ при работе насоса на закрытую задвижку, взятые из рабочих характеристик насоса, результат деления измеренного значения давления p₀₁ на измеренное значение мощности на валу насоса N₀₁, по эксплуатационному коэффициенту η_эк. Отклонения мощности ±ΔN и давления ±Δр от номинальных значений и во всем диапазоне паспортных характеристик добавляются к рабочим характеристикам насоса по мощности N±ΔN и давлению р±Δp, вычисляются во всем диапазоне по паспортным данным расчетный расходный коэффициент М_р без коэффициента сходимости K путем умножения результата деления мощности N±ΔN на значение давления р±Δр, на эксплуатационный коэффициент η_эк минус значение расходного коэффициента М₀, строим график зависимости паспортного расходного коэффициента M от расчетного М_р расходного коэффициента M=f(M_p), в период измерения по вычисленному значению М_р по характеристике M=f(M_p) определяются действительный расходный коэффициент M, а по графику Q=f(M) определяется объемный расход Q с использованием коэффициента сходимости K, который определяется во всем диапазоне характеристик путем деления номинального паспортного расходного коэффициента М_н на расчетный расходный коэффициент М_р по формуле:

где М_н, N_н, р_н, N_o, р_о - номинальные значения величин, которые берутся из рабочих характеристик данного насоса, при вычисленном значении эксплуатационного коэффициента η_эк и величина отклонения этих значений ±Δр, ±ΔN от паспортных при испытании насоса на закрытую задвижку, и строятся графики η_эк=f(К), К=f(M_p), или К=М_н/М_р, по найденному значению К вычисляется расходный коэффициент M по формуле путем деления коэффициента сходимости K на расчетный расходный коэффициент М_р, по вычисленному значению расходного коэффициента по расходной характеристике Q=f(M_p) вычисляется объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q вычисляется при вычисленном значении расхода действительный напор H, а по нему - плотность p перекачиваемой жидкости путем деления действующего давления, создаваемого насосом, на действующий расчетный напор H, и коэффициент g, вычисляется коэффициент полезного действия насоса путем умножения давления на результат деления расхода на мощность, вычисленные данные по системе передачи поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных установок. Автоматизированная информационная система обеспечивает непрерывный контроль за работой каждой насосной установки путем непрерывного измерения и анализа в реальном масштабе времени объемного и массового расхода жидкости

На чертежах представлены:

Фиг.1. Схема расположения насосных станций системы теплоснабжения г.Самары.

Фиг.2. Рабочие характеристики насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочих колес D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя.

Фиг.3. Пересчитанные рабочие чертежи насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя.

Фиг.4. Рабочие характеристики насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя при отклонении параметров насоса от паспортных значений.

Фиг.5. Графики определения коэффициента сходимости K от эксплуатационного коэффициента η_эк.

Фиг.6. График расхода теплоносителя на насосной станции №1.

Фиг.7. График расхода теплоносителя на насосной станции №6.

Фиг.8. Графики давления на насосной станции №6.

Фиг.9. График расхода теплоносителя по насосной станции №11.

Фиг.10. Графики давления на насосной станции №11.

Фиг.11. График расхода теплоносителя на насосной станции №12.

Фиг.12. График расхода теплоносителя на насосной станции №13.

Фиг.13. Общий вид диспетчерского пункта Самарских тепловых сетей.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. В рассматриваемой автоматизированной системе предусматривается использование в качестве расходомера непосредственно работающую насосную установку, рабочие характеристики которой показаны на фиг.2, а пересчитанная рабочая характеристика вместе с новой расходной характеристикой дана на фиг.3, при этом для измерения расхода необходимо только измерять давление, создаваемое насосом р в рабочем режиме, и активную мощность N на валу насоса и чрез определенное время активную мощность N₀ и давление р₀, создаваемое насосом при закрытой задвижке на его выходе.

Для построения рабочих характеристик насоса с приводом от асинхронного электродвигателя необходимо вначале делать пересчет характеристик в зависимости от частоты вращения вала насоса по формулам приведения:

для расхода

для напора

для мощности

где Q₁, H₁, N₁, n₁ - текущие значения расхода, мощности, напора, частоты вращения, a Q₀, H₀, N₀, n₀ - соответственно их паспортные значения при холостом ходе насоса, например 1500, 3000 об/мин.

Паспортная характеристика насоса выдается заводом-изготовителем. Однако в процессе эксплуатации насосных установок, их ремонта и разных условий эксплуатации действительные характеристики могут отличаться от паспортных. В связи с этим характеристики насоса, полученные после ремонта насоса и возможной замены некоторых его узлов, называются базовыми, с которыми в дальнейшем сравниваются характеристики, получаемые при текущей эксплуатации насосного агрегата. Характеристики, полученные в процессе эксплуатации насоса, называются текущими. Изменение частоты вращения асинхронного электродвигателя в процессе его работы, начиная от его работы на холостом ходу n₀ до работы насоса при его номинальной паспортной производительности с частотой n_н:

n=n₀-n_н, об/мин.

Для рассматриваемого насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм и приводом от асинхронного электродвигателя

n_p=1500-1450=50, об/мин.

Для определения частоты вращения вала насоса электродвигателя на 1 кВт мощности берем значение мощности на валу насоса P₂ при его номинальной частоте вращения, тогда расчетная частота n_р будет равна

В нашем примере при n_н=1450 об/мин при мощности, равной 500 кВт

Затем каждое значение мощности N при определенном расходе умножаем на n_p и отнимаем полученное значение от значения частоты вращения при холостом ходе электродвигателя n₀.

n=n₀-(n_p·N).

В нашем случае пример вычисления текущих значений числа оборотов для различной мощности дан ниже:

n₀=1500-(220·0,101)=1500-22,22=1477,78, об/мин.

n₁=1500-(250·0,101)=1500-25,25=1474,75, об/мин.

n_н=1500-(495·0,101)=1500-49,995=1450,0, об/мин.

Далее находим отношение n₁/n₀, где n₁ - текущее значение числа оборотов вала насоса, n₀=1500 об/ мин - значение числа оборотов вала насоса при холостом его ходе взятые из паспортной его характеристики. Определяем для примера n₁/n₀ по трем значениям рабочей характеристики насоса:

Определяем для примера расчетный расход Q*:

Определяем для примера по трем рабочим характеристикам насоса:

Определяем расчетный напор Н*:

Определяем для примера (n₁/n₀)³ по трем рабочим характеристикам насоса:

Определяем расчетное значение N*:

Определяем давление p по трем точкам пересчитанной рабочей характеристики:

р₀=ρ·g·H₀·10^-6=998,8·9,81·108,37=1,06185, МПа,

p₁=ρ·g·H₁·10^-6=998,8·9,81·104=1,019, МПа,

р_н=ρ·g·H_н·10^-6=998,8·9,81·83,17=0,8149, МПа.

Полученные расчетные данные по числу оборотов вала, насоса, расходу, напору и мощности помещаем в таблицу 1.

Таблица 1
Расчетные данные по насосу Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя
Q_н м³/ч	N_н, кВт	Н_н, н	n₁ об/мин	Q*=Q-n₁/n₀	Н*=Н·(n₁/n₀)²	N*=N·(n₁/n₀)³	p, МПа	M, кВт/МПа
0	220	110	1477,78	0	108,37	210,37	1,06185	198,1-198,1
200	250	108	1474,75	196,63	104,0	237,4	1,019	34,94
400	280	107	1471,72	392,44	103,0	274,72	1,0092	76,1
600	320	106	1467,28	586,92	101,43	299,52	0,9938	103,29
800	355	105	1464,15	780,88	100,041	330,15	0,98	138,79
1000	390	104	1460,61	973,7	98,26	360,046	0,963	175,78
1200	425	102	1457,07	1165,65	96,25	389,54	0,943	215,0
1400	455	93	1454,04	1357,1	87,39	414,441	0,856	286
1600	495	89	1450,0	1546,72	83,17	447,16	0,8149	350,63
1800	530	80	1446,47	1735,76	74,39	475,24	0,729	453,8

В таблице 1 число оборотов меняется от нагрузки - n₁ текущие обороты, n₀ - паспортные значения насоса при номинальной частоте при холостом ходу. В данном случае n₀=1500 об/мин.

Расчетная частота равна -

В данном примере эксплуатационный коэффициент η_эк и коэффициент сходимости K равны нулю.

При использовании асинхронного электродвигателя для привода насоса расходный коэффициент M вычисляется по обычной формуле

при этом никаких пересчетов мощности, давления и расхода не делается, так как они автоматически меняются в процессе измерения. Пример расчета расходного коэффициента M:

В результате анализа можно сделать вывод, что при использовании асинхронного электродвигателя в качестве привода насоса изменение его частоты вращения вала от нагрузки учитывается пересчетной характеристикой и, следовательно, никаких дополнительных расчетов в процессе измерения расхода делать не надо. Данные для построения графиков даны в таблицах 2 и 3.

Таблица 2
Данные, предназначенные для построения графиков по насосу Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя
*, n₁/n₀	КПД, %	Н*, (n₁/n₀)²	N*, (n₁/n₀)³	p, Па	M, кВт/МПа
0	0	108,37	220	1,06185	198,1-198,1
196,63	30	104,0	250	1,019	34,94
392,44	50	103,0	280	1,0092	76,1
586,92	60	101,43	320	0,99,38	103,29
780,88	70	100,041	355	0,98	138,79
973,7	76	98,26	390	0,963	175,78
1165,65	83	96,25	425	0,943	215,0
1357,1	85	87,39	455	0,856	286
1546,72	85	83,17	495	0,8149	350,63
1735,76	78	74,39	530	0,729	453,8

Таблица 3
Подготовленные для построения графиков рабочие характеристики насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540. мм. с приводом от асинхронного электродвигателя
Q*, n₁/n₀	КПД, %	Н*, (n₁/n₀)²	N*, x5 (n₁/n₀)³	р, /100 МПа	M, х5 кВт/МПа
0	0	108,37	42,07	106,185	0,0
196,63	30	104,0	52,92	101,9	12,31
392,44	50	103,0	54,94	100,92	15,22
586,92	60	101,43	59,9	99,38	21,66
780,88	70	100,041	66,03	98	27,76
973,7	76	98,26	72,01	96,3	35,16
1165,65	83	96,25	77,91	94,3	43,0
1357,1	85	87,39	82,88	85,6	57,2
1546,72	85	83,17	89,43	81,49	70,17
1735,76	78	74,39	95,05	72,9	90,76

Математическое описание графиков, показанных на фиг.3:

N=1E-4Е Q³-4Е-06 Q²+0,0326 Q+42,32, кВт. Мощность.

M=2Е-48 Q³-4Е-05 Q²+0,0545 Q-0,4572, кВт/МПа. Расход, коэф.

p=4Е-08 Q³+1E-45 Q²-0,01 Q+105,22, МПа. Давление.

H=-4Е-08 Q³+1E-05 Q²-0,0111 Q+103,55, м. Напор.

КПД=1E-48 Q³-1Е-05 Q²+0,1433 Q+2,2061, %. КПД.

Приведем расчет параметров насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя при их не соответствии с паспортными данными, по мощности больше на 10 кВт и давлению больше на 0,2 МПа, которые учтены в таблице 4.

Таблица 4
Параметры насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540. мм с приводом от асинхронного электродвигателя при отклонении от паспортными данных
Q*, м³/час	H* м	N*, x5 кВт	р, /100 МПа	M, x5 кВт/МПа	КПД, %
0	108,37	46,07	126,185	0	0
196,63	104,0	51,48	121,9	12,31	37
392,44	103,0	58,95	120,92	15,22	47
586,92	101,43	63,9	119,38	21,66	60
780,88	100,041	70,03	118	27,76	70
973,7	98,26	76,01	116,3	35,16	75
1165,65	96,25	81,91	143	43,0	84
1357,1	87,39	86,89	105,6	57,2	86
1546,72	83,17	93,43	101,49	70,17	84
1735,76	74,39	95,05	72,9	90,76	77

По данным таблицы 4 построим графики.

Математическое описание графиков показанных на фиг.2 и в таблице 3:

М=2Е-08×3-3E-05×2+0,0494x+0,1131, кВт/МПа. Расход, коэф.

N=2Е-09×3-5Е-06×2+0,0327х+42,62, кВт. Мощность.

Н=-1Е-08×3+2Е-05×2-0,0189х+125,97, м. Напор.

p=-1Е-08×3+2Е-05×2-0,0177х+107,78, МПа. Давление.

КПД=7Е-09×3-7Е-05×2+0,1349x+2,4117, %. КПД.

6. Пример выполнения расчетов рабочих характеристик насоса при наличии несоответствия текущей рабочей характеристики с паспортной, с приводом насоса от асинхронного электродвигателя.

Основные несоответствия по мощности и давлению составляют - по мощности +10 кВт, по давлению +0,1 МПа. Для этого режима работы характеристики насоса Д1600-90 при n=1450, об/мин с диаметром рабочего колеса D₂=540 мм даны в таблице 4 и на графике фиг.4.

1. Определяем эксплуатационный коэффициент η_эк

2. Вычисляем коэффициент сходимости К для асинхронного электродвигателя

К_асин=-0,6385η_эк+1,7007.

К_асин=-0,6385·1,085+1,7007=1,0622,

или расчетным путем по формуле, или по графику фиг.5:

где М_н, N_н, р_н, N_o, p_o - номинальные значения величин, которые берутся по графику, показанному на фиг.2, из рабочих характеристик данного насоса, при вычисленном значении эксплуатационного коэффициента η^эк и величинах отклонения этих значений ±Δp, ±ΔN от паспортных при испытании насоса на закрытую задвижку.

3. Вычисляем расходный коэффициент M

4. Вычисляем расход Q

Из таблицы подставляем значения расхода и эксплуатационного коэффициента в формулу

5. Вычисляем разницу в расходе ΔQ с отклонением от паспортного значения.

Разница в расходе ΔQ=Q-Q_эк=1735,71-1586,65=149,11, м³/ч

На разницу расхода 149,11,м³/ч повлияло изменение эксплуатационного коэффициента за счет отклонений параметров насоса от паспортных значений.

6. Вычисляем плотность перекачиваемой жидкости

Для этого при вычисленном расходе и соответственно ему действующего давления по рабочим характеристикам находим значение напора. Вычисляем плотность жидкости по формуле:

В нашем примере при расходе 1546,72 м³/час и давлении 1,0149 МПа напор равен Н=83,17, м.

Это соответствует действительным данным.

7. Вычисляем массовый расход жидкости.

Он равен Q_м=ρ·Q·10^-3 т/ч, где Q_м т/ч - расход массовый и Q м³/ч - расход объемный, ρ, кг/м³ - вычисленное.

В нашем случае Q_м=1546,72·1243,9·10^-3=1924, т/ч.

Это соответствует реальному значению массового расхода.

8. Вычисляем текущее значение КПД насоса.

Вычисление КПД насоса делается по формуле:

КПД=p·Q·10⁶/(102·3600 N_н), %, здесь давление р, кГ/см² _,

КПД=p·Q·10⁵/(3600 N_н), %, здесь давление р, МПа.

В нашем примере при р=1,0149 МПа, КПД=1,0149·1546,72·10⁵/(3600·467,16)=93.34 %. Это значение КПД близко стоит к действительному значению.

9. Вычисляем мощность, потребляемую насосом из сети:

где η_эд - КПД электродвигателя равный 97, %.

Рассмотренная автоматизированная информационная система внедрена в Самарских тепловых сетях в 1998 году на шести центральных насосных станциях №1.5, 6, 11, 12, 13, получаемая информация по каждой насосной стации в виде расхода и давления дана на графиках фиг.6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, которые подаются на диспетчерский пункт, показанный на фиг.13. Знание расхода и давления обеспечивают определение КПД насосных агрегатов. В результате малейшего отклонения КПД от нормы принимались тут же необходимые меры по восстановлению КПД, что не допускало перерасход электроэнергии. В процессе эксплуатации системы делались многократные испытания по сопоставлению получаемых данных с показаниями ультразвуковых. Пример таких сравнительных испытаний дан в прилагаемой таблице №5

Таблица 5
Время Суток, час	Расход, м³/час Ультразвук	Расход, м³/час Метод по патенту	Время суток	Расход, м³/час Ультразвук	Расход. м³/час Метод по патенту
8-00	596	627.03	22-00	592,96	586,3
9-00	620,3	620.37	23-00	592,22	595.9
10-00	595,18	607,78	0-00	590	615,18
11-00	580,37	601,18	1-00	600,37	613.7
12-00	598,18	607,78	2-00	607,37	612,96
13-00	587,03	616.67	3-00	604,81	607,03
14-00	584,07	607,78	4-00	605,55	625,92
15-00	592,22	598,9	5-00	607,78	595,18
16-00	591,48	598,9	6-00	590.74	587.03
17-00	589,26	598,9	7-00	584	579,63
18-00	585,55	592,22	8-00	586,3	605,15
19-00	586,29	592,96	Итого	14846,14	15072.48
20-00	567,8	591,48	Итоло	593,84	602,9
21-00	590	587.03

Среднее, измеренное двумя методами, значение расхода равно 598,37 м³/ч. Среднее значение разницы в полученных данных по измерению расхода составляет ±0,75%. Если считать, что в этом виноваты оба метода, то среднюю разницу в результатах измерения можно принять равной ±0,37%.

За весь период экспериментальной работы рассматриваемой автоматизированной информационной системы не было ни одного случая выхода ее из строя. Это говорит о том, что имеется гарантия внедрения данной системы во всех сетях теплоснабжения предприятий, в городах и сельских населенных пунктах России.

Автоматизированная информационная система для измерения и анализа в реальном масштабе времени расхода теплоносителя на магистральных насосных станциях тепловых сетей, содержащая насосные станции с датчиками давления, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена датчиками мощности и системой передачи данных, объединяющей выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по давлению и мощности с измерением расхода теплоносителя с выдачей данных по расходу и давлению в цифровой и графической форме с использованием новой расходной характеристики, при этом работающий насосный агрегат одновременно является расходомером, в базу данных вводится пересчитанная рабочая характеристика насосного агрегата с учетом, когда в качестве привода используется синхронный электродвигатель или асинхронный электродвигатель, при котором рабочие характеристики предварительно пересчитываются по формулам приведения, при использовании синхронного электродвигателя по рабочим характеристикам вычисляется новая расходная характеристика M-Q с расходными коэффициентами М, для этого по паспортным данным по напору Н строится характеристика давления p-Q, при известной плотности жидкости р, при которой строится паспортная характеристика p-Q по формуле p=p·g·H·10^-6 МПа, далее с использованием расхода вычисляются расходные коэффициенты М по всему диапазону расхода Q, а по ним расходная характеристика M-Q по формуле: М=(N/р)η_эк-(N₀/р₀)K, где N, р - данные, взятые из паспортной характеристики; N₀, p₀ - мощность и давление при закрытой в течение одной минуты задвижке на выходе насоса, полученные экспериментально по формуле η_эк=(N₀/p₀)/(p₀₁/N₀₁), где N₀, р₀ - паспортные данные, и р₀₁, N₀₁ - экспериментальные данные, определяются действующие на валу каждого насоса N путем умножения мощности, потребляемой из сети Р_с, на коэффициент полезного действия электродвигателя η_эд, отклонения мощности по вычисленному значению эксплуатационного коэффициента η_эк определяют отклонения от номинальных значений мощности ±ΔN, действующей на валу насоса при его работе на закрытую задвижку с нулевым расходом, и развиваемого им давления ±Δр и добавляют их к значениям мощности N_н±ΔN, давления развиваемого насосом р_н±Δр при вычислении коэффициента сходимости K, который определяется при номинальном значении расхода путем деления паспортного расходного коэффициента М_н на расчетный расходный коэффициент М_р=((N_н±ΔN)/(р_н±Δр))η_эк-(N₀/р₀), по найденному значению K вычисляется расходный коэффициент М по формуле путем деления коэффициента сходимости K на расчетный расходный коэффициент; объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q, вычисляется при вычисленном значении расхода Q действующего напора Н, а по М_р, по вычисленному значению расходного коэффициента М, по расходной характеристике Q=f(M) вычисляется плотность перекачиваемой жидкости р путем деления давления, создаваемого насосом при данном расходе, на действующий расчетный напор Н и коэффициент g, расчет расхода при приводе насоса от асинхронного электродвигателя производится аналогичным образом, только вначале характеристика насоса с асинхронным электродвигателем пересчитывается по формулам приведения:
для расхода: Q₁/Q₀=(n₁/n₀) или Q₁=Q₀ (n₁/n₀);
для напора: или ;
для мощности: или ,
где Q₁, H₁, N₁, n₁ - текущие значения расхода, напора, мощности, частоты вращения вала насоса, a Q₀, Н₀, N₀, n₀ - соответственно их паспортные значения, вычисленные данные по системе передачи поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации по измерению и анализу расходов насосных агрегатов.

Способ определения расхода рабочей жидкости по магистрали подачи и система для определения расхода // 2462691

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения объемного (массового) расхода текучей среды путем пропускания ее через измерительное устройство непрерывным потоком с измерением давления или перепада давления.

Способ измерения параметров многофазного потока и устройство для его осуществления // 2415385

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для покомпонентного измерения потока нефти, который, как правило, дополнительно содержит свободный газ и воду, а также может быть использовано при измерениях газовых потоков в магистральных газопроводах, двухфазных потоков в различных областях промышленности, для замера трудно учитываемых жидкостей, например глинистые и цементные растворы.

Устройство для стабилизации расхода // 2396588

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в качестве устройства для стабилизации расхода за счет профилирования поля скоростей потока жидкости в канале на входе теплоносителя в имитатор топливной кассеты активной зоны ядерной энергической установки (ЯЭУ), преимущественно серийного блока типа ВВЭР-1000 при подтверждении гидравлических параметров первого контура.

Счетчик-расходомер // 2396517

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано в технологических трубопроводах для измерения количества газа или жидкости, в ЖКХ и производственных процессах, а также в узлах учета энергоресурсов для коммерческого расчета.

Способ измерения протекающей в трубопроводе среды и измерительная система // 2390733

Изобретение относится к способу измерения, по меньшей мере, одного физического параметра потока, в частности весового расхода и/или плотности и/или вязкости протекающей в трубопроводе двух- или многофазной среды, а также к пригодной для этого измерительной системе.

Расходомер // 2362123

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения расхода с повышенной точностью при одновременном измерении плотности и определении состава (соотношения компонентов в смеси) перекачиваемой двухкомпонентной жидкости, например ракетного или авиационного топлива, нефтепродуктов, смеси воды и нефти в условиях больших перепадов температур, например при изменениях высоты полета, при периодическом чередовании освещенной (солнечной) и теневой стороны с резкими перепадами температур, в различных климатических условиях.

Плотномер-расходомер жидких или газообразных сред // 2359247

Изобретение относится к области измерения параметров жидкости или газа непосредственно в потоке и может найти применение в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Измерительный модуль скорости потока и способ его измерения // 2321880

Устройство для измерения расхода газа // 2319932

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода газа диафрагменного типа и может быть использовано для измерения расхода газа, транспортируемого по магистральным и технологическим трубопроводам.

Счетчик-расходомер газа // 2492426

Автоматизированная информационная система для управления насосно-трубопроводным комплексом с вертикальными электроцентробежными насосами для откачки канализационных сточных вод // 2493542

Автоматизированная информационная система для управления насосно-трубопроводным комплексом содержит насосные станции с приборами для измерения давления, создаваемого электроцентробежными насосами, приборами для измерения электрической мощности, потребляемой электродвигателями привода электроцентробежных насосов. Система дополнительно снабжена блоком управления электродвигателем электроцентробежного насоса, датчиками температуры, для измерения температуры подшипников и корпуса электроцентробежного насоса, датчиком для измерения вибрации насосной установки, системой передачи данных. Система передачи данных объединяет выходы всех датчиков и сообщений с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по измеряемым параметрам. По данным параметрам измеряется давление на входе электроцентробежного насоса, которое характеризует уровень жидкости в приямке электроцентробежного насоса. Технический результат - упрощение процесса измерения и анализа в реальном масштабе времени параметров вертикального электроцентробежного насоса и предусмотренных параметров насосной системы. 7 ил.

Измерение влажного газа // 2497084

Группа изобретений относится к определению свойств многофазной технологической текучей среды. Способ определения свойств многофазной технологической текучей среды содержит этапы, на которых: пропускают многофазную текучую среду по колебательно подвижной расходомерной трубке и расходомеру переменного перепада давления; вызывают движение расходомерной трубки и определяют первое кажущееся свойство текучей среды; определяют, по меньшей мере, одно кажущееся промежуточное значение, которое представляет собой первый критерий Фруда для негазообразной фазы текучей среды и второй критерий Фруда для газообразной фазы текучей среды; определяют степень влажности текучей среды на основе преобразования между первым и вторым критериями Фруда и степенью влажности; определяют второе кажущееся свойство текучей среды с использованием расходомера переменного перепада давления; определяют фазозависимое свойство текучей среды на основе степени влажности и второго кажущегося свойства. При этом первое кажущееся свойство выбрано из кажущегося массового расхода или плотности. Группа изобретений относится также к расходомеру, содержащему колебательно подвижную расходомерную трубку, соединенные с ней возбудитель колебаний и датчик для считывания движения трубки, и контроллер, а также к измерительному преобразователю расходомера и системе определения свойств многофазной текучей среды. Группа изобретений обеспечивает повышение точности определения свойств многофазной текучей среды и позволяет оценить точность работы расходомеров. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Уровнемер-расходомер жидкости в баке // 2502957

Уровнемер-расходомер жидкости в баке содержит корпус, дифференциальный датчик давления, пневмогидравлический блок, включающий герметичную полость, трубку со сквозным каналом для вертикального погружения ее на дно бака с контролируемой жидкостью одним концом, а другим концом соединенную с одним из входов дифференциального датчика давления, герметичные упругие элементы, причем герметичные упругие элементы выполнены в виде мембранных коробок, часть сторон которых, в частности одна сторона, выполняется упругой, а остальные, соответственно, жесткими. Уровнемер-расходомер жидкости в баке дополнительно содержит преобразователь расхода в давление, второй дифференциальный датчик давления с двумя входами, подключенный к индикатору, и блок компенсации изменения уровня жидкости с компенсирующим каналом. Причем преобразователь расхода в давление состоит из камеры, состоящей, в свою очередь, из двух отсеков - приемного и отделенного от него разделительной мембраной выходного отсека. Выходной отсек подключен сквозным гидравлическим каналом, выполненным в виде трубки малого диаметра к одному из двух входов второго дифференциального датчика давления. Технический результат - одновременное измерение уровня и расхода различных жидкостей, например топлива в баках транспортных средств, в частности, в вездеходах топливовозах и снегоболотоходов, предназначенных для работы в особо тяжелых дорожно-климатических условиях при изменениях температуры в большом диапазоне и при низких температурах до -70°С. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения массы сжиженного газа в сливном рукаве и устройство для его осуществления // 2537473

Способ определения массы сжиженного газа, по которому измеряют температуру и давление в емкости, выпускают вещество из емкости и контролируют время истечения вещества из емкости через насадку и изменение давления в емкости. Массу вещества определяют по газодинамическим соотношениям. При этом согласно изобретению измеряют геометрические размеры внутренней полости сливных рукавов, определяют коэффициент расхода насадки из справочных данных, измеряют температуру в автоцистерне, определяют состав сжиженного газа согласно паспорту качества. Рассчитывают плотность паровой фазы сжиженного газа как двухфазной системы по правилу аддитивности для определенного состава и измеренной температуры. Выпускают сжиженный газ из рукава паровой фазы и рукава слива через насадку при сверхкритическом и докритическом истечении. Определяют достоверность определения коэффициента расхода путем соотнесения массы, прошедшей через насадку из рукава паровой фазы, и массы, которая находилась в рукаве паровой фазы до истечения. Сопоставляют величины массы, прошедшей через насадку из рукава паровой фазы и рукава слива, и по разности величин определяют массу жидкой фазы сжиженного газа в рукаве слива. Технический результат - измерение расхода массы сжиженного газа из сливного рукава через насадку при истечении с непостоянным давлением. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Способ определения расхода теплоносителя датчиками скорости // 2597673

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения расхода теплоносителя. Отличительной особенностью способа определения расхода теплоносителя датчиками скорости является то, что дополнительно устанавливают по крайней мере один датчик скорости, определяют расход теплоносителя на основе частного вида профиля скорости где Dтр - диаметр трубопровода, W(r, φ) - частный вид профиля скорости, а частный вид профиля скорости определяют на основе измеренных датчиками скорости значений скоростей и общего вида профиля скорости, а общий вид профиля скорости определяют на основе теоретических представлений и предварительных модельных опытов. Технический результат - повышение точности определения расхода. 2 ил.

Способ измерения расхода жидкости // 2617701

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкости в трубопроводе. Способ измерения расхода жидкости включает измерение перепада давлений на суженном участке трубопровода и на его широкой части, определение по разности давлений расхода жидкости, протекающей по трубопроводу, в отличие от прототипа, давление на суженном участке увеличивают до величины давления на широком участке трубопровода путем нагрева газа в камере дифференциального манометра, соединенной с суженным участком, причем нагрев производят электронагревателем, а расход жидкости определяют по расходу электроэнергии, используемой для нагрева газа. Технический результат - повышение чувствительности и точности измерений, являющихся следствием использования наиболее точного компенсационного метода измерений, возможность непрерывного получения данных о текущей величине расхода жидкости в режиме реального времени. 1 ил.

Расходомер переменного уровня // 2636139

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано при измерениях дебита продукции нефтегазодобывающих скважин. Расходомер переменного уровня состоит из сосуда с напорным и сливным трубопроводами на входе и выходе, перегородки с профилированной сливной щелью, через которую происходит истечение жидкости из входной приемной камеры в выходную полость сосуда, обеспечивающей прямую пропорциональность между расходом жидкости и высотой столба жидкости, и дифференциального манометра, измеряющего высоту столба жидкости в приемной камере перед перегородкой. Согласно изобретению его оснащают дополнительной перегородкой с профилированной сливной щелью, обеспечивающей обратную пропорциональность между расходом газа и высотой столба жидкости, и дополнительным дифференциальным манометром, измеряющим высоту столба жидкости перед этой перегородкой. Причем, в зависимости от конструкции, перегородки с соответствующими дифференциальными манометрами могут располагаться либо в одном сосуде, в двух герметично разделенных полостях, либо в двух сосудах, соединенных трубопроводом, а перегородки могут быть выполнены в виде трубы. Технический результат - расширение функциональных возможностей и соответственно повышение потребительских свойств расходомера переменного уровня и позволяет производить измерения расхода не только жидкости, но и газа. 4 ил.

Устройство для определения расхода теплоносителя в технологическом канале реакторной установки типа рбмк-1000 // 2643187

Изобретение относится к определению расхода теплоносителя (воды) в технологическом канале (ТК) реакторной установки (РУ) типа РБМК-1000. Устройство содержит датчик давления, установленный в ТК блока РБМК-1000, стойку измерительно-вычислительного комплекса (ИВК), персональную ЭВМ. Датчик давления представляет собой тензопреобразователь избыточного давления на основе сапфиро-титановой мембраны, выполненный с возможностью пропорционального преобразования давления теплоносителя в электрический выходной сигнал постоянного тока. Стойка ИВК запитывает датчики давления постоянным током в 1,5 мА. Персональная ЭВМ управляет стойкой ИВК и осуществляет регистрацию выходных сигналов датчиков с записью на запоминающем носителе и последующим преобразованием данных в формат Изернет для передачи информационно-измерительной системе "СКАЛА-микро", в которой расход теплоносителя вычисляется по перепаду давления на ЗРК в ТК при использовании данных о пропускной способности ЗРК из поканальной базы данных ИИС "СКАЛА-микро". Устройство выполнено с возможностью непрерывного контроля расхода теплоносителя в технологическом канале реакторной установки типа РБМК-1000. Технический результат - повышение точности регистрации расхода теплоносителя в ТК реактора, троекратный запас по превышению давления теплоносителя проектной величины, увеличение срока службы датчиков давления. 4 ил.

Расходомер // 2643688

Изобретение относится к технике измерения расхода любых перекачиваемых сред. Предлагаемый расходомер содержит корпус с перемычкой, повторяющей форму сечения аэродинамического крыла, причем перемычка жестко закреплена в корпусе устройства и имеет каналы сообщения ее верхней и нижней поверхности с чувствительным элементом дифференциального манометра. Шкала дифференциального манометра отградуирована в размерностях расхода. В корпусе устройства перед перемычкой жестко закреплен успокоитель потока, придающий ему ламинарную форму течения. Технический результат – повышение точности, надежности и безопасности эксплуатации расходомера за счет неподвижности перемычки, повторяющей форму сечения аэродинамического крыла, и придания потоку перекачиваемой среды ламинарной формы течения. Отсутствие подвижных элементов исключает какие-либо виды механических дефектов при работе расходомера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.