Способ отключения насоса, а также конструкция насосной станции - RU2682043C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в целом к способу отключения насоса, который выполнен с возможностью перекачивания жидкости через трубопровод, при этом насос, перед своим отключением, приводится в действие с рабочей частотой с помощью блока управления. В особенности настоящее изобретение относится к способу отключения насоса, выполненного с возможностью откачивать сточную воду. Согласно второму аспекту, настоящее изобретение относится к конструкции насосной станции, содержащей насос, блок управления и трубопровод, соединенный с выпуском насоса, причем конструкция насосной станции конфигурируется для выполнения вышеупомянутого способа отключения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В таких конструкциях насосной станции скорость потока жидкости находится обычно в диапазоне от 0,7 до 1 метра в секунду, вызывая наличие большого потока жидкости, имеющего большую инерцию в трубопроводе, простирающемся от насоса. Скорость потока жидкости, как правило, выше, чем 0,7 метра в секунду, чтобы избежать образования осадка в трубопроводе, и обычно не превышает 1 метра в секунду, чтобы не иметь дело с высокими потерями из-за трения. К тому же трубопровод может быть тысячи метров в длину. Если подача жидкости от насоса к трубопроводу резко остановится, в жидкости будет возбуждена волна давления, которая передается через трубопроводную систему и, тем самым, различные части жидкости будут иметь разную скорость. Эта затруднительная ситуация может повлечь за собой образование вакуумных пузырей в трубопроводе и когда они лопаются, например, то различные части жидкости движутся в разных направлениях в трубопроводе, и происходит так называемый гидроудар, который создает риск повреждения трубопровода и его узлов. Кроме того, когда столб жидкости поворачивается обратно к насосу, обычный невозвратный клапан, расположенный ниже по потоку от насоса, захлопнется с риском оказаться поврежденным.

Для того чтобы уменьшить воздействия гидравлического удара, традиционно известно понижение частоты насоса от рабочей частоты до нуля по команде отключения, которая генерируется автоматически или вручную. Целью понижения (частоты), является постоянное поддержание насоса в режиме генерирования положительного давления откачивания, и, тем самым, удержание невозвратного клапана открытым так, что скорость потока жидкости медленно снижается таким образом, чтобы в трубопроводе не образовывались никакие вакуумные пузыри. Для того чтобы полностью устранить вакуумные пузыри, понижение (частоты) должно быть очень долгим, потребляя ненужное количество энергии.

Кроме того, понижение с рабочей частоты до нуля повлечет за собой в реальности то, что невозвратный клапан окажется закрытым, несмотря на то, что рабочее колесо по-прежнему приведено во вращение, чтобы создавать поток жидкости, но давление откачивания и/или поток жидкости слишком мал, чтобы суметь откачивать жидкость в трубопровод. Например, насос потребляет энергию, не давая никакого полезного результата.

ЦЕЛИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цели изобретения

Настоящее изобретение направлено на минимизацию указанных выше недостатков и недостатков ранее известных способов отключения, а также на обеспечение улучшенного способа отключения для насоса. Основной задачей настоящего изобретения является предложить улучшенный способ отключения первоначально определенного типа, который за короткий, насколько это возможно, промежуток времени, отключает насос, в то же время такое влияние гидроудара в трубопроводе существенно снижается.

Еще одной задачей настоящего изобретения является предложить способ отключения, при котором размеры вакуумных пузырей уменьшаются.

Еще одной задачей настоящего изобретения является предложить способ отключения, который бережет трубопровод и невозвратные клапаны.

Еще одной задачей настоящего изобретения является предложить способ отключения, который влечет за собой снижение энергопотребления при выключении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, основная цель достигается с помощью первоначально определенного способа и конструкции насосной станции, имеющих признаки, определенные в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно определяются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается способ отключения первоначально определенного типа, который отличается этапами, из которых: понижение, с помощью блока управления, частоты насоса по команде отключения, причем конечная частота понижения равна рабочей частоте насоса минус, по меньшей мере, 10 Hz, время понижения (частоты), по меньшей мере, равно времени отражения для трубопровода, о котором идет речь, конечная частота понижения составляет не менее 10 Гц, и остановка насоса после указанного понижения (частоты), с помощью блока управления.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается конструкция насосной станции, содержащая насос, блок управления и трубопровод, соединенный с выпуском насоса.

Конструкция насосной станции отличается тем, что блок управления выполняется с возможностью понижать, по команде отключения, частоту насоса от рабочей частоты, при этом конечная частота понижения равна рабочей частоте F_N насоса минус, по меньшей мере, 10 Гц, время понижения, по меньшей мере, равно времени Т_R отражения для трубопровода, о котором идет речь, конечная частота понижения составляет не меньше, чем 10 Гц, кроме того, блок управления выполняется с возможностью останавливать насос после понижения (частоты).

Таким образом, настоящее изобретение основывается на понимании того, как использовать положительные воздействия в начале понижения и избежать негативных воздействий в конце понижения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, этап остановки насоса после понижения (частоты), включает в себя вывод насоса из зацепления с помощью блока управления, чтобы позволить рабочему колесу насоса свободно вращаться, пока оно не остановится. Таким образом, гарантируется, что насос не выполняет работу, которая не является полезной.

Согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения, этап остановки насоса после понижения (частоты) включает в себя выполнение второго понижения частоты насоса с помощью блока управления таким образом, что крутящий момент двигателя насоса, подвергающегося воздействию со стороны перекачиваемой жидкости, регулируется в направлении равном нулю. Таким образом, имитируется свободное вращение рабочего колеса до его остановки, и тем самым гарантируется, что насос не выполняет работу, которая не является полезной.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, конечная частота понижения меньше или равна 35 Гц, и кроме того, больше или равна 25 Гц. Таким образом, выполняется достаточное понижение (частоты) для того, чтобы существенно уменьшить последствия гидравлического удара, без необходимости для насоса выполнять работу, которая не является полезной.

Другие преимущества с отличительными признаками и сами признаки настоящего изобретения являются очевидными из других зависимых пунктов формулы изобретения, а также из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более полное понимание упомянутых выше и других отличительных признаков и преимуществ настоящего изобретения станет очевидным, из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления, имеющего ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение насосной станции, содержащее конструкция насосной станции,

Фиг. 2 представляет собой диаграмму, которая схематически показывает то, как изменяются частота, поток жидкости и давление насоса при отключении, в соответствии с настоящим изобретением, и

Фиг. 3 представляет собой диаграмму, которая схематически показывает то, как изменяются частота, поток жидкости и давление насоса при отключении, в соответствии с предшествующим уровнем техники.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 показывается конструкция насосной станции, содержащее насосную станцию, в целом обозначенную позицией 1, содержащую, по меньшей мере, один насос 2 с регулируемой скоростью вращения, обычно, два погружных насоса, настроенные в активном состоянии, чтобы перекачивать жидкость из отстойника 3 насосной станции 1 к трубопроводу 4, простирающемуся далеко от насосной станции 1. Трубопровод 4 содержит невозвратный клапан (не показан), расположенный в близком соединении с насосом 2. Кроме того, насосная станция 1 обычным образом содержит, по меньшей мере, один датчик 5 уровня, выполненный с возможностью определять уровень жидкости в насосной станции 1, при этом датчик 5 уровня может, например, быть образован плавающим датчиком уровня, который выполняется с возможностью определять предварительно заданный уровень жидкости или датчиком уровня непрерывного действия, который выполнен с возможностью определять различные уровни жидкости. Следует отметить, что датчик 5 уровня может быть отдельным устройством, которое функционально соединяется с внешним блоком 6 управления, может быть функционально соединен с указанным, по меньшей мере, одним насосом 2 с регулируемой скоростью вращения, может быть встроен в указанный, по меньшей мере, один насос 2 с регулируемой скоростью вращения, и т.д. Указанный, по меньшей мере, один насос 2 с регулируемой скоростью вращения, предпочтительно, функционально соединяется с внешним блоком 6 управления для того, чтобы допускать регулировку скорости вращения насоса, альтернативно, указанный, по меньшей мере, один насос 2 с регулируемой скоростью вращения может содержать встроенный блок управления (не показан). Ниже, в этом документе, термин блок 6 управления будет использоваться независимо от его физического местоположения.

Насос 2 и блок 6 управления вместе образуют, по меньшей мере, часть конструкции насоса, в котором насос 2 содержит электрический двигатель 7, который выполняется с возможностью приводиться в действие указанным блоком 6 управления, а также рабочее колесо 8, которое соединяется с двигателем 7 посредством ведущего вала 9 обычным образом. Предпочтительно, рабочее колесо 8 представляет собой открытое рабочее колесо, и наиболее предпочтительно рабочее колесо выполняется с возможностью осевого перемещения в насосе 2, по отношению к кольцу крышки/вставки всасывания на входном отверстии насоса, во время работы.

Термин "регулируемая скорость " охватывает все возможные способы изменения угловой скорости насоса, а точнее угловой скорости/рабочей скорости двигателя 7, особенно корректировка частоты подачи тока с помощью преобразователя частоты (частотно-регулируемого привода) предназначенного, т.е. встроенного в насос или который является внешним, и который представляет собой пример указанного блока 6 управления, при этом угловая скорость пропорциональна частоте подачи тока во время нормальной работы. Тем не менее, предполагается внутренне или внешне управляемое регулирование мощности питания и т.д. Таким образом, на общем уровне настоящего изобретения не является существенным, как регулируется рабочая скорость насоса, а только то, что угловую скорость насоса 2 можно регулировать/контролировать.

Насос 2 выполняется с возможностью быть функционально подключенным к электрическим сетям, которые в разных частях мира, имеют различную частоту питания, как правило, 50 или 60 Гц. Согласно альтернативному варианту осуществления, насос 2 функционально соединяется с энергогенерирующим узлом, использующим дизельный двигатель, или тому подобное. Выходная частота от энергогенерирующего узла может быть постоянной или переменной, и, как правило, равна 50 или 60 Гц.

Во время нормальной работы насоса 2 он приводится в действие с помощью блока 6 управления при рабочей частоте F_N, также известной как рабочая скорость. Рабочая частота F_N может отклоняться в течении времени от постоянной, а может быть, например, равна максимальной частоте, то есть частоте питания электрической сети, или находиться в диапазоне 90-95% от частоты питания эклектической сети.

Когда насос 2, или конструкция насосной станции, в силу определенных обстоятельств, принимает автоматически или вручную сгенерированную команду отключения, например от датчика 5 уровня, блок 6 управления инициирует управляемое понижение частоты F насоса 2 от рабочей частоты F_N вниз. Это понижение может быть линейным (постоянная скорость уменьшения) или нелинейным (переменная скорость уменьшения) с рабочей частоты F_N до конечной частоты в течении понижения.

Обратимся теперь к фиг. 2, которая схематично показывает диаграмму, содержащую отмеренное в секундах время на оси Х и частоту F насоса 2 на оси Y. Следует отметить, что ось Y имеет относительный масштаб, где рабочая частота F_N насоса 2 фиксируется на 1 (что соответствует 100 процентов, которые в действительности представляют собой, например 50 Гц). Частота F насоса 2 показывается с помощью средней кривой. Кроме того ось Y также содержит поток жидкости в трубопроводе 4, при этом верхняя кривая показывает то, как поток жидкости изменяется в течении времени, и давление в трубопроводе 4 в области, которая находится ниже по потоку от насоса 2, при этом нижняя кривая показывает то, как изменяется давление в течении времени. Поток жидкости и давление находятся в соответствии с частотой F насоса 2, заданном посредством относительного масштаба.

Конечная частота понижения должна быть равна рабочей частоте F_N насоса 2 минус, по меньшей мере, 10 Hz и к тому же не должна опускаться ниже 10 Гц. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, конечная частота понижения равна 60% от рабочей частоты F_N, т.е. 30 Гц, если рабочая частота F_N равна 50 Гц. Предпочтительно конечная частота понижения должна быть меньше или равна 40 Гц, или, наиболее предпочтительно, меньше или равна 35 Гц. К тому же предпочтительно, чтобы конечная частота понижения была больше или равна 20 Гц, наиболее предпочтительно больше или равна 25 Гц.

Время понижения (частоты) должно быть равно, по меньшей мере, однократному времени T_R отражения для трубопровода 4, о котором идет речь. В примере, показанном на фиг. 2, время понижения (частоты) составляет около 15 секунд.

Время T_R отражения трубопровода 4, о котором идет речь, известно, в таких конструкциях насосной станции и относится ко времени, которое требуется для волны давления в трубопроводе 4, чтобы переместится назад и вперед в трубопроводе 4. Время отражения T_R равно 2*L/C, где L - длина трубопровода, а С - удельная постоянная материала. С находится в диапазоне 300-400, если трубопровод 4 изготавливается из пластика, и С находится в диапазоне 1000-1200, если трубопровод 4 изготавливается из стали. Таким образом, для трубопровода 4, изготовленного из пластика и имеющего длину 2000 метров, время отражения T_R находится в диапазоне от 10 до 13 секунд, а соответствующее значение для трубопровода 4, изготовленного из стали, находится в диапазоне от 3,5 до 4 секунд.

Согласно предпочтительному варианту осуществления время понижения (частоты) должно быть не менее 10 секунд, наиболее предпочтительно, не менее 15 секунд. Это значение применяется, по меньшей мере, когда время отражения трубопровода 4 не известно по какой-либо причине.

После понижения (частоты), способ отключения, являющийся предметом настоящего изобретения, содержит этап остановки насоса 2, посредством блока управления 6.

Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления, который показан на фиг. 2, этап остановки насоса 2 после понижения (частоты) включает в себя расцепление насоса 2 с помощью блока 6 управления, чтобы позволить рабочему колесу 8 насоса 2 свободно вращаться, пока оно не остановится. Согласно второму варианту осуществления (не показан) этап остановки насоса 2 после понижения (частоты) включает в себя выполнение второго понижения частоты F насоса 2 с помощью блока 6 управления таким образом, что крутящий момент двигателя 7 насоса 2, подвергающегося воздействию со стороны перекачиваемой жидкости, регулируется в направлении равным нулю. Второе понижение завершается, когда частота F насоса 2 становится равной нулю. Другими словами, второй вариант осуществления подразумевает, что свободное вращение рабочего колеса 8 имитируется. Согласно третьему варианту осуществления (и не показанному), может быть выполнено второе понижение (частоты), каковое является более крутым, чем первое понижение.

На рисунке 3 показывается диаграмма процесса понижения, согласно предшествующему уровню техники, сопоставленная с фиг. 2, в которой отключение насоса 2 выполняется посредством расцепления рабочего колеса 8 насоса 2 на рабочей частоте и предоставления возможности рабочему колесу 8 свободно вращаться, пока оно не остановится. Нижняя кривая показывает, что под действием большого давления, которое возникает в трубопроводе 4, происходит обширный гидроудар. Верхняя кривая показывает огромную пульсацию потока жидкости в трубопроводе 4.

ВОЗМОЖНЫЕ МОДИФИКАЦИИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение не ограничивается только вариантами осуществления, описанными выше и показанными на чертежах, которые в первую очередь имеют иллюстративную и представляющую пример цель. Эта патентная заявка предназначается чтобы раскрыть все элементы регулирования и разновидности предпочтительных вариантов осуществления, описанных в данном документе, таким образом, настоящее изобретение определяется формулировкой прилагаемой формулы изобретения, и, таким образом, оборудование может быть модифицировано в любой манере в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Также следует отметить, что вся информация о/относительно терминов таких, как выше, ниже, верхний, нижний и т.д., должна быть интерпретирована/прочитана при наличии оборудования, ориентированного согласно фигурам, при наличии чертежей ориентированных таким образом, что ссылки могут быть прочитаны должным образом. Таким образом, такие термины, указывают только на взаимоотношения в показанных вариантах осуществления, каковые отношения могут быть изменены, если, оборудование, являющееся предметом настоящего изобретения обеспечивается другой конструкцией/разработкой.

Следует также отметить, что даже таким образом четко не прописывается, что отличительные признаки конкретного варианта осуществления могут быть скомбинированы с отличительными признаками другого варианта осуществления, при этом комбинация должна быть признана очевидной, если комбинация возможна.

Реферат

Группа изобретений относится к способу отключения насоса (2), выполненного для перекачивания жидкости через трубопровод (4). Насос (2) перед своим отключением приводится в действие с рабочей частотой с помощью блока (6) управления. Способ отключения включает этапы: понижение частоты насоса (2) по команде отключения, причем конечная частота понижения равна рабочей частоте насоса (2) минус, по меньшей мере, 10 Гц, время понижения частоты не меньше времени отражения для трубопровода (4), конечная частота понижения составляет не меньше 10 Гц, и остановка насоса (2) после указанного понижения частоты. Последний этап включает вывод насоса (2) из зацепления с помощью блока (6) управления для обеспечения свободного вращения рабочего колеса (8) насоса (2), пока оно не остановится. Изобретения направлены на сокращение времени остановки насоса, снижение влияния гидроудара в трубопроводе, уменьшение размеров вакуумных пузырей, предотвращение повреждений трубопровода и невозвратных клапанов и снижение энергопотребления. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула