(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1. (54) Sposób sterowania zespołem pomp BUP 02/

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA PO LSK A Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21 ) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl7 F04B 49/02 (54) Sposób sterowania zespołem pomp (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 02/98 (73) U praw niony z patentu: Wowk Józef, Leszno, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/01 (72) Tw órcy w ynalazku: Józef Wowk, Leszno, PL PL B1 (57) Sposób sterowania zespołem pomp realizujących zapotrzebowanie układu pompowego według określonej zależności pomiędzy wydajnością a potrzebną w y- sokością podnoszenia polegający na podziale zakresu wydajności układu pompowego na przedziały przyporządkowane pracy poszczególnych pomp lub pracy zespołowej odpowiednich grup pompy, przy czym sterowanie zespołem pomp odbywa się przy pomocy sygnału sterującego pobieranego wyłącznie z ciśnienia kształtującego się w układzie pompowym za zespołem pomp, znam ienny tym, że uzyskanie informacji o wydajności potrzebnej do sterowania z pomiaru ciśnienia odbywa się przez przetworzenie informacji o ciśnieniu na informację o wydajności poprzez wykorzystanie charakterystyki pomp, która to charakterystyka określa zależność ciśnienia wytwarzanego przez pompę od wydajności pompy, a po osiągnięciu ciśnienia granicznego w przedziale na skutek zmiany zapotrzebowania w układzie pompowym przełącza się układ pracujących pomp na układ odpowiadający sąsiedniemu przedziałowi.

2 Sposób sterowania zespołem pomp Zastrzeżenie patentowe Sposób sterowania zespołem pomp realizujących zapotrzebowanie układu pompowego według określonej zależności pomiędzy wydajnością a potrzebną wysokością podnoszenia polegający na podziale zakresu wydajności układu pompowego na przedziały przyporządkowane pracy poszczególnych pomp lub pracy zespołowej odpowiednich grup pompy, przy czym sterowanie zespołem pomp odbywa się przy pomocy sygnału sterującego pobieranego wyłącznie z ciśnienia kształtującego się w układzie pompowym za zespołem pomp, znamienny tym, że uzyskanie informacji o wydajności potrzebnej do sterowania z pomiaru ciśnienia odbywa się przez przetworzenie informacji o ciśnieniu na informację o wydajności poprzez wykorzystanie charakterystyki pomp, która to charakterystyka określa zależność ciśnienia wytwarzanego przez pompę od wydajności pompy, a po osiągnięciu ciśnienia granicznego w przedziale na skutek zmiany zapotrzebowania w układzie pompowym przełącza się układ pracujących pomp na układ odpowiadający sąsiedniemu przedziałowi. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania zespołem pomp realizujących zapotrzebowanie układu pompowego według określonej zależności pomiędzy wydajnością a potrzebną wysokością podnoszenia. W technice transportu wody podstawowym problemem jest dostosowanie ciśnienia wytwarzanego przez pompy do potrzeb układu pompowego. Można wyróżnić dwa skrajne rodzaje zależności pomiędzy zapotrzebowaniem układu pompowego a ciśnieniem. Jeżeli transport wody polega na podaniu wody na wyższy poziom przy stosunkowo krótkim rurociągu, potrzebne ciśnienie w małym stopniu zależy od wydajności. Pompy mogą je utrzymywać w stałym poziomie. Jeżeli transport wody polega na przesyłaniu na znaczne odległości przy małych różnicach poziomu, ciśnienie należy podnosić proporcjonalnie do kwadratu przepływu odpowiadającemu zapotrzebowaniu instalacji. W praktyce najczęściej istnieje zależność pośrednia określona charakterystyką użytkową sieci, którą można wyznaczyć dla każdego układu pompowego. Dostosowanie ciśnienia podawanego przez pompownię do określonej dla układu pompowego charakterystyki użytkowej sieci jest podstawowym warunkiem zachowania dobrej sprawności energetycznej funkcji układu pompowego. Znane i stosowane są dwa podstawowe sposoby dostosowania ciśnienia wytwarzanego przez pompownię do chwilowych potrzeb układu pompowego. Jeden z tym sposobów polega na zmianie wysokości podnoszenia pomp. Uzyskuje się to najczęściej przez zmianę prędkości obrotowej pompy. Drugi sposób polega na odpowiednim doborze zespołu pomp, którego pompy wprowadzane do pracy w odpowiedniej kombinacji zapewniają uzyskiwanie przez pompownię potrzebnych parametrów w układzie pompowym. Sposób ten przedstawiony w polskim opisie patentowym nr charakteryzuje się tym, że szczytową wydajność wodociągu dzieli się na kilka podzakresów i dla każdego z podzakresów wydajności dobiera się i przyporządkowuje mu pompę o odpowiadających temu podzakresowi wielkościach wydajności i ciśnienia. Wymienione wielkości pompy są tak dobrane aby roboczy odcinek charakterystyki pompy leżał powyżej odcinka hydraulicznej charakterystyki wodociągowej sieci przebiegającego w danym podzakresie wydajności. Następnie tak dobranymi pompami, których wydajność i ciśnienie tworzą szereg narastających schodkowo wielkości, tłoczy się wodę do wodociągowej sieci. Wyłączenie pompy pracującej w danym podzakresie wydajności i załączanie pompy przynależnej sąsiedniemu podzakresowi jest sterowane wielkością aktualnego rozbioru wody na

3 początku sieci wodociągowej mierzoną czujnikiem przepływu położonym na wejściu sieci wodociągowej. W przypadku gdy wielkość aktualnego rozbioru wody przekroczy graniczną wielkość między sąsiednimi podzakresami wydajności włącza się pompę przyporządkowaną nowemu podzakresowi wydajności, zaś wyłączenie pompy przyporządkowanej poprzedniemu podzakresowi następuje ze zwłoką czasową wystarczającą do osiągnięcia eksploatacyjnych parametrów pracy przez nowo załączoną pompę. W rozwiązaniu opisanym wyżej czynnikiem sterującym bezpośrednio pracą pomp jest przepływ w układzie pompowym. Wykorzystuje się przy tym sygnał sterujący pobierany z ciśnienia i wydajności. Rozwiązanie takie ma pewne niedogodności. Konieczne jest bowiem stosowanie czujnika przepływu, który jest stosunkowo drogi i wrażliwy na uszkodzenia w eksploatacji. Sterowanie przepływem nie nadaje się do sterowania zestawem pomp w układzie pompowym, w którym pompownia służy do podnoszenia ciśnienia, gdy ciśnienie napływu do pompowni jest zmienne, gdyż sterownik oparty na przepływie nie może uwzględnić tych zmian ciśnienia napływu. Ponadto sterownik oparty na przepływie często nie zapewnia właściwego sterowani przy małych przepływach. W tych przypadkach konieczne staje się wprowadzenie dodatkowego sterowania ciśnieniowego działającego tylko w tym zakresie. W celu wyeliminowania powyższych niedogodności opracowano sposób sterowania zespołem pomp z wykorzystaniem tylko sygnału z ciśnienia kształtującego się w układzie pompowym za zespołem pomp, w którym to sposobie uzyskanie informacji o wydajności potrzebnej do sterowania z pomiaru ciśnienia odbywa się przez przetworzenie informacji o ciśnieniu na informację wydajności poprzez wykorzystanie charakterystyki pompy. Charakterystyka pomp wirowych jest zależnością ciśnienia wytwarzanego przez pompę od wielkości przepływu przez pompę. Po osiągnięciu ciśnienia granicznego w przedziale uzyskanym z podziału zakresu wydaj - ności układu pompowego przełącza się układ pracujących pomp na odpowiadający siąsiedniemu przedziałowi. Ciśnienie osiąga wartość graniczną na skutek zmian zapotrzebowania w układzie pompowym. Rozwiązanie według wynalazku ma duże znaczenie praktyczne. Ułatwia wykonanie i instalacje znanych zestawów pompowych o których mowa w opisie patentowym nr oraz poprawia niezawodność sterowania tych zestawów jak również umożliwia rozszerzenie ich zastosowania na przypadki, w których z powodu zbyt małej wydajności minimalnej nie opłacało się utrzymywać w ruchu ciągłym pompy o najmniejszej wydajności. Najbardziej korzystnym skutkiem wynikającym z zastosowania wynalazku jest umożliwienie wykonania wyżej wymienionych zestawów pompowych przystosowanych do podnoszenia ciśnienia w układzie pompowym przy zmiennym ciśnieniu zasilania układu pompowego. Wynalazek jest bliżej przedstawiony na rysunku, na którym zobrazowano sposób w jaki rozwiązanie według wynalazku wykorzystuje charakterystyki pomp wirowych. W układzie współrzędnych w którym na osi odciętych zaznaczono przepływ Q przez zespół pomp układu pompowego, a na osi rzędnych ciśnienie wytwarzane przez pompy określone wysokością podnoszenia H naniesiono charakterystykę użytkową sieci - prosta CUS. Doświadczenia praktyczne potwierdzają, że liniowy przebieg charakterystyki użytkowej sieci dla wodociągowego układu pompowego jest uzasadniony. Na tym układzie współrzędnych naniesiono również charakterystyki pomp zestawu pompowego - krzywe 1, 2,3 i 4 odpowiadające poszczególnym pompom o kolejnych większych wydajnościach oraz sporządzono charakterystykę sumaryczną pompy o najmniejszej wydajności i pompy o kolejnej większej wydajności - krzywa 5, których wspólna praca jest korzystna dla pokrycia części zakresu wydajności układu pompowego. Krzywe 1,2,5, 3 przecinają prostą CUS w punktach A, B, C i D. W ten sposób wyznaczone zostają przedziały korzystne dla pracy poszczególnych pomp zestawu lub określonej ich kombinacji. Przedział O-A odpowiada pracy pompy o najmniejszej wydajności o charakterystyce przedstawionej krzywą 1. W początkowym odcinku tego przedziału pompa o najmniejszej wydajności pracuje w systemie hydroforowym h. Sterownik ciśnieniowy włącza i wyłącza pompę przy nastawionych ciśnieniach. Przy zapotrzebowaniu w układzie pompowym przy którym charakterystyka pompy o naj-

4 mniejszej wydajności-krzywa 1przecina się z prostą poziomą W ciśnienia wyłączenia, pompa ta przechodzi do pracy ciągłej. Przedział A-B odpowiada pracy pompy o kolejnej większej wydajności, której charakterystykę przedstawia krzywa 2. Przedział B-C odpowiada pracy obydwu wyżej wymienionych pomp tj. pompy o najmniejszej wydajności i pompy o kolejnej większej wydajności przedstawionych charakterystyką sumaryczną- krzywa 5. W przedziale C-D powinna pracować pompa o kolejnej większej wydajności, której charakterystyka oznaczona jest krzywą 3. Przy zapotrzebowaniu większym niż w punkcie D powinna pracować pompa o kolejnej większej wydajności, której charakterystykę przedstawia krzywa 4. W przedziałach środkowych można wyróżnić dwa charakterystyczne ciśnienia odpowiadające początkowi i końcowi przedziału np. dla przedziału A-B ciśnienia panujące w punktach A l i B. Dla przedziałów skrajnych można wyróżnić natomiast jedno ciśnienie charakterystyczne - dla przedziału pierwszego panujące w punkcie A, a dla przedziału ostatniego panujące w punkcie D1. W sposobie według wynalazku polegającym na przedstawionym wyżej podziale zakresu wydajności układu pompowego na przedziały przyporządkowane pracy poszczególnych pomp, sterowanie odbywa się z wykorzystaniem tylko sygnału z ciśnienia kształtującego się w układzie pompowym za zespołem pomp. Informacje o wydajności potrzebnej do sterowania uzyskuje się przez przetworzenie informacji o ciśnieniu na informację o wydajności poprzez wykorzystanie charakterystyki pompy, która to charakterystyka określa zależność ciśnienia od wydajności. Gdy wskutek zmiany zapotrzebowania w układzie pompowym ciśnienie osiągnie wartość odpowiadającą granicy przedziału, sterownikiem przełącza się pompy na układ odpowiadający sąsiedniemu przedziałowi. Gdy przy pracującej pompie o charakterystyce określonej krzywą 2 przy malejącym zapotrzebowaniu ciśnienie osiągnie wartość odpowiadającą punktowi A1 wyłącza się wymienioną pompę. W tym czasie nie będzie pracowała żadna z pomp. Włączenie do pracy pompy o najmniejszej wydajności - krzywa 1 nastąpi gdy ciśnienie spadnie do ciśnienia włączenia pompy o najmniejszej wydajności w pracy hydroforowej - prosta pozioma z.

5

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.