CS201479B1

CS201479B1 - Automated pumping plant circuitry

Info

Publication number: CS201479B1
Application number: CS207479A
Authority: CS
Inventors: Milan Nikl; Frantisek Poledna
Original assignee: Milan Nikl; Frantisek Poledna
Priority date: 1979-03-29
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1980-11-28

Description

Dosud realizované systémy plynulé regulace parametrů Q a H čerpacích stanic pracují buď s regulací všech čerpacích agregátů na stejné otáčky, u čerpacích stanic s velkým kolísáním dopravní výšky, nebo s regulací jednoho hlavního čerpacího agregátu, např. pomocí stejnosměrného elektromotoru. Takové uspořádání je popsáno v popise vynálezu k čs. autorskému osvědčení •č. 160820.The systems of continuous regulation of parameters Q and H of the pumping stations implemented so far work either with the regulation of all pumping units to the same speed, in the case of pumping stations with high fluctuation of head, or with one main pump unit, eg with DC electric motor. Such an arrangement is described in the description of the invention to U.S. Pat. author's certificate • no. 160820.

. Ostatní čerpací agregáty pracují s konstantními otáčkami a jsóu poháněny asynchronními elektromotory.. Regulační čerpací agregát udržuje při měnícím se odběru vody z trubní sítě konstantní tlak, který se nastaví pří uvádění čerpací stanice do provozu. Pro jednotlivé typy čerpadel jé výrobcem dáno minimální množství Q _min., při kterém může čerpadlo ještě pracovat bez nebezpečí kavitace, chvění nebo i přehřívání čerpané kapaliny. Aby byla zajištěna plynulá a spojitá regulace tlaku v celém pracovním rozsahu čerpací stanice, je nutné, aby maximální výkon regulačního agregátu Q _ωχ. byl o hodnotu Q _mln. a o tzv. regulační reservu Qr větší než jmenovitý výkon regulačního čerpadla Q_n - vše při tomtéž regulací udržovaném tlaku:. The other pump sets operate at a constant speed and are driven by asynchronous electric motors. The control pump set maintains a constant pressure, which is adjusted when the pump station is commissioned, as the water supply from the pipe network changes. For individual pump types, the manufacturer has a minimum quantity of Q _min . At which the pump can still operate without the risk of cavitation, vibration or even overheating of the pumped liquid. In order to ensure continuous and continuous pressure regulation over the entire working range of the pumping station, it is necessary that the maximum output of the control unit Q _ω χ. was about Q _mln . and the so-called control buffer Qr greater than the nominal output of the control pump Q _n - all at the same pressure control:

Qmax..⁼ Qn + Qmin. t Qr .Qmax .. ⁼ Qn + Qmin. t Qr.

Obvyklá hodnota Q _mln. je 20 až 30 % Q_n, hodnota Q _x se volívá 3 až 5 % Q_n.Usual Q _mln . is 20 to 30% Q _n , the value of Q _x is chosen to be 3 to 5% Q _n .

Další nevýhodou čerpacích zařízení podle shora uváděného čs. autorského osvědčení č. 160820 je, že regulační čerpací agregát se stejnosměrným elektromotorem musí najíždět jako první a vypínat se jako poslední a dále, že při jeho poruše není možný automatický provoz. Při náhradě stejnosměrného elektromotoru asynchronním nebo synchronním elektromotorem v případě, že všechny čerpací agregáty ve stanici jsou shodné, přičemž otáčky jednoho: z čerpacích agregátů by byly regulovány měničem frekvence, připojitelným na kterýkoliv čerpací agregát, by tato posledně jmenovaná nevýhoda odpadla. Všechny čerpací agregáty by však musely být dimenzovány, i výškově situovány s ohledem na výkon Q _max., potřebný ,pro zajištění plynulé regulace. Hodnotu Q _max. je nutno při projekčním návrhu volit v souladu s výrobcem čérpadel, garantovaným pracovním rozsahem, takžeA further disadvantage of the pumping devices according to the above mentioned cf. The author's certificate No. 160820 is that the control pump unit with a DC electric motor must start first and switch off last, and that automatic operation is not possible in case of its failure. If a DC motor is replaced by an asynchronous or synchronous motor, if all the pump units in the station are identical, the speed of one of the pump units would be regulated by a frequency converter connectable to any pump unit, this latter disadvantage would be eliminated. However, all pump sets would have to be dimensioned, even in height, with respect to the Q _max power required to ensure smooth control. Q _max . it is necessary to choose in the design design in accordance with the pump manufacturer, guaranteed working range, so

201473 ji není možno libovolně zvětšovat-za^: cenu příslušného snižování sací výšky čerpadla. Vzhledem k tomu by nebylo možno volit při využití předmětu vynálezu pracovní, body neregulač.ních čerpadel nepatrně za optimum jejich účinnosti, aby tak byl při postupně narůstající dopravní výšce zajištěn provoz všech čerpadel co nejblíže optima. Neregulační čerpadla by musela být přitom zapínána jako první po předchozím dosažení plného výkonu regulačních čerpadel.201473 it can not be magnified ^for-: reducing the cost of the respective suction lift pump. Accordingly, it would not be possible to select the operating points of the non-regulating pumps slightly at optimum efficiency when using the subject-matter of the invention, in order to ensure that all pumps as close as possible to optimum operation as the head increases. The non-regulating pumps would have to be switched on first after reaching the full capacity of the control pumps.

Uvedené nevýhody řeší vynález, kterým je zapojení automatického čerpacího zařízení, sestávajícího nejméně ze tří paralelně zapojených čerpacích agregátů se společným výtlačným potrubím, z tlakovací jednotky, příslušných armatur a propojovacích potrubí a dále z frekvenčního měniče a jeho podstata spočívá v tom, že v napájecím obvodu nejméně dvou regulačních čerpacích agregátů je zapojena dvojice spínačů, kde první spínač každé dvojice je připojen na elektrickou síť o stálé frekvenci a druhý spínač každé dvojice je připojen na frekvenční měničVyšší účinek zapojení podle vynálezu se projevuje tím, že je možno dosáhnout zcela plynulé automatické regulace tlaku, aniž by byl u regulačních čerpacích agregátů překročen výkon Q_n. Tím odpadá předimenzování motorů nad hodnotu výkonu potřebnou pro neregulační provoz příslušného čerpacího agregátu. Dále odpadá korigování výškového situování horizontálních čerpacích agregátů, zakopávání celé stanice, s ohledem na snížení sací schopnosti regulujícího čerpacího agregátu, při zvyšování jeho výkonu nad hodnotu, Q_n.These disadvantages are solved by the invention, which is the connection of an automatic pumping device consisting of at least three parallel connected pumping sets with a common discharge line, a pressure unit, associated fittings and interconnecting lines, and a frequency converter and its essence is that at least two regulating pump sets are connected by a pair of switches, the first switch of each pair being connected to a fixed frequency power supply and the second switch of each pair being connected to a frequency converter. without exceeding the power Q _{n of the} control pump sets. This eliminates over-dimensioning of the motors beyond the power required for the unregulated operation of the respective pump set. Furthermore, there is no need to adjust the vertical position of the horizontal pumping units, burying the entire station with respect to the reduction of the suction power of the regulating pumping unit, while increasing its output above the value of Q _n .

Příklad provedení konkrétního zapojení podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 jé schéma zapojení čerpacího zařízení .včetně zapojení napájecího zařízení motorů čerpacích agregátů, na obr. 2 je schéma zapojení, kde k řadě tří čerpacích agregátů jisou připojeny dva přídavné agregáty a na obr. 3 je graf znázorňující postupné najíždění čerpacích agregátů při zvyšujícím se odběru vody v trubní síti.An exemplary embodiment of a particular circuit according to the invention is shown schematically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a circuit diagram of the pumping device, including the circuit of the pump engine power supply device; and Fig. 3 is a graph illustrating the gradual start-up of pump assemblies as water consumption in the pipe network increases.

Podle vynálezu sestává čerpací zařízení ze tří paralelně zapojených čerpacích agregátů 1, 2, 3, přičemž čerpací agregáty 1, 2 jsou regulační a čerpací agregát 3 je neregulační, které jsou připojeny pres zpětnou a uzavírací armaturu do společného výtlačného potrubí 9, na které jsou dále napojena tlakovací čerpadla 7 a 8 a větrník 17. Motory regulačních čerpacích agregátů 1, 2 jsou opatřeny dvojicemi spínačů 11, 21 a 12, 22, z nichž první spínače 11, 12 každé dvojice jsou připojeny na elektrickou síť 10 o stálé frekvenci, např. 50 Hz a druhé spínače 21, 22 každé dvojice jsou připojeny na frekvenční měnič 20, přičemž motor neregulačního čerpacího agregátu 3 je spojen samostatným spínačem 15 na elektrickou sít o stálé' frekvenci. Frekvenční měnič 20 je připojen na elektrickou sít 10 o stálé frekvenci, přes spínač 25 frekvenčního měniče 20. Výstupní frekvence zadává frekvenčnímu měniči. 20 tlakový regulátor 30 ,do jehož obvodu je zařazen sčítací člen 31, do kterého jsou přivedeny výstupní signály z tlakového čidla 32 a výstupního průtokového . čidla 33. V alternativním provedení čerpacího zařízení pro. větší výkon o dvojí velikosti čerpacích agregátů podle obr. 2. jsou navíc k čerpacím agregátům 1 až 3 připojeny paralelně přídavné čerpací agregáty 4 a 5. Součtové množství všech čerpacích agregátů je snímáno průtokovým čidlem 34. Druhý spínač 23 umožňuje, aby rovněž motor čerpacího agregátu 3 mohl být připojen na frekvenční měnič 20. Podle obr. 3 je na diagramu znázorněn paralelní provoz čerpacího zařízení zapojeného podle obr. 1 pro variantu regulace kmitočtu právě do hodnoty kmitočtu elektrické sítě 50 Hz. Tlakový regulátor 30 ve spolupráci se sčítacím členem 31 řídí frekvenci frekvenčního měniče 20 a tím i otáčky motorů čerpacích agregátů 1 a 2 tak, aby průběh tlaku při rostoucím odběru vody v trubní síti_} odpovídal závislosti znázorněné přímkou 50.According to the invention, the pump assembly consists of three parallel connected pump assemblies 1, 2, 3, the pump assemblies 1, 2 being control and the pump assembly 3 being non-regulating, which are connected via a return and shut-off valve to a common discharge line 9 The motors of the control pump assemblies 1, 2 are provided with pairs of switches 11, 21 and 12, 22, of which the first switches 11, 12 of each pair are connected to the mains 10 at a fixed frequency, e.g. 50 Hz and the second switches 21, 22 of each pair are connected to a frequency converter 20, the motor of the unregulated pump set 3 being connected by a separate switch 15 to a fixed frequency power supply. The frequency converter 20 is connected to a fixed frequency power network 10 via a switch 25 of the frequency converter 20. The output frequency is input to the frequency converter. 20, a pressure regulator 30, into the circuit of which is added an adder 31, to which the output signals from the pressure sensor 32 and the output flow are supplied. In an alternative embodiment of the pumping device for. 2, additional pump sets 4 and 5 are connected in parallel to pump sets 1 to 3. The sum of all pump sets is sensed by the flow sensor 34. The second switch 23 also allows the pump engine also 3 can be connected to a frequency converter 20. According to FIG. 3, the diagram shows the parallel operation of the pumping device connected according to FIG. 1 for the frequency control variant up to a frequency of 50 Hz. A pressure regulator 30 in cooperation with the summing element 31 controls the frequency of the drive 20 and thereby motor speed pump sets 1 and 2 so that the pressure variation at increasing water consumption in the pipe _network} corresponded dependence shown by the line 50th

Popis postupného najíždění regulačních čerpacích agregátů 1, 2 neregulačního čerpapího agregátu 3, tlakovacích čerpadel 7, 8 a způsobu regulace otáček pomocí frekvenčního měniče 20 při zvyšujícím se odběru vody v trubní síti je následující: Při zvýšení odběru vody na hodnotu G_o'nestačí tlakovací čerpací agregáty 7 a 8, součtová Q-H křivka 48, krýt zvyšující se odběr vody a tlakové, průtokové nebo jiné čidlo automaticky způsobí zapnutí spínače 25 frekvenčního měniče 20 a druhého spínače 21. Spínač 25 frekvenčního měniče 20 připojí frekvenční měnič 20 na síť 10 a-zůstane sepnut po ce-lou dobu provozu regulačních čerpacích agregátů .1 nebo 2. Druhý spínač 21 připojí motor regulačního čerpacího agregátu 1 na frekvenční měnič 20 a regulační čerpací agregát 1 se rozběhne. Výstupní frekvence frekvenčního měniče 20 a tím také otáčky regulačního čerpacího agregátu 1 jsou určovány tlakovým regulátorem 30 ve spolupráci se sčítacím Členem 31 tak, aby průběh tlaku při dále se zvyšujícím odběru vody odpovídal přímce 50. Q-H křivka 41 odpovídá maximálním otáčkám regulačního čerpacího agregátu 1 a v popisované variantě při 50 Hz také Q - H křivce neregulačního čerpacího agregátu 3. Při dosažení Qi, daného průsečíkem přímky 50 a Q - H křivky 41 další průtokové, výkonové, otáčkové nebo jiné čidlo automaticky způsobí zapnutí druhého spínače 22 a tím připojení motoru, regulačního čerpacího agregátu 2 na frekvenční měnič 20. Tlakový regulátor 30 ve spolupráci se sčítacím členem 31 a frekvenčním měničem 20 zajistí snížení otáček regulačního čerpacího agregátu 1 a nastavení stejných otáček regulačního čerpacího agregátu 2 tak, aby tyto po ustálení odpovídaly Q-H křivce 401 a součtové Q-H křivce 402 regulačních čerpacích agregátů 1 a 2. Oba motory paralelně pracujících regulačních čerpacích agregátů 1 a 2 jsou napájeny ze společného zdroje proměnné frekvence, což až na zanedbatelné výrobní odchylky motorů a čerpadel zaručuje rozdělení z množství Qi rovnoměrně na. oba regulační čerpací agregáty 1 a 2 tak, že pracují s množstvímDescription gradual approach regulating pump unit 1, 2, non-regulatory čerpapího unit 3, booster pumps 7, 8 and a method of speed control using a frequency converter 20 with an increasing withdrawal of water in the pipe network is as follows: When increasing the water consumption to the value of G _o 'insufficient pressurizing pump aggregates 7 and 8, total QH curve 48, covering increasing water demand and a pressure, flow or other sensor automatically cause switch 25 to drive 20 and second switch 21. Switch 25 to drive 20 connects drive 20 to network 10 a-remains The second switch 21 connects the motor of the control pump 1 to the frequency converter 20 and the control pump 1 starts. The output frequency of the frequency converter 20 and hence the speed of the control pump 1 is determined by the pressure regulator 30 in cooperation with the addition member 31 so that the pressure curve at a further increasing water draw corresponds to line 50. The QH curve 41 corresponds to the maximum speed of the control pump 1 and in the described variant at 50 Hz, also the Q-H curve of the non-regulating pump set 3. Upon reaching Qi, given by the intersection of line 50 and the Q-H curve 41, another flow, power, speed or other sensor automatically causes the second switch 22 to switch on, The pressure regulator 30, in cooperation with the adder 31 and the frequency converter 20, ensures a reduction in the speed of the control pump assembly 1 and the adjustment of the same speed of the control pump assembly 2 so that they remain stable. Measurements corresponded to QH curve 401 and sum QH curve 402 of control pumps 1 and 2. The two motors of the control pumps 1 and 2 in parallel are supplied from a common variable frequency source, which guarantees a uniform distribution of Qi evenly. on. both control pump assemblies 1 and 2 so as to work with the quantity

Π _ Ql _ Qmax.Π _ Q1 _ Qmax.

^u ~ 2 ~ 2 protože Qi je maximální množství jednoho regulačního nebo neregulačního čerpacího agregátu pro dosažení tlaku daného, přímkou 50- Při dále se zvyšujícím odběru vody z trubní sítě je výstupní frekvence frekvenčního měniče 20 určována tlakovým regulátorem 30 ve spolupráci se sčítacím členem 31 tak, aby průběh tlaku odpovídal přímce 50. Oba paralelně pracující regulační čerpací agregáty 1 a 2 se v rozsahu množství Qi až Qž dělí rovnoměrně o okamžité množství Q. Při dosažení množství Q2, daného průsečíkem přímky 50 a součtové Q-H křivky obou čerpacích agregátů při maximálních otáčkách, další průtokové, výkonové, oteckové nebo jiné čidlo automaticky způsobí zapnutí samostatného spínače 15 a tím i zapnutí neregulačního čerpacího agregátu 3. ^u ~ 2 ~ 2 because Qi is the maximum amount of one regulating or non-regulating pump set to achieve the pressure given by the line 50. With increasing water withdrawal from the pipe network, the output frequency of the frequency converter 20 is determined by the pressure controller 30 The two parallel operating pump sets 1 and 2 are divided evenly by the instantaneous amount Q over the range Qi to Q Q. When Q2 is reached, the intersection of line 50 and the total QH curve of both pump sets at maximum speed , an additional flow, power, paternity or other sensor automatically causes the switch 15 to be switched on and thus to switch on the unregulated pump set 3.

Po jeho zapnutí tlakový regulátor 30 ve spolupráci se sčítacím členem 31 a frekvenčním měničem 20 upraví otáčky regulačních čerpacích agregátů 1 a 2 tak, aby bylo zajištěno součtové množství Q2. Na obr. 3 vyjadřuje křivka 41 Q—H křivku neregulačního¹čerpacího agregátu 3 a čárkované křivky 411 a 412 součtové Q—H křivky jednoho neregulačního a jednoho, respektive obou regulačních čerpacích agregátů 1, 2. Je patrno, že celkové maximální množství Q2 obou paralelně pracujících regulačních čerpacích q₂ agregátů 1 a 2 se snížilo o množství....., které v daném provozním bodě dává právě zapnutý neregulační čerpací agregát 3. Podíly Q neregulačního čerpacího agregátu 3 a obou regulačních čerpacích agregátů 1 a 2After it is switched on, the pressure regulator 30, in cooperation with the adder 31 and the frequency converter 20, adjusts the speed of the control pump assemblies 1 and 2 so as to ensure the sum amount Q2. In Fig. 3, the curve 41 Q — H expresses the curve of the non-regulating ^{1 of the} pump set 3 and the dashed curves 411 and 412 of the cumulative Q — H curve of one non-regulating and one or both regulating pump sets 1, 2. The control pumps q _{2 of the} aggregates 1 and 2 operating in parallel have decreased by the amount ..... that at the given operating point the non-control pump 3 is switched on. The proportions Q of the control pump 3 and the two control pumps 1 and 2

PŘEDMĚTSUBJECT

Claims

SUBJECT

Connection of an automatic pumping equipment consisting of at least three parallel connected pumping sets with a common discharge line, a pressure unit, associated fittings and interconnecting lines and a frequency converter, characterized in that it does not express in the supply circuit:

this implies that the sum of the two control pump assemblies 1 and 2 is halved as the demand is increased and switched on.

When reducing water consumption, the process of switching off the pump sets is completely analogous, but in reverse order. First, the control unit reduces the speed of pumping units 1 and 2 and at a set quantity Q2 minus the required switching hysteresis turns off non-regulating pump unit 3. Finally, turns off when the flow of Qi to control the pump unit 2, and when the flow regulator _of G-pump assembly 1.

Said function of the pumping device is conditional on the frequency converter 20 being of a power rating for the parallel operation of the two control pumping units 1 and 2 at their rated power. The same continuous control effect can be achieved with a frequency converter 20 dimensioned, for example, only at 150 ° / o Q _n .

In the case of high pump stations where the frequency converter 20 would either be completely unavailable or too expensive due to the high pump units, it is very advantageous to select the circuit according to FIG.

2. One or more additional pump sets 5 are connected to a series of pump sets 1, 2, 3,

6. The procedure for switching on the pump sets 1, 2, 3 remains the same. Upon reaching Q3, the auxiliary pump assembly 4 is switched on. At the same time the pump assembly 3 is switched off. The pressure regulator 30 in cooperation with the adder 31 and the frequency converter 20 adjusts the speed of the pump assemblies 1 and 2 to ensure the total amount Q3. It follows that to maintain the regulation smoothness, the power of the additional pump set 4 can be equal to the sum of the outputs of two of the three pump sets 1, 2, 3. by connecting it to the fixed frequency network 10 by means of the first switch 13 and then only the additional pump set 5.

SUMMARY OF THE INVENTION In the case of fewer two control pump assemblies (1, 2), a pair of switches (11, 21) and (12, 22) are connected, wherein the first switch (11, 12) of each pair is connected to a fixed frequency power supply (10). the second switch (21, 22) of each pair being connected to the frequency converter (20).

3 drawings