EA022673B1

EA022673B1 - Способ определения характеристических значений, в частности параметров, встроенного в установку центробежного насосного агрегата, приводимого в действие при помощи электродвигателя

Info

Publication number: EA022673B1
Application number: EA201171344A
Authority: EA
Inventors: Карстен Сковмосе Каллесее
Original assignee: Грундфос Менеджмент А/С
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2016-02-29
Also published as: PL2258949T3; CN102459912B; US20120136590A1; JP2012528973A; JP5746155B2; EP2258949A1; EA201171344A1; US8949045B2; EP2258949B1; CN102459912A; WO2010139416A1

Abstract

Способ служит для определения характеристических значений центробежного насосного агрегата, встроенного в установку и приводимого в действие при помощи электродвигателя, с регулятором частоты вращения на основе электрических параметров двигателя и давления, создаваемого насосом, при котором последовательно запускают по меньшей мере две разные рабочие точки насоса, причем производительность насоса и тем самым характеристические значения определяются в введенных в эксплуатацию рабочих точках с помощью установки.

Description

Применение центробежных насосов в настоящее время почти во всех областях техники относится к уровню техники. Обычно центробежные насосы используются в виде центробежных насосных агрегатов, состоящих из собственно насоса и механически соединенного с ним электрического приводного двигателя.

Для выгодной с энергетической точки зрения эксплуатации центробежного насосного агрегата, с одной стороны, и для его по возможности оптимального соответствия цели применения, с другой стороны, в настоящее время даже в случае центробежных насосных агрегатов небольшой конструкции к уровню техники относится их оснащение регулятором частоты вращения, обычно электронным преобразователем частоты. Такие центробежные насосные агрегаты с регуляторами частоты вращения используются в таких установках, как, например, отопительные установки, подъемные установки в канализационной сети, очистные сооружения, установки для откачки грунтовых вод из буровой скважины, и это лишь некоторые типичные случаи применения подобных насосов.

В частности, в установках, и не только, важно, с одной стороны, контролировать функционирование элементов установки, а, с другой - параметры процесса. Так, например, в случае центробежных насосных агрегатов известно, что в корпусе насоса предусматривают датчик давления, обычно датчик перепада давления, регистрирующий создаваемое насосом давление между стороной всасывания и напорной стороной, т.е. напор.

Кроме того, регистрируются электрические параметры двигателя, как, например, потребляемая мощность двигателя и частота, с которой регулятор частоты вращения подает питание на двигатель.

Однако для определения гидравлической рабочей точки насоса регистрации вышеупомянутых величин, как правило, недостаточно, поскольку они не дают информации относительно производительности насоса. Установка датчика расхода жидкости с целью регистрации расхода в насосе требует больших затрат, а также часто подвержена сбоям. Датчик потока, с помощью которого можно регистрировать скорость потока и тем самым производительность насоса, требует еще больших затрат, а в технике очистки сточных вод практически не находит применения.

Согласно ОВ 2221073 А к уровню техники относится косвенный расчет производительности насоса, с этой целью обычно путем измерения давления в шахте определяется уровень ее заполнения, в частности изменение уровня заполнения во времени. Для этого сначала определяется средняя величина притока за единицу времени при отключенном насосе, а затем при включенном насосе определяется, насколько убывает уровень заполнения за единицу времени, чтобы затем сделать вывод относительно производительности насоса при условии, что за время, в течение которого насос работает, происходит такой же приток, как за время, в течение которого насос не работает. Этот способ требует больших затрат, поскольку дополнительно требуется не только измерение времени, но и регистрация изменения уровня заполнения, когда насос не работает. Кроме того, точность определения производительности насоса зависит от непрерывности притока.

Исходя из вышеизложенного, в основу изобретения положена задача создания способа, с помощью которого указанные недостатки по мере возможности могут быть устранены и который позволил бы простыми техническим средствами регистрировать также гидравлические параметры насоса во время эксплуатации.

Эта задача согласно изобретению решается с помощью способа с признаками, указанными в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения, а также в нижеследующем описании и на чертежах. Как признаки зависимых пунктов формулы изобретения, так и признаки последующего описания, насколько это представляется целесообразным, могут быть использованы и сами по себе, а также в других, отличных от описанных, комбинациях.

Способ согласно изобретению служит для определения характеристических значений, в частности параметров, центробежного насосного агрегата, встроенного в установку и приводимого в действие при помощи электродвигателя с регулятором частоты вращения. Эти характеристические значения определяются на основе электрических параметров двигателя и/или регулятора частоты вращения, с одной стороны, а также давления, создаваемого насосом, с другой. Для этого последовательно запускают по меньшей мере две разные рабочие точки насоса, причем в введенных в эксплуатацию рабочих точках с помощью установки определяют производительность насоса и тем самым определяют характеристические значения.

После определения характеристических значений, в частности параметров, в этом случае в дальнейшем только при использовании электрических параметров двигателя или соответственно регулятора частоты вращения, а также давления, создаваемого насосом, могут регистрироваться, или контролироваться, как гидравлические рабочие параметры насоса, так и последующие функции. При этом согласно изобретению предусмотрен запуск по меньшей мере двух рабочих точек, чтобы определить характеристические значения по меньшей мере с такой точностью, которая позволит сделать рациональные выводы в отношении последующей эксплуатации. Разумеется, что при приведении в действие только двух рабочих точек характеристические значения не обязательно могут быть определены однозначно. Поэтому согласно изобретению для регистрации достаточного количества характеристических значений с удо- 1 022673 влетворительной точностью, для того чтобы в дальнейшем в значительной степени отказаться от регистрации производительности насоса даже с помощью установки, предпочтительно запускают по меньшей мере три, четыре или девять, тринадцать или даже более рабочих точек. Разумеется, что с увеличением количества рабочих точек возрастает не только точность определенных характеристических значений, в частности параметров, но и, помимо этого, точность определения производительности насоса с помощью установки.

Под центробежным насосным агрегатом, приводимым в действие электродвигателем, согласно изобретению следует понимать электродвигатель с приводимым им в действие центробежным насосом, которые обычно имеют общий вал. К агрегату относится регулятор частоты вращения, обычно преобразователь частоты, который может в значительной степени изменять подводимую к двигателю электроэнергию по меньшей мере по частоте, однако обычно и по напряжению. Электрические параметры двигателя, регистрируемые при этом, в числе прочего, а именно потребляемая мощность и частота, могут быть заменены на соответствующие параметры регулятора частоты вращения. Эти параметры обычно предоставляются регулятором частоты вращения, т.е. не нуждаются в регистрации особыми датчиками. Давление, создаваемое насосом, может измеряться датчиком перепада давления в насосе, а также другими соответствующими датчиками давления и в другом месте, например на некотором расстоянии от напорного выхода насоса.

Под установкой согласно изобретению понимается любая интеграция центробежного насосного агрегата, например станция перекачки сточных вод, установка, в которой центробежный насосный агрегат в качестве погружного насоса осуществляет откачку из буровой скважины, установка, в которой центробежный насосный агрегат наполняет компенсационный бачок, канализационные сооружения с несколькими центробежными насосными агрегатами и подобное.

В соответствии с одним из предпочтительных усовершенствованных вариантов выполнения способа согласно изобретению речь в случае определяемых характеристических значений идет о параметрах, являющихся частью функции, следующей законам моделирования двигателя и/или насоса, а также являющихся функциями, образованными, предпочтительно, в линейно-параметрической форме. Последнее позволяет простым способом определять конкретные значения на основе конкретных рабочих точек без дальнейшего дифференцированного рассмотрения. Поскольку эта функция или эти функции следуют законам моделирования двигателя и/или насоса, ощутимый результат, пригодный для использования на практике, достигается уже при установке лишь нескольких рабочих точек.

При этом предпочтительно используется функция, определяющая производительность насоса, которая имеет по меньшей мере один первый член с гидравлическим и/или электрическим параметром, зависящим от мощности, и второй член с гидравлическим и/или электрическим параметром, зависящим от мощности, которые, соответственно, мультипликативно связаны с одним из параметров. Указание такой функции как функции производительности насоса особенно удобно, поскольку производительность насоса в введенных в эксплуатацию рабочих точках определяется с помощью установки и, таким образом, может быть непосредственно использована для определения характеристических значений. Использование функции вышеупомянутого типа, определяющей производительность насоса, в частности, является предпочтительным в том случае, если производительность насоса, как, например, в канализационных сооружениях, может быть зарегистрирована не точно, а, например, лишь усредненно по времени. Тогда именно это сравнительно ненадежное значение стоит с одной стороны уравнения. В этом случае параметры при необходимости путем многократного установки даже одной и той же рабочей точки могут определяться со сравнительно высокой точностью, поскольку с увеличением числа введенных в эксплуатацию рабочих точек и зарегистрированных значений увеличивается также точность установленной производительности насоса. Это, в частности, справедливо при использовании линейно-параметрических уравнений, которые еще будут описаны ниже.

Особенно предпочтительным согласно одному из усовершенствованных вариантов выполнения изобретения является использование функции, в которой параметры составляют часть по меньшей мере одной части модели насоса и связаны следующим образом:

в т д = у, —+Ζι—+у,<у_г уравнение (а)

В этом уравнении с.] означает производительность насоса, р - давление подачи насоса, т.е., например, перепад давления между стороной всасывания и стороной давления, ω_Γ - скорость вращения насоса, Т - крутящий момент привода насоса, а γι-γ₃ - определяемые параметры частной модели насоса. По крайней мере для приближенного определения этих параметров γι-γ₃ запускаются по меньшей мере две рабочие точки. Разумеется, что в этом случае однозначного решения еще нет, однако на основании того, что уравнение (а) представляет собой часть модели насоса, для некоторых случаев применения оно может быть достаточно информативным.

В порядке альтернативы вышеупомянутой частной модели насоса согласно уравнению (а) может быть использована частная модель насоса согласно уравнению

- 2 022673

уравнение(Ь) которая по сравнению с вышеописанной частной моделью насоса расширена на член γ₀1/ω_Γ. Этот член определен для компенсации погрешности аффинного преобразования, которая может возникнуть, если давление р регистрируется на некотором расстоянии от насоса, т.е. измеряется с отклонением от действительного напора, создаваемого насосом.

В порядке альтернативы или дополнения согласно одному из предпочтительных усовершенствованных вариантов изобретения может быть использована частная модель насоса, в которой параметры связаны следующим образом:

р^г = 0„ +θίρ + β1Τ4·θίρΤ^ΘΛΤ² + 0^ + 06ра>? +0₇Τω, + 0^ уравнение (с), где р означает давление подачи насоса, ω_Γ - скорость вращения насоса,

Т - крутящий момент привода насоса и θ₀-θ₈ - определяемые параметры частной модели насоса.

Уравнения (а), (Ь) и (с) представляют собой соответствующие части частной модели насоса, т.е. образуют вместе ((а) и (с) или (Ь) и (с)) полную модель насоса, благодаря чему особенно предпочтительным является определение параметров обоих уравнений, поскольку в этом случае с высокой точностью может быть смоделирована полная гидравлическая кривая производительности насоса. Разумеется, что в этом случае для определения большого количества определяемых параметров необходимо привести в действие, соответственно, большое количество разных рабочих точек.

Предпочтительный усовершенствованный вариант выполнения, в частности упрощение способа согласно изобретению, получается в результате отказа от определения скорости вращения ω_Γ насоса, при этом скорости вращения насоса просто приравнивается частоте ω<, подачи питания на двигатель:

ω_Γ=ω₆, уравнение (б)

Эта величина ω₆ заложена в регулятор частоты вращения и поэтому не нуждается в определении. То же самое относится к определению крутящего момента Т привода насоса. Он может быть просто определен за счет того, что он образуется как частное от деления электрической мощности Р_е, потребляемой двигателем, на частоту ω<, подачи питания двигателя или скорость ω_Γ вращения насоса

уравнение (е)

Электрическая мощность Р_е, потребляемая двигателем, также имеется в наличии благодаря регулятору частоты вращения, поскольку в данном случае напряжение и ток регистрируются постоянно.

Способу согласно изобретению для определения характеристических значений в введенных в эксплуатацию рабочих точках требуется хотя бы оценочно результирующая производительность с| насоса. Согласно изобретению при использовании насосного агрегата в резервуаре с выровненным давлением обычно в колодезной шахте или подобном производительность с| насоса может быть определена по меньшей мере приближенно путем регистрации изменения по времени уровня жидкости в шахте, из которой насос осуществляет откачку, а именно, с одной стороны, при отключенном насосе, чтобы определить приток, а, с другой, - при насосе, включенном в соответствующей рабочей точке. Кроме того, необходимо знание геометрии шахты, т.е., в частности, величины поперечного сечения шахты при известных условиях в зависимости от высоты уровня заполнения, например, если шахта выполнена с конусообразным сужением, для того чтобы иметь возможность приводить определенное количество жидкости в соответствие с разностью высот уровня жидкости. Регистрация уровня жидкости может осуществляться с помощью простого измерения давления, т.е., например, посредством датчика давления в насосе, регистрирующем статическое давление при отключенном насосе. В порядке альтернативы уровень заполнения, если это является целесообразным, может также регистрироваться механически, или производительность насоса может регистрироваться непосредственно.

Если установка образована буровой скважиной с находящимся в ней погружным насосом для скважин, то согласно одному из усовершенствованных вариантов выполнения изобретения производительность насоса в соответствующей введенной в эксплуатацию рабочей точке может быть определена посредством изменения уровня жидкости в буровой скважине по времени. При этом для определения производительности насоса следует сравнить изменение уровня жидкости, происходящее при отключенном насосе, с одной стороны, и при включенном насосе в одной рабочей точке, с другой, в течение заранее определенного промежутка времени. Поскольку в таких буровых скважинах приток обычно осуществляется нелинейно, величину притока в буровую скважину предпочтительно определять с использованием следующих уравнений:

Δί

- 3 022673 где ζ_ο - уровень жидкости в буровой скважине,

Δΐ - промежуток времени,

Δζ„, - изменение уровня жидкости за промежуток времени Δΐ, с|_|м - расчетный приток в буровую скважину и

Л„ - поперечное сечение буровой скважины, а также ηο, ..., Пк - параметры математической модели, моделирующей приток в буровую скважину.

Поскольку эти уравнения также представлены в параметрической форме, параметры могут определяться обычными способами, как это само по себе достаточно известно из расчета притока в буровые скважины.

Способ согласно изобретению предпочтительно усовершенствован для случаев применения, при которых насосный агрегат осуществляет перекачку в расширительный бак, за счет того что производительность насоса в введенных в эксплуатацию рабочих точках определяется посредством изменения по времени давления в расширительном баке установки, в который насос осуществляет перекачку, а именно, с учетом изменения по времени давления в баке один раз при включенном насосе, а другой - при отключенном насосе соответственно за заранее определенный промежуток времени.

При этом согласно одному из усовершенствованных вариантов выполнения способа производительность насоса определяется с использованием следующего уравнения:

К, ^Р<м &· &Р<м .

-7. —7“ уравнение (К) , ^αι Рай ^Δί где с], - подача на выходе из установки,

Чритр - производительность насоса,

Ρ_ουΐ - давление в расширительном баке,

Δΐ - промежуток времени,

Δρ_ουΐ - изменение давления в расширительном баке за промежуток Δΐ времени и К_е - постоянная расширительного бака.

При этом дифференциальное отношение άρ_ουί/άΐ упрощено путем замены на дифференциальное отношение Δρ_ουΐ/Δΐ, что, однако, при запуске достаточного числа рабочих точек, как правило, не является проблемой.

Предпочтительно, с помощью способа согласно изобретению, в частности, на основании частной модели насоса, как это указано в п.4 или соответственно 5 формулы изобретения, согласно уравнениям (а) или (Ь), при последующей эксплуатации насоса производительность насоса может быть определена без использования для этого датчика расхода жидкости или иного датчика. Таким образом, производительность насоса предпочтительно может быть определена на основе одних только электрических параметров, как, например, потребляемой мощности и частоты двигателя, а также измерения давления. При этом в случае необходимости могут быть определены и другие параметры установки, например количество жидкости, втекающей в скважину или в систему.

Согласно одному из усовершенствованных вариантов выполнения способа согласно изобретению он может быть применен также для контроля функционирования насосного агрегата, для чего характеристические значения, в частности параметры, определяются повторно с временным интервалом и сравниваются с определенными ранее параметрами. Если эти величины совпадают в пределах допусков, то исходят из того, что функционирование насосного агрегата является неизменным. Если же они явно или существенно отличаются от ранее определенных, то следует искать нарушение в функционировании насоса, например, в результате разгерметизации уплотнения, повышенного трения из-за дефекта подшипника или подобного.

Если за временной интервал определяются и сравниваются не только характеристические значения, в частности параметры, частной модели насоса, но и параметры полной модели насоса, обычно такой, которая указана в пп.4 или 5 и 6 формулы изобретения, что предусмотрено согласно одному из усовершенствованных вариантов выполнения способа согласно изобретению, то тогда можно контролировать даже коэффициент полезного действия насосного агрегата, т.е. его эффективность. При этом посредством модели насоса в зависимости от подачи насоса моделируется, например, кривая коэффициента полезного действия, так что при сравнении кривых падение мощности просматривается лишь в подобластях.

Способ согласно изобретению, предпочтительно, осуществляется автоматически с помощью соответствующего устройства управления, которым может быть, например, элемент цифрового устройства управления преобразователя частоты, причем характеристические значения определяются и обрабатываются автоматически. Для этого насосный агрегат для определения характеристических значений, в частности параметров, сначала работает в режиме идентификации, при котором автоматически приводят в действие несколько гидравлических рабочих точек, а затем переходит в рабочий режим, при котором ранее определенные характеристические значения используются для определения рабочих параметров установки, в частности, производительности насосного агрегата. Если для контроля насосного агрегата характеристические значения через некоторое время должны быть определены повторно, то насосный

- 4 022673 агрегат снова устанавливают в режим идентификации, и эти величины определяются снова, а затем сравниваются с ранее или первоначально определенными.

Ниже изобретение поясняется более подробно со ссылкой на фигуры, на которых изображено фиг. 1 - диаграмма, относящаяся к возможным случаям применения способа согласно изобретению, фиг. 2 - схематическое изображение установки для использования насосного агрегата в технологии очистки обработки сточных вод при сильном упрощении, фиг. 3 - изменение по времени уровня жидкости в установке согласно фиг. 2 и отводимой оттуда подачей насоса, фиг. 4 - на диаграмме согласно фиг. 3 регистрация подачи насоса в течение промежутков времени меньших, чем соответствующий интервал подачи, фиг. 5 - схематическое изображение установки с буровой скважиной и насосным агрегатом, фиг. 6 - схематическое изображение установки, в которой насосный агрегат осуществляет перекачку в компенсационный бачок, фиг. 7 - диаграмма, демонстрирующая определение изменений во времени давления и их анализ, и фиг. 8 - кривая зависимости коэффициента полезного действия от производительности насоса.

Как показано на диаграмме на фиг. 1, в режиме 1 идентификации насосный агрегат идентифицируется, т.е. определяются характеристические величины насосного агрегата, для чего вводятся в эксплуатацию по меньшей мере две, а, предпочтительно, множество рабочих точек, в каждой из рабочих точек определяются электрическая мощность двигателя, число оборотов двигателя или упрощенно частота подачи питания на двигатель, а также напор при подаче, осуществляемый насосом. При этом поданное количество, соответственно, анализируется с помощью установки. По окончании этого режима 1 идентификации, после того как определены параметры γ₁- γ₃ уравнения (а) или параметры γ₀-γ₃ уравнения (Ь) с помощью этих уравнений (а) или соответственно (Ь) в последующем рабочем режиме 2 может быть определена производительность насоса.

Если, напротив, необходимо проконтролировать функционирование или мощность насосного агрегата, то режим 1 идентификации и рабочий режим 2 необходимо постоянно чередовать, как это показано в левой части фиг. 1. В режиме 1 идентификации определяются также параметры, затем насосный агрегат работает в рабочем режиме 2 с тем, чтобы через какое-то заранее определенное время (например, через час или неделю) снова вернуться в режим 1 идентификации, где параметры определяются еще раз. Сравнение определенных таким образом параметров с параметрами, определенными ранее, позволяет в простейшей форме оценить функционирование насоса вплоть до регистрации изменения коэффициента полезного действия, как оно показано на основе фиг. 8. Для последнего необходима регистрация параметров уравнений (а) и (с) или (Ь) и (с), в то время как для чистого контроля функционирования достаточно регистрации параметров уравнений (а), соответственно (Ь) или (с).

На фиг. 2 изображена установка, какой она создана, например, для откачки сточных вод из шахты. Шахта 3 на фиг. 2, как принято в случае установок этого типа, выполнена в виде резервуара, открытого наверх. Уровень 4 жидкости перемещается при притоке с|_|м жидкости вверх, а при включенном насосе в соответствии с производительностью С1_|)1|т|, - вниз. Насос осуществляет откачку с давлением р, равным перепаду давления между сторонами всасывания и давления. При этом приток в шахту 3, хотя он и не постоянен, все же через интервал Δΐ времени усредненно (Д_т) принимается как квазипостоянный. Затем по изменению уровня 4 жидкости и с учетом поперечного сечения 3 шахты получают величину притока, а при снижающемся уровне 4 жидкости, если насос осуществляет откачку, величину с|_о1|| оттока. Поскольку в то время, пока насос осуществляет откачку, жидкость также продолжает поступать в шахту 3, т.е. с|_|м остается квазипостоянным, то производительность получается из суммы величин с|_о1|| оттока и с|_|мпритока.

Подробности того, как это может быть определено, показаны со ссылкой на фиг. 3. Диаграмма показывает высоту уровня заполнения в шахте 3 в зависимости от времени ΐ. В первом интервале 6 измерения на фиг. 3 за время, в течение которого насос отключен, изменение высоты 6 уровня на протяжении времени Δΐ регистрируется и перемножается с поперечным сечением Л(й) шахты. Таким образом выводится величина с|_|м притока, поступающего в шахту 3 за единицу времени. В следующий интервал 7 насос включается и работает в первой рабочей точке, пока уровень 4 жидкости снова не достигнет первоначального уровня, существовавшего в начале интервала 6. Тогда отсюда определяется производительность с|_|)1|т|, насоса. Это аналогичным образом может быть повторено в следующем интервале 8, 9, причем на этот раз величина с|_|м притока больше и насосу на интервале 9 требуется тем самым больше времени для повторного достижения первоначального уровня. Таким образом, вводятся в эксплуатацию две рабочие точки, посредством которых с помощью уравнения (а), представляющего собой частную модель насоса, параметры этого уравнения определяются по меньшей мере настолько, что применение способа становится рациональным. Однако в этом случае целесообразным является введение в эксплуатацию дополнительных рабочих точек, что не обязательно может осуществляться последовательно, а может и с временными интервалами в режиме 1 идентификации.

Как показано на фиг. 3, при примененном в этом случае методе следует определить приток в шахту

- 5 022673 в течение всего времени при выключенном насосе. В этом случае больше подходит способ, изображенный на фиг. 4, при котором интервалы 10 и 11 разбиты на составляющие интервалы Δ11-Δ19 времени, причем интервалы Δΐ времени могут быть выбраны произвольно или случайно, так что имеет место определенное статистическое распределение.

На фиг. 5 изображена установка, в которой насосный агрегат выполнен в виде погружного насоса 12 для скважин, установленного в буровой скважине 13. Погружной насос 12 для скважин откачивает воду, скапливающуюся в буровой скважине 13, на поверхность. На фиг. 5 позицией ζ„ обозначен текущий уровень воды, т.е. уровень жидкости, в шахте 3. Ζ₆ представляет собой уровень грунтовых вод, т. е. уровень воды, который установился бы, если бы не было откачки, а ζ_£ - давление на входе фильтра, т.е. уровень воды, необходимый в окружающей среде для прохождения фильтра, обычно образуемого с помощью песка вокруг колодезной шахты. Принцип определения перекачиваемой жидкости насоса, описанный выше на основе шахты 3, в случае этой установки показывает лишь условный результат, т.е. с большой неточностью, поскольку в отличие от шахты 3 приток в буровую скважину 13 является функцией уровня ζ^ жидкости, т.е. чем выше уровень ζ„ жидкости в буровой скважине, тем меньше приток. Чтобы учесть это, в этой установке для определения д_1П, т.е. притока жидкости за единицу времени, следует воспользоваться уравнениями (ί) и (д). Эти линейно-параметрические уравнения (ί) и (д) могут быть решены обычным способом путем идентификации параметров, как это само по себе известно для таких установок и потому не требует подробного описания.

В установке, изображенной на фиг. 6, насос 14 осуществляет перекачку в расширительный бак 15, т.е. в закрытый резервуар 15, по меньшей мере частично заполненный сжимаемым газом, который в зависимости от уровня наполнения является более или менее сжатым, т.е. давление внутри расширительного бака 15 является переменным. Поскольку производительность насоса здесь как на выходе (ρ_ουΐ), так и на входе (ρ_ιη) зависит от давления внутри бака 15, для определения производительности насоса следует воспользоваться уравнением (д), учитывающим производительность насоса в зависимости от давления ρ_οιιι в расширительном баке, или в конце отводящей линии, а также изменение Δρ_οιιι давления и постоянную К_е расширительного бака. В данном случае также целесообразно, как показано на фиг. 4, разбить временной интервал 16 при отключенном насосе, а также временной интервал 17 при включенном насосе, например, на множество временных интервалов Δί1-Δί9, и зарегистрировать происходящие изменения Δρ_οιιι давления с тем, чтобы таким образом повысить точность результата.

Разумеется, что при всех измерениях, какими они в качестве примера показаны на фиг. 3, 4 и 7, они должны, соответственно, повторяться для того чтобы, регистрировать разные рабочие точки и тем самым определять параметры частных моделей насоса, образованных согласно уравнениям (а) и (Ь), соответственно, а также (с). Чем больше рабочих точек введены в эксплуатацию, тем точнее последующее определение производительности насоса при эксплуатации, т.е. в рабочем режиме. Однако более существенным является контроль функционирования насоса, в частности эффективности насоса.

На фиг. 8 в качестве примера показаны две кривые, полученные с помощью частных моделей (Ь) и (с) насоса и изображающие коэффициент η полезного действия насоса в зависимости от производительности последнего. Кривая 18 зарегистрирована в начале работы, в то время как кривая 19 по истечении значительного времени работы, т.е. после одного или многократных переключений в рабочий режим, например через пять месяцев. Как показывают кривые, эффективность насосного агрегата снижалась на протяжении почти всего периода работы насоса. Это может быть, например, следствием негерметичности внутри насоса, при которой подача частично замыкается накоротко.

Перечень позиций:

- режим идентификации,

- рабочий режим,

- шахта,

- уровень жидкости,

6-9 - интервалы на фиг. 3,

10, 11 - интервалы на фиг. 4,

- погружной насос для скважин,

- буровая скважина,

- насос,

- расширительный бак,

16, 17 - интервалы на фиг. 7,

18, 19 - кривые на фиг. 8, ζ₆ - уровень грунтовых вод, ζ_£ - давление на входе фильтра, ζ^ - уровень воды в колодце.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения характеристических значений центробежного насосного агрегата, встроен- 6 022673 ного в установку и приводимого в действие при помощи электродвигателя, с регулятором частоты вращения на основе электрических параметров двигателя и/или регулятора частоты вращения, а также давления, создаваемого насосом, при котором последовательно задают по меньшей мере две разные рабочие точки насоса, причем в введенных в эксплуатацию рабочих точках с помощью установки определяют производительность объемной подачи насоса и далее рассчитывают характеристические значения, являющиеся частью функции производительности насоса, следующей законам моделирования двигателя и/или насоса, или являющиеся функциями производительности насоса, образованными, предпочтительно, в линейно-параметрической форме, причем упомянутая функция производительности насоса имеет по меньшей мере один первый член с гидравлическим и/или электрическим параметром центробежного насосного агрегата, зависящим от мощности, и второй член с гидравлическим и/или электрическим параметром, зависящим от мощности, которые, соответственно, мультипликативно связаны с одним из параметров центробежного насосного агрегата.
2. Способ определения характеристических значений по п.1, в котором характеристические значения определяют на основе параметров центробежного насосного агрегата.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, при котором параметры центробежного насосного агрегата составляют по меньшей мере часть параметров модели насоса и связаны следующим образом:

Я = 7, — + 7_г —+х₅», уравнение (а), %

где с] - производительность насоса, р - давление подачи насоса, ω_Γ - скорость вращения насоса,

Т - крутящий момент привода насоса и γ₁-γ₃ - параметры частной модели насоса.
4. Способ по любому из пп.1-3, при котором параметры центробежного насосного агрегата составляют по меньшей мере часть параметров модели насоса и связаны следующим образом:

ι η 2* я = Го —+г, — + Га ~ + Г,®, уравнение (Ь) .

а>, ω, а>_Г где с] - производительность насоса, р - давление подачи насоса, ω_Γ - скорость вращения насоса,

Т - крутящий момент привода насоса и γ₁-γ₃ - параметры частной модели насоса.
5. Способ по любому из пп.1-4, при котором параметры центробежного насосного агрегата составляют по меньшей мере часть параметров модели насоса и связаны следующим образом:

р¹ = 0„ + 0^ + 9^+0^+0^² + 0}в>² +0<ра£ +07Τω² +0_ъ&* уравнение (с), где р - давление подачи насоса, ω_Γ - скорость вращения насоса,

Т - крутящий момент привода насоса и θ₀-θ₈ - параметры частной модели насоса.
6. Способ по любому из пп.3, 4 или 5, при котором используют ω_Γ = ω₆, уравнение (б);

Т = Р_еА_е, уравнение (е), где ω<, - частота подачи питания двигателя, а

Ре - электрическая мощность, потребляемая двигателем.
7. Способ по любому из пп.1-6, при котором производительность насоса в введенных в эксплуатацию рабочих точках определяют на основании изменения во времени уровня жидкости по меньшей мере в одной буровой скважине, которая составляет часть установки и из которой насос осуществляет перекачку, в результате сравнения изменения уровня жидкости и результирующей величины притока или, соответственно, оттока при отключенном и при включенном насосе.
8. Способ по п.7, при котором величину притока в буровую скважину определяют с использованием следующих уравнений:

= +л^² +-- + 4^ уравнение (ΐ)

Δί _ч„ = лД„₀ +„,:,. +^+... + щ^) Уравнение (д) где /_т - уровень жидкости в буровой скважине,

Δ1 - промежуток времени,

А/_т - изменение уровня жидкости за промежуток времени Δ1, с|_|м - расчетный приток в буровую скважину,

Л„ - поперечное сечение буровой скважины и η₀, ..., ηι._: - параметры математической модели, моделирующей приток в буровую скважину.

- 7 022673
9. Способ по любому из пп.1-8, при котором производительность определяют в введенных в эксплуатацию рабочих точках на основании изменения по времени уровня жидкости в шахте установки, из которой насос осуществляет откачку, а именно с учетом изменения во времени уровня жидкости при отключенном и включенном насосе, а также на основании геометрии шахты.
10. Способ по любому из пп.1-9, при котором производительность определяют в введенных в эксплуатацию рабочих точках на основе изменения давления в расширительном баке установки, в который насос осуществляет перекачку, а именно с учетом изменения по времени давления в баке при отключенном и включенном насосе.
11. Способ по п.10, при котором производительность насоса определяют с использованием следующего уравнения:

_ _ К* бРон!

?«, _{Л ρ}ΐ д, уравнение 01) где Цои! - подача на выходе из установки,

Чритр - производительность насоса, р_о1|| - давление в расширительном баке,

Δί - промежуток времени,

Δρ_ουί - изменение давления в расширительном баке за промежуток Δί времени и

К_е - постоянная расширительного бака.
12. Способ по любому из пп.1-11, при котором для определения производительности насоса в процессе работы используют часть модели насоса согласно п.3 или 4.
13. Способ по любому из пп.1-12, при котором для контроля функционирования насосного агрегата параметры с временным интервалом определяют повторно и сравнивают с ранее определенными.
14. Способ по любому из пп.1-13, при котором гидравлическую мощность насоса определяют с помощью модели насоса согласно пп.3 или 4 и 5, а через некоторый интервал времени для контроля мощности насосного агрегата гидравлическую мощность определяют снова и сравнивают с ранее определенной.
15. Способ по любому из пп.1-14, при котором характеристические значения, предпочтительно автоматически, регистрируют в режиме идентификации, а затем в рабочем режиме для определения рабочих параметров установки используют ранее определенные характеристические значения.
16. Способ по любому из пп.1-15, при котором характеристические значения, предпочтительно автоматически, регистрируют в режиме идентификации, а затем в рабочем режиме для определения рабочих параметров насосного агрегата используют ранее определенные характеристические значения.