PL195819B1 - Zestaw pompowy, zwłaszcza dla większych układów pompowych, sposób doboru pomp w zestawie pompowym i sposób sterowania pompami w zestawie pompowym - Google Patents

Abstract

1. Zestaw pompowy, zwłaszcza dla większych układów pompowych złożony z pomp wirowych, znamienny tym, że składa się z sekcji wysokości statycznej (SWS) wyposażonej w pompy dobrane dla pokonania wysokości statycznej układu pompowego i sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH) zawierającej pompy o regulowanej prędkości obrotowej, przy czym obie sekcje (SWS, SKSH) połączone są ze sobą szeregowo. 4. Sposób doboru pomp w zestawie pompowym polegający na doborze pomp w zależności od zapotrzebowania układu pompowego, znamienny tym, że dla sekcji wysokości statycznej (SWS) pompy dobiera się dla pokonania wysokości statycznej układu pompowego tworząc zestawienie pomp głównych (PG) i pomp pomocniczych (PP), a dla sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH) dobiera się pompy (ΡΔΗ) o regulowanej prędkości obrotowej. 7. Sposób sterowania pompami w zestawie pompowym, którego pracą steruje sterownik w oparciu o sygnał z przepływu i ciśnienia podawanego przez pompownię, znamienny tym, że przy mniejszych wydajnościach uruchamia się i następnie pracuje jedna pompa (PAH1) sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH), a przy przepływie, przy którym pobór mocy przez jedną pompę (PAH) jest taki sam jak przez dwie pracujące pompy (PAH), do pracy wprowadza się drugą pompę (PAH2) sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH).

Description

Przedmiotem wynalazku jest zestaw pompowy, zwłaszcza dla większych układów pompowych, sposób doboru pomp w zestawie pompowym i sposób sterowania pompami w zestawie pompowym. Wynalazek ma szczególne zastosowanie w układach wodociągowych o wydajności powyżej 250 m³/h.

W występujących najczęściej w praktyce układach pompowych wysokość podnoszenia wytwarzana przez pompownię zużytkowana jest na pokonanie wysokości statycznej oraz strat hydraulicznych związanych z przepływem przez rurociągi układu pompowego. Wysokość statyczna jest dla danego układu pompowego wielkością stałą, niezależną od przepływu. Wysokość strat hydraulicznych w układzie pompowym jest wielkością zmienną i zależy w stosunku kwadratowym od przepływu.

Wymagana wysokość podnoszenia pompowni w układzie pompowym jest sumą wysokości statycznej i wysokości strat hydraulicznych.

Powszechnie stosowane w technice zestawy pompowe wyposażone są w pompy wirowe. Zestawy te najczęściej nie uwzględniają celowości zmiany wysokości podnoszenia pompowni w miarę wzrostu wydajności w układzie pompowym. Wówczas dobiera się jednakowe pompy do układu pompowego pracujące w układzie równoległym. W ten sposób możliwa jest właściwa regulacja jedynie wydajności, natomiast regulacja wysokości podnoszenia w takim układzie wiąże się już ze stratami energetycznymi. Rzadziej stosowane są rozwiązania, które umożliwiają regulację zarówno wydajności, jak i wysokości podnoszenia pompowni. W rozwiązaniach tych każda pompa wyposażona jest w urządzenie do regulacji prędkości obrotowej. Wymienione rozwiązania są jednak znacznie droższe, bowiem wymagają urządzeń do regulacji prędkości obrotowej o znacznie większej mocy. Podyktowane to jest tym, że pełna moc zasilania pompowni musi przechodzić przez urządzenia do regulacji prędkości obrotowej. Urządzenia do regulacji prędkości obrotowej też mają określoną sprawność i pobierają część mocy, powodując straty energii.

Istota wynalazku polega na tym, że zestaw pompowy, zwłaszcza dla większych układów pompowych wyposażony w pompy wirowe składa sięz dwóch sekcji tj. sekcji wysokości statycznej mającej pompy dobrane dla pokonania wysokości statycznej układu pompowego i sekcji kompensacji strat hydraulicznych zawierającej pompy o regulowanej prędkości obrotowej. Obie sekcje połączone są ze sobą szeregowo.

Z pomp sekcji wysokości statycznej, dwie stanowią pompy główne których wydajność dobrana z przedziału stosowalności pompy, powyżej wydajności optymalnej odpowiada połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, a pozostałe pompy stanowią pompy pomocnicze, z których jedna ma wydajność odpowiadającą połowie wydajności pompy głównej, a druga ma wydajność odpowiadającą 1/4 wydajności pompy głównej. Pompy, główne i pomocnicze mają taką samą wysokość podnoszenia.

Wydajność pomp sekcji kompensacji strat hydraulicznych dobrana z przedziału stosowalności pompy, poniżej wydajności optymalnej odpowiada połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, a wysokość podnoszenia tych pomp przy wydajności równej połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego odpowiada wysokości strat hydraulicznych w układzie pompowym, przy maksymalnym przepływie.

Sposób doboru pomp w zestawie pompowym polegający na doborze pomp w zależności od zapotrzebowania układu pompowego. charakteryzuje się tym, że dla sekcji wysokości statycznej pompy dobiera się dla pokonania wysokości statycznej układu pompowego tworząc zestawienie składające się z pomp głównych i pomp pomocniczych, natomiast dla sekcji kompensacji strat hydraulicznych dobiera się pompy o regulowanej prędkości obrotowej.

Wydajność pomp w sekcji wysokości statycznej dobiera się w takiej zależności, że wydajność pomp głównych dobrana z przedziału stosowalności pompy, powyżej wydajności optymalnej, ustala się na poziomie połowy maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, wydajność jednej z pomp pomocniczych ustala się na poziomie połowy wydajności pompy głównej, a wydajność drugiej z pomp z pomp pomocniczych ustala się na poziomie 1/4 wydajności pompy głównej, przy czym wszystkie pompy tj. główne i pomocnicze dobiera się do takiej samej wysokości podnoszenia.

Wydajność pomp sekcji kompensacji strat hydraulicznych dobrana z przedziału stosowalności pompy, poniżej wydajności optymalnej ustala się na poziomie połowy maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, a wysokość podnoszenia tych pomp przy wydajności równej połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego dobiera się tak, że odpowiada wysokości strat hydraulicznych w układzie pompowym, przy maksymalnym przepływie.

PL 195 819 B1

Sposób sterowania pompami w zestawie pompowym według wynalazku, którego pracą steruje sterownik w oparciu o sygnał z przepływu i ciśnienia podawanego przez pompownię, charakteryzuje się tym, że przy mniejszych wydajnościach uruchamia się i następnie pracuje jedna pompa sekcji kompensacji strat hydraulicznych, a przy przepływie, przy którym pobór mocy z sieci elektrycznej przez jedną pompę jest taki sam jak przez dwie pracujące pompy, do pracy wprowadza się drugą pompę sekcji kompensacji strat hydraulicznych.

Rozwiązania według wynalazku przyczyniają się do zminimalizowania całkowitego kosztu funkcji transportu cieczy w większych układach pompowych. Jest to wynikiem zmniejszenia kosztu inwestycyjnego związanego z zakupem urządzeń do regulacji prędkości obrotowej silników pomp o większej mocy oraz oszczędności w dziedzinie eksploatacyjnej polegającej na uniknięciu strat energetycznych związanych z użytkowaniem urządzeń do regulacji prędkości obrotowej o większej mocy.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat pompowni dwusekcyjnej, a fig. 2 - graficzny obraz pracy układu pompowego.

Zestaw pompowy według wynalazku złożony z pomp wirowych składa się z sekcji wysokości statycznej SWS i sekcji kompensacji strat hydraulicznych SKSH, połączonych ze sobą szeregowo.

Sekcja wysokości statycznej SWS zapewnia utrzymanie wysokości podnoszenia na poziomie zbliżonym do występującej w układzie wysokości statycznej przez pracę odpowiednio dobranych trzech lub czterech pomp, a sekcja kompensacji strat SKSH uzupełnia wysokość podnoszenia pompowni do poziomu charakterystyki wymaganej układu pompowego przez pracę dwóch jednakowych pomp ΡΔΗ z regulowaną prędkością obrotową.

Sposób doboru pomp sekcji wysokości statycznej SWS ma na celu umożliwienie ich pracy w przedziałach dobrej sprawności. Polega on na doborze dwóch jednakowych pomp o wydajności odpowiadającej połowie maksymalnego zapotrzebowania w układzie pompowym znajdującej się przy końcu zakresu stosowalności pompy i wysokości podnoszenia odpowiadającej wysokości statycznej układu pompowego. Pompytestanowią pompy główne PG, oprócz których w zespole sekcji wysokości statycznej SWS znajduje się pompa pomocnicza PP1 o wydajności o połowę mniejszej od pompy głównej PG. W razie potrzeby do zespołu pomp sekcji wysokości statycznej SWS dobiera się drugą pompę pomocniczą PP2 o wydajności 4-krotnie mniejszej od pompy głównej PG. Wysokość podnoszeniaobydwupomppomocniczychPP1,PP2powinna być taka sama jak pomp głównych PG.

Sposób doboru pomp PΔH sekcji kompensacji strat hydraulicznych SKSH polega na dobraniu przy najwyższej sprawności pompy o wydajności optymalnej odpowiadającej połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego i wysokości podnoszenia, przy tej wydajności, odpowiadającej różnicy maksymalnej wymaganej wysokości podnoszenia w układzie pompowym i wysokości podnoszenia pomp głównych PG sekcji wysokości statycznej SWS przy maksymalnej wydajności.

Pompowniasłużydozasilaniasieci wodociągowej niewielkiegomiasta.Wodapobieranajest ze ₃ zbiornika wyrównawczego. Maksymalne zapotrzebowanie godzinowe wodociąguQmax wynosi 200 m³/h, wysokość statyczna dla tego wodociągu Hst wynosi 25 m, wysokość strat hydraulicznych przy maksymalnym rozbiorze wodociągu liczona w stosunku do najniekorzystniej położonych odbiorców ΔHmax wynosi 25 m.

Dobór pomp oraz działanie pompowni przedstawiono przy pomocy graficznego obrazu pracy układu pompowego uwidocznionego na fig. 2.

Prosta HW przedstawia charakterystykę wymaganej wysokości podnoszenia w układzie pompowym. Prosta pozioma Hst = 25 m obrazuje przebieg wysokości statycznej układu pompowego.

Krzywa 1 przedstawia charakterystykę pompy głównej PG sekcji wysokości statycznej SWS. Pompętą dobiera siętak,żebyjej charakterystyka przecinała prostą Hst wpobliżu1/2Q max; wydajnośćtapowinnasię mieścić w polu stosowalności tej pompy powyżej wydajności optymalnej.

Jako pompę pomocniczą PP1 o wydajności o połowę mniejszej od pompy głównej PG, zwaną dalej pompą połówkową, dobrano pompę z tego samego typoszeregu o jedną wielkość mniejszą. Charakterystykę tej pompy naniesiono na graficzny obraz - krzywa 2. Dobrano jeszcze drugą pompę pomocniczą PP2, o wydajności 4-krotnie mniejszej od pompy głównej PG,zwaną dalej pompą ćwiartkową. Jest to następna pompa mniejsza z tego typoszeregu. Charakterystykę tej pompy przedstawia krzywa 3. Na graficzny obraz naniesiono również charakterystyki sumaryczne pompy połówkowej i ćwiartkowej - krzywa 4, pompy głównej PGi połówkowej - krzywa 5 oraz charakterystykę sumarycznąobydwupomp głównych PG - krzywa 6.

PL 195 819 B1

Zgodnie z wyżej podanymi zasadami dobrano pompy ΡΔΗ do sekcji kompensacji strat hydraulicznychSKSH. Charakterystykętej pompy podwyższoną o wysokośćstatycznąnaniesiononawykres - krzywa 7. Wydajność optymalna pompy jest nieznacznie większa od połowy maksymalnego zapotrzebowania w układzie pompowym. Wysokość podnoszenia przy wydajności równej połowie maksymalnego zapotrzebowania w układzie pompowym jest wystarczająca dla pokrycia różnicy pomiędzy wymaganą wysokością podnoszenia przy maksymalnym przepływie a wysokością podnoszenia pomp głównych PG sekcji wysokości statycznej SWS.Obrazuje to przebieg krzywej 8, którajestsumaryczną charakterystyką obydwu pomp PΔH1, PΔH2 sekcji kompensacji strat hydraulicznych SKSH podniesioną o poziom ciśnienia statycznego - AHst. Krzywa 9 przedstawia charakterystykę tej pompy podniesioną o wysokość podnoszenia pomp sekcji wysokości statycznej SWS.

Pracą zestawu pompowego uwidocznionego na fig. 1 steruje sterownik S w oparciu o sygnał z przepływu podawany z wodomierza z przekaźnikiem sygnału Q oraz sygnał podawany przez czujnik ciśnieniaPzainstalowanyw rurociągu tłocznym pompowni.

Sposób sterowaniapompami sekcji wysokości statycznej SWS polega na włączeniu odpowiedniejkombinacji pomp, w zależności od zapotrzebowania zgodnie z przedziałami wydajności I-VI utworzonymipomiędzy punktamiprzecięciacharakterystyki1-6zprostąpoziomąHst.

Sterowanie pracą pomp sekcji kompensacji strat hydraulicznych SKSH polega na utrzymaniu takiej prędkości obrotowej pomp, aby wysokość podnoszenia pompowni kształtowała się według przebiegu Hw = f/Q/, przy czym przy mniejszym zapotrzebowaniu pracuje tylko jedna pompa PΔH1, gdyż moc potrzebna do jej napędu jest mniejsza niż do napędu dwóch pomp zasilanych przez urządzeniadoregulacjiobrotów.

Przy wzroście zapotrzebowania wydajność jednej pracującej pompy PΔH1 przesuwa się na charakterystyce tejpompypowyżejprzedziałujejstosowalności.Wzwiązkuztymsprawnośćjejmaleje.Przy określonymzapotrzebowaniumocpobieranazsieci elektrycznej przez zespół napędowy jednej pompy wyrównuje się z mocą pobieraną przez zespoły napędowe dwóch pomp. Wielkość zapotrzebowania, przy którym następujewyrównaniepoborumocyz sieci zależywdużej mierze od przebiegucharakterystykiwymaganej wielkości podnoszenia w układzie pompowym Hw=f/Q/. Przyliniowym przebiegu, który występuje w wodociągowych układach pompowych, wyrównaniemocynastępuje najczęściej przy przepływie powyżej połowy maksymalnego zapotrzebowania. Przy parabolicznym przebiegu zależności Hw = f/Q/, który występuje w ciepłowniczych układach pompowych, wyrównanie pobieranej mocy następuje przy przepływie mniejszym niż połowa maksymalnego zapotrzebowania.

Po przekroczeniu zapotrzebowania wyrównanej mocy, sterownik S wprowadza do pracy drugą pompę PΔH2 sekcji kompensacji strat hydraulicznych SKSH. Obie pompy PΔH1, PΔH2 pracują z jednakową prędkością obrotową, która przyprzepływieprzełączeniajest znacznie niższa niż posiadałajedna pompa.

Zestaw pompowy posiada naturalne zabezpieczenia awaryjne. W przypadku awarii jednej z pomp głównych PG sekcji wysokości statycznej SWS, druga pompa główna PG i dwie pompy pomocnicze PP1, PP2 zapewniają pokrycie ponad 80% maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego przy odpowiedniej wysokości podnoszenia. W przypadku awarii pompy PΔH1 sekcji kompensacji strat hydraulicznych SKSH, druga pompa PΔH2 jest w stanie zapewnić pokrycie ponad 80% maksymalnego zapotrzebowania przy odpowiedniej wysokości podnoszenia, co widać na graficznym obrazie pracy układu pompowego z przebiegu krzywej 9.W przypadku awarii urządzeniadoregulacji prędkości obrotowej jednej pompy, można uzyskać maksymalne parametry pompowni przełączając silnik pompy z uszkodzonym regulatorem na bezpośrednie zasilanie z sieci, po przekroczeniu zapotrzebowania, przy którym jedna pompa może zapewnić odpowiednią wysokość podnoszenia.

Claims (7)

1. Zestaw pompowy, zwłaszcza dla większych układów pompowych złożony z pompwirowych, znamienny tym, że składa się z sekcji wysokości statycznej (SWS) wyposażonej w pompy dobrane dla pokonania wysokości statycznej układu pompowego i sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH) zawierającej pompy o regulowanej prędkości obrotowej, przy czym obie sekcje (SWS, SKSH) połączone są ze sobą szeregowo.

2. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że z pomp sekcji wysokości statycznej (SWS) dwie stanowią pompy główne (PG), których wydajność dobrana z przedziału stosowalności pompy,

PL 195 819 B1 powyżej wydajności optymalnej odpowiada połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, a pozostałe pompy stanowią pompy pomocnicze (PP), z których jedna ma wydajność odpowiadającą połowie wydajności pompy głównej (PG), a druga - wydajność odpowiadającą 1/4 wydajności pompy głównej (PG), przy czym pompy, główne (PG) i pomocnicze (PP) mają taką samą wysokość podnoszenia.

3. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że wydajność pomp sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH) dobrana z przedziału stosowalności pompy, poniżej wydajności optymalnej odpowiada połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, a wysokość podnoszenia pomp (ΡΔΗ) przy wydajności równej połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego odpowiada wysokości strat hydraulicznych w układzie pompowym, przymaksymalnymprzepływie.

4. Sposób doboru pomp w zestawie pompowym polegający na doborze pomp w zależności od zapotrzebowania układu pompowego, znamienny tym, że dla sekcji wysokości statycznej (SWS) pompydobierasiędla pokonania wysokości statycznej układu pompowego tworząc zestawienie pomp głównych (PG) i pomp pomocniczych (PP), a dla sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH) dobiera się pompy (PAH) o regulowanej prędkości obrotowej.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wydajność pompwsekcji wysokości statycznej (SWS) dobiera się w takiej zależności, że wydajność pomp głównych (PG) dobrana z przedziału stosowalności pompy, powyżej wydajności optymalnej ustala się na poziomie połowy maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, wydajność jednej z pomp pomocniczych (PP) ustala się na poziomie połowy wydajności pompy głównej (PG), a wydajność drugiej z pomp pomocniczych (PP) ustala się na poziomie 1/4 wydajności pompy głównej (PG), przy czym wszystkie pompy (PG, PP) dobierasiędotakiejsamej wysokości podnoszenia.

6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wydajność pomp (PAH) sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH) dobrana z przedziału stosowalności pompy, poniżej wydajności optymalnej ustala się na poziomie połowy maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego, a wysokość podnoszenia pomp (PAH) przy wydajności równej połowie maksymalnego zapotrzebowania układu pompowego dobiera się tak, że odpowiada wysokości strat hydraulicznych w układzie pompowym, przy maksymalnym przepływie.

7. Sposób sterowania pompami w zestawie pompowym, którego pracą steruje sterownik w oparciu o sygnał z przepływu i ciśnienia podawanego przez pompownię, znamienny tym, że przy mniejszych wydajnościach uruchamia się i następnie pracuje jedna pompa (PAH1) sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH), a przy przepływie, przy którym pobór mocy przez jedną pompę (PAH) jest taki sam jak przez dwie pracujące pompy (PAH), do pracy wprowadza się drugą pompę (PAH2) sekcji kompensacji strat hydraulicznych (SKSH).