RU2623586C1

RU2623586C1 - Methods of controlling pressure booster systems with electrically driven pumps regulated by frequency converters

Info

Publication number: RU2623586C1
Application number: RU2016122583A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Каргин
Original assignee: Сергей Анатольевич Каргин
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-06-28

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: method comprises determination of the first and additional pumps, determination of regulation parameters, inter alia, of pressure head in the pressure mains, control of regulation parameters, run-up of each additional pump at pressure head level in the pressure mains below the run-up value, regulation of the pressure head within the given pump run-up and shut-down values, shut-down of one of the pumps at pressure head level in the pressure mains above the given shut-down value. Pump feeding voltage frequency regulation is carried out by the law of PID-regulation. Pump feeding voltage disconnection frequency is additionally determined as regulation parameter and when the voltage frequency is below this particular disconnection frequency, shut-down of one of the pumps is carried out. Pump feeding voltage disconnection frequency is determined based on the experimental data.

EFFECT: improved energy efficiency of the system due to improvement of its efficiency coefficient during the pressure head regulation process in the pressure mains of a customer.

1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок и может быть использовано для регулирования в установках повышения давления, состоящих из группы электроприводных насосов одинаковой мощности и нескольких преобразователей частоты (ПЧ) в качестве регуляторов.The invention relates to methods for controlling and regulating pumping units and can be used for regulation in pressure boosting installations, consisting of a group of electric drive pumps of the same power and several frequency converters (IF) as regulators.

В настоящее время широкое распространение получили насосные установки повышения давления (насосные станции) с количеством насосов от 2 до 6 с приводом от асинхронных двигателей, работающих от сетей переменного тока и подключенных параллельно между собой. Основными проблемами таких установок являются импульсы электрического тока в сетях питающего напряжения и гидроудары в напорных магистралях при запуске электродвигателей насосов, а также низкая энергоэффективность при регулировании напора (Н). Наиболее эффективными способами решения проблем импульсов питающего напряжения и гидроударов в напорных магистралях являются способы, связанные с использованием частотного управления насосами при их пуске и останове. Одним из таких способов является способ пуска первого и дополнительных насосов с применением преобразователей частоты переменного тока (патент РФ на изобретение №2332588, МПК F04D 15/00).At present, pumping units for increasing pressure (pumping stations) with a number of pumps from 2 to 6 with a drive from asynchronous motors operating from AC networks and connected in parallel with each other are widely used. The main problems of such installations are electric current pulses in the supply voltage networks and hydraulic shocks in the pressure lines when starting the electric motors of the pumps, as well as low energy efficiency in regulating the pressure (N). The most effective ways to solve the problems of supply voltage pulses and water hammer in pressure lines are the methods associated with the use of frequency control of the pumps when they start and stop. One of such methods is the method of starting the first and additional pumps using AC frequency converters (RF patent for the invention No. 2332588, IPC F04D 15/00).

Известен также способ управления насосной станцией с параллельно работающими насосами, в котором повышение энергоэффективности насосной станции при переменной нагрузке осуществляют за счет использования регулирования каждого насоса от своего ПЧ (стр. 8, рис. 1.5. Преобразователи частотные векторные ОВЕН ПЧВХХ. Руководство по применению в системах каскадного управления насосами. - http://www.owen.ru/uploads/rpr_pchv_kaskad_008.pdf).There is also a method of controlling a pumping station with parallel-running pumps, in which the energy efficiency of the pumping station at variable load is achieved by using the regulation of each pump from its own inverter (page 8, Fig. 1.5. Frequency inverters Aries PFVHX. Application Guide for Systems cascade control of pumps .-- http://www.owen.ru/uploads/rpr_pchv_kaskad_008.pdf).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ повышения энергоэффективности насосной станции, который включает определение оптимальных параметров регулирования насосов, пуск насосов, контроль параметров регулирования, регулирование напора в пределах заданных значений путем отключения насосов и изменения частоты вращения с помощью преобразователей частоты (ПЧ) (патент РФ на изобретение №2561782, МПК F04D 15/00).The closest set of essential features to the invention is a method of increasing the energy efficiency of a pumping station, which includes determining the optimal control parameters of the pumps, starting up the pumps, monitoring the control parameters, regulating the pressure within the set values by turning off the pumps and changing the speed using frequency converters (IF) (RF patent for the invention No. 2561782, IPC F04D 15/00).

Основным недостатком изложенных выше способов является снижение коэффициента полезного действия (КПД) установки на величину до 25-30% при параллельном снижении частоты вращения насосов в процессе регулирования напора до минимального значения, соответствующего частоте питающего напряжения 20 Гц. Данная частота является минимально допустимой частотой при регулировании центробежных насосов из-за перегрева электродвигателя насоса, вызванного снижением интенсивности его обдува при понижении оборотов крыльчатки вентилятора на валу электродвигателя. При этом перегрев вала электродвигателя вызывает нагрев вала сочлененного с ним насоса, что, в свою очередь, приводит к разрушению торцевых уплотнений насоса из-за температурных деформаций его вала.The main disadvantage of the above methods is to reduce the efficiency (efficiency) of the installation by up to 25-30% with a parallel decrease in the speed of the pumps in the process of regulating the pressure to a minimum value corresponding to a frequency of the supply voltage of 20 Hz. This frequency is the minimum allowable frequency when controlling centrifugal pumps due to overheating of the pump motor, caused by a decrease in the intensity of its blowing when lowering the speed of the fan impeller on the motor shaft. In this case, overheating of the motor shaft causes heating of the shaft of the pump connected to it, which, in turn, leads to the destruction of the mechanical seals of the pump due to thermal deformations of its shaft.

Задачей изобретения являются устранение недостатков указанного выше технического решения и достижение технического результата в отношении повышения энергоэффективности за счет повышения КПД установки в процессе регулирования напора (H) в напорной магистрали потребителя.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the above technical solution and achieve a technical result with respect to improving energy efficiency by increasing the efficiency of the installation in the process of regulating the pressure (H) in the pressure line of the consumer.

Достижение указанного технического результата в изобретении достигается за счет осуществления способа управления установками повышения давления с электроприводными насосами, регулируемыми преобразователями частоты, включающего определение первого и дополнительных насосов, определение параметров регулирования, в частности напора в напорной магистрали, контроль параметров регулирования, пуск каждого дополнительного насоса при уровне напора в напорной магистрали ниже заданного значения пуска, регулирование напора в пределах заданных значений пуска и отключения насосов, отключение одного из насосов при уровне напора в напорной магистрали выше заданного значения отключения, отличающегося от указанного выше известного технического решения тем, что дополнительно регулирование частоты питающего насосы напряжения осуществляют по закону ПИД-регулирования, в качестве параметров регулирования дополнительно определяют частоту отключения питающего насосы напряжения и при снижении частоты питающего насосы напряжения ниже этой определенной частоты отключения осуществляют отключение одного из насосов, при этом указанную частоту отключения питающего насосы напряжения определяют формулой The achievement of the specified technical result in the invention is achieved through the implementation of a method for controlling pressure boosting installations with electric drive pumps, adjustable frequency converters, including determining the first and additional pumps, determining control parameters, in particular pressure in the pressure line, controlling the control parameters, starting each additional pump at the pressure level in the pressure line is lower than the set start value, pressure regulation within the set starting values for starting and stopping pumps, shutting down one of the pumps at a pressure level in the pressure line higher than the set shutdown value, which differs from the above-mentioned known technical solution in that, in addition, the frequency of the supplying voltage pumps is regulated according to the PID law, as additional control parameters determine the frequency of shutdown of the supply voltage to the pumps and when the frequency of the supply pumps decreases below this certain frequency of shutdown, vlyayut disabling one of the pumps, wherein the frequency of said disabling voltage pumps is determined by the formula

,

Где fмакс=50 Гц - максимальное значение частоты питающего напряжения, Where fmax = 50 Hz - the maximum value of the frequency of the supply voltage,

Δf - эмпирическое поправочное значение, которое учитывает дополнительный прирост производительности насосов при повышении частоты их вращения, Δf is an empirical correction value, which takes into account the additional increase in pump performance with increasing speed,

N - количество параллельно регулируемых ПЧ насосов,N is the number of parallel adjustable IF pumps,

а команда на отключение формируется при совместном соблюдении условий: and the shutdown command is formed when the conditions are met jointly:

Н<Ноткл, fоткл>0, fрег≤fоткл, где fрег - частота регулирования питающего насосы напряжения на выходе ПЧ, Ноткл - уровень напора отключения в напорной линии, Н - напор в напорной линии.N <Not, f off> 0, freg≤f off, where freg is the frequency of regulation of the supply voltage to the inverter output pumps, Notk is the level of shutdown pressure in the pressure line, and N is the pressure in the pressure line.

Для однозначного и более полного понимания описания заявляемого изобретения далее приведены уточнения и раскрытия, использованных выше понятий и терминов, а также описание отдельных этапов способа.For an unambiguous and more complete understanding of the description of the claimed invention, the following are clarifications and disclosures of the concepts and terms used above, as well as a description of the individual steps of the method.

Под ПИД-регулированием в технической литературе понимают способ управления с обратной связью, включающий сумму пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих отклонения определяющего параметра (в данном описании - напора в магистрали потребителей (H) от его заданного значения (H_зад). При ПИД-регулировании насосов повышения давления изменением частоты их вращения выходным сигналом ПИД-регулятора управляющего компьютера является значение частоты регулирования

, записываемое в управляющие насосами ПЧ.PID control in the technical literature is understood as a feedback control method, including the sum of the proportional, integral and differential components of the deviation of the determining parameter (in this description, the pressure in the consumer line (H) from its set value (H _ass ). With PID control pressure increase pumps by changing the frequency of their rotation, the output signal of the PID controller of the control computer is the value of the control frequency

recorded in the control pumps of the inverter.

Заявляемый способ направлен на повышения энергоэффективности насосных установок за счет повышения КПД насосов, а соответственно, и установок повышения давления в целом, в процессе регулирования напора (H) в напорной магистрали потребителей. При этом КПД установок в первом приближении рассчитывается как среднее арифметическое значение КПД работающих насосов.The inventive method is aimed at improving the energy efficiency of pumping units by increasing the efficiency of pumps, and, accordingly, and pressure boosting systems in general, in the process of regulating the pressure (H) in the pressure line of consumers. In this case, the efficiency of the plants is calculated as a first approximation as the arithmetic average of the efficiency of the working pumps.

В предлагаемом способе используют насосы, работающие от асинхронных электродвигателей переменного тока, подключенные к промышленным сетям переменного тока частотой 50 Гц. Количество насосов в установке варьируется от 2 до 6. Указанное количество определяет ступень регулирования и закладывается на стадии проектирования установки в зависимости от заданных характеристик потребления. Минимальное количество насосов определяется минимальными условиями осуществления способа, максимальное - количеством ступеней регулирования, а также снижением КПД установки до уровня, когда подключение дополнительного насоса увеличивает ее производительность на величину, меньшую определяемой ступени регулирования для каждого насоса. Регулирование напора осуществляют за счет изменения количества подключаемых насосов и частоты их вращения. Регулирование частоты вращения насосов осуществляют регулированием частоты вращения роторов асинхронных двигателей за счет изменения частоты и амплитуды напряжения переменного тока посредством ПЧ каждого насоса. Выбор очередности пуска или приоритета пуска каждого насоса осуществляют на основании его эксплуатационных характеристик или конструктивной очередности подключения в установке. Каждый очередной по приоритету насос запускают при понижении напора в напорной магистрали ниже заданного значения пуска (Н_пуска) путем подачи на ПЧ соответствующей команды с управляющего компьютера в соответствии с программой управления. Выбор очередности останова или приоритета останова каждого насоса осуществляют по признаку - первый в очередности работающих насосов отключается первым. Такая очередность останова насосов обеспечивает равномерную выработку их ресурса, что является обязательным требованием процесса эксплуатации насосных установок. Каждый очередной по приоритету останова насос отключают при превышении напора в напорной магистрали выше заданного уровня отключения (H_откл) путем снятия с ПЧ этого насоса соответствующей команды от управляющего компьютера. При такой схеме управления дополнительными насосами могут считаться только неработающие насосы. При параллельной работе насосов, каждый от ПЧ, нет основных и дополнительных насосов: все насосы равноправны.In the proposed method, pumps are used, operating from asynchronous AC electric motors, connected to industrial AC networks with a frequency of 50 Hz. The number of pumps in the installation varies from 2 to 6. The specified number determines the level of regulation and is laid at the design stage of the installation, depending on the specified characteristics of consumption. The minimum number of pumps is determined by the minimum conditions for the implementation of the method, the maximum is determined by the number of control stages, as well as a decrease in the efficiency of the installation to a level when connecting an additional pump increases its productivity by an amount less than the determined control step for each pump. Pressure regulation is carried out by changing the number of connected pumps and their speed. The speed control of the pumps is controlled by the speed of the rotors of the induction motors by changing the frequency and amplitude of the AC voltage by means of the inverter of each pump. The selection of the start-up sequence or start-up priority of each pump is carried out on the basis of its operational characteristics or the constructive sequence of connection in the installation. Each next priority pump is started when the pressure in the pressure line drops below the set start value (N _start ) by sending the appropriate command to the inverter from the control computer in accordance with the control program. The choice of shutdown priority or shutdown priority of each pump is carried out according to the sign - the first in the sequence of working pumps is turned off first. Such a sequence of shutdown of the pumps ensures uniform development of their resource, which is a mandatory requirement for the operation of pumping units. Each regular priority breakpoint pump shut off when excess pressure in the pressure line is above a predetermined trip level (H _none) by removing with the drive of the pump corresponding to the command from the control computer. With this control scheme for additional pumps, only idle pumps can be considered. With parallel operation of the pumps, each from the inverter, there are no primary and secondary pumps: all pumps are equal.

Рассматриваемая разновидность установок содержит несколько ПЧ, обеспечивающих регулирование каждым работающим насосом. В общем случае количество ПЧ может быть меньше количества насосов в установке, но не менее двух. Такая конфигурация установок в настоящее время широко распространена и обеспечивает наиболее комфортное регулирование насосами. При этом каждый насос запускается, регулируется и останавливается от своего отдельного ПЧ. При таком управлении отсутствуют гидроудары в напорных магистралях, а также импульсы тока питающего напряжения.The considered variety of installations contains several inverters that provide regulation by each running pump. In general, the number of inverters may be less than the number of pumps in the installation, but not less than two. This configuration of installations is currently widespread and provides the most comfortable regulation of pumps. In this case, each pump starts, is regulated and stops from its own separate inverter. With this control, there are no water hammer in the pressure lines, as well as current pulses of the supply voltage.

Производительность каждого регулируемого насоса Q, измеряемая в м³/час, линейно определяется его частотой вращения n, об/мин. Частота вращения насоса линейно определяется частотой регулирования

питающего насос напряжения на выходе ПЧ. Таким образом, производительность каждого насоса линейно зависит от частоты питающего напряжения на выходе его ПЧ: Q₁=Q(n)=Q(

). При работе двух насосов общая производительность определяется значением Q₂=2Q(n)=2Q(

). Снижение частоты вращения двух насосов в процессе их регулирования до уровня питающего напряжения

=25 Гц вызовет снижение производительности установки до значения Q₂₁=2Q(n)=Q(2

)=Q(

=50 Гц). При принудительном отключении одного насоса путем его плавного останова от ПЧ напор (Н) в магистрали начинает понижаться. При этом ПИД-регулятор управляющего компьютера плавно увеличивает частоту вращения регулируемого насоса до значения, обеспечивающего стабилизацию напора на заданном уровне. В рассматриваемом случае для линейных зависимостей справедливы соотношения: Q₁₂=2Q(n)=2Q(

=25 Гц) ≤ Q(

=50 Гц). За счет того что КПД насосов на частоте вращения, соответствующей частоте питающего напряжения

=50 Гц, выше КПД насосов на частоте вращения, соответствующей

=25 Гц, примерно на 25-30% в зависимости от типа насоса, один регулируемый насос обеспечит ту же производительность при частоте вращения меньше максимальной

=43-48 Гц за счет повышения КПД, что и два насоса на частоте вращения, соответствующей

=25 Гц. Таким образом, отключение одного насоса обеспечит экономию электроэнергии на уровне 10-16% для определенного режима водопотребления.The performance of each adjustable pump Q, measured in m ³ / h, is linearly determined by its speed n, rpm. The speed of the pump is linearly determined by the frequency of regulation

Inverter supply voltage to the pump. Thus, the performance of each pump linearly depends on the frequency of the supply voltage at the output of its inverter: Q ₁ = Q (n) = Q (

) When two pumps are operating, the total capacity is determined by the value Q ₂ = 2Q (n) = 2Q (

) Reducing the speed of two pumps during their regulation to the level of the supply voltage

= 25 Hz will cause a decrease in plant performance to the value Q ₂₁ = 2Q (n) = Q (2

) = Q (

= 50 Hz). When one pump is forcedly turned off by stopping it smoothly from the inverter, the pressure (N) in the line starts to decrease. In this case, the PID controller of the control computer smoothly increases the speed of the adjustable pump to a value that ensures pressure stabilization at a given level. In the case under consideration, for the linear dependencies the following relations are valid: Q ₁₂ = 2Q (n) = 2Q (

= 25 Hz) ≤ Q (

= 50 Hz). Due to the fact that the efficiency of the pumps at a speed corresponding to the frequency of the supply voltage

= 50 Hz, higher than the efficiency of the pumps at a speed corresponding to

= 25 Hz, approximately 25-30% depending on the type of pump, one adjustable pump will provide the same performance at a speed less than the maximum

= 43-48 Hz due to increased efficiency, as two pumps at a speed corresponding to

= 25 Hz. Thus, turning off one pump will provide energy savings of 10-16% for a certain mode of water consumption.

Для трех параллельно регулируемых насосов отключение дополнительного насоса производят на частоте питающего напряжения, равной или ниже

=33,3 Гц. При этом два насоса, работающих с производительностью, близкой к максимальной, обеспечат тот же расход при данном напоре, что и три насоса на частоте регулирования

=33,3 Гц. При этом для рассматриваемых линейных зависимостей справедливы соотношения: Q₃=3Q(n)=3Q(

=33,3 Гц)≤2Q(

=50 Гц)=Q(

=l00 Гц), где f_Σ - «суммарная» частота вращения насосов, определяющая общую производительность установки.For three parallel-controlled pumps, the auxiliary pump is switched off at a supply voltage frequency equal to or lower

= 33.3 Hz. At the same time, two pumps operating with a capacity close to maximum will provide the same flow rate at a given pressure as three pumps at a control frequency

= 33.3 Hz. Moreover, for the considered linear dependencies the following relations are valid: Q ₃ = 3Q (n) = 3Q (

= 33.3 Hz) ≤2Q (

= 50 Hz) = Q (

= l00 Hz), where f _Σ is the “total” pump speed, which determines the overall performance of the installation.

Из приведенных зависимостей получим условие отключения дополнительного насоса, обеспечивающее работу установки повышения давления в области максимальных значений КПД насосов: N⋅

≤

, где N - количество параллельно регулируемых ПЧ насосов,

- расчетное значение частоты отключения, определяемое формулой

, где

=50 Гц - максимальное значение частоты питающего напряжения, для которого определено максимальное значение КПД насоса;

=0-10 Гц - некоторое поправочное значение, которое учитывает дополнительный прирост производительности насосов. Этот прирост производительности осуществляется за счет повышения КПД при повышении частоты их вращения после отключения одного насоса и определяется эмпирически отдельно для каждой конкретной установки повышения давления и магистрали потребителя с учетом изменения режимов потребления. При этом команда на отключение формируется при совместном соблюдении условий:From the above dependences, we obtain the condition for shutting down the additional pump, which ensures the operation of the installation for increasing pressure in the region of maximum values of pump efficiency:

≤

where N is the number of parallel adjustable IF pumps,

- the calculated value of the shutdown frequency, determined by the formula

where

= 50 Hz - the maximum value of the frequency of the supply voltage, for which the maximum value of the efficiency of the pump is determined;

= 0-10 Hz - some correction value, which takes into account an additional increase in pump performance. This increase in productivity is carried out by increasing the efficiency when increasing the frequency of their rotation after turning off one pump and is determined empirically separately for each specific installation to increase the pressure and the consumer line taking into account changes in consumption modes. In this case, the shutdown command is formed when the conditions are met jointly:

1) Н<Н_откл;1) H <H _none;

2)

>0;2)

>0;

3)

≤

;3)

≤

;

т.е. для количества параллельно регулируемых насосов два и более только при отсутствии команды отключения дополнительных насосов по уровню напора Ноткл. Условие (3) подразумевает собой отсутствие команды пуска дополнительных насосов по признаку снижения напора ниже уровня пуска, что следует из функционала ПИД-регулирования заданного значения напора.those. for the number of parallel-controlled pumps, two or more only if there is no command to turn off the additional pumps according to the pressure level Notcl. Condition (3) implies the absence of a start command for additional pumps on the basis of a decrease in pressure below the start level, which follows from the PID control functional of the set pressure value.

Заявляемое изобретение характеризуется следующей совокупностью существенных признаков, а именно наличием следующей последовательности действий, которая обеспечивает достижение заявленного технического результата:The claimed invention is characterized by the following set of essential features, namely the presence of the following sequence of actions, which ensures the achievement of the claimed technical result:

- определение первого и дополнительных насосов,- definition of the first and additional pumps,

- определение параметров регулирования, в частности напора в напорной магистрали,- determination of control parameters, in particular pressure in the pressure line,

- контроль параметров регулирования,- control of regulation parameters,

- пуск каждого дополнительного насоса при уровне напора в напорной магистрали ниже заданного значения пуска,- start of each additional pump at a pressure level in the pressure line below the set start value,

- регулирование напора в пределах заданных значений пуска и отключения насосов,- pressure control within the set start-up and shutdown values of the pumps,

- отключение одного из насосов насоса при уровне напора в напорной магистрали выше заданного значения отключения,- shutdown of one of the pump pumps at a pressure level in the pressure line above the set shutdown value,

- регулирование частоты питающего насосы напряжения по закону ПИД-регулирования,- regulation of the frequency of the supply voltage pumps according to the law of PID regulation,

- в качестве параметров регулирования дополнительно определяют частоту отключения питающего насосы напряжения,- as the parameters of regulation, they additionally determine the frequency of shutdown of the voltage supplying the pumps,

- отключение одного из насосов при снижении частоты питающего насосы напряжения ниже частоты отключения,- shutdown of one of the pumps when the frequency of the supply voltage to the pumps is lower than the shutdown frequency,

- определение частоты отключения питающего насосы напряжения по формуле

, где- determination of the frequency of shutdown of the supply voltage pumps according to the formula

where

fмакс=50 Гц - максимальное значение частоты питающего напряжения,fmax = 50 Hz - the maximum value of the frequency of the supply voltage,

Δf - эмпирическое поправочное значение, которое учитывает дополнительный прирост производительности насосов при повышении частоты их вращения,Δf is an empirical correction value, which takes into account the additional increase in pump performance with increasing speed,

а команда на отключение формируется при совместном соблюдении условий:and the shutdown command is formed when the conditions are met jointly:

Н<Ноткл, fоткл>0, fрег≤fоткл.N <Not off, f off> 0, freg≤f off.

Указанная совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволяет заключить, что по сравнению с указанными выше прототипом и аналогами оно позволяет повысить энергоэффективность работы насосных установок повышения давления с параллельно регулируемыми ПЧ насосами за счет повышения КПД установки в процессе регулирования напора в напорной магистрали потребителя и тем самым реализовать заявленный технический результат.The specified set of essential features of the claimed invention allows us to conclude that, compared with the above prototype and analogs, it allows to increase the energy efficiency of pumping units for increasing pressure with parallel adjustable IF pumps by increasing the efficiency of the installation in the process of regulating the pressure in the consumer pressure line and thereby implement the claimed technical result.

Подтверждением достижения технического результата заявляемого изобретения является реализация указанного назначения, что следует из перечисленной совокупности существенных признаков и приведенных ниже примеров реализации способа.Confirmation of the achievement of the technical result of the claimed invention is the implementation of this purpose, which follows from the above set of essential features and the following examples of the method.

Совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения представляет собой процесс, в котором последовательно во времени осуществляют действия над материальными объектами - насосами, ПЧ, питающими сетями напряжения и напорной магистралью. Этими действиями являются: пуск насосов от ПЧ, регулирование насосов, а также принудительный останов насосов. Указанные действия осуществляют с помощью ПЧ, переключателей, магнитных пускателей, управляющих контроллеров (компьютеров). Все действия над указанными материальными объектами выполняются во времени и в определенной последовательности. При этом выбор очередности или приоритета пуска и условия отключения насосов определяет порядок выполнения действий над материальными объектами и является их характеристикой. The set of essential features of the proposed technical solution is a process in which actions are sequentially performed over time on material objects - pumps, inverters, voltage supply networks and pressure line. These actions are: starting the pumps from the inverter, regulating the pumps, as well as forcing the pumps to stop. These actions are carried out using the inverter, switches, magnetic starters, control controllers (computers). All actions on these material objects are performed in time and in a certain sequence. In this case, the choice of the priority or priority of start-up and the conditions for shutting down the pumps determines the procedure for performing actions on material objects and is their characteristic.

Изобретение может быть применено в промышленности и коммунальном хозяйстве. Применение и использование предлагаемого способа не вызывают трудностей и могут быть осуществлены людьми, имеющими специальную техническую подготовку. При осуществлении способа используются устройства и приборы, выпускаемые промышленностью и находящиеся в открытой продаже. Методами осуществления изобретения являются операторская работа с техническим оборудованием, приборами контроля и регулирования, а также с компьютером. Средствами осуществления являются насосы, компьютеры, преобразователи частоты, магнитные пускатели, переключатели.The invention can be applied in industry and utilities. The application and use of the proposed method does not cause difficulties and can be carried out by people with special technical training. In the implementation of the method, devices and devices manufactured by the industry and located on the open market are used. Methods for implementing the invention are camera work with technical equipment, control and regulation devices, as well as with a computer. Means of implementation are pumps, computers, frequency converters, magnetic starters, switches.

Отличительными от прототипа существенными признаками изобретения являются:Distinctive features of the prototype of the essential features of the invention are:

where

Н<Ноткл, fоткл>0, fpeг≤fоткл.N <Not, f off> 0, f≤≤f off.

Приведенные существенные признаки являются отличительными от прототипа, т.к. каждый из них не содержится в совокупности существенных признаков прототипа, т.е. не присутствует в перечне действий, осуществляемых в прототипе, и не является их характеристикой.These significant features are distinctive from the prototype, because each of them is not contained in the totality of the essential features of the prototype, i.e. not present in the list of actions carried out in the prototype, and is not their characteristic.

Как уже было показано выше, указанные отличительные от прототипа существенные признаки обеспечивают достижение заявленного технического результата при использовании других существенных признаков изобретения, указанных в описании. Другими словами, они позволяют создать новый способ, позволяющий добиться существенного повышения энергоэффективности установок повышения давления с параллельно регулируемыми ПЧ насосами за счет повышения кпд установки.As already shown above, these distinctive essential features from the prototype ensure the achievement of the claimed technical result when using other essential features of the invention specified in the description. In other words, they allow us to create a new method that allows us to achieve a significant increase in the energy efficiency of pressure boosting installations with parallel adjustable IF pumps by increasing the efficiency of the installation.

Таким образом, показано, что совокупность существенных признаков изобретения, позволяющая достичь технического результата, отличается от совокупности существенных признаков аналогов, прототипа, а также и других известных источников.Thus, it is shown that the set of essential features of the invention, which allows to achieve a technical result, differs from the set of essential features of analogues, prototype, as well as other known sources.

В ходе изучения уровня техники способов повышения энергоэффективности установок повышения давления с электроприводными насосами, регулируемыми преобразователями частоты за счет повышения КПД установки в процессе регулирования напора, не выявлены технические решения, существенные признаки которых как в совокупности, так и по отдельности совпадают с указанными выше отличительными существенными признаками заявляемого изобретения и позволяют достичь заявляемого технического результата. На практике отключение насосов в процессе регулирования производится только при повышении напора в напорной магистрали, равном или выше заданного уровня отключения насосов. Аналогичные рекомендации приводятся и в научно-технической литературе. Однако при уровне напора ниже уровня отключения регулируемые ПЧ насосы могут длительно работать на низких частотах вращения, соответствующих частотам питающего напряжения 20-30 Гц, при снижении расхода со стороны потребителей, что снижает энергоэффективность установки из-за снижения КПД насосов, а также вызывает перегрев электродвигателей насосов на низких частотах вращения вентиляторов обдува, и, в конечном итоге, приводит к отказам гидравлической части насосов из-за температурной деформации вала, а также к возможным отключениям насосов при срабатывании датчиков температуры электродвигателей. Предлагаемый способ за счет отключения насосов при определенной частоте питающего насосы напряжения, которая ниже определенного допустимого значения, устраняет указанные недостатки и позволяет повысить КПД работающих установок при одновременном повышении ресурса работы насосов.In the course of studying the prior art of ways to increase the energy efficiency of pressure boosting installations with electric drive pumps controlled by frequency converters by increasing the efficiency of the installation in the process of regulating the pressure, technical solutions were not identified, the essential features of which, collectively and individually, coincide with the above distinctive significant features of the claimed invention and can achieve the claimed technical result. In practice, the pumps are turned off during the regulation process only when the pressure in the pressure line is increased equal to or higher than the set pump shutdown level. Similar recommendations are given in the scientific and technical literature. However, at a pressure level below the shutdown level, adjustable IF pumps can operate for a long time at low rotation frequencies corresponding to frequencies of a supply voltage of 20-30 Hz, while reducing consumption by consumers, which reduces the energy efficiency of the installation due to a decrease in pump efficiency and also causes overheating of electric motors pumps at low speeds of the blower fans, and, ultimately, leads to failure of the hydraulic part of the pumps due to thermal deformation of the shaft, as well as to possible shutdowns of the pump when triggered into a motor temperature sensors. The proposed method due to the shutdown of the pumps at a certain frequency of the voltage supplying the pumps, which is below a certain acceptable value, eliminates these disadvantages and allows to increase the efficiency of operating plants while increasing the service life of the pumps.

Следует также обратить внимание на характеристики отличительного признака «определение частоты питающего насосы напряжения по формуле», которые не известны и не следуют также из уровня техники. Также не известно из уровня техники определение в качестве параметров регулирования частоты отключения питающего насосы напряжения для целей отключения насосов при достижении этой характеристики. Кроме того, не известно совместное использование указанных отличительных признаков, а именно отключение каждого насоса при снижении частоты питающего насосы напряжения ниже частоты отключения при регулировании этой частоты по закону ПИД-регулирования.You should also pay attention to the characteristics of the distinguishing feature "determining the frequency of the voltage supplying the pumps according to the formula", which are not known and do not follow from the prior art. It is also not known from the prior art to define as parameters for controlling the frequency of shutdown of the supplying voltage to the pumps for the purpose of shutting down the pumps when this characteristic is achieved. In addition, it is not known the joint use of these distinguishing features, namely the shutdown of each pump with a decrease in the frequency of the voltage supplying the pumps below the shutdown frequency when controlling this frequency according to the PID control law.

Таким образом, подтверждено отсутствие известности влияния отличительных существенных признаков заявляемого изобретения на заявленный технический результат.Thus, it is confirmed that there is no known effect of distinctive essential features of the claimed invention on the claimed technical result.

Использование указанной совокупности существенных признаков, а также совокупности отличительных признаков для получения заявленного технического результата не следует для специалистов явным образом из уровня техники, т.к. не является объединением, изменением или совместным использованием сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста.The use of the specified combination of essential features, as well as the combination of distinctive features to obtain the claimed technical result does not follow explicitly from the prior art for specialists, because It is not a combination, modification or sharing of information contained in the prior art and / or general knowledge of a specialist.

Описание заявленного способа пояснено схемой, на которой приведены следующие обозначения:The description of the claimed method is illustrated in the diagram, which shows the following notation:

1 - Выбор первого насоса,1 - Selection of the first pump,

2 - Пуск первого насоса от ПЧ,2 - Start the first pump from the inverter,

3 - Проверка условий пуска дополнительных насосов Н

Н_пуска,3 - Checking the starting conditions for additional pumps N

H _start

4 - Определение порядкового номера дополнительного насоса,4 - Determination of the serial number of the additional pump,

5 - Пуск дополнительного насоса от ПЧ,5 - Start an additional pump from the inverter,

6 - Проверка условий останова насоса Н≥Н_откл,6 - pump stop conditions Checking N≥N _none,

7 - Определение порядкового номера отключаемого насоса,7 - Determining the serial number of the pump to be switched off,

8 - Останов насоса от ПЧ,8 - Stop the pump from the inverter,

9 - ПИД-регулирование напора,9 - PID regulation of pressure

10 - Расчет

,10 - Calculation

,

11 - Проверка условия

>0,11 - Condition Check

> 0,

12 - Проверка условия

≤

.12 - Condition Check

≤

.

Предлагаемый способ относится к способам повышения эффективности работы установок повышения давления, состоящих из группы электроприводных насосов в количестве от 2 до 6, регулируемых преобразователями частоты. Кроме того, установки могут содержать дополнительное и вспомогательное оборудование: контроллеры, магнитные пускатели, переключатели, датчики давления, электроизмерительную аппаратуру. В начале осуществления способа осуществляют выбор 1 первого насоса, после чего производят пуск 2 этого насоса, затем, исходя из заданных рабочих параметров установки, определяют параметры регулирования насосов, в частности условия 3 пуска дополнительных насосов. При выполнении условий 3 пуска дополнительных насосов определяют порядковый номер 4 (очередность включения) дополнительных насосов. Для достижения заданного напора или в случае его падения в напорной магистрали потребителя осуществляют пуск 5 дополнительного насоса. После пуска 5 дополнительного(ых) насоса(ов) определяют условия 6 их останова по уровню напора. При соблюдении условий 6 останова определяют порядок 7 отключения насосов. Отключение насоса осуществляют остановом 8 его ПЧ. При невыполнении условий пуска 5 и останова 6 насосов по уровню напора производят ПИД-регулирование 9 уровня напора за счет изменения амплитуды и частоты питающего насосы напряжения, в процессе которого производят расчет частоты отключения по формуле

. При выполнении условия 11 отключения fоткл>0 и выполнении условия 12 снижения частоты питающего напряжения ниже частоты отключения fpeг≤fоткл производят определение 7 порядкового номера отключаемого насоса и производят его отключение остановом 8 ПЧ этого насоса.The proposed method relates to methods for increasing the efficiency of pressure boosting installations, consisting of a group of electric drive pumps in an amount from 2 to 6, adjustable by frequency converters. In addition, the installation may contain additional and auxiliary equipment: controllers, magnetic starters, switches, pressure sensors, electrical measuring equipment. At the beginning of the implementation of the method, 1 of the first pump is selected, after which 2 of this pump are started, then, based on the set operating parameters of the installation, the regulation parameters of the pumps are determined, in particular, conditions 3 for starting additional pumps. If the conditions for starting 3 additional pumps are fulfilled, serial number 4 (sequence of switching on) of additional pumps is determined. To achieve a given pressure or in case of its fall in the pressure line of the consumer start 5 additional pump. After starting 5 additional pump (s), the conditions 6 for their shutdown are determined by the pressure level. Subject to conditions 6 shutdown determine the order of 7 shutdown of the pumps. The pump is switched off by stopping 8 of its inverters. If the conditions for starting 5 and stopping 6 pumps are not fulfilled according to the pressure level, PID control of the 9 pressure level is carried out by changing the amplitude and frequency of the voltage supplying the pumps, during which the shutdown frequency is calculated by the formula

. When fulfilling the condition 11 of shutdown foff> 0 and fulfilling condition 12 of decreasing the frequency of the supply voltage below the frequency of shutdown fpegff off, determine 7 serial numbers of the pump to be switched off and turn it off by stopping 8 inverters of this pump.

Пример 1 Example 1

Применяют насосную установку повышения давления в напорной магистрали потребителя для подачи воды и поддержания напора на заданном уровне. Установка включает 6 насосов, что соответствует их максимально возможному количеству, мощностью 15 кВт, регулируемых шестью ПЧ, а также необходимое коммутационное, защитное и контрольное оборудование. При выходе на режим регулирования шести насосов путем их каскадного пуска от ПЧ определяют условия отключения первого насоса в процессе регулирования напора (H). При выполнении условий отключения выбирают первый отключаемый насос и производят его плавный останов. Оставшиеся в работе пять регулируемых насосов по сигналам ПИД-регулятора компьютера управляющего контроллера переводятся в режим производительности, близкой к максимальной, для обеспечения заданного уровня регулируемого давления. При этом КПД каждого насоса повышается до уровня, близкого к максимальному. Осуществленный таким образом принудительный останов дополнительного насоса снизил потребляемую мощность с 74,9 кВт до 65,9 кВт при поддержании того же уровня напора, тем самым экономия электроэнергии составила 12% для данного режима водопотребления.Apply a pump installation for increasing pressure in the pressure line of the consumer to supply water and maintain the pressure at a given level. The installation includes 6 pumps, which corresponds to their maximum possible quantity, with a power of 15 kW, regulated by six inverters, as well as the necessary switching, protective and control equipment. When entering the control mode of six pumps by cascading them from the inverter, the conditions for disconnecting the first pump in the process of regulating the pressure (H) are determined. When the shutdown conditions are fulfilled, the first pump to be switched off is selected and its soft stop is made. The remaining five adjustable pumps, according to the signals of the PID controller of the computer of the control controller, are transferred to a performance mode close to maximum to ensure a given level of adjustable pressure. In this case, the efficiency of each pump rises to a level close to the maximum. The forced shutdown of the additional pump carried out in this way reduced the power consumption from 74.9 kW to 65.9 kW while maintaining the same pressure level, thereby saving electricity by 12% for this mode of water consumption.

Пример 2 Example 2

Установка повышения давления в напорной магистрали потребителя для подачи воды включает 4 насоса мощностью 90 кВт и два ПЧ в силовой схеме, а также необходимое коммутационное и контрольное оборудование. При параллельной работе только двух регулируемых насосов (это минимальное количество насосов в установках повышения давления) определяют условие отключения дополнительного насоса. При выполнении условий отключения выбирают первый отключаемый насос и производят его плавный останов. Оставшийся в работе регулируемый насос по сигналам ПИД-регулятора компьютера управляющего контроллера переводится в режим производительности, близкой к максимальной, для обеспечения заданного уровня регулируемого напора. При этом КПД насоса повышается до уровня, близкого к максимальному. Осуществленный таким образом принудительный останов дополнительного насоса снизил потребляемую мощность со 100,8 кВт до 85,4 кВт для того же уровня напора, тем самым экономия электроэнергии составила 15,3% для данного режима водопотребления.The installation for increasing the pressure in the consumer pressure line for water supply includes 4 pumps with a capacity of 90 kW and two inverters in the power circuit, as well as the necessary switching and control equipment. In parallel operation of only two adjustable pumps (this is the minimum number of pumps in pressure boosting systems), the condition for switching off the additional pump is determined. When the shutdown conditions are fulfilled, the first pump to be switched off is selected and its soft stop is made. The adjustable pump remaining in operation, by the signals of the PID controller of the computer of the control controller, is transferred to a performance mode close to maximum to ensure a given level of adjustable pressure. In this case, the pump efficiency increases to a level close to maximum. The forced shutdown of the additional pump carried out in this way reduced the power consumption from 100.8 kW to 85.4 kW for the same pressure level, thereby saving electricity by 15.3% for this mode of water consumption.

Приведенные выше варианты примеров не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения. Напротив, возможны также варианты, модификации и эквиваленты описанных примеров в пределах объема прав, изложенных в формуле изобретения.The above examples should not be construed as limiting the scope of the invention. On the contrary, variations, modifications and equivalents of the described examples are also possible within the scope of the rights set forth in the claims.

Приведенное выше описание осуществления изобретения и примеры его реализации подтверждают достижение заявленного технического результата в процессе осуществлении изобретения. Они также показывают причинно-следственную связь существенных признаков между собой и достигаемым техническим результатом.The above description of the invention and examples of its implementation confirm the achievement of the claimed technical result in the process of carrying out the invention. They also show a causal relationship of essential features between themselves and the achieved technical result.

Из приведенного выше описания также следует, что достижение технического результата возможно только при осуществлении всей совокупности существенных признаков, что подтверждает также техническое решение задачи осуществления изобретения.From the above description it also follows that the achievement of a technical result is possible only when implementing the entire set of essential features, which also confirms the technical solution to the problem of carrying out the invention.

Claims

A method of controlling pressure boosting installations with electric drive pumps, adjustable frequency converters, including determining the first and additional pumps, determining control parameters, in particular pressure in the pressure line, controlling the control parameters, starting each additional pump at a pressure level in the pressure line below the set start value, pressure regulation within the set start-up and shutdown values of the pumps, shutdown of one of the pumps at a pressure level in the pressure head mains above a set shutdown value, characterized in that the frequency of the supply voltage pumps is controlled according to the PID law, as the control parameters, the shutdown frequency of the supply voltage pumps is additionally determined and, when the frequency of the supply voltage pumps decreases below this certain shutdown frequency, one of the pumps is shut off ,

while the indicated frequency of disconnection of the voltage supplying the pumps is determined by the formula

Where

fmax = 50 Hz - the maximum value of the frequency of the supply voltage,

Δf is an empirical correction value, which takes into account the additional increase in pump performance with increasing speed,

N is the number of parallel adjustable IF pumps,

and the shutdown command is formed when the conditions are met jointly:

N <Not, f off> 0, freg≤f off, where freg is the frequency of regulation of the supply voltage to the inverter output pumps, Notk is the level of shutdown pressure in the pressure line, and N is the pressure in the pressure line.