RU2770528C1 - Centrifugal pump control system - Google Patents

Centrifugal pump control system Download PDF

Info

Publication number
RU2770528C1
RU2770528C1 RU2021136113A RU2021136113A RU2770528C1 RU 2770528 C1 RU2770528 C1 RU 2770528C1 RU 2021136113 A RU2021136113 A RU 2021136113A RU 2021136113 A RU2021136113 A RU 2021136113A RU 2770528 C1 RU2770528 C1 RU 2770528C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
centrifugal pump
sensor
speed
wear
unit
Prior art date
Application number
RU2021136113A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Александров
Александр Александрович Коржев
Анна Михайловна Ватлина
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority to RU2021136113A priority Critical patent/RU2770528C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2770528C1 publication Critical patent/RU2770528C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: electric drive control systems.SUBSTANCE: invention relates to electric drive control systems for centrifugal units and can be used to reduce the cost of electrical energy and equipment wear when transporting liquids with variable rheological properties to the stowing complex of mining and processing enterprises. The device reduces the cost of electrical energy for pumping liquid and the wear of electromechanical equipment due to the dynamic correction of the speed of the electric motor depending on the actual energy losses in the pumping unit so that the magnitude of these losses does not exceed their value in the nominal operating mode.EFFECT: reduction of energy loss and wear of a centrifugal pump and its drive motor when pumping liquids of variable density and viscosity.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам управления электроприводом центробежных агрегатов и может быть использовано для снижения затрат электрической энергии и износа оборудования при транспортировке жидкостей с переменными реологическим свойствами к закладочному комплексу горно-обогатительных предприятий.SUBSTANCE: invention relates to electric drive control systems for centrifugal units and can be used to reduce the cost of electrical energy and equipment wear when transporting liquids with variable rheological properties to the stowing complex of mining and processing enterprises.

Известна система управления центробежным насосом (патент RU № 2418990, опубл. 25.05.2011), содержащая блок задания параметра регулирования, блок сравнения, блок интегрирования, асинхронный электродвигатель, центробежный насос, сумматор, блок дифференцирования, датчик частоты вращения, датчик регулируемого параметра. A centrifugal pump control system is known (patent RU No. 2418990, publ. 05/25/2011), containing a control parameter setting unit, a comparison unit, an integration unit, an asynchronous electric motor, a centrifugal pump, an adder, a differentiation unit, a speed sensor, an adjustable parameter sensor.

Недостатком данной системы является наличие блока сравнения, блоков интегрирования и дифференцирования, получающих сигналы от датчика регулируемого параметра и частоты вращения, не учитывающих фактическое значение потерь энергии в насосном агрегате при перекачке жидкостей переметной плотности.The disadvantage of this system is the presence of a comparison unit, integration and differentiation units that receive signals from the sensor of the controlled parameter and speed, which do not take into account the actual value of energy losses in the pump unit when pumping liquids of variable density.

Известна система управления центробежным насосом (патент RU № 2511934, опубл. 10.04.2014), содержащая блок задания параметра регулирования, блок сравнения, блок расчета требуемой скорости, блок регулирования частоты и напряжения, частотный преобразователь, асинхронный электродвигатель, центробежный насос, датчик частоты вращения, датчик регулируемого параметра, датчик расхода, блок расчета регулируемого параметра. A centrifugal pump control system is known (patent RU No. 2511934, publ. 04/10/2014), containing a control parameter setting unit, a comparison unit, a required speed calculation unit, a frequency and voltage control unit, a frequency converter, an asynchronous electric motor, a centrifugal pump, a speed sensor , controlled parameter sensor, flow sensor, controlled parameter calculation unit.

Недостатком данной системы является наличие блока расчета требуемой скорости, учитывающего только гидравлические параметры центробежного насоса, что при перекачке жидкостей с переменными реологическими параметрами обеспечивает низкий коэффициент полезного действия и повышенный износ оборудования.The disadvantage of this system is the presence of a block for calculating the required speed, which takes into account only the hydraulic parameters of the centrifugal pump, which, when pumping liquids with variable rheological parameters, provides a low efficiency and increased equipment wear.

Известна система управления центробежным насосом (патент RU № 2575232, опубл. 20.02.2016), содержащая блок задания параметра регулирования, блок сравнения, блок расчета регулируемого параметра, блок расчета требуемой скорости, частотный преобразователь, асинхронный электродвигатель, датчик момента, датчик скорости, центробежный насос, блок вычисления давления и расхода. A centrifugal pump control system is known (patent RU No. 2575232, publ. 20.02.2016), containing a control parameter setting unit, a comparison unit, a controlled parameter calculation unit, a required speed calculation unit, a frequency converter, an asynchronous motor, a torque sensor, a speed sensor, a centrifugal pump, pressure and flow calculation unit.

Недостатком данной системы является наличие датчика момента, который сложно реализовать технически, ограничение точности и быстродействия таких датчиков, что затрудняет управление насосами, перекачивающими жидкости с динамически меняющимися реологическими свойствами.The disadvantage of this system is the presence of a torque sensor, which is technically difficult to implement, limiting the accuracy and speed of such sensors, which makes it difficult to control pumps that pump liquids with dynamically changing rheological properties.

Известна система управления погружным центробежным насосом (патент RU № 2341004, опубл. 10.12.2008), содержащая блок задания диаграммы динамического уровня жидкости, блок сравнения, датчик динамического уровня жидкости, блок расчета требуемой частоты, частотный преобразователь, погружной электроцентробежный насос, блок дифференцирования, сумматор. A known control system for a submersible centrifugal pump (patent RU No. 2341004, publ. 10.12.2008), containing a block for setting the dynamic liquid level diagram, a comparison unit, a dynamic liquid level sensor, a required frequency calculation unit, a frequency converter, a submersible electric centrifugal pump, a differentiation unit, adder.

Недостатком данной системы является наличие блока расчета требуемой частоты, блока дифференцирования и сумматора и датчика динамического уровня, не учитывающих переменные свойства перекачиваемой жидкости, и ограниченный запас устойчивости при динамических воздействиях из-за наличия блока дифференцирования.The disadvantage of this system is the presence of a required frequency calculation unit, a differentiation unit and an adder and a dynamic level sensor that do not take into account the variable properties of the pumped liquid, and a limited stability margin under dynamic influences due to the presence of a differentiation unit.

Известна система управления погружным центробежным насосом (патент RU № 2370673, опубл. 20.10.2009), содержащая блок задания динамического уровня жидкости, апериодические фильтры, датчик динамического уровня жидкости, пропорционально-интегральный регулятор, частотный преобразователь, погружной электроцентробежный насос.A known control system for a submersible centrifugal pump (patent RU No. 2370673, publ. 20.10.2009), containing a dynamic liquid level setting unit, aperiodic filters, a dynamic liquid level sensor, a proportional-integral controller, a frequency converter, a submersible electric centrifugal pump.

Недостатком данной системы является наличие пропорционально-интегрального регулятора динамического уровня, который учитывает только динамический уровень, без учета существенно влияющих на работу насоса расхода, плотности и вязкости перекачиваемой жидкости.The disadvantage of this system is the presence of a proportional-integral dynamic level controller, which takes into account only the dynamic level, without taking into account the flow rate, density and viscosity of the pumped liquid, which significantly affect the operation of the pump.

Известна система управления центробежным насосом (патент РФ RU № 2511934, опубл. 17.09.2012), принятая за прототип, содержащая блок задания параметра регулирования, блок сравнения, блок расчета требуемой скорости, блок регулирования частоты и напряжения, частотный преобразователь, асинхронный электродвигатель, центробежный насос, датчик регулируемого параметра, датчик расхода, блок расчета регулируемого параметра. A well-known centrifugal pump control system (RF patent RU No. 2511934, publ. 09/17/2012), adopted as a prototype, containing a control parameter setting unit, a comparison unit, a required speed calculation unit, a frequency and voltage control unit, a frequency converter, an asynchronous electric motor, a centrifugal pump, controlled variable sensor, flow sensor, controlled variable calculation unit.

Недостатком данной системы является наличие блока расчета требуемой скорости вращения двигателя и блока расчета регулируемого параметра, не учитывающих фактических потерь энергии в насосном агрегате, что при переменной плотности и вязкости перекачиваемой жидкости может привести к снижению коэффициента полезного действия и повышенному износу оборудования.The disadvantage of this system is the presence of a block for calculating the required engine speed and a block for calculating the controlled parameter, which do not take into account the actual energy losses in the pumping unit, which, with a variable density and viscosity of the pumped liquid, can lead to a decrease in efficiency and increased equipment wear.

Техническим результатом является снижение потери энергии и износа центробежного насоса и его приводного двигателя при перекачке жидкостей переменной плотности и вязкости.EFFECT: reduced energy loss and wear of a centrifugal pump and its drive motor when pumping liquids of variable density and viscosity.

Технический результат достигается тем, что дополнительно установлены устройство вычисления потерь энергии, выход которого соединен с входом элемента сравнения, а информационный вход соединен с информационными выходами вычислителя электрической мощности и вычислителя гидравлической мощности, измерительные входы которого соединены с информационными выходами датчика давления и датчика расхода, вычислитель электрической мощности, входы которого соединены с выходами датчика фазного тока и датчика фазного напряжения, элемент сравнения, входы которого соединены с выходами устройства задания скорости и устройства вычисления потерь энергии, а выход соединен с входом устройства регулирования скорости.The technical result is achieved by the fact that an energy loss calculation device is additionally installed, the output of which is connected to the input of the comparison element, and the information input is connected to the information outputs of the electric power calculator and the hydraulic power calculator, the measuring inputs of which are connected to the information outputs of the pressure sensor and the flow sensor, the calculator electric power, the inputs of which are connected to the outputs of the phase current sensor and the phase voltage sensor, the comparison element, the inputs of which are connected to the outputs of the speed setting device and the energy loss calculation device, and the output is connected to the input of the speed control device.

Система управления центробежным насосом поясняется следующей фигурой:The control system of a centrifugal pump is illustrated by the following figure:

фиг. 1 - общая схема устройства, где:fig. 1 - general scheme of the device, where:

1 – нагнетательный трубопровод;1 - discharge pipeline;

2 – насосный агрегат;2 - pumping unit;

3 – электродвигатель;3 - electric motor;

4 – преобразователь частоты;4 – frequency converter;

5 – устройство регулирования скорости;5 – speed control device;

6 – элемент сравнения;6 - comparison element;

7 – устройство задания скорости;7 – speed setting device;

8 – датчик давления;8 - pressure sensor;

9 – датчик расхода;9 – flow sensor;

10 – вычислитель гидравлической мощности;10 – hydraulic power calculator;

11 – датчик фазного тока;11 – phase current sensor;

12 – датчик фазного напряжения;12 – phase voltage sensor;

13 – вычислитель электрической мощности;13 – electric power calculator;

14 – устройство вычисления потерь энергии.14 - device for calculating energy losses.

Система управления центробежным насосом содержит нагнетательный трубопровод 1, который через патрубок закреплен с насосным агрегатом 2. Насосный агрегат 2 соединен муфтой с валом электродвигателя 3. На нагнетательном трубопроводе 1 установлены с возможностью съема датчик давления 8 и датчик расхода 9, информационные выходы которых соединены с измерительными входами вычислителя гидравлической мощности 10. Электродвигатель 3 питающим кабелем соединен с преобразователем частоты 4. Выход устройства регулирования скорости 5 сигнальным кабелем соединен с управляющим входом преобразователя частоты 4. Вход элемента сравнения 6 соединен с выходом устройства задания скорости 7, а выход соединен с входом 5. На входе преобразователя частоты 4 установлены с возможностью съема датчик фазного тока 11 и датчик фазного напряжения 12, выходы соединены с измерительными входами вычислителя электрической мощности 13. Информационные выходы вычислителя гидравлической мощности 10 и вычислителя электрической мощности 13 соединены с информационным входом устройства вычисления потерь энергии 14, выход которого соединен с входом элемента сравнения 6.The centrifugal pump control system contains a discharge pipeline 1, which is fixed through a pipe to the pump unit 2. The pump unit 2 is connected by a coupling to the motor shaft 3. On the discharge pipeline 1, a pressure sensor 8 and a flow sensor 9 are installed with the possibility of removal, the information outputs of which are connected to the measuring inputs of the hydraulic power calculator 10. The electric motor 3 is connected by a power cable to the frequency converter 4. The output of the speed control device 5 is connected by a signal cable to the control input of the frequency converter 4. The input of the comparison element 6 is connected to the output of the speed setting device 7, and the output is connected to the input 5. At the input of the frequency converter 4, a phase current sensor 11 and a phase voltage sensor 12 are installed with the possibility of removal, the outputs are connected to the measuring inputs of the electric power calculator 13. Information outputs of the hydraulic power calculator 10 and the electric power calculator power 13 are connected to the information input of the device for calculating energy losses 14, the output of which is connected to the input of the comparison element 6.

Система управления центробежным насосом работает следующим образом. Насосный агрегат 1 приводится в действие электродвигателем 3, который питается от преобразователя частоты 4, оснащенного устройством регулирования скорости 5, задание скорости которому формирует устройство задания скорости 7. Из сигнала на выходе устройства задания скорости 7 вычитается корректирующий сигнал с помощью элемента сравнения 6. Сигнал коррекции формируется устройством вычисления потерь энергии 14, которое получает сигналы от вычислителя электрической мощности 13 и вычислителя гидравлической мощности 10. Вычислитель электрической мощности 13 получает измерительную информацию от датчика фазного тока 11 и датчика фазного напряжения 12, подключенных к электрической сети, питающей преобразователь частоты 4. Вычислитель гидравлической мощности 10 получает измерительную информацию от датчика давления 8 и датчика расхода 9, установленных на нагнетательном трубопроводе 1. The centrifugal pump control system operates as follows. The pump unit 1 is driven by an electric motor 3, which is powered by a frequency converter 4 equipped with a speed control device 5, the speed reference for which is generated by the speed reference device 7. A correction signal is subtracted from the signal at the output of the speed reference device 7 using a comparison element 6. Correction signal is formed by the energy loss calculation device 14, which receives signals from the electric power calculator 13 and the hydraulic power calculator 10. The electric power calculator 13 receives measurement information from the phase current sensor 11 and the phase voltage sensor 12 connected to the electrical network supplying the frequency converter 4. The calculator hydraulic power 10 receives measuring information from pressure sensor 8 and flow sensor 9 installed on the discharge pipeline 1.

Устройство снижает затраты электрической энергии на перекачку жидкости и износ электромеханического оборудования за счет динамической коррекции скорости электродвигателя в зависимости от фактических потерь энергии в насосном агрегате таким образом, чтобы величина этих потерь не превышала их значения в номинальном режиме работы.The device reduces the cost of electrical energy for pumping liquid and the wear of electromechanical equipment due to the dynamic correction of the speed of the electric motor depending on the actual energy losses in the pumping unit so that the magnitude of these losses does not exceed their value in the nominal operating mode.

Claims (1)

Система управления центробежным насосом, содержащая насосный агрегат, жестко соединенный с электродвигателем, соединенным с преобразователем частоты, информационный вход которого соединен с устройством задания скорости, отличающаяся тем, что дополнительно установлены устройство вычисления потерь энергии, выход которого соединен с входом элемента сравнения, а информационный вход соединен с информационными выходами вычислителя электрической мощности и вычислителя гидравлической мощности, измерительные входы которого соединены с информационными выходами датчика давления и датчика расхода, вычислитель электрической мощности, входы которого соединены с выходами датчика фазного тока и датчика фазного напряжения, элемент сравнения, входы которого соединены с выходами устройства задания скорости и устройства вычисления потерь энергии, а выход соединен с входом устройства регулирования скорости.A centrifugal pump control system containing a pumping unit rigidly connected to an electric motor connected to a frequency converter, the information input of which is connected to a speed setting device, characterized in that additionally, a device for calculating energy losses is installed, the output of which is connected to the input of the comparison element, and the information input is connected to the information outputs of the electric power calculator and the hydraulic power calculator, the measuring inputs of which are connected to the information outputs of the pressure sensor and the flow sensor, the electric power calculator, the inputs of which are connected with the outputs of the phase current sensor and the phase voltage sensor, the comparison element, the inputs of which are connected to the outputs of the speed setting device and the device for calculating energy losses, and the output is connected to the input of the speed control device.
RU2021136113A 2021-12-08 2021-12-08 Centrifugal pump control system RU2770528C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021136113A RU2770528C1 (en) 2021-12-08 2021-12-08 Centrifugal pump control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021136113A RU2770528C1 (en) 2021-12-08 2021-12-08 Centrifugal pump control system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2770528C1 true RU2770528C1 (en) 2022-04-18

Family

ID=81255448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021136113A RU2770528C1 (en) 2021-12-08 2021-12-08 Centrifugal pump control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2770528C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5844397A (en) * 1994-04-29 1998-12-01 Reda Pump Downhole pumping system with variable speed pulse width modulated inverter coupled to electrical motor via non-gap transformer
RU2341004C1 (en) * 2007-12-25 2008-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет System of electroloading centrifugal pump control
RU2418990C1 (en) * 2009-11-09 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Control system of centrifugal pump
RU2511934C1 (en) * 2012-09-17 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Centrifugal pump control system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5844397A (en) * 1994-04-29 1998-12-01 Reda Pump Downhole pumping system with variable speed pulse width modulated inverter coupled to electrical motor via non-gap transformer
RU2341004C1 (en) * 2007-12-25 2008-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет System of electroloading centrifugal pump control
RU2418990C1 (en) * 2009-11-09 2011-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Control system of centrifugal pump
RU2511934C1 (en) * 2012-09-17 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Centrifugal pump control system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2418990C1 (en) Control system of centrifugal pump
AU2016348649B2 (en) Pump protection method and system
RU2770528C1 (en) Centrifugal pump control system
CN108488076B (en) Centrifugal pump and permanent magnet synchronous motor matching device and monitoring and regulating method thereof
CN106685300B (en) The dynamic compensation method of industry measurement pump special digital frequency-variable controller
RU2511934C1 (en) Centrifugal pump control system
US9341178B1 (en) Energy optimization for variable speed pumps
CN112963336B (en) Control method of water pump
JP2015121218A (en) Control process to save electrical energy consumption of pump equipment
CN108730150B (en) Voltage compensation closed-loop V/F frequency conversion control method for industrial metering pump
RU2575232C1 (en) Rotary pump control system
RU136939U1 (en) CONTROL DEVICE FOR SYNCHRONOUS FREQUENCY-REGULATED ELECTRIC DRIVE OF MAIN PUMPS
RU2334898C1 (en) Method of controlling pumping station operating conditions
RU2157468C1 (en) Method for regulation of usage of rotary pump
CN111810392B (en) Dual-motor oil source control system and control method
SU931974A1 (en) Apparatus for controlling pumping unit
CN210715135U (en) Suction-adjustable self-priming pump
CN104595168A (en) Method for controlling water pump frequency conversion based on tail end constant impedance
CN110486295B (en) Control method for matching rotating speed of secondary impeller of counter-rotating axial flow pump
JP2015194156A (en) Method for controlling the number of operated pumps and pump device
RU2010109111A (en) METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE PRESSURE OF THE PUMP OF PUMP UNITS
CN108678936A (en) Pump operation management-control method
RU2551116C1 (en) Main line pump variable frequency drive control unit
RU2322571C1 (en) Method for dynamic well operation with the use of electric pump with variable-frequency drive
CN117294214B (en) Rotor variable-frequency speed regulation control method and device