RU67594U1

RU67594U1 - Устройство управления электродвигателем насоса водоснабжения

Info

Publication number: RU67594U1
Application number: RU2007123466/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Ремезов; Антон Владимирович Сорокин; Юрий Иванович Кочанов; Юрий Алексеевич Крылов; Алексей Альбертович Костюхин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центртехкомплект"
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2007-10-27

Abstract

Устройство управления электродвигателем (1) насоса водоснабжения содержит преобразователь частоты (2) с управляющим блоком (3). К первому и второму входам (4 и 5) управляющего блока (3) подключены датчики (6 и 7) расхода и выходного напора воды соответственно. Управляющий блок (3) выполнен с возможностью вычисления суммы постоянной величины и возрастающей функции от значения сигнала на первом входе (4) и возможностью управления выходной частотой преобразователя (2) на минимизацию отклонения значения сигнала на втором входе (5) от указанной суммы. Указанная сумма может иметь вид линейной зависимости. Достигаемый технический результат состоит в уменьшении суточного расхода электроэнергии с сохранением комфортности водопотребления. 1 з.п.ф., 3 ил.

Description

Область техники

Полезная модель относится к области тепловодоснабжения промышленных и жилых объектов.

Уровень техники

На центральных пунктах сетей тепловодоснабжения широко используются насосы с нерегулируемым электроприводом переменного тока, повышающие давление в магистралях водоснабжения промышленных и жилых объектов относительно давления в городском водопроводе. Такие насосы устанавливаются перед линиями холодного и горячего (через теплообменник) водоснабжения потребителей и обеспечивают суммарный расход холодной и горячей воды на объекте. Нерегулируемое давление подаваемой воды зависит от параметров насосов, давления городского водопровода, от величины водоразбора (расхода воды) и часто превышает давление, требуемое по условию комфортности потребления, в 1,5-2 раза. Это приводит к перерасходу электроэнергии, для уменьшения которого насосы снабжают регулируемым электроприводом.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство управления электродвигателем насоса водоснабжения, содержащее преобразователь частоты с управляющим блоком, к информационному входу которого подключен измерительный датчик выходного напора. Управляющий блок выполнен с возможностью вычисления разности измеренного и заданного значений выходного напора и с возможностью управления выходной частотой преобразователя на минимизацию абсолютной величины указанной разности [Н.Ф.Ильинский. Регулируемый электропривод. Энерго- и ресурсосбережение. Журнал Приводная техника, №3, 1997 г., стр.21-23.].

В устройстве-прототипе значение выходного напора (напора на выходе насоса) задается в виде постоянной величины - уставки, предварительно рассчитанной как напор, необходимый для подъема воды до верхней точки водоразбора объекта (так называемая диктующая точка), плюс напор струи и запас в 10-15 метров водяного столба (м в.ст.) на компенсацию падения давления на гидросопротивлениях трубопроводов и внутридомовых сетей.

Применение устройства-прототипа обеспечивает по сравнению с использованием нерегулируемого электропривода значительную экономию электроэнергии (до 50%), воды (до 10%) и тепла (до 10%).

Недостаток устройства-прототипа состоит в том, что величина потерь и комфортность водопотребления определяются выбором уставки, в зависимости от которого устройство-прототип либо не обеспечивает потребителю достаточно комфортного давления в периоды большого расхода воды (например, в утреннее или вечернее время суток), либо поддерживает у потребителя избыточное давление в периоды малых расходов воды (например, в ночное время суток) с соответствующим избыточным расходом электроэнергии. На практике, как правило, используется последний режим, что приводит к непроизводительному расходу электроэнергии, воды и тепла.

Задача полезной модели - усовершенствование устройства управления электродвигателем насоса водоснабжения для устранения указанного недостатка без больших капитальных затрат.

Сущность полезной модели

Задачу решает устройство управления электродвигателем насоса водоснабжения объекта, содержащее преобразователь частоты с управляющим блоком, снабженным первым и вторым входами, предназначенными для подключения датчиков расхода и выходного напора воды соответственно, при этом управляющий блок выполнен с возможностью вычисления суммы постоянной величины и возрастающей

функции от значения сигнала на первом входе и возможностью управления выходной частотой преобразователя на минимизацию отклонения значения сигнала на втором входе от указанной суммы.

Достигаемый технический результат состоит в уменьшении суточного расхода электроэнергии с сохранением комфортности водопотребления. Кроме того, уменьшается расход воды, а в системах с горячим водоснабжением также и расход тепла.

Для частного и наиболее простого случая осуществления полезной модели она имеет развитие, которое состоит в том, что управляющий блок может быть выполнен с возможностью вычисления указанной суммы в виде линейной зависимости.

В других случаях указанная сумма может вычисляться блоком 3, например, в виде ломаной кривой.

Осуществление полезной модели

Фиг.1 иллюстрирует пример осуществления предлагаемого устройства. На фиг.2 и 3 показаны экспериментальные диаграммы.

На фиг.1 показаны электродвигатель 1 переменного тока, преобразователь 2 частоты с управляющим блоком 3. Блок 3 снабжен информационными входами: первым входом 4 и вторым входом 5. К входу 4 подключен датчик 6 расхода воды, а к входу 7 - датчик напора воды.

Блок 3 выполнен в виде блока цифровой обработки, запрограммированного с возможностью вычисления суммы постоянной величины и возрастающей функции от значения сигнала на входе 4 и с возможностью управления выходной частотой преобразователя на минимизацию отклонения значения сигнала на втором входе 5 от указанной суммы.

Преобразователь 2 имеет силовой вход 8, предназначенный для подключения к сети электропитания, и выход 9 для подключения к электродвигателю 1. Блок 3 снабжен установочным входом 10, через

который могут быть введены константы и фиксированные параметры (постоянные величины).

Кроме того, на фиг.1 показан жилой или промышленный объект 11, снабжаемый водой из источника 12, например городского водопровода, по магистрали 13 с помощью насоса 14 водоснабжения. Магистраль 13 может питать объект 11 через линию 15 холодного водоснабжения (ХВС) и линию 16 горячего водоснабжения (ГВС) с теплообменником 17.

Полезная модель работает следующим образом.

Электродвигатель 1, установленный на валу насоса 14, питается от преобразователя 2, подключенного к электросети входом 8. Частота вращения насоса 14 определяется частотой переменного тока на выходе 9 преобразователя 2, которая регулируется управляющими воздействиями, вырабатываемыми блоком 3.

На вход 4 блока 3 поступает сигнал с датчика 6, измеряющего расход воды, подаваемой в магистраль 13 насосом 14, а на вход 5 блока 3 - сигнал с датчика 7, измеряющего напор воды на выходе насоса 14. Блок 3 осуществляет цифровую обработку сигналов, поступающих к нему по информационным входам 4 и 5. Цифровые значения напора и расхода либо поступают в блок 3 непосредственно с датчиков 6 и 7, либо могут быть получены в блоке 3 аналого-цифровым преобразованием сигналов этих датчиков.

Блок 3 выполняет свои функции, например, в следующем порядке.

В начале он вычисляет заданное значение напора Н_зад в виде суммы двух составляющих. По входу 10 в блок 3 вводятся константы и параметры, позволяющие определить первую составляющую заданного значения напора - постоянную величину Н_мин, независящую от расхода, измеренного датчиком 6. Вторая (переменная) составляющая заданного напора Н_зад вычисляется как возрастающая (например, линейновозрастающая) функция текущего расхода воды Н_пер(Q_изм.). Для ее расчета блок 14 использует

значение Q_изм текущего расхода воды, получаемое из сигнала датчика 6, поступающего в блок 3 по входу 4.

Затем блок 3 вычисляет разность задаваемого значения напора Н_зад и измеренного значения напора Н_изм, полученного по входу 5.

После этого в соответствии с вычисленной разностью (Н_зад-Н_изм) блок 3 вырабатывает регулирующее воздействие, изменяющее выходную частоту преобразователя 2, частоту вращения насоса 14 и, следовательно, напор Н_изм так, чтобы минимизировать его отклонение от Н_зад. (т.е. абсолютную величину указанной разности). Для этого регулирующее воздействие увеличивает частоту вращения насоса 14 при (Н_зад-Н_изм)>0 и уменьшает ее при (Н_зад-Н_изм)≤0

В случае выбора линейновозрастающей функции Н_пер(Q_изм.). суммарная зависимость заданного напора от расхода имеет следующий вид

Н_зад(Q_изм.)=Н_мин+kQ_изм.

При этом Н_мин представляет собой напор, обеспечивающий с необходимым запасом комфортное давление в диктующей точке объекта при минимальном (близком к нулевому) расходе воды Q_мин. Коэффициент k задается из условия получения на выходе насоса 14 напора Н_макс, обеспечивающего те же условия в диктующей точке объекта при максимальном расходе воды, равном Q_макс.

Значения Н_мин, Н_макс и Q_макс могут быть определены расчетным или экспериментальным путем, а коэффициент k рассчитан по формуле

k=(Н_макс-Н_мин.)/(Q_макс.-Q_мин.)

Важным достоинством предлагаемого решения является то, что указанный выше технический результат достигается без установки у потребителей, например, в диктующей точке объекта, дополнительного оборудования, что с учетом необходимости обеспечения его связи с насосной потребовало бы значительных капитальных затрат.

Эффективность предлагаемого решения была проверена экспериментально. Диаграммы напоров (Н_нас- на выходе насоса, Н_гвс - на

входе линии ГВС, Н_д.т. - в диктующей точке) и общего расхода Q, полученные в одной и той же системе тепловодоснабжения группы зданий, при использовании прототипа и предлагаемого технического решения приведены на фиг.2 и фиг.3 соответственно. Диаграммы показывают, что предложенное решение обеспечивает заданный комфортный напор в диктующей точке при изменениях расхода в широких пределах (от 26 до 7 м в.ст.) и снижение напора на выходе насоса в периоды малых расходов, что обеспечивает экономию электроэнергии.

Ориентировочная количественная оценка экономии электроэнергии может быть проведена следующим образом. Для прототипа среднесуточный запас напора составляет 10÷15 м в.ст., а для предлагаемого - 5÷7,5 м в.ст. (ночью запаса нет, днем он наибольший). Для двенадцатиэтажной застройки микрорайона и необходимом напоре воды 41 м.в.ст. в диктующей точке соответствующие энергопотери составляют для первого случая 24,4÷36,6%, а для второго 12,2÷18,3%. Таким образом по сравнению с прототипом обеспечивается экономия электроэнергии на 12÷18%.

Например, для насоса мощностью 15 кВт, экономия потребляемой мощности составит 0,84-1,26 кВт, а годовая экономия электроэнергии из условия непрерывной работы насоса достигает 10 тыс. кВт·ч.

Claims

1. Устройство управления электродвигателем насоса водоснабжения, содержащее преобразователь частоты с управляющим блоком, снабженным первым и вторым входами, предназначенными для подключения датчиков расхода и выходного напора воды соответственно, при этом управляющий блок выполнен с возможностью вычисления суммы постоянной величины и возрастающей функции от значения сигнала на первом входе и возможностью управления выходной частотой преобразователя на минимизацию отклонения значения сигнала на втором входе от указанной суммы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляющий блок выполнен с возможностью вычисления указанной суммы в виде линейной зависимости.