SU1309000A1 - Регул тор режимов работы насосной станции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам автоматического регулировани  режимов работы насосных станций и может примен тьс  преимущественно на трубопроводах с насосными станци ми, имеющими в качестве привода двигатели внутреннего сгорани . Изобретение позвол ет повысить эффективность работы насосных станций за счет исключени  вли ни  неточностей в установке насосных станций на трассе трубопровода и от изменени  плотности и в зкости перекачиваемых продуктов при изменении температуры окружающей среды или при последовательной перекачке. Поставленна  цель достигаетс  тем, что регул тор содержит датчик и задатчик давлени  на выходе насосной станции, подключенные к компаратору , собранному на двух операционных усилител х, датчик и задатчик давлени  на входе насосной станции, подключенные к компаратору, собранному на двух операционных усилител х, логический элемент ИЛИ, логические элементы И, датчик расхода, формирователь пр моугольного сигнала, блок вычитани  частотных сигналов, блок сравнени  частотных сигналов, задатчик производительности трубопровода, преобразователь «частота-напр жение, пороговый элемент с регулируемым порогом срабатывани , пороговый элемент с устанавливаемым порогом срабатывани , задатчик скорости вращени  электродвигател  исполнительного механизма, усилитель мощности, исполнительный механизм, тахогенератор, насосную станцию, установленную в линии трубопровода . 1 ил. (С (Л со о со о о о

Description

Изобретение относитс  к средствам автоматического регулировани  режимов работы насосных станций и может примен тьс  преимущественно на сборно-разборных трубопроводах с насосными станци ми, имеющими в качестве привода двигатели внутреннего сгорани , а также может найти применение в различных отрасл х народного хоз йства при создании автоматизированных систем управлени  технологическими процессами.

Цель изобретени  - повыщение эффективности работы насосной станции за счет исключени  вли ни  неточностей в установке насосных станций на трассе полевого магистрального трубопровода ПМТ от изменени  плотности и в зкости перекачиваемых продуктов при изменении температуры окружающей среды или при последовательной перекачке.

На чертеже представлена блок-схема регул тора .

Регул тор насосной станции содержит датчик 1 и задатчик 2 максимального давлени  на выходе насосной станции, подключенные к компаратору 3, собранному на двух операционных ycилитev  x 4 и 5, датчик 6 и задатчик 7 минимального давлени  на входе насосной станции, подключенные к компаратору 8, собранному на двух операционных усилител х 9 и 10, элемент ИЛИ 11, элементы И 12-14, датчик 15 расхода, формирователь 16 пр моугольного сигнала, блок 17 вычитани  частотных сигналов, блок 18 сравнени  частотных сигналов, задатчик 19 производительности трубопровода, преобразователь 20 частота - напр жение, пороговый элемент 21 с регулируемым порогом срабатывани , пороговый элемент 22 с устанавливаемым порогом срабатывани , задатчик 23 скорости вращени  электродвигател  исполнительного механизма , усилитель 24 мощности, исполнительный механизм 25, тахогенератор 26, установленный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма 25, и насосную станцию 27, установленную в линии трубопровода 28.

Компараторы 3 и 8, собранные по представленной схеме на операционных усилител х 4, 5, 9, 10, вход т в состав блока управлени , а элемент ИЛИ 11 и элемент И 13 образуют логический блок. На схеме УВ - выход элемента, соответствующий команде на увеличение частоты вращени  вала насоса; УМ - выход элемента, соответствующий команде на уменьшение частоты вращени  вала насоса.

Пороговые элементы 21 и 22 представл ют собой компараторы сигналов. Они предназначены дл  сравнени  однопол рных входных напр жений. В момент равенства по абсолютной величине входных сигналов выходное напр жение Ывых переключаетс  в другое предельное состо ние.

5

Порог срабатывани  элемен та 21 соответствует моменту времени, когда разность напр жени  с выхода преобразовател  20 частота-напр жение и напр жени  тахоге- нератора 26, котора  возрастает от нул  до 11 В, составит 5 мВ. В зависимости от направлени  вращени  электродвигател  исполнительного механизма 25 на увеличение или уменьщение частоты вращени  двигател  насосной станции 27 мен етс  и пол рность

напр жени  тахогенератора 26. При умень- щении оборотов двигател  насосной станции 27 с выхода тахогенератора 26 снимаетс  напр жение положительной пол рности, оно сравниваетс  с напр жением положительной пол рности, снимаемый с выхода элемента 20, При увеличении оборотов двигател  насосной станции 27 с выхода тахогенератора 26 снимаетс  напр жение отрицательной пол рности , оно сравниваетс  с напр жением отрицательной пол рности, снимаемым с за0 датчика 23 скорости вращени  электродвигател  исполнительного механизма.

Регул тор работает следующим образом. Перед началом работы насосной станции 27 задатчиком 2 устанавливают максимально возможное давление на выходе насос5 ной станции, обусловленное прочно.стью труб, из которых собран трубопровод 28, задатчиком 7 - минимально допустимое давление на входе насосной станции 27, обусловленное требовани ми бескавитацион- ной работы насоса насосной станции 27, а задатчиком 19 - расчетную (заданную) производительность трубопровода 28.

Компараторы 3 и 8 работают следующим образом. Если напр жение с выхода датчика 1 давлени  больще напр жени  с выхо5 да задатчика 2 давлени , то на выходе дифференциального усилител  4 напр жение равно логической единице, а па выходе дифференциального усилител  5 - логическому нулю. Такое состо ние компаратора соответствует команде на уменьшение частоты

О вращени  вала насоса насосной станции 27, котора  в виде напр жени , равного по величине логической единице, поступает на вход элемента ИЛИ.

При равенстве напр жени  с выхода датчика 1 давлени  напр жению с выхода задатчика 2 давлени  на выходе обоих дифференциальных усилителей 4 и 5 напр жени  равны логическому нулю. Когда, наоборот напр жение с выхода датчика 1 давлени  станет меньще напр жени  с выхода задат0 чика 2 давлени , то на выходе дифференциального усилител  4 напр жение будет равно логическому нулю, а на выходе дифференциального усилител  6 - логической единице . Такое состо ние компаратора соответствует команде на увеличение частоты вра5 щени  вала насоса насосной станции 27, котора  в виде напр жени , равного логической единице, поступает на второй вход второго логического эле.мента И.

Аналогично работают датчик 6 и задатчик 7 давлени  на входе насосной станции с компаратором 8. При этом команде на увеличение частоты вращени  вала насоса насосной станции соответствует по вление на выходе дифференциального усилител  9 напр жени , равного по величине логической единице, а команде на уменьшение частоты вращени  вала насоса насосной станции - по вление напр жени , равного по величине логической единице, на выходе дифференциального усилител  10.

С началом перекачки жидкости по трубопроводу 28, когда давление на входе насосной станции 27 станет выше значени , устанавливаемого задатчиком 7, последнюю включают в работу, и она начинает плавно повышать частоту вращени  вала насоса, а следовательно, и фактическую производительность трубопровода 28 до тех пор, пока с помощью контура регулировани  расхода насосной станции не будет зафиксировано равенство заданной и фактической производительности трубопровода 28. Осуц ествл - етс  это следующим образом.

Датчик 15 расхода вырабатывает переменные сигналы, частота которых пр мо пропорциональна фактической производительности трубопровод а. Эти сигналы усиливаютс  и формируютс  в пр моугольные сигналы в формирователе 16 и поступают на входы блока 17 вычитани  и блока 18 сравнени  частотных сигналов. В блоке сравнени  частотных сигналов, па второй вход которого от задатчика 19 поступают частотные сигналы, пропорциональные заданной расчетной производительности трубопровода , эти сигналы сравниваютс . Если заданна  производительность больше значени  фактической производительности трубопровода , то на первом выходе блока 18 сравнени  частотных сигналов напр жение равно логической единице, а на втором выходе - логическому нулю. Если же заданна  производительность трубопровода меньше значени  фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока 18 сравнени  частотных сигналов напр жение равно логическому нулю, а на втором выходе - логической единице. При равенстве заданной и фактической . производительности трубопровода на первом и втором выходах блока 18 сравнени  частотных сигналов напр жени  равны логическому нулю.

После включени  в работу насосной станции 27, когда фактическа  производительность трубопровода 28 меньше заданной (расчетной), на первом выходе блока 18 сравнени  частотных сигналов напр жение равно логической единице, а на втором выходе - логическому нулю. Напр жение, равное логической единице, поступает натре тий вход элемента И 13. Так как на первых двух его входах напр жени , поступающие

5

с выходов дифференциальных усилите.ей 5 и 9, также равны логическим единицам, то и на его выходе напр жение равно логической единице. Это напр жение подаетс  на первый вход третьего элемента И 14, на втором входе которого напр жение, поступающее с выхода порогового элемента 22, также равно логической единице. Напр жение с выхода элемента И 14 поступает на первый вход усилител  24 мощности. Усилен0 ное напр жение с его первого выхода поступает на первый управл ющий вход исполнительного механизма 25 и включает его.

Одновременно с включением электродвигател  исполнительного механизма 25 начинает вращатс  тахогенератор 26, размещенный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма 25. Как только его напр жение станет равно или выше напр жени , снимаемого с выхода задатчика 23 скорости вращени  электродвигател  исQ полнительного механизма, на выходе порогового элемента 22 вместо напр жени , равного логической единице, по витс  напр жение , равное логическому нулю, в результате чего прохождение сигнала через третий элемент И 14 прекратитс . Электро5 двигатель исполнительного механизма 25 остановитс  вместе с тахогенератором 26. В результате этого на выходе порогового элемента 22 напр жение снова станет равно логической единице, и к исполнительному механизму 25 снова пройдет команда на увеличение частоты вра1цени  вала насоса насосной станции. Так будет до тех пор, пока фактическа  производительность трубопровода станет равна заданной, т.е. частота сигналов, поступающих с датчика 15 расхода через формирователь 16 на первый вход

блока 18 сравнени  частотных сигналов, сравн етс  с частотой сигналов, поступающих с выхода задатчика 19 частотных сигналов на его второй вход. В этом случае на первом и втором выходах блока 18

0 сравнени  частотных сигналов напр жени  станут равны логическому нулю. Прохождение команд через элементы И 13 и 14 прекратитс . Исполнительный механизм 25 обесточитс . Насосна  станци  27 и трубопровод 28 будут работать с заданной про5 изводительностью.

Если по какой-либо причине производительность трубопровода 28 увеличитс , па- пример вследствие уменьщени  в зкости перекачиваемого продукта, уменьщени  сопротивлени  трубопровода 28 впереди насосной станции 27 или же в результате неправильной установки насосной станции в линии трубопровода (вперед направлению потока), частота сигналов, поступающих с выхода датчика расхода 15, станет больи1е 5 частоты сигналов, поступающих с выхода задатчика 19. Вследствие этого на первом выходе блока 18 сравнени  частотных сигналов напр жею1е станет равно логическому

0

нулю, а на втором выходе - логической единице. Это напр жение поступит на третий вход элемента ИЛИ 11 и с его выхода на вход первого элемента И 12.

Одновременно на выходе блока 17 вычи- тани  частотных сигналов, по витс  частотный сигнал, равный разности частот сигналов датчика 15 расхода и задатчика 19. После преобразовани  этого частотного сигнала в напр жение в преобразователе 20 он поступает на вход порогового элемента 21 и на его выходе напр жение становитс  равным логической единице. Оно поступает на второй вход первого элемента И 12. Это обеспечивает прохождение через него сигнала с выхода блока 18 сравнени  частотных сигналов к усилителю 24 мощности, а от него - усиленного сигнала к исполнительному механизму 25. Исполнительный механизм включаетс  и, перемеща  рейку управлени  подачей топлива двигател  насосной станции 27 в соответствующем направ- лении, уменьшает частоту вращени  вала насоса до тех пор, пока фактическа  производительность трубопровода 28 не станет равна заданной. В этом случае частота сигналов с выхода датчика 15 расхода сравн етс  с частотой сигналов с выхода задатчика 19, а на первом и втором выходах блока 18 сравнени  и блока 17 вычитани  частотных сигналов напр жени  станут равны логическим нул м. Это вызовет отключение исполнительного механизма 25, причем в этом случае снижение частоты вращени  вала насоса будет происходить со скоростью, пропорциональной разности между заданной по задатчику 19 и фактической производительностью трубопровода 28. Осуществл етс  это следующим образом. На выходе преобразовател  20 частота- напр жение напр жение пропорционально разности частотных сигналов, поступающих с датчика 15 расхода и задатчика 19. Чем больще эта разность, тем выще напр жение на выходе преобразовател  20 частота-на- пр жение и соответственно на втором входе норогового элемента 21.

При включении исполнительного механизма 25 одновременно включаетс  тахогенера- тор 26. Как только на его выходе напр жение , поступающее на второй вход порогового элемента 21, сравн етс  с напр жением , поступающим на первый вход, на выходе порогового элемента 21 напр жение станет равно логическому нулю, что воспреп тствует прохождению сигнала через эле- мент И 12 со второго выхода блока 18 сравнени  частотных сигналов. Исполнительный механизм обесточитс . Если к этому момен- ту заданна  и фактическа  производительность не сравн ютс , то исполнительный механизм включитс  вновь. Продолжитель- ность и частота циклов включени  исполнительных механизмов 25 в этом случае завис т от величины разбаланса между за

5

5

0 0

0 5

0

5

данной и фактической производительностью трубопровода 28. Чем больше эта разница, тем больще напр жение на втором входе порогового элемента 21 и тем быстрее снижаетс  частота вращени  вала насоса и быстрее уменьщаетс  фактическа  производ тельность трубопровода. По мере приближени  фактической производительности трубопровода к заданной продолжительность включени  исполнительного механизма уменьшаетс  за счет чего исключаетс  динамическое отклонение этого параметра в переходных режимах работы насосной станции 27 и трубопровода 28.

При регулировании режима работы насосной станции 27 по заданной производительности трубопровода согласно описанному контуры регулировани  давлени  на выходе и входе насосной станции играют роль ограничени  предельных режимов работы насосной станции. По давлению на выходе предельный режим ограничиваетс  прочностью труб, из которых собираетс  трубопровод 28, а на входе насосной станции - требовани ми бескавитационной работы насоса.

Пределы задаваемых задатчиками 2 и 7 значений давлени  на выходе и входе насосной станции 27 обычно соответствуют аварийным режимам работы трубопровода, которые могут быть вызваны остановкой на трубопроводе 28 промежуточной насосной станции, засорением трубопровода или прикрытием запорного органа задвижек, которые устанавливаютс  на некоторых участках трубопровода.

При нормальном режиме работы трубопровода режим работы насосной станции по заданной производительности трубопровода обычно измен етс  в пределах минимально допустимого на входе и максимально допустимого давлени  на выходе насосной станции .

Так, например, если давление на выходе насосной станции станет равно предельному, то на выходе дифференциального усилител  5 компаратора 3 напр жение станет равно нулю, что воспреп тствует прохождению команд через первый элемент И 13 на увеличение частоты вращени  вала насоса, независимо от фактической производительности трубопровода. Насосна  станци  будет работать при максимально возможном давлении на выходе, не допуска  повьипени  давлени  в трубопроводе сверх допустимого и его разрушени . Если по каким-то причинам давление на выходе насосной станции будет продолжать расти и станет выше заданного, то на выходе дифференциального усилител  4 по витс  напр жение, равное логической единице. Оно поступит на вход элемента ИЛИ 11, а от него - к первому элементу И 12. А так как до момента включени  исполнительного механизма напр жение на выходе тахогенератора 26 всегда равно нулю, а на выходе порогового элемента 21 - логической единице, этот сигнал поступит на первый вход усилител  24 мощности, который включит исполнительный механизм 25 в направлении на уменьшение частоты вращени  вала насоса, а следовательно , и на уменьшение развиваемого насосной станцией 27 давлени  на выходе.

Аналогично работает контур регулировани  давлени  на входе насосной станции.

Таким образом, при неточной расстановке насосных станций, а также при изменении плотности и в зкости перекачиваемого продукта в результате воздействи  температуры окружающей среды или при последовательной перекачке по трубопроводу продуктов с различной плотностью и в зкостью регул тор насосной станции посто нно поддерживает заданную производительность трубопровода.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Регул тор режимов работы насосной станции , содержащий задатчик максимального давлени  и датчик давлени  на выходе насосной станции, подключенные соответственно к первому и второму входам блока управлени , к тр етьему и четвертому входам которого подключены соответственно задатчик минимального давлени  и датчик давлени  на входе насосной станции, логический блок, подключенный каждым первым входом группы к соответствующему вы5

   ходу блока управлени , первый и второй элементы И, первые входы которых соединены с соответствуюнлими выходами логического блока, первый пороговый элемент, входы которого подключены соответственно к выходу тахогенератора и выходу задатчика скорости вращени  электродвигател  исполнительного механизма, а выход - к второму входу второго элемента И, второй пороговый элемент, первый вход которого подклю0 чен к выходу тахогенератора, а выход соединен с-вторым входом первого элемента И, усилитель мощности, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, а выходы - с соответствующими управл ющими входами исполнительного механизма, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности работы насосной станции, регул тор содержит контур производительности трубопровода, включающий последовательно соединенные

   0 установленный в трубопроводе датчик расхода , формирователь пр моугольного сигнала , блок вычитани  и преобразователь частота-напр жение , а также блок сравнени  и задатчик производительности трубопровода , выход которого подключен к второму

   5 входу блока вычитани  и к первому входу блока сравнени , соединенного вторым входом с выходом формировател  пр моугольного сигнала, а выходами - с соответствующими вторыми входами группы логического блока, выход преобразовател  частота - напр жение подключен ко второму входу второго порогового элемента.

   0

   Составитель Л. Цаллагова

   сдактор Н. ЕгороваТехред И. ВересКорректор II. Король

   Заказ 1435/40Тираж .iiiHi Hoe

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нзобретеннй и 01к:ч,гг11Й

   1 13035, .Москва. Ж-35, Раушска  наб.. д. 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна . 4