Регулятор режимов работы насосной станции

(51)4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОР 13090004367504/24-2421.12.8715.07.89. Бюл.Государственныи(2 (4 (7 чно-исследо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ П(НТ СССР вательский институт по химмотологии при Госстандарте(56), Авторское свидетельство СССР Р 1309000, кл. С 05 Р 16/20, 1985. (54) РЕГУЛЯТОР РЕЖИИОВ РАБОТЕ НАСОСНОЙ СТАНЦИИ(57) Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосной станции, может применяться на трубопроводах для точного регулирования производительности трубопровода при использовании в линии различных датчиков расхода и позволяет повысить точность регулирования производительности трубопровода. Регулятор режимов работы насосной станции содержит датчик 1 давления и задатчик 2 максимальногоФ давления на выходе насосной станции,коммутатор 3, собранный на операционных усилителях 4 и 5, датчик 6давления и задатчик 7 минимальногодавления на входе насосной станции,компаратор 8, собранный на операци"онных усилителях 9 и 10, элементыИЛИ 11, И 12 и 14, датчик расхода15, формирователь 16 прямоугольногосигнала, блок вычитания 17, блоксравнения 18, задатчик 19 производительности трубопровода, преобразова"тель частота " напряжение 20, пороговые элементы 21 и 22, задатчик 23скорости вращения электродвигателяисполнительного механизма, усилительмощности 24, исполнительный механизм 25, тахогенератор 26, насрснуюстанцию 27 и трубопровод 28. Длядостижения цели в регулятор дополнительно введены блок задания факторов29, состоящий из задатчика факторарегламентного датчика расхода ЭО изадатчика фактора установленного втрубопроводе датчика расхода 31,блок деления 32 и блок умножения 33.Изобретение относится к средствам автоматического регулирования режимов работы насосных станций, может применяться преимущественно на5 сборно-разборных трубопроводах с насосными станциями, имеющими в качестве привода двигателя внутреннего сго( рания, а также может найти применение на трубопроводах, где предусмот рены высокая точность регулирования их производительности в случае использования различных датчикон расхода, и являться усовершенствованием изобретения по авт.св. 9 1309000., 15Цель изобретения - повышение точности регулирования производительности трубопровода с различными датчиками расхода, установленными а линии трубопровода. 20На фиг.1 представлена блок-схема регулятора режимов работы насосной станции; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая принцип коррекции сигнала с выхода установленного да чика расхода в случае, когда показатель фактора расхода установленного датчика отличается от фактора регламентного датчика расхода.Регулятор режимов работы насос ной станции содержит датчик 1 давления и задатчик 2 максимального давления на выходе насосной станции, подключенные к входам компаратора Э, собранного на двух операционных усилите лях 4 и 5, датчик 6 давления и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции, подключенные к входам компаратора 8, собранного на двух операционных усилителях 9 40 и 10 (компараторы Э и 8 образуют блок управления (без позиции,логический блок (без позиции), собранный на элементах ИЛИ 11 и И 12, первый 13 и второй 14 элементы И, датчик . 45 расхода 15, формирователь прямоуголь ного сигнала 16, блок вычитания 17, блок сравнения 18, эадатчик 19 производительности трубапронода, преобразователь частота-напряжение 20, второй пороговый элемент 21, первый пороговый элемент 22, задатчик 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, усилитель мощности 24, исполнительньп механизм 25, тахогенератор 26, установлейный на одном налу с электродвигателем исполнительного механизма, который смонтирован на насосной станции 27, установленной в линиитрубопровода 28. В регулятор режи"мон работы насосной станции дополнительно введен блок задания факторов29, состоящий иэ задатчика факторарегламентного датчика расхода 30и задатчика фактора установленногодатчика расхода 31, блок деления 32и блок умножения 33,На схеме фиг,1 введены следующиеобозначения; УВ " выход элемента,соответствующий команде на увеличе-ние частоты вращения вала насоса;УК - выход элемента, соответствующийкоманде на уменьшение частоты враще-ния вала насоса.Датчик расхода 15 турбинного иливихревого типов выбирается на соотнетстнующие расходы в зависимости от диаметра трубопровода 28.Регулятор режимов работы насосной станции работает следующим образом. Перед началом работы насосной станции 27 задатчиком 2 максимального давления устанавливают максимально возможное давление на выходе насосной станции, обусловленное прочностью труб, из которых собран трубопровод 28, задатчиком 7 минимального давления - минимально допустимое давление на входе насосной станции 27, обусловленное требованиями бескавитационной работы насоса станции 27, а задатчиком производительности трубопровода 19 - расчетную заданную производительность трубопровода 28. При этом компараторы 3 и 8 работают следующим образом. Если напряжение с выхода датчика давления 1 больше напряжения с выхода1 датчика давления 2, то на выходе уси" лителя 4 напряжение равно логической единице, а на выходе усилителя 5 - логическому нулю. Такое состояние компаратора соответстует команде на уменьшение частоты вращения валанасоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного по величине логической единице, поступает на вход логического элемента ИЛИ 11При равенстне напряжения с выхода датчика давления 1 напряжению с выхода эадатчика максимального давления 2 - на выходе обоих усилителей 4 и 5 напряжения равны логическому нулю, Когда, наоборот, напряжение с выхода датчика давления 1 станет меньше напряжения с выхода задатчи"3984 510 5 49 ка максимального давления 2, то на выходе усилителя 4 напряжение будет равно логическому нулк, а на выходе усилителя 5 - логической единице. Такое состояние компаратора соответствует команде на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции 27, которая в виде напряжения, равного логической единице, поступает на второй вход второго ло гического элемента И 12.Аналогично работают датчик давления 6 и задатчик 7 минимального давления на входе насосной станции с компаратором 8. При этом команде на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции соответствует появление на выходе усилителя 9 напряжения, равного по величине логической единице, а команде на уменьшение частоты вращения вала насоса насосной станции - появление напряжения, равного по величине логической единице, на ьыходе усилителя 10.С началом перекачки жидкости по трубопроводу 28, когда давление на входе насосной станции 27 станет выше значения, устанавливаемого задатчи ком 7 минимального давления, насосную станцию включают в работу и она начинает плавно повышать частоту вращения вала насоса, а следовательно, и фактическую производительнОсть трубопровода 28 до тех пор, пока с помощьо,контура регулирования расхода насосной станции не будет зафик сировано равенство заданной и Фактической производительности трубопровода 28. Осуществляется это следующим образом.Датчик расхода 15 вырабатывает переменные сигналы, частота которых прямо пропорциональна фактической производительности трубопровода. Эти сигналы усиливаются и Формируются в формирователе прямоугольного сигнала 16 и поступают на входы блока вычитания 7 и блока сравнения 18, В блоке сравнения 18, на второй вход которого поступают частотные сигналы, пропорциональные заданной расчетной производительности трубопровода, от задатчика производительности трубопровода 19. Эти сигналы сравниваются. Если заданная производительность больше значения фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока сравнения 18 напряжение равно логической единице, ана втором выходе - логическому нулю,Если же заданная производительностьтрубопровода меньше значения Фактической производительности трубопровода, то на первом выходе блока сравнения 18 напряжение равно логическому нулю, а на втором выходе - логической единице. При равенстве заданной и фактической производительности трубопровода на первом и второмвыходах устройства сравнения частотных сигналов 18 напряжения равны логи" че скому нулиПосле включения в работу насоснойстанции 27, когда фактическая производительность трубопровода 28 меньше заданной 1,расчетной ), на первомвыходе блока сравнения 18 напряжениеравно логической единице, а на втором выходе - логическому нулю. Напряжение, равное логической единице,поступает на третий вход логическо го элемента И 12, и так как на первых двух его входах напряжения, поступающие с выходов дифференциальныхусилителей 5 и 9, также равны логическим единицам, то и на его выходе напгряжение равно логической единице.Это напряжение подается на первыйвход второго логического элементаИ 14, на втором входе которого напряжение, поступающее с выхода второго порогового устройства 21, такжеравно логической единице. Напряжениес выхода логического элемента И 4поступает на первый вход усилитейямощности 24, Усиленное напряжение 40 с его первого выходапоступает напервый управляющий вход исполнительного механизма 25 и включает его. Одновременно с включением электродвигателя исполнительного механизма 25 45 начинает вращаться тахогенератор 26,размещенный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма 25. Как только его напряжейие станет равно или выше напряжения, снимаемого с выхода задатчика 23 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, на выходе первого порогового элемента 22, вместонапряжения, равного логической единице, станет напряжение, равное логи"ческому нулю. В результате чего про",хождение сигнала через второй логический элвмент И 14 прекратится.Электродвигатель исполнительного ме1493984 в ханизма 25 остановится вместе с тахогенератором 26. В результате этого, на выходе первого порогового элемента 22 напряжение снова станет равно логической единице и к испол 5 нительному механизму 25 снова пройдет команда на увеличение частоты вращения вала насоса насосной станции. Так будет до тех пор, пока фактическая производительность трубопровода не станет равна заданной, т.е, частота сигналов, поступающих с датчика расхода 15 через формирователь прямоугольного сигнала 16 на первый вход блока сравнения 18, сравняется с частотой сигналов, поступающих с выхода задатчика производительности трубопровода 19 на его второй вход. В этом случае на первом и втором вы ходах блока сравнения 18 напряжения станут равны логическому нулю. Прохождение команд через логические элементы И 12 и 14 прекратится. Исполнительный механизм 25 обесточится. 25 Насосная станция 27 и трубопровод 28 будут работать с заданной производительностью.Если по какой-либо причине производительность трубопровода 28 уве личится, например, вследствие уменьшения вязкости перекачиваемого продукта, уменьшения сопротивления трубопровода 28 впереди насосной станции 27, или же в результате неправильной установки насоСной станции в линии трубопровода (вперед по направлению потока), частота сигналов, поступающих с выхода датчика расхода 15, станет больше частоты 40 сигналов, поступающих с выхода задатчика производительности трубопровода 19. Вследствие чего, на первом выходе блока сравнения 18 напряжение станет равно логическому нулю, а на втором выходе - логической единице, Это напряжение поступит на третий вход логического элемента ИЛИ 11 и с его выхода на вход логического элемента И 13.Одновременно на выходе блока вычитания 17 появится частотный сигнал,равный разности частот сигналов датчика расхода 15 и эадатчика производительности трубопровода 19. Пос 55 ле преобразования этого частотного сигнала в напряжение в преобразователе частота-напряжение 20, он поступает на вход второго порогового элемента 21 и на его выходе напряжение становится равным логической единице, которое поступает на второй вход логического элемента И 13. Это обес печивает прохождение через него сиг" нала с выхода блока сравнения 18 к усилителю мощности 23, а от него усиленного сигнала к исполнительному механизму 27. Исполнительный механизм включается и, перемещая рейку управления подачей топлива к двигателю насосной станции 27 в соот" ветствующем направлении, уменьшает частоту вращения вала насоса до тех пор, пока фактическая производительность трубопровода 28 не станет равна заданной. В этом случае частота сигналов с выхода датчика расхода 15 сравняется с частотой сигналов с выхода задатчика производительности трубопровода 19, а на первом и втором выходах блока сравнения 18 и блока вычитания 17 напряжения станут равны логическим нулям. Это вызовет отключение исполнительного механизма 25, Причем в этом случае снижение частоты вращения вала насоса будет происходить со скоростью, пропорциональной разности между заданной по задатчику производительности трубопровода 19 и фактической производи" тельностью трубопровода 28. Осуществляется это следующим образом,На выходе преобразователя "частота-напряжение" 20, напряжение пропорционально разности частотных сигналов, поступающих с датчика расхода 15 и задатчика производительности трубопровода 19. Чем больше эта разность, тем выше и напряжение на выходе преобразователя 20 частота - напряжение и соответственно на вто-а ром входе порогового элемента 21. При включении исполнительного механизма 25 одновременно включается тахогенератор 26, Как только на его выходе напряжение, поступающее на второй вход второго порогового элемента 21, сравняется с напряжением, поступающим на первый вход, на выходе второго порогового элемента 21 напряжение станет равно логическому нулю, что воспрепятствует прохождению сигнала через логичес" кий элемент И 13 со второго выхода блока сравнения 18, Исполнительный механизм обесточится. Если к этому моменту заданная и фактическая про 149398430 55 изводительность не сравняются, то исполнительный механизм включится вновь. Продолжительность и частота циклов включения исполнительного5 механизма 25 в этом случае зависит от величины разбаланса между заданной и фактической производительностью трубопровода 28. Чем больше эта разница, тем больше напряжение на втором входе второго порогового элемента 21, и тем быстрее снижается частота вращения вала насоса и быстрее уменьшается фактическая производительность трубопровода. По мере прнб лижения фактической производительности трубопровода к заданной продолжительность включения исполнительного механизма уменьшается, эа счет чего исключается динамическое отклонение этого параметра в переходных режимах работы насосной станции 27 и трубопровода 28.В случае применения датчика расхода 15 с фактором, отличающимся от 25 фактора регламентного датчика расхода, или при гереходе на другой типоразмер датчика, вследствие различия их факторов частота сигналов с выхода установленного датчика при той же производительности трубопровода будет другой и будет отличать" ся от частоты сигналов с выхода регламентного датчика на величину, пропорциональную величине нового факто ра. По этой же причине регулятор будет стремиться изменить режим работы насосной станции и установить тем самым новую производительность трубопровода. Она может быть боль ше или меньше заданной, в зависимости от того, в какую сторону изменился фактор установленного датчика расхода. Таким образом, на трубопроводе может получиться ситуация, 45 когда одни насосные станции стремятся регулировать заданную производительность трубопровода (те насосные станции, на которых установлены регламентные датчики расхода), а50 другие - отличную от заданной (те, на которых заменили датчики расхода не установленные). В результате име- ет место неустойчивая работа трубопровода, которая может привести каварии.Для исключения этих негативных явлений, предусмотрена коррекция выходного сигнала установленного датчика расхода с помощью блока задания фактора расхода. Коррекция выходного сигнала осуществляется следующим образом.По паспорту установленного датчика расхода определяется величина фактора, и с помощью задатчика 31 вводится в блок деления 32, где она делится на величину фактора расхода регламентного датчика, вводимую с задатчика 30. На выходе блока деления 32 получается число, как частное от деления величин факторов регла" ментного и установленного датчиков расхода (К /К ). В блоке уменьшения1 733 частное от деления факторов К,/К) умножается на частоту сигналов, поступающих с выхода формирования прямо-. - угольных сигналов 16.В результате,навыходе блока умножения 33 формируется сигнал, равный по частоте сигналу, который поступал с регламентного датчика(при той же производительности трубопровода).Регулятор режимов работы насосной станции будет регулировать эа" данную производительность трубопровода в последовательности, описанной выше, и с высокой точностью.В случае обратной установки (например, после профилактического обслуживания ) регламентного датчика на фзадатчике 31 устанавливается еговеличина фактора и система работает, как описано выше.При регулировании режима работынасосной станции 27 по заданной производительности трубопровода, согласно вышеописанному, контуры регулиро"вания давления на выходе и входе насосной станции играют роль ограничения предельных режимов работы насосной станции. По давлению на выходе предельный режим ограничивается прочностью труб, из которых собирается трубопровод 28, а на входе насос ной станции - требованиями бескавитационной работы насоса. Пределы задаваемых задатчиками 2 и 7 значений давления на выходе и входе насос.ной станции 27 обычно соответствуют аварийным режимам работы трубопро. вода, которые могут быть вызваны ос" тановкой на трубопроводе 28 промеку точной насосной станции, засорением трубопровода или прикрытием запорного органа задвижки, которые устанавливаются на некоторых участках трубо 1493984провода. При нормальном режиме работы трубопровода режим работы насос" ной станции по заданной производительности трубопровода обычно изменяется в пределах минимально допустимого на входе и максимально допустимого на выходе давления насосной(станции.Так, например, если давление на выходе насосной станции станет равено предельному, то на выходе усилителя 5 компаратора 3 напряжение станет равно нулю, что воспрепятствует прохождению команд через логический элемент И 12 на увеличение частоты вращения вала насоса, независимо от фактической производительности тру" бопровода. Насосная станция будет работать при максимально возможном давлении на выходе, не допуская повышения давления в трубопроводе сверх допустимого и его разрушения. Если же по каким-то причинам давление на выходе НС будет продолжать расти и стане 1 выше заданного, то на выходе усилителя 4 появится напряжение, равное логической единице. Оно поступит на вход логического элемента ИЛИ 11, а от него к логическому элементу И 13. А так как до момента включения исполнительного механизма напряжение на выходе тахогенератора 26 всегда равно нулю, а на выходе порогового элемента 21 - логической единице, то этот сигнал поступит на первый вход усилителя мощности 24, который включит исполнительный механизм 25 в направлении на уменьшение частоты вращения вала насоса,а оледовательно, и на уменьшениеразвиваемого насосной станцией 27давления на выходе.Аналогично работаетконтур регулирования давления на входе насоснойстанции.Таким образом, при неточной расстановке насосных станций, а также,при изменении плотности и вязкостиперскачиваемого.продукта в результате воздействия температуры окружаю"щей среды или при последовательнойперекачке по трубопроводу продуктовс различной плотностью и вязкостью,в том числе и при использовании датчиков расхода с различными фактора"ми, регулятор насосной станции пос" 20 тоянно поддерживает зад%иную производительность трубопровода.формула изобретения25 Регулятор режимов работы насосной станции по авт.св. Р 1309000,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности регулирования производительности трубопровода, регулятор содержит последовательно соединенные блок задания факторов расхода регламентного и установленного в трубопроводе датчиковрасхода, блок деления и блок умножения, подключенный вторым входом квыходу формирователя прямоугольногосигнала, а выходом - к первому вхо"ду блока вычитания и к второму входу блока сравнения.1 493984Составитель Л, ЦаллаговаРедактор И. Сегляник ТехредЛ,Олийнык Корректор М. Самборская Заказ 4109/44 Тираж 788 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, М, Раущская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101