Спосіб мінімального за енергоспоживанням регулювання продуктивності насосної станції та пристрій для його реалізації

1. Спосіб мінімального за енергоспоживанням регулювання продуктивності насосної станції, яка включає перший та другий насосні агрегати з першим й другим асинхронними електродвигунами, відповідно, першу й другу електрифіковані засувки на напірних патрубках відповідних насосів, третю регулювальну засувку, встановлену в напірному колекторі на виході насосної станції, перший, другий і третій виконавчі механізми, відповідно, першої, другої й третьої засувок, обвідний трубопровід, розташований паралельно третій регулювальній засувці, що включає гідравлічну турбіну, четверту й п'яту електрифіковані засувки на вході й виході турбіни з четвертим і п'ятим виконавчими механізмами, відповідно, напрямний апарат із пристроєм установки лопатей, електричний генератор, встановлений на одному валу з валом гідротурбіни та призначений для рекуперації енергії до мережі, перетворювач частоти, призначений для зміни частоти обертання вала електричного генератора, який полягає у вимірюванні датчиком витрати в мережі споживача та регулюванні продуктивності на виході насосної станції, відповідно до необхідної у споживача, шляхом дроселювання напору третьою регулювальною засувкою (реактивне регулювання) або перепуском робочого середовища через обвідний трубопровід з гідротурбіною, режим роботи якої регулюють зміною частоти обертання робочого колеса або зміною ступеня відкриття напрямного апарата (активне регулювання), який відрізняється тим, що другим датчиком витрати вимірюють продуктивність на виході насосної станції  в момент часу t = t0пот, що фіксується таймером, порівнюють значення витрати в мережі споживача  й витрати на виході насосної станції  та при наявності неузгодженості визначають робочу ділянку заданої кривої водоспоживання Qзад. = f (t) для моменту часу t0пот, обчислюють похідну витрати в мережі споживача ; при збільшенні продуктивності, коли >0, визначають час досягнення максимально припустимого значення витрати Qmax прип для робочої ділянки кривої водоспоживання

 й прогнозований діапазон регулювання витрати , при цьому приймають необхідний час регулювання параметрів tpeг = tmax, а прогнозовану величину подачі насосної станції Qпрог.нс = Qmах прип; при зменшенні водоспоживання, коли <0, визначають час досягнення мінімально припустимого значення витрати Qmin прип для робочої ділянки кривої водоспоживання  й прогнозований діапазон регулювання витрати , при цьому приймають необхідний час регулювання параметрів tpeг = tmin, а прогнозовану величину подачі насосної станції Qпрог. нс =Qmin прип; обчислюють значення споживаних першим Р'н1, Р''н1 і другим Р'н2, Р''Н2 насосами потужностей для продуктивностей  та Qпрог.нс = Qmax прип або Qпрог.нc = Qmin прип, відповідно; визначають значення потужностей рекуперації Р'6, Р''6 при використанні системи активного регулювання продуктивності з перетворювачем частоти (САРП ПЧ), значення потужностей рекуперації Р'7, Р''7 при використанні системи активного регулювання продуктивності з напрямним апаратом (САРП НА), значення потужностей рекуперації Р'8, Р''8 при комбінованому регулюванні з використанням САРП ПЧ і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою, значення потужностей рекуперації Р'9, Р''9 при комбінованому регулюванні з використанням САРП НА і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою для продуктивностей та Qпрог.нс = Qmax прип або Qпрог.нc = Qmin прип, відповідно; обчислюють значення споживаних насосною станцією потужностей P'1 = Р'н1 + Р'н2, P'2 = P'1 – Р'6, P'3 = Р'1 - Р'7, P'4 = P'1 – Р'8 , P'5 = P'1 – P'9 для поточної продуктивності  й прогнозовані значення споживаних потужностей P''1 = Р''н1 + Р''н2, P''2 = P''1 – Р''6 , P''3 = Р''1 – Р''7, P''4 = P''1 – Р''8 , P''5=P''1-P''9 для витрати Qпрог.нс = Qmax прип або Qпрог.нc = Qmin прип при регулюванні продуктивності дроселюванням, активному регулюванні зміною частоти обертання вала електричного генератора або зміною ступеня відкриття напрямного апарата турбіни і комбінованому регулюванні з використанням засобів активного регулювання й дроселювання напору на виході турбіни, відповідно; обчислюють абсолютні значення різниць прогнозованої й поточної потужностей, споживаних насосною станцією при регулюванні продуктивності дроселюванням , за допомогою САРП ПЧ  та САРП НА , при комбінованому регулюванні з використанням САРП ПЧ і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою , при комбінованому регулюванні з використанням САРП НА і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою  і абсолютні значення різниць потужностей рекуперації при використанні САРП ПЧ  та САРП НА , при комбінованому регулюванні продуктивності з використанням САРП ПЧ і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою , при комбінованому регулюванні продуктивності з використанням САРП НА і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою  для забезпечення необхідного діапазону регулювання Qpeг.; визначають значення енергії рекуперації при регулюванні продуктивності за допомогою САРП ПЧ Wpeк.пч = Ррек.пч tpeг та САРП НА Wpeк.на = Ррек.на tpeг., при комбінованому регулюванні продуктивності з використанням САРП ПЧ і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою Wpeк.комб.пч = Ррек.комб.пч tpeг., при комбінованому регулюванні продуктивності з використанням САРП НА і дроселюванням напору п'ятою регулювальною засувкою Wpeк.комб.на = Ррек.комб.на tpeг., за час tpeг.; порівнюють отримані величини потужностей Ррег.др, Рсарп пч, Рсарп на, Ркомб.пч , Ркомб.на і, якщо необхідний час регулювання tpeг, що приймається рівним tmax або tmin, перевищує мінімально припустимий час перемикання між схемами регулювання tприп peг., вибирають режим регулювання з меншою потужністю енергоспоживання; при цьому встановлюють таке значення положення третьої регулювальної засувки Rзас.9, частоти обертання вала турбіни vT, ступеня відкриття напрямного апарата  або положення п'ятої засувки на виході турбіни Rзас.15, при якому =; визначають сумарну енергію рекуперації peк.пч, peк на, рек.комб.пч, peк.комб.на за весь період роботи відповідної схеми регулювання; при короткочасному стрибку зміни витрати в споживача, коли tpeг < tприп.рег, і неглибокому регулюванні продуктивності, коли необхідний діапазон регулювання Qpeг складає менш ніж 0,05 від максимального технологічного діапазону регулювання Qтехн. (Qpeг <0,05Qтехн), залишають поточний схемний варіант регулювання параметрів насосної станції; при рівності сумарного часу роботи насосної станції  тестовому часу роботи насосного комплексу тест.нс визначають економію споживаної насосною станцією енергії  при використанні активного регулювання, обчислюють економічний ефект  за час , річний економічний ефект  і строк окупності  системи активного регулювання, де Всарп - вартість системи активного регулювання продуктивності.

2. Пристрій, що реалізує спосіб мінімального за енергоспоживанням регулювання продуктивності насосної станції, що включає перший і другий насосні агрегати з першим і другим асинхронними електродвигунами, відповідно; першу й другу засувки з першим і другим виконавчими механізмами, які встановлені на напірних патрубках відповідних насосів; третю регулювальну засувку з третім виконавчим механізмом, встановлену в напірному колекторі на виході насосної станції; перший датчик витрати в мережі споживача; обвідний трубопровід, розташований паралельно третій засувці з гідравлічною турбіною, четверту й п'яту засувки на вході й виході турбіни із четвертим і п'ятим виконавчими механізмами, відповідно; напрямний апарат, встановлений у робочій камері колеса гідротурбіни; пристрій установки лопатей, вихід якого пов'язаний з напрямним апаратом; електричний генератор, вал якого з'єднаний з валом гідротурбіни, а статорні затискачі підключені до мережі змінного струму через перший вимикач; перетворювач частоти, вхід якого з'єднаний із промисловою мережею через другий вимикач, а вихід підключений до статорних затискачів електричного генератора, який відрізняється тим, що він оснащений другим датчиком витрати на виході насосної станції, встановленим у напірному колекторі; таймером; першим блоком задання параметрів насосної станції, другим блоком задання параметрів системи активного регулювання, третім блоком задання параметрів гідромережі, четвертим блоком задання кривої водоспоживання та п'ятим блоком задання економічних параметрів; першим блоком енергетичної моделі насосної станції при регулюванні параметрів дроселюванням, другим блоком енергетичної моделі насосної станції при активному регулюванні продуктивності зміною частоти обертання турбіни, третім блоком енергетичної моделі насосної станції при активному регулюванні продуктивності турбіни зміною ступеня відкриття напрямного апарата, четвертим блоком енергетичної моделі насосної станції при комбінованому регулюванні параметрів; блоком керування та прийняття рішення, блоком економічної моделі насосної станції, причому сигнали з першого, другого, третього та четвертого виходів першого блока задання, пропорційні паспортним параметрам насосних агрегатів H0н1, Rвн1, A1, B1, C1, H0н2, Rвн2, A2, B2, C2, і сигнал з виходу третього блока задання, пропорційний параметрам гідродинамічної мережі Hст, Rм, надходять, відповідно, на входи з першого по п'ятий першого блока енергетичної моделі та на перший, другий, третій, четвертий і восьмий входи другого, третього і четвертого блоків енергетичних моделей; на входи з п'ятого по сьомий другого, третього і четвертого блоків енергетичних моделей надходять, відповідно, сигнали з перших, других, третіх виходів другого блока задання, пропорційні паспортним параметрам гідротурбіни Н0т, Rвт, А, В, с2, d2, е2, с3, d3, е3, с4, d4, е4 і електромеханічного перетворювача ген., пч; сигнал з п'ятого виходу першого блока задання, пропорційний припустимому часу перемикання між схемами регулювання tприп.рег., і сигнал з таймера, що фіксує поточний момент часу t0пот, надходять, відповідно, на перший і другий входи блока керування й прийняття рішення, на третій і четвертий входи якого надходять сигнали з першого й другого входів четвертого блока задання кривої водоспоживання, пропорційні параметрам Qmax прип.i, Qmin прип.i t1і, t2i кривої водоспоживання Qзад. = f(t) й максимальному технологічному діапазону регулювання Qтехн, відповідно; сигнали з перших виходів першого, другого і третього блоків енергетичних моделей, сигнали з першого й другого виходів четвертого блока енергетичної моделі, пропорційні потужності, споживаній насосною станцією при різних методах регулювання продуктивності Ррег.др., Рсарп пч, Рсарп на, Ркомб.пч , Ркомб.на надходять, відповідно, на входи з п'ятого по дев'ятий блока керування та прийняття рішення, на десятий і одинадцятий входи якого надходять сигнали з першого датчика витрати у мережі споживача Qсп та з другого датчика витрати на виході насосної станції Qнс, відповідно; виходи, з першого по п'ятий, блока керування та прийняття рішення підключені, відповідно, до виконавчих механізмів з першого по п'ятий, першої, другої, третьої, четвертої та п'ятої регулювальних засувок; шостий вихід блока керування та прийняття рішення з'єднаний з керуючим входом пристрою установки лопатей; сьомий вихід блока керування й прийняття рішення зв'язаний з керуючим входом перетворювача частоти; восьмий і дев'ятий виходи підключені до керуючих входів, відповідно, першого і другого вимикачів; сигнали з других виходів другого і третього блоків енергетичних моделей і третього, четвертого виходів четвертого блока енергетичної моделі, пропорційні сумарній енергії рекуперації peк.пч., peк.на,  рек.комб.пч, peк.комб.на  за час  роботи насосної станції, надходять на перший - четвертий входи блока економічної моделі, на п'ятий і шостий входи якого надходять, відповідно, сигнали з першого й другого виходів п'ятого блока задання, пропорційні тарифу на електроенергію k та вартості системи активного регулювання продуктивності Всарп; на сьомий вхід блока економічної моделі надходить сигнал із шостого виходу першого блока задання, пропорційний тестовому часу роботи комплексу тест.нс..