Спосіб визначення об’ємів та об’ємної витрати води, перекачаної насосною станцією, та пристрій для його здійснення

Група винаходів відноситься до вимірювальної техніки і може бути застосована для визначення об'єму та об'ємної витрати води, перекачаної насосною станцією водогосподарської системи за зазначений час. Відомий спосіб визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією, за допомогою ультразвукових витратомірів - лічильників на напірних трубопроводах (1). Недолік відомого способу полягає в тому, що він може здійснюватися на насосних станціях з прямолінійними частинами напірних трубопроводів і вимагає якісної водопідготовки та капітальних витрат на встановлення ультразвукових датчиків. Крім того, на насосних станціях з сезонним режимом роботи даний спосіб водообліку є ненадійним і вимагає додаткових експлуатаційних витрат. Найбільш близьким за технічною чуттю та сукупністю ознак до запропонованого є спосіб визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією, згідно з яким об'єми V та об'ємні витрати води визначають за продуктивністю перекачувальних насосів залежно від їх напору (2). Для цього для кожного агрегату станції застосовують напірну характеристику насосу H(Q) , де H і Q - значення напору та витрати, відповідно. Шляхом замірювання напору визначають витрату води, та, з урахуванням часу роботи T , визначають об'єм перекачаної води за формулою V = Q × T . Недоліком відомого способу є неможливість урахування гідравлічних втрат в протічних частинах насосів в процесі їх експлуатації, що суттєво впливає на точність визначення. Крім того, для визначення об'єму перекачаної води необхідно відслідковувати зміни витрат води у часі, а потім здійснювати інтегрування графіку змін витрат, що можливо тільки із застосуванням самозаписуючих приладів. Це підвищує трудозатрати та не забезпечує достатньої надійності вимірювань. Другим об'єктом запропонованого способу є пристрій для визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією. Найбільш близьким за сукупністю ознак до запропонованого є пристрій для визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією, який містить лічильник часу роботи кожного агрегату насосної станції, необхідний для відслідковування змін витрат води у часі (2). У відомому пристрої реалізується спосіб, охарактеризований вище, з посиланням на (2). Отже, відомому пристрою притаманні згадані недоліки відомого способу. Задачею запропонованої групи винаходів є створення таких способу визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією, та пристрою для здійснення згаданого способу, при якому: - згадані похибки відомого способу попередньо ураховуються, завдяки чому вони не впливають на результати вимірювань під час експлуатації насосу; - визначення шуканих характеристик автоматизується таким чином, що досягається можливість одержувати їх в будь-який час без допоміжних графічних побудувань та обчислювань. Для цього у способі визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією, за яким шукані характеристики визначають шляхом знаходження миттєвої об'ємної витрати та об'єму води, перекачаної кожним насосним агрегатом станції та підсумовування знайдених значень, відповідно до винаходу визначення шуканих характеристик здійснюють за формулами: VHC = å n 1 Vi = ån 1 ( A i × E i - Bi × Ti ), i= i= м3 - для відцентрових насосів; VHC = å n 1 Vi = ån 1 (Bi × Ti - A i × Ei ), i= i= м3 - для осьових насосів; qVHC = å n 1 qi = å n 1 Vi / Ti × 1000, i= i= де: тис. м3/год, VHC , тис .м 3 - об'єм води, перекачаної насосною станцією; n - кількість насосних агрегатів; Vi , тис.м 3 - об'єм води, перекачаної і-тим насосним агрегатом; A i , B i - градуювальні коефіцієнти, що визначають залежність споживаної привідним двигуном і-того насосного агрегату потужності від миттєвої об'ємної витрати, створюваної насосним агрегатом та залежність згаданих характеристик і-того насосного агрегату від потужності, споживаної привідним електродвигуном агрегату за нульової створюваної ним миттєвої об'ємної витрати. Обидва коефіцієнти визначаються експериментальним шляхом: A i = 1/ a = Dq vi / DPi , м 3 / кВт × год; Bi = A i × DP0i / 1000, тис. м 3 / год; де: a i - коефіцієнт, що характеризує нахил характеристики насосного агрегату до осі ординат ( q v ); Dq vi , м 3 / год, - зміна миттєвої об'ємної витрати, створюваної насосним агрегатом; DPi , кВт, - зміна споживаної привідним двигуном насосного агрегату потужності; P0i , кВт, - фіктивна потужність, споживана привідним електродвигуном насосного агрегату за нульової створюваної ним миттєвої об'ємної витрати. Значенню P0 відповідає точка перетину лінійної характеристики агрегату з віссю ординат ( q v ); qVHC , м 3 / год - об'ємна витрата насосної станції; q Vi , м 3 / год - об'ємна витрата і-того насосного агрегату; Ti , год. - час роботи і-того насосного агрегату; E i , тис .кВт × год - кількість електроенергії, витраченої і-тим насосним агрегатом. Для рішення поставленої задачі в пристрої для визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією, який містить лічильник часу роботи кожного насосного агрегату, відповідно до винаходу електросхема кожного з насосних агрегатів додатково оснащена пороговим елементом зі задатчиком, двома комутаторами, двома елементами "ні", суматором, подільником та двома перетворювачами, перший з яких, ураховує залежність миттєвої об'ємної витрати даного конкретного насосного агрегату від зміни в ньому споживаної привідним електродвигуном цього агрегату потужності, другий перетворювач ураховує залежність згаданих характеристик насосного агрегату від потужності, споживаної привідним електродвигуном агрегату за нульової створюваної ним миттєвої об'ємної витрати, а електросхема насосної станції додатково оснащена двома суматорами. В електросхемі кожного з насосних агрегатів перший вихід лічильника 1 послідовно під'єднаний через перший перетворювач 2 до першого комутатору 3, другий вихід лічильника 1 - до першого входу порогового елемента 4, другий вхід якого з'єднаний з виходом задатчика 5, вихід порогового елемента 4 підключений до входу лічильника 6 часу роботи насосного агрегату, а вихід лічильника 6 часу - до послідовно з'єднаних між собою другого перетворювача 7 та другого комутатора 8, перший вихід комутатора 3 під'єднаний до першого елемента 9 "ні", а його другий вихід - до першого входу суматора 10, перший вихід комутатора 8 під'єднаний до другого елемента 11 "ні", а його другий вихід - до другого входу суматора 10, перший вихід суматора 10 під'єднаний до подільника 12, другі виходи суматора 10 кожного насосного агрегату паралельно під'єднані до входу першого суматора 13 насосної станції, а виходи подільника 12 кожного насосного агрегату паралельно під'єднані до входу другого суматора 14 насосної станції. Завдяки застосуванню градуювальних коефіцієнтів у запропонованому способі, матеріальними носіями яких в запропонованому пристрої є згадані перетворювачі, забезпечується можливість автоматичного визначення шуканих характеристик напірної станції з підвищеною точністю та надійністю. Винаходи пояснюються блок-схемою запропонованого пристрою. Запропонований спосіб здійснюють таким чином. Для кожного насосного агрегату станції визначають час роботи та кількість витраченої енергії або активної потужності, споживаної привідним двигуном цього агрегату, з подальшим обчисленням об'єму та об'ємної витрати води за формулами, наведеними нижче., В основі обчислення об'єму та об'ємної витрати води за витратами електроенергії лежить залежність споживаної привідним двигуном насосного агрегату потужності від миттєвої об'ємної витрати, створюваної насосним агрегатом (потужнісної характеристики). В робочому діапазоні потужніша характеристика насосного агрегату має лінійний характер: (1) P = P0 ± a × q v де знак "+" використовується для характеристик відцентрових насосів, а знак "-" - для осьових насосів. Перетворення та інтегрування за часом залежності формули (1) дає змогу отримати формулу для визначення об'єму перекачаної води: - для відцентрових насосів V = A × E - B × T ; - для осьових насосів V = B × T - A × E . Градуювальні коефіцієнти A і B , які визначають залежність споживаної привідним двигуном насосного агрегату потужності від миттєвої об'ємної витрати, створюваної насосним агрегатом, визначають експериментальним шляхом на основі аналізу фактичної характеристики насосного агрегату: A = 1/ a = Dq v / DP, м 3 / кВт × год; B = A × DP0 / 1000, тис. м3 / год; Об'ємна витрата, створена насосним агрегатом за відрізок T часу, визначається за формулою: qV = V / T × 1000 м 3 / год . Для визначення об'ємів та об'ємних витрат загалом по насосній станції усі відповідні значення для насосних агрегатів сумуються. Пристрій для визначення об'ємів та об'ємних витрат води, перекачаної насосною станцією, включає сукупність однакових електросхем для кожного з насосних агрегатів, які входять до складу станції. Згадана електросхема містить трифазний лічильник 1 активної електроенергії з двома виходами. Перший вихід лічильника 1 послідовно під'єднаний через перший перетворювач 2 до першого комутатору 3. Другий вихід лічильника 1 під'єднаний до першого входу порогового елемента 4, другий вхід якого з'єднаний з виходом зад'атчика 5. Вихід порогового елемента 4 підключений до входу лічильника 6 часу роботи насосного агрегату, а вихід лічильника 6 часу під'єднаний до послідовно з'єднаних між собою другого перетворювача 7 та другого комутатора 8. Перший вихід комутатора 3 під'єднаний до першого елемента 9 "ні", а його другий вихід - до першого входу суматора 10. Перший вихід комутатора 8 під'єднаний до другого елемента 11 "ні", а його другий вихід - до другого входу суматора 10. Перший вихід суматора 10 під'єднаний до подільника 12. Перетворювачі 2 та 7 налагоджуються індивідуально для кожного насосного агрегату. Перетворювач 2 ураховує, як миттєва'об'ємна витрата даного конкретного насосного агрегату співвідноситься зі зміною в ньому споживаної привідним електродвигуном цього агрегату потужності, а перетворювач 7 ураховує залежність згаданих характеристик насосного агрегату від потужності, споживаної привідним електродвигуном агрегату за нульової створюваної ним миттєвої об'ємної витрати. Одне із положень ключа у кожному з комутаторів 3, 8 відповідає наявності відцентрового насосу в пристрої, а друге - осьового насосу. На прикладеній до даного опису блок-схемі положення ключів комутатора відповідає випадку, коли до складу насосної станції входять відцентрові агрегати. Другі виходи суматора 10 кожного насосного агрегату паралельно під'єднані до входу суматора 13 насосної станції, а виходи подільника 12 кожного насосного агрегату паралельно під'єднані до входу суматора 14 насосної станції. Суматори 13 та 14 підсумовують відповідні значення суматорів 10 та подільників 12 усіх насосних агрегатів і показують об'єм та об'ємні витрати води, перекачаної насосною станцією за будь-який зазначений час. Джерела інформації: 1. Лобачёв П.В., Шевелев Ф.А. Измерение рас хода жидкостей и газов в системах водоснабжения и канализации. - М., Стройиздат, 1985, с.с. 272...282. 2. Лысов К.И. та інші. Эксплуатация мелиоративных насосных станций. - М.; Агропромиздат, 1988, с. 183.