Пристрій керування насосною установкою

Пристрій керування насосною установкою, що містить датчик рівня, джерела постійної вхідної дії, ключі електронні, сполучені з ланцюгами магнітних пускачів та джерелом їх живлення, який відрізняється тим, що додатково містить два датчики продуктивності, чотири елементи І-НІ, два елементи І, елемент АБО, два R-S тригери, три порогових елементи, перші входи яких сполучені з виходом датчика рівня, другі входи сполучені з джерелами постійної вхідної дії, а вихід першого порогового елемента сполучено з R входом першого R-S три 3 Недоліком пристрою є відсутня можливість контролю продуктивності електронасоса, а також не забезпечується підключення резервного насоса при виході з ладу основного, що знижує надійність насосної установки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення відомих пристроїв управління насосною установкою шляхом введення додаткових елементів, блоків та нових функціональних зв'язків між ними та створити новий пристрій управління насосною установкою, що забезпечує можливість контролю продуктивності окремих насосів і своєчасно підключати резервний насос для забезпечення своєчасного зниження рівня води в водозбірнику, що підвищує надійність насосної установки в цілому. Рішення поставленої задачі вирішується тим, що пристрій керування насосною установкою, що містить датчик рівня, джерела постійної вхідної дії, ключі електронні, сполучені з ланцюгами магнітних пускачів та джерелом їх живлення, який відрізняється тим, що додатково містить два датчики продуктивності, чотири елементи I-HI, два елементи І, елемент АБО, два R-S тригери, три порогових елементи, перші входи яких сполучені з виходом датчика рівня, другі входи сполучені з джерелами постійної вхідної дії, а вихід першого порогового елемента сполучено з R входом першого R-S тригера та через перший елементи I-HI сполучено з його S входом, вихід другого порогового елемента сполучено з другим входом першого елемента IHI, R входом другого R-S тригера та через другий елементи I-HI сполучено з його S входом, вихід третього порогового елемента сполучено з другим входом другого елемента I-HI, виходи датчиків продуктивності сполучені, відповідно, через третій, четвертий елементи I-HI з входами першого, другого елементів І, другий вхід першого елемента І сполучено з виходом першого R-S тригера та входом першого ключа електронного, другий вхід другого елемента І сполучено з виходом другого R-S тригера та входом другого ключа електронного, виходи першого та другого елемента І сполучені з входами елемента АБО, вихід якого сполучено з входом третього ключа електронного, другий вхід якого сполучено з другими входами першого та другого ключів електронних, а також з джерелом живлення магнітних пускачів. На кресленні представлена структурна схема пристрою керування насосною установкою. Пристрій керування насосною установкою складається з датчика рівня 1, до виходу якого підключено три порогових елементи 2, 3, 4, другі входи яких сполучені з джерелами Е1, Е2, Е3 постійної вхідної дії, а виходи першого 2 та другого 3 порогових елементів сполучено, відповідно, з першим 5 та другим 6 елементами I-HI, а також, відповідно, з R входом першого R-S тригера 7 та з R входом другого R-S тригера 8, a S вхід першого RS тригера 7 через перший елементи I-HI 5 сполучено з виходом другого порогового елемента 3, a S вхід другого R-S тригера 8 через другий елементи I-HI 6 сполучено з виходом третього порогового елемента 4, вихід першого R-S тригера 7 сполучено з входом ключа 9 електронного, другий вхід 66712 4 якого сполучено з другими входами ключів 10 та 11 електронних та джерелом Е4 живлення ланцюгів магнітних пускачів 12, 13, 14, які підключені входами до виходів ключів 10, 11 та 12 електронних, виходи датчиків 15 та 16 продуктивності сполучені, відповідно, через третій 17, четвертий 18 елементи I-HI з входами першого 19, другого 20 елементів І, другий вхід першого елемента І 19 сполучено з виходом першого R-S тригера 7, другий вхід другого елемента І 20 сполучено з виходом другого R-S тригера 8, виходи першого 19 та другого 20 елементів І сполучені з входами елемента АБО 21, вихід якого сполучено з входом третього ключа 11 електронного. Магнітні пускачі 12, 13, 14 подають напругу живлення на електродвигуни насосів верхнього рівня, аварійного рівня та резервного, які на кресленні не показано. Датчик 1 рівня забезпечує формування сигналу, пропорційного рівню води в водозбірнику, зумпфі, і може являти собою різні за принципом роботи датчики рівня, наприклад, ультразвукові, магнітострикційні, мікрохвильові або ємнісні датчики безперервного вимірювання значення рівня. Вони використовуються в залежності від умов розміщення водозбірника, а також матеріалу стінок та глибини відкачування води. Ультразвукові датчики рівня - безконтактні, які використовують ультразвукові імпульси, що посилаються передавачем у напрямі поверхні води, і вимірюється час t проходження сигналу від передавача до поверхні і назад. Відстань S визначається із співвідношення S=Vt/2, де V - швидкість розповсюдження звуку. Безконтактний метод робить їх нечутливими до зміни властивостей води - тиску, щільності, в'язкості в діапазоні вимірювання до 50 м з точністю до 2 мм. Магнітострикційний датчик складається з хвилеводу, розташованого усередині стрижня, і зовнішнього постійного магніту усередині поплавця. Датчик посилає сигнал, який створює магнітне поле, що розповсюджується уздовж хвилеводу. З іншого боку, постійний магніт усередині поплавця створює додаткове магнітне поле. При перетині цих двох магнітних полів виникає, так звана, торсіонна хвиля, яка розповсюджується уздовж хвилеводу із швидкістю звуку. Вона уловлюється чутливим елементом датчика, далі обчислюється відстань з точністю до 0,01 %, відомий магнітострикційний датчик, наприклад, серії EG фірми FineTek. Мікрохвильові датчики рівня використовують високочастотні імпульси, які прямують по зонду у вигляді троса або стрижня. Досягнувши поверхні води, мікрохвильові імпульси відбиваються від неї. Одержані ехо-сигнали з урахуванням часу проходження імпульсу перетворюються в сигнали, пропорційні значенню рівня води. На результати вимірювання не впливають значні наростання відкладень на зонді рівнеміра або стінці ємкості, відомі таки датчики, наприклад, типу KSRGT. Ємнісні датчики використовується для штучних водозбірників з металевими стінками на принципі вимірювання ємності, утвореної металевими стінками і чутливим елементом датчика. До чутливого елемента подається високочастотний синусоїдальний сигнал. Зміна рівня води контролюється шляхом вимірювання сили струму прикладеного 5 сигналу при довжині чутливого елементу датчика до 50 метрів, відомі таки датчики типу РОС-101, РОС-101И, а також, наприклад, серії ЕВ фірми FineTek. Порогові елементи 2, 3, 4 забезпечують порівняння вхідних сигналів по амплітуді і формування вихідного високого логічного рівня при умові перевищення значення вхідних сигналів, відповідних рівнів, E1, Е2, Е3 і можуть бути виконані з використанням операційних підсилювачів в вигляді інтегральних мікросхем. R-S тригери 7 та 8 забезпечують формування вихідного сигналу в залежності від стану управляючих входів R і S, які виконують функції установки вихідного сигналу в рівень логічного нуля при R=0 або одиниці при S=0, при S=R=1 тригери знаходяться в режимі зберігання, a S=R=0 - заборонена комбінація, оскільки приводить до невизначеності вихідного стану. Вони являють собою асинхронні RS-тригери і можуть бути виконані на елементах IHI, АБО-НЕ з використанням інтегральних мікросхем. Ключі 9, 10 та 11 електронні забезпечують замикання вхідного з вихідним ланцюгом, при цьому виконується подача напруги від джерела Е4 на входи пускачів 12, 13 та 14 магнітних при подачі логічного високого рівня на їх перші входи і можуть бути виконані на напівпровідникових елементах з гальванічною розв'язкою. Датчики 15 та 16 продуктивності забезпечують формування сигналу, пропорційного тиску води в напірному трубопроводі і можуть являти собою аналогові датчики тиску, які забезпечують контроль продуктивності насосів. Значення вихідного сигналу встановлюється для визначеного значення продуктивності для кожного насоса індивідуально, елементи для установки не приведені. Датчики продуктивності також застосовуються при небезпеці припинення подачі води. Як тільки тиск падає нижче від 0,04 до 0,4 бар контакти спеціального реле розмикаються і живлення на насос не подається. Після такого спрацьовування контакти реле можна замкнути тільки уручну. Елементи для контролю режиму холостого ходу в матеріалах заявки також не наведені. Датчик 15 продуктивності установлений на трубопроводі насоса верхнього рівня, електродвигун якого підключається магнітним пускачем 12, а датчик 16 продуктивності установлений на трубопроводі насоса аварійного рівня, електродвигун якого підключається магнітним пускачем 13. Магнітний пускач 14 забезпечує подачу живлення на електродвигун резервного насоса. Елементи для контролю режиму холостого ходу, електродвигуни, насоси на кресленні не наведені. Однією з важливих вимог до насосної установки є використання насосів в режимах, відповідних їх номінальним параметрам. Відхилення робочих параметрів насоса від номінальних спричиняє собою зниження ККД і, як наслідок, перевитрату електроенергії. Допускається деяке відхилення робочих параметрів від значень, вказаних в каталогах, але при цьому вони не повинні виходити за межі робочої зони насоса. Використання насосів за межами робочої зони значною мірою погіршує їх ККД 66712 6 і може викликати перехід насосів в неприпустимий режим роботи. При зменшенні подачі може виникнути помпаж, а при збільшенні - кавітація, яка зумовлена збільшенням значення тиску на вході в насос вище критичного, за який приймається тиск насиченої пари перекачуваної рідини. Блок живлення та елементи його підключення на кресленні не наведені. i Прийняті позначення Un - амплітуда сигналу на і-му виході n-го блока. Працює пристрій наступним чином. У початковому стані за відсутності припливу води вихідні сигнали порогових елементів 2, 3, 4 дорівнюють нулю, так як мають характеристики 1 при U1 E1 , U2   0 при U1 E1 1 при U1 E 2 , U3   0 при U1 E 2 1 при U1 E 3 . U4   0 при U1 E 3 При цьому нульовий логічний рівень на R вході R-S тригера 7 встановлює вихідний рівень також в нуль, який забезпечує розімкнутий стан електронних ключів 9 та 11 та магнітних пускачів 12 та 14 і насоси не працюють. Електронні ключі 9, 10 та 11 мають характеристики  0 при U7  0 , U9   E 4 при U7  1  0 при U8  0 , U10   E 4 при U8  1  0 при U21 0 . U11   E 4 при U21 1 При підвищенні рівня води до нижнього рівня на виході порогового елемента 2 появляється рівень логічної одиниці, стан R-S тригера 7 не змінюється, U7=0, він знаходиться в режимі пам'яті встановленого раніше стану, а на першому вході елемента I-HI 5 встановлюється рівень логічної одиниці. При підвищенні рівня води до верхнього рівня на виході порогового елемента 3 появляється рівень логічної одиниці, переключається R-S тригер 7, так як, з виходу елемента I-HI 5 подається нульовий логічний рівень на S вхід R-S тригера 7 і рівень логічної одиниці подається на ключ 9 електронний, котрий замикається і подає живлення від джерела Е4 на магнітний пускач 12 і при цьому забезпечується живлення електродвигуна насоса верхнього рівня (на кресленні не наведено). Насос верхнього рівня забезпечує робочу продуктивність і на виході датчика 15 продуктивності появляється сигнал логічної одиниці, який подається на елемент I-HI 17, з виходу якого появляється сигнал логічного нуля і далі він подається на вхід елемента І 19, що забезпечує блокування на проходження сигналу від R-S тригер 7 через елемент АБО 18 на електронний ключ 11. Рівень води в водозбірнику знижується, спочатку сигнал на виході порогового елемента 3 переключається в нуль, що не виникає 7 змін в роботі включеного насоса, а далі і на виході порогового елемента 2 сигнал переключається в нуль, що приводить до переключення R-S тригер 7, вихідний логічний нуль якого подається на ключ 9 електронний, який розмикається, відключається живлення магнітного пускача 12 і далі електродвигуна насоса верхнього рівня, який зупиняється. Розглянемо ситуацію, коли один насос не може забезпечити відкачування припливу води, а рівень води досягає аварійного значення і на виході порогового елемента 4 появляється сигнал логічної одиниці. При цьому на виході порогових елементів 2 та 3 також сигнали логічної одиниці, а з виходу елемента І-Ні 6 подається сигнал логічного нуля на S вхід R-S тригера 8, який переключається і рівень логічної одиниці подається на ключ 10 електронний, який замикається і подає живлення від джерела Е4 на магнітний пускач 13, який забезпечує живлення електродвигуна насоса аварійного рівня (на кресленні не наведено). Насос при роботі забезпечує робочу продуктивність і на виході датчика 16 продуктивності появляється сигнал логічної одиниці, який подається на елемент I-HI 18, з виходу якого появляється сигнал логічного нуля і далі він подається на вхід елемента І 20, що забезпечує блокування на проходження сигналу від R-S тригера 8 на електронний ключ 11. Рівень води в водозбірнику знижується, то спочатку сигнал на виході порогового елемента 4 переключається в нуль, що не виникає змін в роботі включеного насоса, а далі при зниженні рівня води сигнал на виході порогового елемента 3 переключається в нуль, що приводить до переключення RS тригера 8, вихідний логічний нуль якого подається на ключ 10 електронний, який розмикається, відключається живлення магнітного пускача 13 та електродвигуна насоса аварійного рівня, який зупиняється. Продовження роботи пристрою аналогічне розглянутому вище. Розглянемо ситуацію, коли один з основних насосів зменшує продуктивність роботи при включених насосах верхнього та аварійного рівнів. При цьому магнітні пускачі 12 та 13 включені. Наприклад, при зменшенні продуктивності роботи насоса верхнього рівня, на виході датчика 15 продуктивності сигнал переключається на рівень логічного нуля і на виході елемента I-HI 17 встановлюється рівень логічної одиниці, який подається через елемента І 19, а також через елемент АБО 21 на вхід ключа 11 електронного, який замикається і подає живлення від джерела Е4 на магнітний пускач 14 і при цьому забезпечується живлення електродвигуна резервного насоса (на кресленні не наведено). Рівень води в водозбірнику знижується. Продовження роботи пристрою аналогічне розглянутому вище. Пристрій забезпечує стійке управління процесом у всьому діапазоні навантажень на насосну 66712 8 установку з можливістю відключення електродвигуна насоса при переході його в режим холостого ходу, що забезпечує зниження витрат електроенергії і підвищує надійність пристрою. Вирішальний вплив на режим роботи насоса визначають гідравлічні параметри системи. Спільна робота насосної установки і мережі трубопроводів можлива, якщо подача насоса рівна витраті в мережі, а тиск, що розвивається насосами, рівний втратам тиску в системі і статичній висоті підйому рідини. Невідповідність параметрів насосної установки і системи трубопроводів, вибір насосів з "запасом" по натиску і витрати ведуть до появи режимів перевантаження, явищ кавітації, помпажу. При дуже великому вмісті повітря у воді, більше 5 %, застосування звичайних відцентрових насосів неприпустимо. Повільне зменшення тиску і зростання потужності кавітації відбувається різке збільшення концентрації пари в потоці, що веде до повного відриву потоку від лопатки робочого колеса, тому тільки контроль нижнього значення продуктивності насоса за допомогою датчиків 15, 16 продуктивності дозволяє забезпечити безаварійну роботу насосної установки. Застосування введених двох датчиків продуктивності, чотирьох елементів I-HI, двох елементів І, елемента АБО, двох R-S тригерів, трьох порогових елементів до складу пристрою дозволяє підтримувати рівень води в водозбірнику в заданому діапазоні, своєчасно включати в роботу резервний насос при виході з ладу одного з основних, контролювати продуктивність насосів в установленому діапазоні, що дозволяє не допустити негативних явищ помпажу та кавітації, що в загальному підвищує надійність насосної установки. Пристрій забезпечує дистанційний метод вимірювання рівня води в водозбірнику в всьому діапазоні його глибини з одержанням аналогового сигналу, пропорційного значенню рівня води, що дозволяє просто адаптувати пристрій при можливих змінах в технології його роботи. При роботі пристрою використовуються джерела постійної вхідної дії, які дозволяють просто робити його настроювання на конкретні рівні води в водозбірнику: Е1 - нижнього рівня, Е2 - верхнього рівня та Е3 - аварійного рівня за умовами використання насосної установки. Використані джерела: 1. Патент Российской Федерации № 2255246. Солдатов А.И., Цехановский С.А., Сорокин П.В., Бычков В.В., Ким О.Х. Устройство управления электронасосами артезианских скважин. МПК F04D15/00. Заявлено 14.10.2003; Опубл. 27.06.2005, Бюл. № 18. 2. Авторское свидетельство СССР № 1793102. Скударнов Ю.А. Устройство управления насосной установкой для понижения уровня грунтовых вод. МПК F04D15/00. 07.02.93. Бюл. № 5. 9 Комп’ютерна верстка Мацело В. 66712 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601