Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2473048

(19)

RU

(11)

2473048

(13)

C1

(51) МПК G01F1/34 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.01.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011130620/28, 21.07.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

21.07.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 21.07.2011

(45) Опубликовано: 20.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2144162 C1, 10.01.2000. RU 2119148 C1, 20.09.1998. US 4821580 A, 18.04.1989. US 4093868 A, 06.06.1978.

Адрес для переписки:

443001, г.Самара, ул. Молодогвардейская, 194, СГАСУ, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Кричке Владимир Оскарович (RU),

Баранов Виктор Андреевич (RU),

Мешканов Владимир Александрович (RU),

Кричке Виктор Владимирович (RU),

Кричке Ольга Алексеевна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) (RU)

(54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И АНАЛИЗА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ РАСХОДА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЯХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области теплоснабжения городов и промышленных объектов. Автоматизированная информационная система содержит насосные станции с датчиками давления. Автоматизированная система дополнительно снабжена датчиками мощности и системой передачи данных объединяющей выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по давлению и мощности с измерением расхода теплоносителя с выдачей данных по расходу и давлению в цифровой и графической форме с использованием новой расходной характеристики. При этом работающий насосный агрегат одновременно является расходомером. В базу данных вводится пересчитанная рабочая характеристика насосного агрегата с учетом, когда в качестве привода используется синхронный электродвигатель или асинхронный электродвигатель, при котором рабочие характеристики предварительно пересчитываются по формулам приведения. При использовании синхронного электродвигателя по рабочим характеристикам вычисляется новая расходная характеристики M-Q с расходными коэффициентами М. Для этого по паспортным данным по напору Н строится характеристика давления p-Q. Технический результат - упрощение процесса измерения и анализа в реальном масштабе времени параметров насосных установок и всей автоматизированной информационной системы. 13 ил.

Изобретение относится к области управления системой теплоснабжения городов и промышленных объектов. Современные системы теплоснабжения характеризуются следующими тенденциями своего развития:

- повышение требований к обеспечению потребителей теплом;

- возрастание доли тепла на горячее водоснабжение;

- обеспечение зданий теплом при их повышенной этажности;

- уменьшение массы стеновых конструкций и повышение процента остекления современных зданий;

- широкое использование средств вычислительной техники для управления системами теплоснабжения;

- строительство «Интеллектуальных зданий» с широким использованием средств связи.

Эти особенности развития современных систем теплоснабжения требуют иного подхода к управлению ими, поэтому дальнейшая оптимизация систем теплоснабжения связана с решением ряда крупных проблем, требующих новых научно-обоснованных технических, экономических и технологических решений. Важнейшей из этих проблем, является внедрение автоматизированных информационных систем для управления технологическими процессами в реальном масштабе времени с помощью ЭВМ. Для этого необходимо:

- внедрение комплекса автоматизированных информационных систем, позволяющих получать в реальном масштабе времени необходимую информацию о ходе технологического процесса с автоматической регистрацией и анализом результатов;

- внедрение информационных технологий на базе математических моделей управляемых объектов, средств вычислительной техники и соответствующего комплекса технических средств.

Конечной целью регулирования является обеспечение теплового баланса в сети, когда количество тепла, подаваемого за определенное время источником тепла, равно количеству тепловой энергии, расходуемой потребителем тепла с учетом ее потерь в сети при транспортировке от источника к потребителю. Основным параметром, характеризующим работу насосных установок по перекачке теплоносителя, является расход.

Все известные устройства для измерения расхода жидкости содержат первичные датчики, которые непосредственно должны находиться в потоке измеряемой жидкости и требуют периодического осмотра и тарировки на измерительном стенде, что усложняет их эксплуатацию.

Известна система измерения массового расхода и плотности жидкости подаваемой центробежным электронасосом, содержащая насосные станции с датчиками давления / Патент РФ 2119148. Способ измерения массового расхода и плотности жидкости подаваемой центробежным электронасосом / Кричке В.О, Громан А.О., Кричке В.В. от 20.09.98 /. Принят за прототип.

Недостатком данной системы является то, что она не содержит устройств для измерения температуры параметров насосной установки, датчиков контроля вибрации и других параметров, которые обеспечивают необходимый контроль.

Сущностью изобретения является управление работой системы теплоснабжения, путем получения и анализа в реальном масштабе времени расхода на центральных тепловых пунктах.

Технический результат - упрощение процесса измерения и анализа в реальном масштабе времени параметров насосных установок и всей автоматизированной информационной системы.

Технический результат достигается тем, что в известной автоматизированной информационной системе, содержащей насосные станции с датчиками давления, особенностью является то, что она дополнительно снабжена датчиками мощности и системой передачи данных, объединяющей выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по давлению и мощности с измерением расхода теплоносителя с выдачей данных по расходу и давлению в цифровой и графической форме с использованием новой расходной характеристики, при этом работающий насосный агрегат одновременно является расходомером, в базу данных вводится пересчитанная рабочая характеристика насосного агрегата с учетом, когда в качестве привода используется синхронный электродвигатель или асинхронный электродвигатель, при котором рабочие характеристики предварительно пересчитываются по формулам приведения, при использовании синхронного электродвигателя по рабочим характеристикам вычисляется новая расходная характеристика М-Q с расходными коэффициентами M, для этого по паспортным данным по напору Н строится характеристика давления p-Q при известной плотности жидкости р, при которой строится паспортная характеристика p-Q по формуле р= ·g·H·10 -6 МПа, далее с использованием расхода вычисляются расходные коэффициенты M по всему диапазону расхода Q, а по ним - расходная характеристика M-Q по формуле: M=(N/p) эк -N 0 /p 0 )K, где N, р - данные, взятые из паспортной характеристики, N 0 , p 0 мощность и давление при закрытой в течение одной минуты задвижки на выходе насоса, полученные экспериментально по формуле, эк =(N 0 /p 0 )/(p 01 /N 01 ), где N 0 , p 0 - паспортные данные и p 01 , N 01 - экспериментальные данные, действующие на валу каждого насоса N, определяются путем умножения мощности, потребляемой из сети P c , на коэффициент полезного действия электродвигателя эд , отклонения мощности по вычисленному значению эксплуатационного коэффициента эк определяют отклонения от номинальных значений мощности ± N, действующей на валу насоса при его работе на закрытую задвижку с нулевым расходом, и развиваемого им давления ± p, и добавляют их к значениям мощности N н ± N давления, развиваемого насосом р н ± p при вычислении коэффициента сходимости K, который определяется при номинальном значении расхода путем деления паспортного расходного коэффициента М н на расчетный расходный коэффициент М р =((N н ± N)/(р н ± p)) эк -(N o /p 0 ), по найденному значению K вычисляется расходный коэффициент M, по формуле путем деления коэффициента сходимости K на расчетный расходный коэффициент; объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q, вычисляется при вычисленном значении расхода Q действующего напора H, а по М р по вычисленному значению расходного коэффициента M по расходной характеристике Q=f(М) вычисляется плотность перекачиваемой жидкости p путем деления давления, создаваемого насосом при данном расходе, на действующий расчетный напор H и коэффициент g, расчет расхода при приводе насоса от асинхронного электродвигателя производится аналогичным образом, только вначале характеристика насоса с асинхронным электродвигателем пересчитывается по формулам приведения:

для расхода: Q 1 /Q 0 =(n 1 /n 0 ) или Q 1 =Q 0 (n 1 /n 0 );

для напора: или ;

для мощности: или ,

где Q 1 , H 1 , N 1 , n 1 - текущие значения расхода, напора, мощности, частоты вращения вала насоса, a Q 0 , H 0 , N 0 , n 0 - соответственно их паспортные значения, вычисленные данные по системе передачи поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации по измерению и анализу расходов насосных агрегатов.

«Способ измерения массового расхода и плотности жидкости подаваемой центробежным электронасосом» (Патент 2119148 от 20.10.98), не содержит устройств для измерения температуры параметров насосной установки, датчиков контроля вибрации и других параметров, которые обеспечивают необходимый контроль. В рассматриваемой автоматизированной информационной системе предусмотрены все основные датчики для измерения и анализа в реальном масштабе времени всех основных показателей в работе насосных станций с центробежными электронасосами, таких как расход теплоносителя на магистральных насосных станциях - датчиками давления и датчиками мощности, система, объединяющая выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по измеряемым параметрам, используя которые вычисляется мощность, действующая на валу каждого насоса, путем умножения мощности, потребляемой из сети P c , на коэффициент полезного действия электродвигателя эк , вычисляется давление р, создаваемое насосом, путем вычитания из давления на выходе насоса р вых давления на его входе р вх , по паспортным данным вычисляется значение расходного коэффициента М 0 при нулевом расходе в начале рабочих характеристик путем деления мощности N 0 на давление р 0 , экспериментально определяется эксплуатационный коэффициент эк при работе насоса на закрытую задвижку путем умножения результата деления мощности N 0 на давление р 0 при работе насоса на закрытую задвижку, взятые из рабочих характеристик насоса, результат деления измеренного значения давления p 01 на измеренное значение мощности на валу насоса N 01 , по эксплуатационному коэффициенту эк . Отклонения мощности ± N и давления ± р от номинальных значений и во всем диапазоне паспортных характеристик добавляются к рабочим характеристикам насоса по мощности N± N и давлению р± p, вычисляются во всем диапазоне по паспортным данным расчетный расходный коэффициент М р без коэффициента сходимости K путем умножения результата деления мощности N± N на значение давления р± р, на эксплуатационный коэффициент эк минус значение расходного коэффициента М 0 , строим график зависимости паспортного расходного коэффициента M от расчетного М р расходного коэффициента M=f(M p ), в период измерения по вычисленному значению М р по характеристике M=f(M p ) определяются действительный расходный коэффициент M, а по графику Q=f(M) определяется объемный расход Q с использованием коэффициента сходимости K, который определяется во всем диапазоне характеристик путем деления номинального паспортного расходного коэффициента М н на расчетный расходный коэффициент М р по формуле:

где М н , N н , р н , N o , р о - номинальные значения величин, которые берутся из рабочих характеристик данного насоса, при вычисленном значении эксплуатационного коэффициента эк и величина отклонения этих значений ± р, ± N от паспортных при испытании насоса на закрытую задвижку, и строятся графики эк =f(К), К=f(M p ), или К=М н /М р , по найденному значению К вычисляется расходный коэффициент M по формуле путем деления коэффициента сходимости K на расчетный расходный коэффициент М р , по вычисленному значению расходного коэффициента по расходной характеристике Q=f(M p ) вычисляется объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q вычисляется при вычисленном значении расхода действительный напор H, а по нему - плотность p перекачиваемой жидкости путем деления действующего давления, создаваемого насосом, на действующий расчетный напор H, и коэффициент g, вычисляется коэффициент полезного действия насоса путем умножения давления на результат деления расхода на мощность, вычисленные данные по системе передачи поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации для измерения и анализа в реальном масштабе времени основных показателей работы насосных установок. Автоматизированная информационная система обеспечивает непрерывный контроль за работой каждой насосной установки путем непрерывного измерения и анализа в реальном масштабе времени объемного и массового расхода жидкости

На чертежах представлены:

Фиг.1. Схема расположения насосных станций системы теплоснабжения г.Самары.

Фиг.2. Рабочие характеристики насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочих колес D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя.

Фиг.3. Пересчитанные рабочие чертежи насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя.

Фиг.4. Рабочие характеристики насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя при отклонении параметров насоса от паспортных значений.

Фиг.5. Графики определения коэффициента сходимости K от эксплуатационного коэффициента эк .

Фиг.6. График расхода теплоносителя на насосной станции 1.

Фиг.7. График расхода теплоносителя на насосной станции 6.

Фиг.8. Графики давления на насосной станции 6.

Фиг.9. График расхода теплоносителя по насосной станции 11.

Фиг.10. Графики давления на насосной станции 11.

Фиг.11. График расхода теплоносителя на насосной станции 12.

Фиг.12. График расхода теплоносителя на насосной станции 13.

Фиг.13. Общий вид диспетчерского пункта Самарских тепловых сетей.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. В рассматриваемой автоматизированной системе предусматривается использование в качестве расходомера непосредственно работающую насосную установку, рабочие характеристики которой показаны на фиг.2, а пересчитанная рабочая характеристика вместе с новой расходной характеристикой дана на фиг.3, при этом для измерения расхода необходимо только измерять давление, создаваемое насосом р в рабочем режиме, и активную мощность N на валу насоса и чрез определенное время активную мощность N 0 и давление р 0 , создаваемое насосом при закрытой задвижке на его выходе.

Для построения рабочих характеристик насоса с приводом от асинхронного электродвигателя необходимо вначале делать пересчет характеристик в зависимости от частоты вращения вала насоса по формулам приведения:

для расхода

для напора

для мощности

где Q 1 , H 1 , N 1 , n 1 - текущие значения расхода, мощности, напора, частоты вращения, a Q 0 , H 0 , N 0 , n 0 - соответственно их паспортные значения при холостом ходе насоса, например 1500, 3000 об/мин.

Паспортная характеристика насоса выдается заводом-изготовителем. Однако в процессе эксплуатации насосных установок, их ремонта и разных условий эксплуатации действительные характеристики могут отличаться от паспортных. В связи с этим характеристики насоса, полученные после ремонта насоса и возможной замены некоторых его узлов, называются базовыми, с которыми в дальнейшем сравниваются характеристики, получаемые при текущей эксплуатации насосного агрегата. Характеристики, полученные в процессе эксплуатации насоса, называются текущими. Изменение частоты вращения асинхронного электродвигателя в процессе его работы, начиная от его работы на холостом ходу n 0 до работы насоса при его номинальной паспортной производительности с частотой n н :

n=n 0 -n н , об/мин.

Для рассматриваемого насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм и приводом от асинхронного электродвигателя

n p =1500-1450=50, об/мин.

Для определения частоты вращения вала насоса электродвигателя на 1 кВт мощности берем значение мощности на валу насоса P 2 при его номинальной частоте вращения, тогда расчетная частота n р будет равна

В нашем примере при n н =1450 об/мин при мощности, равной 500 кВт

Затем каждое значение мощности N при определенном расходе умножаем на n p и отнимаем полученное значение от значения частоты вращения при холостом ходе электродвигателя n 0 .

n=n 0 -(n p ·N).

В нашем случае пример вычисления текущих значений числа оборотов для различной мощности дан ниже:

n 0 =1500-(220·0,101)=1500-22,22=1477,78, об/мин.

n 1 =1500-(250·0,101)=1500-25,25=1474,75, об/мин.

n н =1500-(495·0,101)=1500-49,995=1450,0, об/мин.

Далее находим отношение n 1 /n 0 , где n 1 - текущее значение числа оборотов вала насоса, n 0 =1500 об/ мин - значение числа оборотов вала насоса при холостом его ходе взятые из паспортной его характеристики. Определяем для примера n 1 /n 0 по трем значениям рабочей характеристики насоса:

Определяем для примера расчетный расход Q*:

Определяем для примера по трем рабочим характеристикам насоса:

Определяем расчетный напор Н*:

Определяем для примера (n 1 /n 0 ) 3 по трем рабочим характеристикам насоса:

Определяем расчетное значение N*:

Определяем давление p по трем точкам пересчитанной рабочей характеристики:

р 0 = ·g·H 0 ·10 -6 =998,8·9,81·108,37=1,06185, МПа,

p 1 = ·g·H 1 ·10 -6 =998,8·9,81·104=1,019, МПа,

р н = ·g·H н ·10 -6 =998,8·9,81·83,17=0,8149, МПа.

Полученные расчетные данные по числу оборотов вала, насоса, расходу, напору и мощности помещаем в таблицу 1.

Таблица 1

Расчетные данные по насосу Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя

Q н м 3 /ч

N н , кВт

Н н , н

n 1 об/мин

Q*=Q-n 1 /n 0

Н*=Н·(n 1 /n 0 ) 2

N*=N·(n 1 /n 0 ) 3

p, МПа

M, кВт/МПа

0

220

110

1477,78

0

108,37

210,37

1,06185

198,1-198,1

200

250

108

1474,75

196,63

104,0

237,4

1,019

34,94

400

280

107

1471,72

392,44

103,0

274,72

1,0092

76,1

600

320

106

1467,28

586,92

101,43

299,52

0,9938

103,29

800

355

105

1464,15

780,88

100,041

330,15

0,98

138,79

1000

390

104

1460,61

973,7

98,26

360,046

0,963

175,78

1200

425

102

1457,07

1165,65

96,25

389,54

0,943

215,0

1400

455

93

1454,04

1357,1

87,39

414,441

0,856

286

1600

495

89

1450,0

1546,72

83,17

447,16

0,8149

350,63

1800

530

80

1446,47

1735,76

74,39

475,24

0,729

453,8

В таблице 1 число оборотов меняется от нагрузки - n 1 текущие обороты, n 0 - паспортные значения насоса при номинальной частоте при холостом ходу. В данном случае n 0 =1500 об/мин.

Расчетная частота равна -

В данном примере эксплуатационный коэффициент эк и коэффициент сходимости K равны нулю.

При использовании асинхронного электродвигателя для привода насоса расходный коэффициент M вычисляется по обычной формуле

при этом никаких пересчетов мощности, давления и расхода не делается, так как они автоматически меняются в процессе измерения. Пример расчета расходного коэффициента M:

В результате анализа можно сделать вывод, что при использовании асинхронного электродвигателя в качестве привода насоса изменение его частоты вращения вала от нагрузки учитывается пересчетной характеристикой и, следовательно, никаких дополнительных расчетов в процессе измерения расхода делать не надо. Данные для построения графиков даны в таблицах 2 и 3.

Таблица 2

Данные, предназначенные для построения графиков по насосу Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя

*, n 1 /n 0

КПД, %

Н*, (n 1 /n 0 ) 2

N*, (n 1 /n 0 ) 3

p, Па

M, кВт/МПа

0

0

108,37

220

1,06185

198,1-198,1

196,63

30

104,0

250

1,019

34,94

392,44

50

103,0

280

1,0092

76,1

586,92

60

101,43

320

0,99,38

103,29

780,88

70

100,041

355

0,98

138,79

973,7

76

98,26

390

0,963

175,78

1165,65

83

96,25

425

0,943

215,0

1357,1

85

87,39

455

0,856

286

1546,72

85

83,17

495

0,8149

350,63

1735,76

78

74,39

530

0,729

453,8

Таблица 3

Подготовленные для построения графиков рабочие характеристики насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540. мм. с приводом от асинхронного электродвигателя

Q*, n 1 /n 0

КПД, %

Н*, (n 1 /n 0 ) 2

N*, x5 (n 1 /n 0 ) 3

р, /100 МПа

M, х5 кВт/МПа

0

0

108,37

42,07

106,185

0,0

196,63

30

104,0

52,92

101,9

12,31

392,44

50

103,0

54,94

100,92

15,22

586,92

60

101,43

59,9

99,38

21,66

780,88

70

100,041

66,03

98

27,76

973,7

76

98,26

72,01

96,3

35,16

1165,65

83

96,25

77,91

94,3

43,0

1357,1

85

87,39

82,88

85,6

57,2

1546,72

85

83,17

89,43

81,49

70,17

1735,76

78

74,39

95,05

72,9

90,76

Математическое описание графиков, показанных на фиг.3:

N=1E-4Е Q 3 -4Е-06 Q 2 +0,0326 Q+42,32, кВт. Мощность.

M=2Е-48 Q 3 -4Е-05 Q 2 +0,0545 Q-0,4572, кВт/МПа. Расход, коэф.

p=4Е-08 Q 3 +1E-45 Q 2 -0,01 Q+105,22, МПа. Давление.

H=-4Е-08 Q 3 +1E-05 Q 2 -0,0111 Q+103,55, м. Напор.

КПД=1E-48 Q 3 -1Е-05 Q 2 +0,1433 Q+2,2061, %. КПД.

Приведем расчет параметров насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540 мм с приводом от асинхронного электродвигателя при их не соответствии с паспортными данными, по мощности больше на 10 кВт и давлению больше на 0,2 МПа, которые учтены в таблице 4.

Таблица 4

Параметры насоса Д1600-90 при n=1450 об/мин с диаметром рабочего колеса D=540. мм с приводом от асинхронного электродвигателя при отклонении от паспортными данных

Q*, м 3 /час

H* м

N*, x5 кВт

р, /100 МПа

M, x5 кВт/МПа

КПД, %

0

108,37

46,07

126,185

0

0

196,63

104,0

51,48

121,9

12,31

37

392,44

103,0

58,95

120,92

15,22

47

586,92

101,43

63,9

119,38

21,66

60

780,88

100,041

70,03

118

27,76

70

973,7

98,26

76,01

116,3

35,16

75

1165,65

96,25

81,91

143

43,0

84

1357,1

87,39

86,89

105,6

57,2

86

1546,72

83,17

93,43

101,49

70,17

84

1735,76

74,39

95,05

72,9

90,76

77

По данным таблицы 4 построим графики.

Математическое описание графиков показанных на фиг.2 и в таблице 3:

М=2Е-08×3-3E-05×2+0,0494x+0,1131, кВт/МПа. Расход, коэф.

N=2Е-09×3-5Е-06×2+0,0327х+42,62, кВт. Мощность.

Н=-1Е-08×3+2Е-05×2-0,0189х+125,97, м. Напор.

p=-1Е-08×3+2Е-05×2-0,0177х+107,78, МПа. Давление.

КПД=7Е-09×3-7Е-05×2+0,1349x+2,4117, %. КПД.

6. Пример выполнения расчетов рабочих характеристик насоса при наличии несоответствия текущей рабочей характеристики с паспортной, с приводом насоса от асинхронного электродвигателя.

Основные несоответствия по мощности и давлению составляют - по мощности +10 кВт, по давлению +0,1 МПа. Для этого режима работы характеристики насоса Д1600-90 при n=1450, об/мин с диаметром рабочего колеса D 2 =540 мм даны в таблице 4 и на графике фиг.4.

1. Определяем эксплуатационный коэффициент эк

2. Вычисляем коэффициент сходимости К для асинхронного электродвигателя

К асин =-0,6385 эк +1,7007.

К асин =-0,6385·1,085+1,7007=1,0622,

или расчетным путем по формуле, или по графику фиг.5:

где М н , N н , р н , N o , p o - номинальные значения величин, которые берутся по графику, показанному на фиг.2, из рабочих характеристик данного насоса, при вычисленном значении эксплуатационного коэффициента эк и величинах отклонения этих значений ± p, ± N от паспортных при испытании насоса на закрытую задвижку.

3. Вычисляем расходный коэффициент M

4. Вычисляем расход Q

Из таблицы подставляем значения расхода и эксплуатационного коэффициента в формулу

5. Вычисляем разницу в расходе Q с отклонением от паспортного значения.

Разница в расходе Q=Q-Q эк =1735,71-1586,65=149,11, м 3 /ч

На разницу расхода 149,11,м 3 /ч повлияло изменение эксплуатационного коэффициента за счет отклонений параметров насоса от паспортных значений.

6. Вычисляем плотность перекачиваемой жидкости

Для этого при вычисленном расходе и соответственно ему действующего давления по рабочим характеристикам находим значение напора. Вычисляем плотность жидкости по формуле:

В нашем примере при расходе 1546,72 м 3 /час и давлении 1,0149 МПа напор равен Н=83,17, м.

Это соответствует действительным данным.

7. Вычисляем массовый расход жидкости.

Он равен Q м = ·Q·10 -3 т/ч, где Q м т/ч - расход массовый и Q м 3 /ч - расход объемный, , кг/м 3 - вычисленное.

В нашем случае Q м =1546,72·1243,9·10 -3 =1924, т/ч.

Это соответствует реальному значению массового расхода.

8. Вычисляем текущее значение КПД насоса.

Вычисление КПД насоса делается по формуле:

КПД=p·Q·10 6 /(102·3600 N н ), %, здесь давление р, кГ/см 2 ,

КПД=p·Q·10 5 /(3600 N н ), %, здесь давление р, МПа.

В нашем примере при р=1,0149 МПа, КПД=1,0149·1546,72·10 5 /(3600·467,16)=93.34 %. Это значение КПД близко стоит к действительному значению.

9. Вычисляем мощность, потребляемую насосом из сети:

где эд - КПД электродвигателя равный 97, %.

Рассмотренная автоматизированная информационная система внедрена в Самарских тепловых сетях в 1998 году на шести центральных насосных станциях 1.5, 6, 11, 12, 13, получаемая информация по каждой насосной стации в виде расхода и давления дана на графиках фиг.6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, которые подаются на диспетчерский пункт, показанный на фиг.13. Знание расхода и давления обеспечивают определение КПД насосных агрегатов. В результате малейшего отклонения КПД от нормы принимались тут же необходимые меры по восстановлению КПД, что не допускало перерасход электроэнергии. В процессе эксплуатации системы делались многократные испытания по сопоставлению получаемых данных с показаниями ультразвуковых. Пример таких сравнительных испытаний дан в прилагаемой таблице 5

Таблица 5

Время Суток, час

Расход, м 3 /час Ультразвук

Расход, м 3 /час Метод по патенту

Время суток

Расход, м 3 /час Ультразвук

Расход. м 3 /час Метод по патенту

8-00

596

627.03

22-00

592,96

586,3

9-00

620,3

620.37

23-00

592,22

595.9

10-00

595,18

607,78

0-00

590

615,18

11-00

580,37

601,18

1-00

600,37

613.7

12-00

598,18

607,78

2-00

607,37

612,96

13-00

587,03

616.67

3-00

604,81

607,03

14-00

584,07

607,78

4-00

605,55

625,92

15-00

592,22

598,9

5-00

607,78

595,18

16-00

591,48

598,9

6-00

590.74

587.03

17-00

589,26

598,9

7-00

584

579,63

18-00

585,55

592,22

8-00

586,3

605,15

19-00

586,29

592,96

Итого

14846,14

15072.48

20-00

567,8

591,48

Итоло

593,84

602,9

21-00

590

587.03

Среднее, измеренное двумя методами, значение расхода равно 598,37 м 3 /ч. Среднее значение разницы в полученных данных по измерению расхода составляет ±0,75%. Если считать, что в этом виноваты оба метода, то среднюю разницу в результатах измерения можно принять равной ±0,37%.

За весь период экспериментальной работы рассматриваемой автоматизированной информационной системы не было ни одного случая выхода ее из строя. Это говорит о том, что имеется гарантия внедрения данной системы во всех сетях теплоснабжения предприятий, в городах и сельских населенных пунктах России.

Формула изобретения

Автоматизированная информационная система для измерения и анализа в реальном масштабе времени расхода теплоносителя на магистральных насосных станциях тепловых сетей, содержащая насосные станции с датчиками давления, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена датчиками мощности и системой передачи данных, объединяющей выходы всех датчиков с информационным центром, содержащим ЭВМ и базу данных по давлению и мощности с измерением расхода теплоносителя с выдачей данных по расходу и давлению в цифровой и графической форме с использованием новой расходной характеристики, при этом работающий насосный агрегат одновременно является расходомером, в базу данных вводится пересчитанная рабочая характеристика насосного агрегата с учетом, когда в качестве привода используется синхронный электродвигатель или асинхронный электродвигатель, при котором рабочие характеристики предварительно пересчитываются по формулам приведения, при использовании синхронного электродвигателя по рабочим характеристикам вычисляется новая расходная характеристика M-Q с расходными коэффициентами М, для этого по паспортным данным по напору Н строится характеристика давления p-Q, при известной плотности жидкости р, при которой строится паспортная характеристика p-Q по формуле p=p·g·H·10 -6 МПа, далее с использованием расхода вычисляются расходные коэффициенты М по всему диапазону расхода Q, а по ним расходная характеристика M-Q по формуле: М=(N/р) эк -(N 0 /р 0 )K, где N, р - данные, взятые из паспортной характеристики; N 0 , p 0 - мощность и давление при закрытой в течение одной минуты задвижке на выходе насоса, полученные экспериментально по формуле эк =(N 0 /p 0 )/(p 01 /N 01 ), где N 0 , р 0 - паспортные данные, и р 01 , N 01 - экспериментальные данные, определяются действующие на валу каждого насоса N путем умножения мощности, потребляемой из сети Р с , на коэффициент полезного действия электродвигателя эд , отклонения мощности по вычисленному значению эксплуатационного коэффициента эк определяют отклонения от номинальных значений мощности ± N, действующей на валу насоса при его работе на закрытую задвижку с нулевым расходом, и развиваемого им давления ± р и добавляют их к значениям мощности N н ± N, давления развиваемого насосом р н ± р при вычислении коэффициента сходимости K, который определяется при номинальном значении расхода путем деления паспортного расходного коэффициента М н на расчетный расходный коэффициент М р =((N н ± N)/(р н ± р)) эк -(N 0 /р 0 ), по найденному значению K вычисляется расходный коэффициент М по формуле путем деления коэффициента сходимости K на расчетный расходный коэффициент; объемный расход Q, по напорной характеристике H-Q, вычисляется при вычисленном значении расхода Q действующего напора Н, а по М р , по вычисленному значению расходного коэффициента М, по расходной характеристике Q=f(M) вычисляется плотность перекачиваемой жидкости р путем деления давления, создаваемого насосом при данном расходе, на действующий расчетный напор Н и коэффициент g, расчет расхода при приводе насоса от асинхронного электродвигателя производится аналогичным образом, только вначале характеристика насоса с асинхронным электродвигателем пересчитывается по формулам приведения:

для расхода: Q 1 /Q 0 =(n 1 /n 0 ) или Q 1 =Q 0 (n 1 /n 0 );

для напора: или ;

для мощности: или ,

где Q 1 , H 1 , N 1 , n 1 - текущие значения расхода, напора, мощности, частоты вращения вала насоса, a Q 0 , Н 0 , N 0 , n 0 - соответственно их паспортные значения, вычисленные данные по системе передачи поступают на диспетчерский пункт в ЭВМ, содержащую соответствующую базу данных, с помощью которой производится вычисление всей необходимой информации по измерению и анализу расходов насосных агрегатов.

РИСУНКИ