Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ

Изобретение относится к электротехнике, в частности электроприводу, и может быть использовано для регулирования частоты вращения высоковольтных электродвигателей насосов, работающих на длинные трубопроводы, например магистральных насосов нефтепроводов.

Известно устройство управления частотно-регулируемого электропривода насоса при стабилизации давления / Фираго Б.И. Регулируемые электроприводы переменного тока. - Минск: Техноперспектива, 2006. - стр.188, рис.7.10 /. Функциональная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода насоса при стабилизации давления содержит преобразователь частоты, асинхронный двигатель, насос, функциональный преобразователь «частота-напряжение», датчик тока, датчик давления, регулятор частоты, регулятор напряжения, регулятор давления, блок компенсации напряжения, функциональный преобразователь «частота-момент», функциональный преобразователь «давление-частота», задатчик интенсивности, сумматоры.

К недостаткам устройства относится возможность образования опасных перепадов давления в трубопроводе при переходе от одного установившегося режима перекачки с одной частотой вращения электродвигателя и насоса к другому установившемуся режиму перекачки с другой частотой вращения электродвигателя и насоса, например магистральных насосов нефтепроводов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство управления частотно-регулируемого электропривода насоса в функции давления в трубопроводе на выходе насоса / Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. - М.: Академия, 2004. - 576 с. Рисунок 4.15 на стр.236, текст на стр.235-236/. Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода насоса при управлении в функции давления содержит преобразователь частоты, электродвигатель, насос, датчик давления и блок сравнения.

Недостатком устройства является возможность образования опасных перепадов давления в трубопроводе, например в магистральных нефтепроводах, при переходе от одного установившегося режима перекачки с одной частотой вращения электродвигателя и насоса к другому установившемуся режиму перекачки с другой частотой вращения электродвигателя и насоса. Обусловлен этот недостаток тем, что на вход блока сравнения подаются сигнал задания давления и реальное (измеренное) давление на выходе насоса (в трубопроводе), получаемое с датчика давления. На выходе блока сравнения формируется разность значений задающего и измеренного давлений, которая преобразуется в сигнал задания частоты для преобразователя частоты. Под воздействием сигнала задания преобразователь частоты изменяет частоту вращения электродвигателя и стремится привести разность между заданным и измеренным давлениями к нулю. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления Р1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2. Разность между давлениями Р1 и Р2 называют перепадом давлений. Большой перепад давлений между Р1 и Р2 может быть опасным и привести к разрушению тела трубы. Особенно опасны перепады давлений при частой смене режимов перекачки, в частности при циклической перекачке нефти по нефтепроводам, когда циклически происходит чередование установившихся режимов работы трубопровода с давлениям Р1 и Р2. При большой разности между давлениями Р1 и Р2 циклическое изменение давления приводит к появлению усталостных дефектов. В результате снижается ресурс и надежность трубопровода и появляется опасность порывов трубы с прекращением процесса перекачки жидкости по трубопроводу, а в случае перекачки нефти - может привести к тяжелым экологическим последствиям.

Целью изобретения является снижение перепадов давления в трубопроводе при переходе от одного установившегося режима перекачки жидкости по трубопроводу с одной частотой вращения электродвигателя и насоса к другому установившемуся режиму перекачки жидкости по трубопроводу с другой частотой вращения электродвигателя и насоса.

Поставленная цель достигается путем ступенчатого изменения задающего перепада давления, что приводит к снижению перепада давления в двух установившихся режимах трубопровода до значений, которые являются безопасными для трубопровода и не приводят к появлению усталостных дефектов в теле трубы.

Для достижения поставленной цели устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов, содержащее преобразователь частоты, электродвигатель, насос, датчик давления, блок сравнения, причем силовой вход преобразователя частоты соединен с питающей сетью, выход преобразователя частоты соединен с обмоткой статора электродвигателя, вал которого соединен с валом насоса, выход которого соединен с трубопроводом, датчик давления, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, на второй вход которого подается сигнал задающего давления, дополнительно содержит второй блок сравнения, два ключа и таймер, причем выход первого блока сравнения соединен с первым входом второго блока сравнения и силовым входом первого ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом второго блока сравнения, второй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого через таймер соединен с управляющим входом преобразователя частоты, а на второй вход второго блока сравнения и силовой вход второго ключа подается сигнал допустимого перепада давления.

На фигуре приведена схема устройства управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов, содержащая: 1 - преобразователь частоты; 2 - электродвигатель; 3 - насос; 4 - трубопровод; 5 - датчик давления в трубопроводе; 6, 7 - блоки сравнения; 8, 9 - ключи; 10 - таймер.

Устройство работает следующим образом. От питающей электрической сети на силовые входы преобразователя частоты 1 подается трехфазное напряжение сети U_C частотой f_C. К обмотке статора электродвигателя 2 от преобразователя частоты 1 подводится напряжение U частотой f. Электродвигатель 2 приводит во вращение магистральный насос 3 с требуемой частотой вращения в установившихся режимах перекачки жидкости по трубопроводу 4. Датчик давления 5 измеряет давление в трубопроводе 4. Сигнал с выхода датчика давления поступает на первый вход блока сравнения 6, на второй вход которого поступает сигнал задания давления. На выходе блока сравнения 6 формируется сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5. Сигнал ΔР, пропорциональный разности давлений, поступает на первый вход блока сравнения 7, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный допустимому перепаду давления ΔР_доп. Блок сравнения 7 сравнивает по величине сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5, с допустимым перепадом давления. Если сигнал ΔР меньше допустимого перепада давлений ΔР_доп, то появляется сигнал на первом выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 8. При этом сигнал ΔР проходит через ключ 8 и поступает на вход преобразователя частоты 1 и преобразуется в сигнал задания частоты для преобразователя частоты. Под воздействием сигнала ΔР преобразователь частоты 1 изменяет частоту вращения электродвигателя и стремится привести разность между заданным Р_з и измеренным Р давлениями к нулю. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления P1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2. При этом разность давлений меду Р2 и Р1 не превышает допустимого значения ΔР_доп.

Если сигнал ΔР больше допустимого перепада давлений ΔР_доп, то появляется сигнал на втором выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 9. При этом сигнал ΔР_доп проходит через ключ 9 и через таймер 10 поступает на вход преобразователя частоты 1. Под воздействием сигнала ΔР_доп преобразователь частоты 1 изменяет частоту вращения электродвигателя и стремится привести разность между заданным Р_з и измеренным Р давлениями к нулю. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления Р1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2±ΔР_доп, отличающемуся от давления Р1 не более чем на ±ΔР_доп. Таймер 10 задает выдержку времени Т, достаточную для наступления установившегося режима перекачки в трубопроводе. Через время Т процесс управления повторяется. Снова блок сравнения 7 сравнивает по величине сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5, с допустимым перепадом давления. Если сигнал ΔР меньше допустимого перепада давлений ΔР_доп, то появляется сигнал на первом выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 8. Если сигнал ΔР больше допустимого перепада давлений ΔР_доп, то снова появляется сигнал на втором выходе блока сравнения 7 и открывается ключ 9. При этом сигнал ΔР_доп проходит через ключ 9 и через таймер 10 поступает на вход преобразователя частоты 1. Такой циклический процесс продолжается до тех пор, пока сигнал ΔР, равный разности заданного давления Р и измеренного давления Р с выхода датчика давления 5, не станет меньше допустимого перепада давления ΔР_доп.

Значение допустимого перепада давления должно быть таким, чтобы при циклическом изменении давления в трубопроводе на величину ΔР_доп в трубопроводе не появлялись бы усталостные трещины. Величина допустимого перепада давлений должна определяться для каждого трубопровода в зависимости от его параметров и технического стояния. Для магистральных нефтепроводов допустимый перепад давления ΔР_доп=0,2 МПа.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет выполнять переход от исходного режима перекачки с давлением Р1 к требуемому режиму перекачки с давлением Р2 без возникновения опасных перепадов давления.

В известном устройстве отсутствуют второй блок сравнения, два ключа и таймер. При этом происходит переход от исходного установившегося режима работы трубопровода с исходными значениями производительности Q1 и давления Р1 в трубопроводе к другому установившемуся режиму работы трубопровода с производительностью Q2 и давлением в трубопроводе Р2 независимо от разности давлений Р2 и Р1. При большой разности между давлениями Р1 и Р2 циклическое изменение давления приводит к появлению усталостных дефектов. В результате снижается ресурс и надежность трубопровода и появляется опасность порывов трубы с прекращением процесса перекачки жидкости по трубопроводу, а в случае перекачки нефти - может привести к тяжелым экологическим последствиям.

Таким образом, предлагаемое устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов позволяет снизить перепады давления при переходе от одного установившегося режима к другому. В результате повышается ресурс и надежность трубопровода и снижается опасность порывов трубы, приводящих к нарушению процесса перекачки жидкости по трубопроводу и тяжелым экологическим последствиям.