FI121689B - Menetelmä pumppukäytön yhteydessä - Google Patents

Description

Menetelmä pumppukäytön yhteydessä

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena ovat itsenäisten patenttivaatimusten johdanto-osien mukaiset menetelmä ja järjestely säiliöön tai vastaavaan liitty-5 vän pumppukäytön yhteydessä.

Säiliöön tai vastaavaan liittyviä pumppukäyttöjä käytetään monenlaisiin tarkoituksiin, kuten pohja- tai käyttöveden pumppaamiseen kaivosta tai muun nesteen pumppaamiseen säiliöstä. Kun pumpattavaa ainetta ei ole rajatonta määrää, on mahdollista, että pumppua ei voi käyttää koko ajan vakiote-10 holla. Pitempiaikainen pumpun käyttö ilman pumpun läpi kulkevaa virtausta voi aiheuttaa pumpun ja pumpussa olevan pumpattavan aineen ylikuumenemista ja sen seurauksena pumppukäytön vahingoittumisen.

Tunnetulla tavalla pumppua ohjataan käyttäen hyväksi pinnanmit-taustekniikkaa, kuten ultraääneen tai paineeseen perustuvia mitta-antureita. 15 Tämän tyyppisillä mitta-antureilla saadaan tarkka pinta-tieto. Pumpun virtaamaa säädetään toteuttamaan haluttu pinnankorkeus. Pumpun ohjaaminen voidaan myös toteuttaa pintavipalla tai uimurilla. Näiden avulla toteutetaan usein pinnan ylä-ja alarajan välinen pumppaus päälle/pois-ohjauksella ilman säätöä.

Mitta-antureissa on olemassa aina rikkoutumisriski, joten ne hei-20 kentävät laitteiston toimintavarmuutta. Esimerkiksi pintavippa saattaa ajan saatossa rikkoontua kosteudesta tai siinä saattaa ilmetä koskettimien katkaisuon-gelmia. Lisäksi mitta-anturit, näiden kaapeloinnit ja niiden asentamiseen sekä huoltoon tarvittava ylimääräinen työ aiheuttavat lisäkuluja.

Keksinnön lyhyt selostus 25 Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän toteuttava laitteisto siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan menetelmällä ja järjestelmällä, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

30 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että säiliöön tai vastaavaan si sään tulevan keskimääräisen virtaaman suuruutta arvioidaan käyttäen hyväksi taajuusmuuttajalla ohjatun pumpun tunnettua virtaamaa. Tämän arvioidun suuruuden perusteella pumppu asetetaan haluttuun toimintapisteeseen pumppa-uskäyttöä varten eli pumpulle asetetaan sopiva virtaama. Tietoa arvioidun kes 2 kimääräisen sisään tulevan virtaaman suuruudesta päivitetään toistamalla mit-tausjaksoa tasaisin väliajoin tai tarvittaessa.

Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan säiliön tai vastavan tyhjentyminen havaitaan taajuusmuuttajalla mitatun pumpun momentin piene-5 nemisestä pumpun virtaaman pienentyessä.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän etuna on, että keksinnön järjestely ei tarvitse tietoa säiliön pinnankorkeudesta, eikä siten mitään anturointeja pinnankorkeuden määrittämiseksi. Koska erillisiä pinnanmit-taukseen tarvittavia laitteita ei ole, niin keksinnön mukaisen järjestelyn asenta-10 minen on aikaisempaa nopeampaa ja edullisempaa. Keksinnön mukainen järjestely on myös toiminnaltaan luotettavampi, sillä se sisältää ainoastaan sellaisia osia, joita tarvitaan pumppauksen suorittamiseen. Lisäksi keksinnön mukainen järjestely on halvempi kuin tunnetulla tavoilla toteutetut järjestelyt.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti käytetään pintavippaa 15 säiliön ylärajahälytyksen antamiseen, mutta ei varsinaisen pumppausprosessin ohjaamiseen.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: 20 Kuvio 1 esittää kaaviokuvaa järjestelystä, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa.

Kuvio 2 esittää sisään tulevan virtaaman Q ja pumpun läpi poistuvan virtaaman Qp vaikutusta säiliön sisältämään ainemäärään v.

Kuvio 3 esittää keksinnön erään suoritusmuodon, jossa pinnankor-25 keutta h voidaan pitää säiliössä tai vastaavassa halutulla tasolla.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuvio 1 esittää kaaviokuvaa järjestelystä, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa. Säiliöön 1 tulee sisään ainetta virtaamalla Q ja säiliöstä 1 poistuu pumpun 3 läpi ainetta virtaamalla Qp. Säiliössä olevan ai-30 neen pinnankorkeus h seuraa vasteellisena säiliöön tulevan ja sieltä poistuvan virtaaman erotukselle. Taajuusmuuttaja 2 on kytketty ohjaamaan pumppuun 3 mekaanisesti kytkettyä sähkömoottoria tuottamalla tälle tehoa.

Kuviossa 2 on esitetty sisään tulevan virtaaman Q ja pumpun läpi poistuvan virtaaman Qp vaikutusta säiliön sisältämään ainemäärään v. Ennen 35 keksinnön mukaista menetelmää säiliö 1 tai vastaava tyhjennetään, mikäli sen 3 ei ole havaittu olevan tyhjä. Säiliön 1 tai vastavan tyhjentyessä pumpun 3 virtaama Qp pienenee. Yleisesti pumpun virtaama on vasteellinen pumpun moottorin momentille. Pumpun 3 virtaaman Qp pienenemisen seurauksena myös pumpun 3 moottorin momentti pienenee. Taajuusmuuttaja 2 käsittää välineet 5 momentin mittaamiseksi ja havaitsee pumpun 3 moottorin momentin pienenemisen. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti säiliön 1 tai vastaavan päätellään olevan tyhjä, jos momentti alittaa ennalta määrätyn prosenttiosuuden asetetulle pumpun 3 virtaamalle Qp määritetystä oletetusta momentista. Mainittu ennalta määrätty prosenttiosuus voi olla esimerkiksi välillä 20% - 50%. 10 Tyhjentymisen havaitsemisen jälkeen säiliön 1 annetaan täyttyä en nalta määrätyn täyttöajan tm verran pumpun 3 ollessa pysäytettynä. Tämän jälkeen säiliö 1 tyhjennetään uudelleen tunnetulla pumpun 3 virtaamalla Qp,nom ja määritetään tyhjentämiseen kuluva aika tdrain Kuten edellä, myös nyt tyhjentyminen havaitaan edullisesti pumppaamiseen käytettävän momentin muutok-15 sen perusteella.

Säiliö 1 on jälleen tyhjä, kuten mittausjakson alussa, joten pumpun 3 läpi on mittausjakson aikana virrannut saman verran ainetta kuin säiliöön 1 on tullut. Sisään tulevan virtaaman Q aikaintegraali mittausjakson ajalta on siis itseisarvoltaan yhtä suuri kuin pumpun 3 läpi kulkevan nimellisen virtaaman 20 Qp,nom aikaintegraali mittausjakson ajalta. Sisään tulevan virtaaman Q ja pumpun nimellisen virtaaman QP:nom arvot ovat erimerkkiset, sillä niiden virtaamien suunnat on säiliön 1 kannalta toisilleen vastakkaiset. Näin ollen sisään tulevalle virtaamalle Q voidaan laskea arvio pumpun 3 nimellisen virtaaman Qp,n0m perusteella. Pumpun 3 nimellinen virtaama Qp,n0m voidaan laskea pumpun 3 25 ominaistuottokäyrästöstä. Sisään tuleva virtaama Q voidaan olettaa vakiosuu-ruiseksi mittausjakson aikana. Sisään tulevaa virtaamaa Q vastaava arvioitu keskimääräinen sisään tuleva virtaama Qest on siten s) _ Qρ,ηοιιι ' tdrain est t + t 1 fill drain 30

Mittausjakson lopuksi säiliön 1 annetaan täyttyä ennalta määrätyn verran, jotta pumpun 3 läpi olisi mittausjakson jälkeen virtaamaa. Mittausjakson jälkeen taajuusmuuttajan 2 pumpulle 3 syöttämä teho asetetaan sellaiseksi, että pumpun 3 virtaama Qp vastaa tuotettua arvioitua keskimääräinen si-35 sään tulevaa virtaamaa Qest- Tietoa arvioidun keskimääräisen sisään tulevan 4 virtaaman Qest suuruudesta päivitetään jatkuvasti toistamalla mittausjaksoa ennalta määrätyn mittausvälin tmeas välein tai tarvittaessa havaittaessa säiliön tyhjentyminen.

Jos mittausjakson aikana tyhjentämiseen kuluva aika tdrain on liian 5 lyhyt, eli arvioitu keskimääräinen sisään tuleva virtaama Qest on pienempi kuin ennalta määritetty minimiraja-arvo Qp,min, keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti taajuusmuuttajan 2 lepotila (sleep mode) aktivoituu. Tällöin pumppu 3 ei ole käytössä. Lepotilasta voidaan palata normaaliin toimintaan mitta-anturilta, kuten pintavipalta, tulevan ylärajailmaisun tai uuden mittausjakson 10 kautta. Esimerkkinä keksinnön suoritusmuodosta toimii sadevesipumppaamo. Kun ei sada, kaivo on tyhjä ja taajuusmuuttajan lepotila on aktivoituna. Sateen alkaessa veden pinta nousee ja mitta-anturilta tuleva ylärajailmaisu palauttaa taajuusmuuttajan normaaliin toimintaan.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti pinnankorkeutta h voi-15 daan pitää säiliössä tai vastaavassa halutulla tasolla. Tällöin säiliön 1 tyhjentäminen ensimmäisen kerran mittausjakson aikana tehdään pumpun 3 nimellisellä virtaamalla. Kuviossa 3 esitetyllä tavalla tyhjentämiseen kuluva aika tdrain,o mitataan ja saatua aikaa käytetään yhdessä pumpun 3 nimellisen virtaaman Qp,nom ja arvioidun keskimääräisen sisään tulevan virtaaman Qest kanssa säili-20 ön 1 tai vastaavan sisältämän ainemäärän vest arvioimiseksi seuraavalla tavalla: ^ es! ~ (Qest ~^~Qp,no/n^ ^drain,0 25 Yllä oleva kaava tuottaa säiliössä 1 ennen mittausjaksoa olleen ai neen määrän. Arvioitu keskimääräinen sisään tuleva virtaama Qest on laskettu aiemmin mainitulla kaavalla käyttäen meneillään olevan mittausjakson mittaustuloksia.

Mittausjakson lopuksi säiliön 1 ainemäärä v palautetaan toivotulle 30 tasolle antamalla säiliön täyttyä pumpun ollessa pysähdyksissä toisen täyttö-ajan tm, 1 verran. Toinen täyttöaika saadaan kaavasta _ v

~7T

zZesl 5

Jos säiliön 1 tilavuus tunnetaan, voidaan sen täyttöaste laskea jakamalla tuotettu arvioitu ainemäärä vest säiliön 1 nimellisellä ainemäärällä. Täyttöastetietoa voidaan hyödyntää säädössä, jossa pinnankorkeus h halutaan pitää halutulla tasolla.

5 Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (10)

1. Menetelmä säiliöön (1) tai vastaavaan liittyvän pumppukäytön yhteydessä, jossa taajuusmuuttaja (2) on sovitettu syöttämään tehoa pumpulle (3) siten että pumpun virtaama (Qp) seuraa vasteellisena säiliöön (1) arvioitua 5 keskimääräistä sisään tulevaa virtaamaa (Qest), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa tyhjennetään säiliö (1), annetaan säiliön (1) täyttyä ennalta määrätyn täyttöajan (tmi) verran pumpun (3) ollessa pysäytettynä, 10 tyhjennetään säiliö (1) uudelleen tunnetulla pumpun (3) virtaamalla (Qp,nom) i määritetään tyhjentämiseen kuluva aika (tdrain), määritetään arvioitu keskimääräinen sisään tuleva virtaama (Qest) täyttöajan (tmi) ja tyhjentämiseen kuluvan ajan (fdrain) sekä pumpun (3) tunnetun 15 virtaaman (Qp,nom) perusteella, asetetaan taajuusmuuttajan (2) pumpulle (3) syöttämä teho sellaiseksi, että pumpun (3) virtaama (Qp) vastaa tuotettua arvioitua keskimääräistä sisään tulevaa virtaamaa (Qest).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että säiliön (1) tai vastaavan tyhjyyden arvioiminen käsittää vaiheet, joissa määritetään taajuusmuuttajan (2) pumpun (3) moottorille syöttämästä tehosta moottorin momentti, päätellään säiliön (1) tai vastaavan olevan tyhjä, jos momentti alittaa ennalta määrätyn prosenttiosuuden asetetulle pumpun (3) virtaamalle (Qp) 25 määritetystä oletetusta momentista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päätellään arvioitu keskimääräinen sisään tuleva virtaama (Qest) täyttöajan (tmi) ja tyhjentämiseen kuluvan ajan (tdrain) sekä pumpun (3) tunnetun virtaaman (Qp,nom) perusteella seuraavasti: 30 .. Qpjiom ^drain = ] ~Zf 1 fill ^ 1 drain

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päivitetään tietoa arvioidun keskimääräisen sisään tulevan 35 virtaaman (Qest) suuruudesta jatkuvasti toistamalla menetelmän mukaista mit- tausjaksoa ennalta määrätyn mittausvälin (tmeas) välein tai tarvittaessa havaittaessa säiliön tyhjentyminen.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aktivoidaan taajuusmuuttajan (2) lepotila (sleep mode), jol- 5 loin pumppu (3) ei ole käytössä, jos arvioitu keskimääräinen sisään tuleva virtaama (Qest) on pienempi kuin ennalta määritetty minimiraja-arvo (Qp,min)

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palataan lepotilasta uuden mittausjakson kautta.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, jossa säiliö (1) 10 tai vastaava käsittää aineen pinnan ylärajatiedon ilmaisevan mitta-anturin, tunnettu siitä, että palataan lepotilasta normaaliin toimintaan mitta-anturilta tulevan ylärajailmaisun kautta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 tyhjennetään säiliön (1) ensimmäisen kerran menetelmän mukaisen mittausjakson aikana pumpun (3) nimellisellä virtaamalla, mitataan tyhjentämiseen kuluva aika t^ain,o ja käytetään saatua aikaa yhdessä pumpun (3) nimellisen virtaaman (Qp.nom) ja arvioidun keskimääräisen sisään tulevan virtaaman (Qest) kanssa 20 säiliön (1) tai vastaavan ennen menetelmän mukaista mittausjaksoa sisältämän ainemäärän (vest) arvioimiseksi seuraavalla tavalla: ^esl (Serf ^ Qp,nom ) ^drain,0 25 jossa arvioitu keskimääräinen sisään tuleva virtaama Qest on määritetty menetelmän mukaisesti käyttäen meneillään olevan menetelmän mukaisen mittaus-jakson mittaustuloksia.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palautetaan menetelmän mukaisen mittausjakson lopuksi säiliön (1) ai- 30 nemäärä (v) toivotulle tasolle antamalla säiliön täyttyä pumpun ollessa pysähdyksissä toisen täyttöajan (tmu) verran, jossa toinen täyttöaika (tmti) saadaan kaavasta V,i = TP ziest 35

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasketaan säiliön (1) täyttöaste jakamalla arvioitu ainemäärä (vest) säiliön (1) tunnetulla nimellisellä ainemäärällä. g