Реальная задача с которой столкнулся под новый год (когда все сервисные фирмы закрыты).

Есть загородный дом с автономной системой водоснабжения. То есть скважина, в скважине насос, на поверхности (в доме) труба с тремя кранами, большой бак, манометр с коробочкой и блок управления насосом на стене. К блоку идет пучок проводов (четыре штуки куда-то в землю, один толстый - к коробке рядом с манометром), из трех кранов один перекрывает трубу к потребителям, один стоит перед здоровым баком и еще один - на боковом патрубке для слива воды из системы. Бак сбоку имеет размеры где-то 50х50 см (цилиндр диаметром и высотой полметра), на баке сверху виден велосипедный ниппель и большая гайка.

Проблема в том, что при открытии водопроводного крана блок управления начинает бешено щелкать контактами - с частотой этак два-три удара в секунду. Так быть не должно, более того - это весьма губительно для насоса (дорогого и находящегося глубоко под землей). В чем дело? Информация может быть неполная, так что хотите еще - спрашивайте, дам дополнительные детали (хотя в общем сказанного достаточно).

Забегая вперед - решение (без модификации системы - никаких "жучков", обмана датчиков и тому подобного!) мною найдено. Более того - оно на мой взгляд очень изящно использует школьный курс физики вкупе с одним из праков второго семестра (или вспомните ВТЭК и радиопраки). Рекомендуется инженерам из "Проверки" для проверки практических навыков.

Сообщение отредактировал Free Researcher - 3.1.2007, 19:15

2 Free Researcher

При решении задачи Вы находились в более выгодном положении, чем находятся сейчас участники форума - Вам было доступно намного больше информации, чем доступно на данный момент участникам форума.

Вам были известны размеры отдельных частей установки, которые важны для выявления конкретной причины импульсной работы двигателя, параметры, которые были доступны для устранения импульсной работы. И еще изменения показания манометра во время включения электродвигателя.

Вы хотите, что бы участники форума это все отгадали?

Если нет, то давайте подробное описание.

Все размеры я указал, да они и неважны (трубы 1 3/4", если что - а их длина неактуальна при глубине скважины в десятки метров; размеры бака указаны; насос я даже не видел; блок управления - просто коробка с тумблером). Вот показания манометра - да, отвечу: при открывании крана с водой стрелка быстро ползет вниз, доходит до 1атм и в этот момент блок управления издает щелчок (срабатывает реле). Стрелка быстро прыгает до 3,5атм, раздается второй щелчок и все повторяется.

Период - где-то полсекунды.

Сообщение отредактировал Free Researcher - 4.1.2007, 1:51

2 Free Researcher

До этого я предполагал, что стрелка манометра должна была подпрыгнуть. А в первом сообщении о движении стрелки манометра не было. Пришлось гадать.

Информации стало больше, но все равно куча неясностей, которые можно было бы легко выяснить на месте. А сейчас опять приходится гадать, почему подымается в баке давление.

Хоть и есть подозрение, что правильный ответ - слить немного воды, тем, не менее, чтобы удостовериться в правильности ответа, нужно выяснить целый ряд вопросов - алгоритм включения насоса, бак полностью заполнен водой при включении или нет. Когда на месте смотришь на все это, сразу лишние вопросы сами отпадают.

Сообщение отредактировал Vlad7 - 4.1.2007, 3:45

Бак непрозрачный, сверху маленькая гайка.
В начале был заполнен полностью.

Вероятно, часть бака должна быть заполнена воздухом. Тогда давление не будет так скакать...

Free Researcher
Стрелка быстро прыгает до 3,5атм

Free Researcher
В начале был заполнен полностью

Если это было бы в первом сообщении, то было бы намного понятнее.

Уже можно делать некоторые предварительные выводы - если было бы в баке больше воздуха, то давление не смогло бы подскочить до 3.5атм за полсекунды.

Но для того, чтобы исключить ошибки в дальнейших рассуждениях, нужны дополнительные сведенья, которые были доступны Вам. (могли быть доступны Вам).

1. Кем была изготовлена конструкция - дядей Васей или некоторой фирмой, которая профессионально занимается установкой систем? Возможен и некоторый другие варианты - фирменная система, но устанавливал дядя Вася. И т.д.

Free Researcher
все сервисные фирмы закрыты.

Если это фирменная система, то где инструкция по эксплуатации. Почему формой не предусмотрена ситуация импульсной работы?

Если это делал дядя Вася в единственном экземпляре, то возможен очень большой диапазон ошибок.

Мне известен случай, когда для перемещения цилиндра весом в 200г со скоростью 20мм/минуту использовался специально разработанный привод с автомобильными шестернями. Черепаху с автомобилем перепутали.

Придется угадывать, какие ошибки мог сделать дядя Вася.

2. Если открывать кран медленно, пульсаций не наблюдается?
3. Если слить немного воды, пульсаций не наблюдается?

Зачем гадать?
Если бак заполнен, а расхода из него нет, система управления отключит насос после повышения давления до некоторого предельного значения, после этого попытки включить и отключать насос будут периодически повторяться.
Открывайте кран для потребителей и вперед...

Сообщение отредактировал Developer - 17.1.2007, 18:53

Developer
Зачем гадать?
Если бак заполнен, а расхода из него нет, система управления отключит насос после повышения давления до некоторого предельного значения, после этого попытки включить и отключать насос будут периодически повторяться.
Открывайте кран для потребителей и вперед...

До этого я догадался. Есть некоторые неясности - почему устройство попадает в этот режим, какой параметр доступен для регулировки. Первое впечатление, что задача несложная для человека, хорошо понимающего основы теории автоматического управления.

Ну, так, если Вы понимаете в основах автоматического регулирования, смело открывайте эту чертову коробочку с системой управления и либо задемпфируйте цепь обратной связи, либо проверьте блок отключения системы при достижении максимального уровня воды в накопительном баке (или достижения максимального давления в системе, или что там в ней еще может быть)...

Мне это напоминает управление луноходом, когда его камеры оказались с разбитыми объективами...

Free Researcher
Забегая вперед - решение (без модификации системы - никаких "жучков", обмана датчиков и тому подобного!) мною найдено.

Developer
Ну, так, если Вы понимаете в основах автоматического регулирования, смело открывайте эту чертову коробочку с системой управления и либо задемпфируйте цепь обратной связи, либо проверьте блок отключения системы при достижении максимального уровня воды в накопительном баке (или достижения максимального давления в системе, или что там в ней еще может быть)...

Ваше предложение противоречит решению автора задачи.


либо проверьте блок - тоже гадать начинаете? (может это решение правильное, может не это)

Developer
смело открывайте эту чертову коробочку с системой управления

Открыли - специализированная микросхема. Знание китайского условиями задачи не предполагается.


Developer
либо задемпфируйте цепь обратной связи

Такое решение требует наличие в загородном доме наличие демпфера (по всей видимости, конденсатора большой емкости), а его может и не быть.



Developer
Мне это напоминает управление луноходом, когда его камеры оказались с разбитыми объективами...

Первого апреля на Луну запустили двух космонавтов и они отремонтировали камеры лунохода.

Хорошо, уговорили.
На АЭС имеются так называемые БРУА (БРУК) - быстродействующая редукционная установка со сбросом давления в атмосферу.
Может быть тот велосипедный вентиль на накопительном баке и должен выполнять эту функцию, а он неисправен или засорился?
На большее у меня воображения пока не хватает...

Developer
Может быть тот велосипедный вентиль на накопительном баке и должен выполнять эту функцию, а он неисправен или засорился?

Какой из вариантов неправильной работы вентиля Вы выбираете?

1й вариант - если этот вентиль полностью забился, то бак может в этом случае оказаться герметичным и тогда первоначально имеющийся там воздух никуда не уйдет. При наличии воздуха в системе давление в принципе не должно возрасти быстро при включении насоса.

Хотя и такой вариант нельзя исключить, если это установку делал дядя Вася. Косвенно на фирму-производителя указывает 'велосипедный вентиль'

2й вариант - забился, плохо пропускает воздух.

3й вариант - подтравливает воздух.

4й вариант - хорошо пропускает в обе стороны.

5й вариант - не той стороной вставлен.

Скажу откровенно, я вообще не имею никакого представления о назначении этого вентиля, тем более о принципе работе системы в целом.
Правда, можно исходить из общих соображений и редко подводящих принципов здравого смысла.

Но для этого нужно бы заглянуть в накопительный бак, постучать по нему, покрутить в руках вентиль, подуть на него, поплевать, вот тогда бы...

И, хотя все варианты, предложенные Вами, смахивают на запрещенную условиями инженерной задачи модернизацию системы, я бы поступил следующим образом:
- вывернул бы вентиль из накопителного бака,
- слил бы потребителям часть воды,
- произвел бы ревизию вентиля и выполнил бы с ним профилактические действия по принципу As-Is,
- установил бы его на место (зачем-то там еще и "маленькая гайка"),
- включил бы насос и проверил его работу.

По характеру работы водозаборной и водораспределительной системы оценил бы правильность или неправильность ее функционирования и при необходимости внес бы корректирующие действия и продолжал бы испытания до достижения состояния штатного функционирования системы ...

Публикую решение.


Система автоматического регулирования - как уже было отмечено выше - состоит из манометра на трубе и блока с реле внутри. При давлении выше 3 атмосфер насос отключается, при давлении ниже одной атмосферы - включается. Все. Ну, есть еще датчики уровня воды в скважине - но легко догадаться что при глубине скважины в десятки метров объем воды между верхним и нижним датчиком будет исчерпан вовсе не за доли секунды.

Вспоминаем физику - вода несжимаема. Если у нас есть только насос, манометр и открытый кран* - то будет наблюдаться именно та картина, которая и описана в моем первом сообщении. При пуске системы с закрытым краном насос включится, давление резко подскочит до 3 (а на деле - до 4) атмосфер, сработает реле, насос отключится. При открытиии крана давление быстро упадет, насос опять включится, резко поднимет давление и снова выключится, давление опять начнет падать... думаю все понятно**.

1. понятно что из-за несжимаемости жидкости весь водопровод можно рассматривать как просто кусок трубы - расширяться там некуда
2. здесь требуется построение более строгой модели, однако можно пока ограничиться и качественным выводом - который тем более согласуется с экспериментом

Теперь подключим бак. У которого в верхней части - воздух или инертный газ (позже я достал инструкцию и понял что он устроен именно так, только в фирменной комплектации вместо воздуха чистый азот). Тогда при включении насоса бак начинает заполняться - в него поступает вода, сжимающая воздух до давления в те самые 3 атмосферы. При объеме бака в 100 литров (был именно такой, см.размеры) на достижение уйдет объем =67 литров воды - что при производительности насоса Q=3 литра в секунду соответствует времени

= 22,7 секунд.

В случае открытого крана - через который идет поток это время еще и увеличивается до

= примерно одна минута для открытой раковины

Время, которое пройдет до повторного включения очевидно равно

- это тоже порядка минуты или даже чуть больше. Объем позволяет спокойно спустить бачок и помыть руки без включения насоса лишний раз (напоминаю что это не слишком полезно для агрегата).

В чем была проблема? Именно в том, что бак был почти заполнен. В нем оставалось всего несколько литров воздуха - то есть объем сократился в десятки раз. Соответственно поменялись и указанные характерные времена...

Мне сия задачка (которую пришлось решать в ночь на 31 декабря ) доставила определенное удовольствие - чистой воды физпрак в полевых условиях + применение школьного курса на практике.

Free Researcher
Публикую решение

А решение ли это?

Если в инструкции написано, что для нормальной работы необходимо наличие воздуха в баке, то зачем нужна физика? Можно ли считать действия по инструкции считать инженерной задачей?

Я уже указывал, что при частичном заполнении водой бака давление не может быстро возрасти (за исключением некоторых особых случаев). Слив излишков воды - слишком простое решение, поэтому было непонятно, в чем заключалось решение. Я так понимал, что нужно устранить причину заполнения бака водой полностью - не слить воду, а именно устранить причину заполнения бака водой полностью.

В принципе, наверное, можно принять за решение следующее - сливается вода и инструкция по использованию дополняется описанием действий на случай заполнения бака водой полностью (если по каким либо причинам не удается добиться устранения причин полного заполнения бака водой).

Возможно Вы так и сделали, только этого Вы нам не написали.

Возможно Вы устранили причину заполнения бака водой полностью (например, воздух уходил из бака).

Так как же Вы решили задачу на самом деле?

В инструкции-то написано - но у меня ее тогда не было. Инструкция нашлась неделю спустя.

Причина заполнения? В верхней части бака стоял вентиль для заполнения баллона газом. За четыре года эксплуатации он, видимо, стравил часть воздуха... теперь в случае если проблема скоро появится вновь - этот вентиль, возможно, придется заменить. Но вот уже три недели почти работает...

2 Free Researcher

Теперь почти все понятно.

"Система автоматического регулирования - как уже было отмечено выше - состоит из манометра на трубе".
Ключевое слово - на трубе.
3 атмосферы соответствуют выстоте водного столба в 30 метров. Если насос создает в трубе давление в 3 атмосферы, то е-но, что сразу же идет отключение. Логично было бы для регулировки использовать давление в баке - когда бак наполнился насос отключился. Мне кажется, что безопаснее было бы использовать открытый бак и давление манометра (ввертнутго в дно, при высоте воды в баке 1 метр, на 0.1 атм. Или в дно бака ввернуть трубку метра в три, манометр ввернуть в эту трубку снизу и регулировка 0,4 атм). Если бак герметичен и 3 атм. получаются из сжатия воздуха, при подъеме воды, то есть риск, при разгерметизации, затопить дом.

Хм. Как раз при сжатии воздуха риска нет никакого. Сжатие до трех атмосфер достигается примерно 70 литрами - которые даже в случае утечки беды не сделают (ну придется подпол просушить).
- а именно так и сделано. Более того - это позволяет держать в системе те же три атмосферы и подниматься воде ВЫШЕ бака (к слову - он стоит у меня на первом этаже, а не на чердаке). Никакой открытый бак не позволит поднять воду выше своей горловины - сообщающиеся сосуды, как-никак...

Классическая система а-ля водонапорная башня (как я понял - Вы предлагаете именно ее, с открытым баком где-то наверху) еще и потребует соответствующих балок перекрытия (дом частный, перекрытие там вовсе на рассчитанно на бак в полторы тонны на чердаке), да и места занимать такая система будет немало...