專利名稱：一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵的制作方法
技術領域：
一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵，它屬于可控制輸出工況的大型工業(yè)泵，適用于各種需對流體輸送工況進行調節(jié)的場合，特別適合于按如象大型鍋爐給水泵，油田注水的配注泵等需要調節(jié)輸出流量的工業(yè)泵。
現(xiàn)在的大型工業(yè)泵，一般都不能主動改變工況。為滿足對輸送工況(流量和／或壓力)的控制，特別是對流量的控制，多采用加裝節(jié)流或是溢流閥門的方法。通過改變閥門的開度，來相應調節(jié)輸出工況。這種控制方法雖然簡單，易行，設備投資增加很少。但由于存在節(jié)流或溢流損失，附加能量耗損甚多，使效率降低。這對于大型工業(yè)泵站，浪費是驚人的，一般達到30％，例如一個10萬千瓦電站鍋爐的循環(huán)泵來說，一年的調節(jié)附加能耗就達5.8×105度。為減少調節(jié)附加能耗，現(xiàn)在國內開始采用液力變矩器進行工況控制，它加在驅動電機與泵輸入軸之間，通過對液力變矩器的控制，改變泵的驅動力矩和轉速。使用液力變矩器控制工況雖然可以減少附加調節(jié)能量耗損，一般可做到附加能耗只有10％左右，但成本有一定的增加，而且液力變矩器的維護工作量較多。隨著大功率變頻技術的發(fā)展，個別要求變工況的工業(yè)泵，也有采用變頻驅動技術控制變工況的。通過控制改變驅動電源頻率來直接改變驅動電機的工況。這種方法可以把調節(jié)附加能耗降低到3％之下。但由于大功率變頻設備的成本很高，技術難度大。它的價錢與輸出功率的關系是非線性的，功率越大，單位功率的成本增加越大。大功率調頻設備的技術管理和操作素質要求甚高?，F(xiàn)在很難在大功率工業(yè)泵組中推廣使用。
本實用新型的目的是發(fā)明一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵，它可以使用數(shù)控直接改變泵的輸出工況，并且只有很小的調節(jié)附加能耗和較少的成本增加。
本實用新型的結構如附


圖1所示，它有主泵1、主泵電機2、輔泵3、輔泵電機4、可控變頻器5、標準工業(yè)控制介面6、中央控制計算機7、中央控制計算機7通過標準串行通訊接口與標準工業(yè)控制介面6相連，在標準工業(yè)控制介面6中插有與可控變頻器5相連并對其進行控制的控制適配模塊8，其特征在于主泵電機2輸入端與工業(yè)供電電網(wǎng)相連，輔泵電機4輸入端與可控變頻器5相連，并由可控變頻器5驅動，輔泵電機4為稀土永磁電機，輔泵3的輸出端與主泵1輸入端相連。
附
圖1為本實用新型的結構示意圖。
附圖2為主泵1的排量——揚程(壓力)特性曲線圖。
附圖3為輔泵3的排量——揚程(壓力)特性曲線圖。
本實用新型的工作原理如下，把主泵1的輸入端與輔泵3相連，由輔泵3提供主泵1所需要的背壓，滿足主泵1達到吸入揚程的要求，這在一般的大型工業(yè)泵中也多采中，主泵1與輔泵3的揚程比一般為15至120之間之間，一般以110為最佳，它們的額定排量相同。主泵1由接于電網(wǎng)的普通主泵電機2驅動，它是不能主動變工況的，但由于主泵1不是恒速工作，它有如附圖2所示的輸出特征。附圖2給出了主泵1的Q－P(排量——壓力)特性曲線，從附圖2中可以看出，當主泵揚程(壓力)變化△P后，排量也將變化△Q，壓力下降，排量增加。因此它可以被動改變工況。在本實用新型中，輔泵電機4與可控變頻器5相連并由它驅動。通過可控方法改變可控變頻器5的輸出頻率，就可以主動改變輔泵電機4的輸出轉速。由于主泵1和輔泵3是串連的，因此它們的排量相等，并等于實際排量。輸出揚程為兩泵揚程之和(P1＋P3)。當外界負荷(壓力)不變時，主動改變輔泵電機4的轉速，從n1變?yōu)閚2，相應于它的特性圖中從曲線Ln1變?yōu)長n2。保持總壓不變，其兩泵的分壓分別從P1和P3變?yōu)镻1′和P3′(P1＋P3＝P1′＋P3′)。從圖中可以看出，流量從Q變?yōu)镼′，發(fā)較大的變化。因此使用比較小的控制功率，可以得到比較大被控流量。當外界流量不變時，其壓力的變化值為輔泵3的壓力變化值。
本實用新型的控制原理如下當中央控制計算機7根據(jù)程序或接受外界命令要求改變輸出流量時，中央控制計算機7通過標準串行通訊接口發(fā)出選通與可控變頻器5相連并對其進行控制的控制適配模塊8的地址選通信號。標準工業(yè)控制介面在接收到地選信號后，選通相應的控制適配模塊8。選通后中央控制計算機7把解算出的新的輸出流量所對應的可控變頻器5控制參數(shù)送出，由控制適配模塊8接收并鎖存。控制適配模塊8把接收到的信號經(jīng)D／A變換后控制變頻器5的輸出頻率，從而改變輸泵的輸出工況，達到控制工況的目的。
本實用新型中，只有輔泵電機4使用變頻驅動，由于輔泵3的功率一般只是主泵1的1／5到1／20，因此變頻電源的功率相應不很大。利用主泵1的Q－H特性，通過控制輔泵3工況，就能改變主泵1工況，可以降低控制設備的成本，降低操作和技術管理要求。
本實用新型中，對工況的控制使用了數(shù)控變頻技術，并且主泵1無控制調節(jié)，因此它的附加調節(jié)能耗很小。
本實用新型采用數(shù)控變頻技術對與主泵串聯(lián)的輔泵進行工況調節(jié)，利用主泵的Q－H特性，實現(xiàn)了對整個泵組的輸出控制，由于輔泵相對于主泵來說功率較小，因此它的驅動功率也較小，不需要采用昂貴的大功率變頻設備，可以大大降低控制設備成本。同時，由于采用數(shù)控變頻設備驅動，而且只是驅動輔泵，因此它的附加調節(jié)能耗很小。
本實用新型中，主泵1和輔泵3都可以普通渦輪泵(軸流式或離心式)，也可以采用排量泵(如蝸桿泵、柱塞泵等)。為得到較大的流量控制范圍，主泵1可以選用輸出特性曲線比較“硬”(單位排量變化引起的揚程變動較小)的泵。
本實用新型中，主泵電機2可以使用普通交流異步電機，本實用新型無特殊要，輔泵電機4可以采用稀土永磁轉子電機。該電機在變頻器與的驅動下有很大的轉速工作范圍和較高的驅動效率。
在本實用新型中，標準工業(yè)控制介面7可以選用美國ME公司(MECHATRONICEQUIPMENT INC.)的I／O32，或是美國OPTO 22公司的PB16AH。中央控制計算機6可以選用美國OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS-1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計算機。適配模塊8可以采用OPTO 22公司的DF3或類似的D／F轉換模塊。
本實用新型中的可控變頻器6，可以是使用可控硅逆變電源，也可以是用VMOS管組成的開關電源，如專利號為CN90202757和專利號為CN90203323的專利，通過可變頻脈沖或矩形波驅動，還可以使用日本富士公司的G7系列逆變器，本實用新型無特殊要求。
權利要求1.一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵，它有主泵(1)、主泵電機(2)、輔泵(3)、輔泵電機(4)、可控變頻器(5)、標準工業(yè)控制介面(6)、中央控制計算機(7)，中央控制計算機(7)通過標準串行通訊接口與標準工業(yè)控制介面(6)相連，在標準工業(yè)控制介面(6)中插有與可控變頻器(5)相連并對其進行控制的控制適配模塊(8)，其特征在于主泵電機(2)輸入端與工業(yè)供電電網(wǎng)相連，輔泵電機(4)輸入端與可控變頻器(5)相連，并由可控變頻器5驅動，輔泵電機(4)為稀土永磁電機，輔泵(3)的輸出端與主泵(1)輸入端相連。
專利摘要一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵。它有主泵、主泵電機、輔泵、輔泵電機、可控變頻器等，其特征在于主泵電機輸入端與工業(yè)供電電網(wǎng)相連，輔泵電機輸入端與可控變頻器相連，并由可控變頻器驅動，輔泵電機為稀土永磁電機，輔泵的輸出端與主泵輸入端相連。用數(shù)控變頻技術對輔泵進行工況調節(jié)，利用主泵的Q-P特性，實現(xiàn)了對整個泵組的輸出控制，不需要采用昂貴的大功率變頻設備，而且附加調節(jié)能耗很小。
文檔編號F04D27/02GK2180814SQ9324558
公開日1994年10月26日 申請日期1993年11月29日 優(yōu)先權日1993年11月29日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠