專利名稱：用來控制泵系統(tǒng)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用來控制抽運(yùn)系統(tǒng)的流量、速度、壓力或性能的控制器。
先有技術(shù)的典型離心泵包括一個(gè)葉輪，可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在固定殼體內(nèi)用轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪把壓力和動(dòng)能傳遞給抽吸的流體，并且固定殼體把流體引向葉輪和從其引離。在一般包括同心擴(kuò)散器和螺旋形離心殼體的典型離心泵殼體中，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)把動(dòng)能傳遞給流體，并且使流體在繞葉輪圓周的一般圓形方向上經(jīng)圍繞葉輪的殼體流動(dòng)。在殼體中的某一點(diǎn)處，流體離開葉輪的圓周流動(dòng)，通過一個(gè)分水角等穿過一般稱作排出進(jìn)口區(qū)域的泵區(qū)域和穿過排出噴嘴到泵排出口。
流體流動(dòng)能受葉輪的結(jié)構(gòu)、殼體的結(jié)構(gòu)和尺寸、葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度、及泵進(jìn)口和出口的結(jié)構(gòu)和尺寸、元件的質(zhì)量和光潔度、殼體螺旋的存在等的影響。為了控制流體流動(dòng)，把變頻器件用來調(diào)節(jié)泵的電機(jī)速度，以便調(diào)節(jié)在泵系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)。要注意，如這里使用的那樣，變頻驅(qū)動(dòng)包括可調(diào)節(jié)頻率驅(qū)動(dòng)(AFD)、可變速度控制器(VSC)或類似器件，這些器件操作控制電機(jī)速度。
除流量之外，泵速度和壓力表示重要的抽吸系統(tǒng)參數(shù)，這些參數(shù)可能使泵在比其最有效值小的條件下工作。甚至更不便利的是，低于最佳工作參數(shù)可以使泵和電機(jī)工作得更繁重并因而磨損得更快，由此縮短泵的工作壽命。因而，高度希望提供一種利用計(jì)算機(jī)算法和傳感器輸入通過監(jiān)視電機(jī)、泵及系統(tǒng)參數(shù)和經(jīng)速度變化控制泵輸出來控制抽吸系統(tǒng)的流量、速度、壓力及性能的計(jì)算機(jī)控制變頻器件(VFD)控制器。也便利的是，得到一種可操作以辨別和向技術(shù)員報(bào)告泵或系統(tǒng)異常、在對于抽吸單元的任何嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)生之前有利于任何異常的研究和糾正的控制器。
一種控制器，用來對于用來抽吸流體的離心泵控制與流體流量、速度或壓力有關(guān)的工作參數(shù)，其中至少一個(gè)傳感器聯(lián)接到泵上，用來產(chǎn)生一個(gè)指示檢測的操作條件的信號?？刂破靼ㄒ粋€(gè)存儲(chǔ)器件，用來存儲(chǔ)指示至少一種操作條件的數(shù)據(jù)；和一個(gè)微處理器，與傳感器通信，并且是可操作的，以便利用至少一個(gè)傳感器信號和指示至少一種操作條件的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)一種算法以產(chǎn)生一個(gè)控制信號，其中該控制信號指示要應(yīng)用于泵的校正因數(shù)。
也公開了一種根據(jù)用來把流體抽吸到一個(gè)排出出口的算法自動(dòng)控制與離心泵有關(guān)的工作參數(shù)的方法，該方法包括步驟把與預(yù)定操作條件相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；得到指示當(dāng)前操作條件的傳感器測量；利用傳感器測量和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值以確定與當(dāng)前泵操作條件相對應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)值；及把計(jì)算數(shù)據(jù)值與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值相比較，并且當(dāng)計(jì)算數(shù)據(jù)值與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值相差一個(gè)預(yù)定量時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)指示要應(yīng)用于泵的校正因數(shù)的控制信號。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的抽吸系統(tǒng)和控制器的方塊圖。
圖2是方塊圖，表明與用來控制根據(jù)本發(fā)明的抽吸系統(tǒng)的控制器的微處理器和存儲(chǔ)器。
圖3A是可操作用來控制根據(jù)本發(fā)明的抽吸系統(tǒng)的程序控制器模塊的功能方塊圖。
圖3B是控制器的程序計(jì)算所需要的泵數(shù)據(jù)的示范說明。
圖3C是控制所需要的計(jì)算所需要的場合特定數(shù)據(jù)的說明。
圖3D是圖3A更詳細(xì)的方塊圖，表明與根據(jù)本發(fā)明的控制器有關(guān)的主要功能元件。
圖4A是方塊圖，表明用來確定抽吸系統(tǒng)能力的輸入和輸出。
圖4B表示流程圖，描繪得到與根據(jù)本發(fā)明的控制器有關(guān)的流量計(jì)算涉及的步驟。
圖5A是流程圖，描繪與控制器有關(guān)的TDH邏輯模塊。
圖5B是流程圖，描繪與控制器有關(guān)的NPSH邏輯模塊。
圖6是流程圖，描繪與控制器有關(guān)的能力邏輯模塊。
圖7是流程圖，描繪與控制器有關(guān)的壓力邏輯模塊。
圖8是流程圖，描繪與控制器有關(guān)的低流量邏輯模塊。
圖9是流程圖，描繪與控制器有關(guān)的線水效率邏輯模塊。
圖10表示存儲(chǔ)信息的一個(gè)數(shù)據(jù)表，包括水比重相對于溫度的數(shù)據(jù)值。
圖11表示存儲(chǔ)信息的一個(gè)數(shù)據(jù)表，包括水蒸汽壓力相對壓力數(shù)據(jù)。
圖12表示存儲(chǔ)信息的一個(gè)數(shù)據(jù)表，包括在四種不同泵速度下泵壓力相對于流量數(shù)據(jù)。
圖13表示存儲(chǔ)信息的一個(gè)數(shù)據(jù)表，包括在四種不同泵速度下泵性能數(shù)據(jù)。
圖14表示存儲(chǔ)信息的一個(gè)數(shù)據(jù)表，包括在四種不同泵速度下泵NPSHr數(shù)據(jù)。
圖15是方塊圖，描繪與控制器有關(guān)的可變速度控制模塊的功能。
圖16是詳細(xì)方塊圖，描繪根據(jù)本發(fā)明與聯(lián)接的控制器有關(guān)以分離警報(bào)監(jiān)視器件的主要功能軟件程序。
現(xiàn)在參照圖1，表示有聯(lián)接到一個(gè)抽吸系統(tǒng)20上的控制器10，抽吸系統(tǒng)20包括一個(gè)可操作用來供電離心泵40的電機(jī)30。這樣一種離心泵在標(biāo)題為具有流量測量的離心泵(CENTRIFUGAL PUMP WITH FLOWMEASUREMENT)、發(fā)布于1992年7月14日及通過參考包括在這里的美國專利5,129,264中描繪。注意，當(dāng)參照附圖時(shí)，類似的標(biāo)號用來指示類似部分。控制器或可變/可調(diào)節(jié)頻率器件(VFD)10操作，以通過監(jiān)視電機(jī)、泵及系統(tǒng)參數(shù)和經(jīng)速度變化控制泵輸出及辨別和報(bào)告泵系統(tǒng)問題來控制抽吸系統(tǒng)的流量、速度或壓力。(注意使用諸如文丘里管、節(jié)流孔板、磁性量儀等之類常規(guī)流量測量測量器件；以及通過在美國專利No.5,129,264中概述的技術(shù)可以得到流量測量)進(jìn)一步注意，根據(jù)本發(fā)明的新穎控制器可以嵌入在VFD內(nèi)，或者可以外部連接在VFD與抽吸系統(tǒng)之間。更具體地說，如將更詳細(xì)描述的那樣，包含用來控制電機(jī)速度的可執(zhí)行軟件代碼的微處理器實(shí)際上可以駐留在VFD內(nèi)或VFD外部。后者實(shí)施允許與實(shí)際任何類型的VFD器件一起使用的控制。
如圖1中所示，傳感器1-6聯(lián)接到抽吸系統(tǒng)20上，并且是可操作的，以便檢測與泵有關(guān)的各種操作條件并且經(jīng)通信22把這些值輸入到控制器10。圖2表示連接到泵系統(tǒng)20上的控制器10的更詳細(xì)說明?？刂破靼ㄒ粋€(gè)處理器12，如一個(gè)微處理器，操作完成利用從泵傳感器的每一個(gè)得到的傳感器信號或傳感器數(shù)據(jù)確定泵操作條件的軟件功能。微處理器12可以是一個(gè)由允許算術(shù)計(jì)算操作、邏輯及I/O操作的軟件程序控制的大規(guī)模集成(LSI)或VLSI集成電路。也設(shè)想包括數(shù)字信號處理器(DSP)的其他處理器。諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或其他可尋址存儲(chǔ)器之類的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器件或數(shù)據(jù)庫14包括在控制器內(nèi)，用來存儲(chǔ)與泵操作條件和參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)值和表格。微處理器控制器12接收傳感器信號數(shù)據(jù)，并且處理輸入數(shù)據(jù)以及在存儲(chǔ)器14中的存儲(chǔ)表格數(shù)據(jù)。微處理器通過啟動(dòng)響應(yīng)傳感器輸入以及預(yù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)的軟件程序進(jìn)行這種處理，以便進(jìn)行用于與閾值相比較的無數(shù)算術(shù)計(jì)算。軟件程序可以駐留在微處理器存儲(chǔ)器位置中。根據(jù)這些計(jì)算的結(jié)果和與閾值的比較，當(dāng)在計(jì)算與存儲(chǔ)參數(shù)值之間的差別超過一個(gè)預(yù)定數(shù)值值時(shí)，軟件起作用，以產(chǎn)生指示與特定操作參數(shù)有關(guān)的警報(bào)條件的警報(bào)信號，并且/或者產(chǎn)生用來輸入到抽吸系統(tǒng)的一個(gè)信號以改變當(dāng)前電機(jī)速度而校正異常操作條件?？刂破鞑僮饕援a(chǎn)生一個(gè)至VFD/控制器10內(nèi)的VFD邏輯、指示減小或增大電機(jī)速度的控制信號，以便校正檢測的異常條件。VFD然后產(chǎn)生一個(gè)至電機(jī)30與電壓和/或頻率的變化相對應(yīng)的信號，使電機(jī)的速度按與控制器產(chǎn)生控制信號成比例的量變化?？刂破饕部梢圆僮鳎援a(chǎn)生一個(gè)至一個(gè)警報(bào)監(jiān)視器23、指示檢測異常的第二輸出控制信號19，以便警告技術(shù)員檢測條件，從而允許他調(diào)查和/或調(diào)節(jié)與操作條件有關(guān)的某些參數(shù)。
如圖1中所示，把來自傳感器1-6每一個(gè)的多個(gè)傳感器輸入提供給控制器。這些輸入包括絕對泵抽吸壓力Ps(標(biāo)號1)、絕對泵排出壓力Pd(標(biāo)號2)、壓力差ΔP(標(biāo)號3)、泵速度n(標(biāo)號4)、抽運(yùn)溫度Tp(標(biāo)號5)及電機(jī)功率(標(biāo)號6)。注意泵抽吸壓力、泵排出壓力、及壓差一般以英尺H2O測量，而泵速度以RPM測量。流體溫度最好以華氏度測量，而與電機(jī)功率有關(guān)的單位一般是千瓦(kw)。進(jìn)一步注意，用于流動(dòng)的壓力差可能是從流量計(jì)測量的G.P.M，而泵速度可以是來自控制器或經(jīng)直接測量。以類似方式，電機(jī)功率也可以來自控制器或經(jīng)直接傳感器測量。一個(gè)諸如客戶調(diào)節(jié)參數(shù)或設(shè)置點(diǎn)的之類的另外輸入7也可以經(jīng)一個(gè)用戶接口(見圖3A)輸入到控制器10，作為響應(yīng)檢測操作條件之一操作觸發(fā)一個(gè)校正因數(shù)或警報(bào)的參數(shù)。另外的輔助傳感器輸入8也可以由控制器利用，如用來測量大氣壓力的另外壓力表。也注意，傳感器的每一個(gè)是諸如以熟知方式定位在抽吸系統(tǒng)上或其內(nèi)的換能器之類的常規(guī)傳感器元件，這些元件起作用以把每個(gè)檢測操作條件轉(zhuǎn)換成一個(gè)用于輸入到控制器的對應(yīng)電子信號。
圖3A表示控制器件軟件能力的方塊圖。如圖3A中所示，控制器包括執(zhí)行算法和進(jìn)行與電機(jī)、泵及系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)視有關(guān)的計(jì)算的多個(gè)軟件程序17，并且對這些參數(shù)進(jìn)行控制、辨別及報(bào)告。來自泵的傳感器輸入數(shù)據(jù)輸入到微處理器12并且由一個(gè)安裝程序16接收，該安裝程序16經(jīng)參數(shù)值的存儲(chǔ)器14進(jìn)行初始化、計(jì)時(shí)控制、輸入數(shù)據(jù)的定標(biāo)、及接收和存儲(chǔ)。如也表示在圖3A中的那樣，控制器10包括一個(gè)用來直接從用戶接收參數(shù)數(shù)據(jù)的用戶接口部分29，如用于觸發(fā)條件的客戶可調(diào)節(jié)設(shè)置點(diǎn)、用來輸入希望泵速度的人工越權(quán)、或由模塊17的軟件應(yīng)用程序進(jìn)行的計(jì)算所需要的地點(diǎn)專門數(shù)據(jù)(見圖3C)和/或泵數(shù)據(jù)(見圖3B)，并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14中。安裝程序16啟動(dòng)模塊17中子程序的每一個(gè)，如將在下面詳細(xì)解釋的那樣。與程序16有關(guān)的軟件是可操作的以經(jīng)用戶接口29檢索和顯示泵系統(tǒng)參數(shù)、輸入?yún)?shù)以及傳感器輸入和輸出條件及從程序模塊17中的算法執(zhí)行產(chǎn)生的計(jì)算值。程序也包括把用戶輸入設(shè)置信息/參數(shù)與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的閾值相比較的代碼，以便避免非法操作設(shè)置。如人們能確定的那樣，軟件模塊17具有進(jìn)行多種計(jì)算以便確定泵操作條件的程序代碼，并且根據(jù)計(jì)算操作條件、和根據(jù)與預(yù)置閾值相比較的計(jì)算操作條件，控制器將把一個(gè)控制信號15發(fā)送到泵電機(jī)30以減小或增大電機(jī)速度。控制信號可以具有指示電機(jī)速度相對于其當(dāng)前速度增大或減小的相對程度的各種振幅值和/或脈沖寬度。軟件程序17也可以把一個(gè)控制信號19發(fā)送到一個(gè)警報(bào)指示器23，以指示在系統(tǒng)中禁止泵操作的任何失效或異常。警報(bào)控制信號也可以具有與警報(bào)條件的相對嚴(yán)重性程度和/或檢測操作參數(shù)超過允許操作條件的上或下限的相對量相對應(yīng)的變化振幅值和/或脈沖寬度。存儲(chǔ)區(qū)域14包括用來存儲(chǔ)軟件程序執(zhí)行和計(jì)算需要的地點(diǎn)專門數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)，并且包括最大泵速度、相對于溫度的蒸汽壓力、相對于溫度的比重、容量設(shè)置點(diǎn)、及壓力設(shè)置點(diǎn)和穩(wěn)定性因數(shù)(cf)。用于控制器計(jì)算的這種地點(diǎn)專門數(shù)據(jù)需要表示在圖3C中。如圖3B中所示，控制器計(jì)算所需要的泵數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在諸如數(shù)據(jù)庫之類的存儲(chǔ)區(qū)域14中，并且包括泵排出直徑、泵抽吸直徑、對于抽吸CL的抽吸水位高度、凈水位高度差、最小連續(xù)能力、最小允許能力、在不同速度下相對于能力的TDHnew、及在不同速度下相對于能力的NPSHR。
圖3D表示程序模塊17(圖3A)的控制器軟件能力的更詳細(xì)方塊圖，該程序模塊17一般包括如下軟件模塊能力/流量確定模塊171、TDH性能邏輯模塊173、NPSH邏輯175、線水效率模塊177、能力流量控制邏輯179、壓力控制邏輯181、低流量邏輯183、及可變速度控制模塊185。下面將描述與這些模塊的每一個(gè)有關(guān)的處理。在最佳實(shí)施例中，以每秒10次的頻率執(zhí)行這些算術(shù)過程的每一個(gè)，以便足夠監(jiān)視和校正任何異常。如能從圖3D看到的那樣，模塊的每一個(gè)一般利用從以前計(jì)算得到的傳感器數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)(存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14中)以確定泵操作條件。模塊輸出啟動(dòng)性能警報(bào)22和/或調(diào)節(jié)電機(jī)30的電機(jī)速度的控制信號。
圖4A表示控制器的能力確定模塊的方塊圖，該能力確定模塊接收傳感器輸入ΔP、Tp、及n作為輸入，以便利用在專利5,129,264中公開的技術(shù)計(jì)算泵系統(tǒng)的能力。也注意，從流量計(jì)、以及利用上述技術(shù)能直接得到能力Q。
圖4B表示用來得到與確定軟件模塊171有關(guān)的流量計(jì)算的流程圖。參照圖4B，接收抽吸溫度Tp和泵速度n傳感器數(shù)據(jù)，并且從在包括相對于溫度的水比重的數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)數(shù)據(jù)，如圖10中所示，選擇比重(SpGR)。軟件然后操作以從圖12中表明的參數(shù)數(shù)據(jù)選擇在不同速度下相對于流量的泵Δ壓力、在數(shù)據(jù)庫中具有最靠近來自傳感器4的檢測泵速度的值的速度值。在數(shù)據(jù)庫14中存在GPM的流量的表格化值作為壓力Δ英尺的函數(shù)。經(jīng)傳感器3輸入的壓力差(ΔP)壓力然后用來確定和選擇具有Δ英尺值的表格化流量、最靠近傳感器輸入ΔP值的壓力。
參照圖5A，描繪控制器10的泵總動(dòng)態(tài)水頭(TDH)邏輯部分173的流程圖，該邏輯部分173操作以確定總動(dòng)態(tài)水頭和泵性能。如圖5A中所示，與泵流體比重有關(guān)的數(shù)據(jù)值、以及泵數(shù)據(jù)(見圖3B)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器14中的表格中(或者作為公式)。這樣一種表格表明在圖10中。TDH邏輯控制器也對于圖12中所示的高達(dá)六種速度處理與抽吸流體蒸汽壓力有關(guān)的表格數(shù)據(jù)(圖11)和相對于流量的Δ壓力。圖5A的流程圖表明確定泵總動(dòng)態(tài)水頭和把計(jì)算值與閾值相比較的如下步驟。如果在給定流量下的實(shí)際泵TDH在一個(gè)預(yù)置值(例如表格值的85-95％)以下，那么輸出一個(gè)控制信號以啟動(dòng)性能警報(bào)。TDH確定步驟如下泵總動(dòng)態(tài)水頭(TDH)確定a.確定該泵的凈速度系數(shù)。
Cv＝2.5939*10^-3*(1/Dd^4-1/Ds^4)其中Ds是以英寸表示的泵排出管直徑。
Dd是以英寸表示的泵抽吸管直徑。
Dd和Ds參數(shù)是輸入數(shù)據(jù)。
b.確定該泵的凈速度頭。
Δhv＝Cv*Q^2其中Cv是該泵的凈速度系數(shù)。
Q是來自流量計(jì)算或直接來自流量計(jì)的以GPM表示的泵流量。
c.確定TDHTDH＝(Pd-Ps)/SG+ΔZ+Δhv其中Pd是以英尺表示的泵排壓力(絕對)。
Ps是以英尺表示的泵抽吸壓力(絕對)。
ΔZ是以英尺表示的在Pd和Ps水位之間的凈水位高度差輸入?yún)?shù)。
Ahv是凈速度頭及SP GR是抽吸比重。
然后利用實(shí)際泵速度、流量值和確定的TDH值進(jìn)行泵性能比較。按如下在下面辨別泵性能比較方法泵性能比較
d.流量的實(shí)際泵速度和計(jì)算TDH是已知的。
e.從圖13的表格選擇具有最靠近實(shí)際泵速度的速度的泵性能數(shù)據(jù)。
f.使用相似定律把實(shí)際泵流量和TDH校正到表格速度(Q1/Q2)＝(N1/N2)(TDH1/TDH2)＝(N1/N2)^2g.使用速度校正泵流量和TDH值，把他們與來自圖13中的數(shù)據(jù)庫表格的數(shù)據(jù)值相比較。
h.如果以給定流量下的實(shí)際泵TDH小于表格值的85％至95％(客戶可調(diào)節(jié)設(shè)置參數(shù))，那么啟動(dòng)泵性能警報(bào)。
現(xiàn)在參照圖5B，表明凈正抽吸頭(NPSH)邏輯控制器部分175的流程圖。如圖5B中所示，至NPSH模塊的輸入包括Q容量、蒸汽壓力(Pv)、比重、泵抽吸壓力、抽吸溫度和流體溫度。然后按如下確定適用的凈正抽吸頭(NPSHa)適用的正抽吸頭(NPSHa)a.實(shí)際抽吸溫度是已知的(Tp)b.從圖11中所示的數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)參數(shù)數(shù)據(jù)得到抽吸的蒸汽壓力(Pv)。
c.確定抽吸速度頭hvs＝(2.5939*10^-3)/Ds^4*Q^2其中Ds是以英寸表示的泵抽吸管直徑輸入值。
d.確定NPSHaNPSHa＝(Ps+Pv)/SG+ΔZs+hvs其中Ps是以英尺表示的泵抽吸絕對壓力。
Pv是以英尺表示的抽吸蒸汽壓力。
SP GR是由流量模塊171確定的抽吸比重。
ΔZs是以英尺表示的對于泵抽吸輸入數(shù)據(jù)的抽吸水位高度差。
Hvs是從步驟c確定的以英尺表示的抽吸速度。
然后進(jìn)行存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫14中(見圖14)的NPSHa相對于NPSHr的比較。如果NPSHa小于NPSHr，則程序輸出一個(gè)控制信號以警報(bào)和/或減小泵速度以防止泵繼續(xù)在氣蝕條件下操作。如下步驟描繪NPSHa相對于NPSHr比較步驟。
NPSHa相對于NPSHr比較a.泵速度、流量和NPSHa是已知的。
b.從來自圖14的數(shù)據(jù)庫表格檢測與最近速度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)。
c.使用對于表格速度的相似定律校正流量和NPSHa值。
d.在校正流量下，使用圖14的數(shù)據(jù)庫表格得到NPSHr。
e.如果對于表格速度NPSHr＞NPSHa，那么經(jīng)控制信號啟動(dòng)警報(bào)；及f.輸出控制信號以把速度減小(NPSHa/NPSHr)^2因數(shù)。
注意，如在控制器的NPSH邏輯部分中描述的那樣，把計(jì)算結(jié)果與表格化泵性能和NPSHr值相比較，從而在最佳實(shí)施例中，如果性能小于95％(用戶可選擇)，那么啟動(dòng)警報(bào)。如果泵的NPSHr大于系統(tǒng)的NPSHa，則啟動(dòng)警報(bào)23。
控制器10也包括一個(gè)進(jìn)行線對水效率分析的軟件程序模塊177。如在圖9的流程圖中表示的那樣，與抽吸系統(tǒng)的該線對水效率有關(guān)的步驟如下確定線水效率a.計(jì)算產(chǎn)生的水馬力WHP＝(Q*TDH*SG)/3960其中Q是來自模塊171的以GPM表示的泵流量TDH是來自模塊173以英尺表示的泵水頭SP GR是抽吸比重b.計(jì)算使用的電氣馬力。
EHP＝KW/.746其中KW是以千瓦表示的千瓦輸入(kw)。
c.計(jì)算抽吸系統(tǒng)的線水效率
μww＝WHP/EHP。
圖6表明控制器10的能力邏輯部分179。如在圖6中表明的那樣，用于流量控制的處理包括設(shè)置能力(Q設(shè)置)、通過把實(shí)際能力Qact與Qset值相比較確定能力是否在希望范圍內(nèi)、及通過下面一個(gè)因數(shù)調(diào)節(jié)速度Nnew＝(Qact/Qset)*n*CF其中CF是由客戶設(shè)置的穩(wěn)定性因數(shù)(典型地.1至1.0)。CF用來防止圖6中所示泵流量和速度控制的過校正和不穩(wěn)定性，輸出控制信號操作對于泵電機(jī)增大或減小電機(jī)速度。
圖7表明與控制器10有關(guān)的用于壓力確定模塊181的過程可變控制。如圖7中所示，與該可變控制有關(guān)的步驟包括用于壓力的過程可變控制a.把Pdact(實(shí)際Pd)與Pdset相比較。(泵排出壓力)b.調(diào)節(jié)速度一個(gè)因數(shù)Nnew＝(Pdact/Pdset)^.5*n*CF，其中CF是由客戶設(shè)置的穩(wěn)定性因數(shù)(典型地.1至1.0)c.使用CF防止泵壓力和速度控制的過校正和不穩(wěn)定性。
如圖7中所示，模塊181的輸出控制信號操作以增大或減小泵電機(jī)速度。
圖8表明控制器10的低流量邏輯模塊183的流程圖，該低流量邏輯模塊183把操作泵流量與泵的計(jì)算最小連續(xù)流量相比較。如果實(shí)際流量低于最小連續(xù)流量，則啟動(dòng)警報(bào)。也把操作泵流量與泵的計(jì)算最小允許流量相比較，從而如果實(shí)際流量低于最小允許流量，則軟件程序操作以提供一個(gè)啟動(dòng)警報(bào)和/或減小泵速度以防止泵繼續(xù)在最小允許流量下操作。如下步驟描繪以上標(biāo)識條件的每一個(gè)。
低于最小連續(xù)流量a.把以gpm表示的在最大(max)速度下泵的輸入最小連續(xù)流量(mcf)輸入到數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器中。
b.在任何速度下的mcf是(N1/Nmax)*mcfmax。
c.如果對于給定速度Qact＜mcf，則產(chǎn)生警報(bào)信號以通知客戶流量在最小連續(xù)流量值以下。
低于最小允許流量a.把以gpm表示的在最大(max)速度下泵的輸入允許流量(af)輸入到數(shù)據(jù)庫。
b.在任何速度下的af是(N1/Nmax)*afmax。
c.如果對于給定速度Qact＜af，則輸出控制信號以警告客戶流量在最小允許流量值以下。
d.如果Qact＜af，則輸出控制信號以把泵速度減小到最小(即1000rpm)以消除對泵的損壞。
e.一旦已經(jīng)消除低于允許流量條件的原因，用戶接口就恢復(fù)控制。
可變速度控制模塊185按圖15中的流程圖中描繪的那樣操作。如圖15中所示，選擇希望的泵速度，并且經(jīng)用戶接口29輸入到模塊。經(jīng)用戶至模塊185的選擇泵速度輸入存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫14中，并且從控制器輸出一個(gè)控制信號以設(shè)置電機(jī)30的希望速度。
如人們確認(rèn)的那樣，控制器操作以通知和校正泵操作參數(shù)，包括泵流量、泵性能、泵壓力及速度，以便有效地把泵控制和保持在有效和靈敏狀態(tài)。
將會(huì)理解，這里描述的實(shí)施例是示范性的，并且熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可以進(jìn)行多種變更和修改而脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，盡管已經(jīng)表示一種單泵性能警報(bào)監(jiān)視器，但要理解，軟件應(yīng)用程序模塊的每一個(gè)可以提供一個(gè)獨(dú)立的控制信號，該控制信號可以指向包括一個(gè)LED或峰鳴器的獨(dú)立相應(yīng)警報(bào)監(jiān)視器，該監(jiān)視器警告技術(shù)員準(zhǔn)確過流或過載條件。分別連接到軟件模塊上的這樣一組警報(bào)監(jiān)視器表明在圖16中。警報(bào)監(jiān)視器可以連接到一個(gè)可以操作以警告在遠(yuǎn)離泵位置的位置處的個(gè)人的獨(dú)立計(jì)算系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。可以以諸如basic、C或其他高級語言之類的各種高級語言寫與軟件模塊16和17有關(guān)的應(yīng)用程序代碼，并且以熟知方式與常規(guī)操作系統(tǒng)相結(jié)合地操作，以便適當(dāng)?shù)嘏c泵傳感器、泵電機(jī)、及任何外圍設(shè)備通信。況且，如以前討論的那樣，控制器可以裝在一個(gè)VFD中，用來接收泵傳感器數(shù)據(jù)和輸出控制信號以調(diào)節(jié)泵電機(jī)速度，或者可以在VFD外部，并且定位在一個(gè)接口模塊中和連接到VFD上，從而把所有輸入數(shù)據(jù)經(jīng)VFD送到控制器，并且把調(diào)節(jié)電機(jī)速度的控制信號從控制器輸出到VFD以便調(diào)節(jié)電子泵電機(jī)的速度。所有這些修改打算包括在附屬權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制器，用來對于用來抽運(yùn)流體的離心泵控制與流體流量、速度或壓力有關(guān)的工作參數(shù)，其中至少一個(gè)傳感器聯(lián)接到所述泵上，用來產(chǎn)生一個(gè)指示檢測的操作條件的信號，所述控制器包括一個(gè)存儲(chǔ)器件，用來存儲(chǔ)指示至少一種操作條件的數(shù)據(jù)；和一個(gè)處理器，與所述傳感器通信，并且是可操作的，以便利用所述至少一個(gè)傳感器信號和指示所述至少一種操作條件的所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)一種算法以產(chǎn)生一個(gè)控制信號；其中所述控制信號指示要應(yīng)用于所述泵的校正因數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述校正因數(shù)是泵電機(jī)速度的增大或減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述控制信號輸出到警報(bào)監(jiān)視器，用來指示在所述泵內(nèi)的一種警報(bào)條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中進(jìn)行所述算法的所述處理器產(chǎn)生一個(gè)指示要應(yīng)用于所述泵以調(diào)節(jié)泵電機(jī)速度的速度校正因數(shù)的第一控制信號、和一個(gè)指示用于輸出到警報(bào)監(jiān)視器用來警告所述檢測操作條件的一種警報(bào)條件第二控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述存儲(chǔ)器件包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫，并且其中所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包括物理泵數(shù)據(jù)和用于輸入到所述算法的地點(diǎn)專門數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器，其中所述至少一個(gè)傳感器包括一個(gè)抽吸壓力傳感器Ps、一個(gè)排出壓力傳感器Pd、一個(gè)壓差傳感器ΔP、及一個(gè)泵速度傳感器n，每個(gè)所述傳感器產(chǎn)生一個(gè)指示檢測操作條件的對應(yīng)信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制器，其中所述算法包括a)確定流體流量；b)確定泵總動(dòng)態(tài)水頭(TDH)；c)把所述總動(dòng)態(tài)水頭值與所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)相比較，其中當(dāng)在所述確定流量下的所述確定總動(dòng)態(tài)水頭小于與所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值有關(guān)的一個(gè)預(yù)置值時(shí)，把所述控制信號輸出到一個(gè)指示一種警報(bào)條件的警報(bào)監(jiān)視器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制器，其中所述算法進(jìn)一步包括d)確定適用的凈正抽吸頭(NPSHa)和e)把在數(shù)據(jù)庫中與一個(gè)閾值相對應(yīng)的存儲(chǔ)值與基于所述泵速度和流體流量的NPSHr相比較，其中當(dāng)所述NPSHr超過所述NPSHa時(shí)，把所述控制信號輸出到一個(gè)警報(bào)監(jiān)視器并且指示一種警報(bào)狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制器，其中當(dāng)NPSHr超過NPSHa時(shí)，由所述處理器輸出一個(gè)第二控制信號，用來把所述泵的電機(jī)速度減小一個(gè)預(yù)定量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制器，其中所述算法進(jìn)一步包括f)計(jì)算一個(gè)最小連續(xù)泵流量，并且與確定流體流量相比較；其中當(dāng)確定流體流量小于計(jì)算最小連續(xù)流量時(shí)，把一個(gè)第三控制信號輸出到所述警報(bào)監(jiān)視器，指示一種警報(bào)條件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制器，其中所述算法進(jìn)一步包括g)計(jì)算一個(gè)最小允許泵流量，并且與確定流體流量相比較；其中當(dāng)確定流體流量小于計(jì)算最小允許流量時(shí)，把一個(gè)第四控制信號輸出到所述警報(bào)監(jiān)視器，指示一種警報(bào)條件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中當(dāng)所述確定流體流量小于所述最小允許流量時(shí)，從所述處理器輸出一個(gè)第五控制信號，用來減小泵速度。
13.一種根據(jù)用來把流體抽運(yùn)到一個(gè)排出出口的算法自動(dòng)控制與離心泵有關(guān)的工作參數(shù)的方法，包括把與預(yù)定操作條件相對應(yīng)的數(shù)據(jù)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；得到指示當(dāng)前操作條件的傳感器測量；利用所述傳感器測量和所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值以確定與當(dāng)前泵操作條件相對應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)值；把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值相比較，并且當(dāng)所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值相差一個(gè)預(yù)定量時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)指示要應(yīng)用于所述泵的校正因數(shù)的控制信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述傳感器測量包括與泵抽吸壓力(Pd)、排出壓力(Ps)、壓差(ΔP)、泵速度(n)及流體溫度(Tp)有關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述計(jì)算數(shù)據(jù)值包括流體流量值、泵總動(dòng)態(tài)水頭(TDH)、及適用的凈正抽吸頭(NPSHa)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值包括泵數(shù)據(jù)和地點(diǎn)專門數(shù)據(jù)，用來確定所述計(jì)算數(shù)據(jù)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述泵數(shù)據(jù)包括泵排出直徑、抽吸直徑、抽吸水位高度對于抽吸CL差(Δzs)、凈水位高度差(ΔZ)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述泵數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括最小連續(xù)能力(MCFMAX)、最小允許能力(AFMAX)、作為在多個(gè)電機(jī)速度下能力的函數(shù)的TDH、及作為在多個(gè)電機(jī)速度下的能力的函數(shù)的NPSHr。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述地點(diǎn)專門數(shù)據(jù)包括最大電機(jī)速度(nmax)、作為溫度函數(shù)的蒸汽壓力(pv)、作為溫度函數(shù)的比重(SPGR)、能力設(shè)置點(diǎn)(Qset)、壓力設(shè)置點(diǎn)(Pdset)、及穩(wěn)定性因數(shù)(cf)。
20.一種控制抽運(yùn)系統(tǒng)的流量、速度、壓力或性能的方法，包括步驟存儲(chǔ)與特定流量、速度、壓力或性能值有關(guān)的預(yù)定數(shù)據(jù)值；測量與泵有關(guān)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；把所述預(yù)定存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值的子組與測量環(huán)境參數(shù)相聯(lián)系，以得到與所述流量、速度、性能或壓力值的至少一個(gè)相對應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)值；及把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)對應(yīng)閾值相比較，并且當(dāng)差值超過一個(gè)預(yù)置值時(shí)，響應(yīng)其產(chǎn)生一個(gè)控制輸出信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中控制信號指示一種警報(bào)條件。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中控制信號指示一個(gè)要應(yīng)用于所述測量環(huán)境參數(shù)之一的校正因數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述存儲(chǔ)預(yù)定數(shù)據(jù)值包括作為溫度函數(shù)的蒸汽壓力、作為溫度函數(shù)的比重、及作為電機(jī)速度函數(shù)的泵性能。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述存儲(chǔ)預(yù)定數(shù)據(jù)值進(jìn)一步包括作為電機(jī)速度函數(shù)的壓力差和流量、和作為電機(jī)速度函數(shù)的凈正抽吸頭。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述環(huán)境參數(shù)包括泵抽吸壓力、泵排出壓力、泵速度、及泵壓力差。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)一步包括抽運(yùn)溫度、電機(jī)功率、及用戶設(shè)置點(diǎn)。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中存儲(chǔ)預(yù)定數(shù)據(jù)值的步驟包括存儲(chǔ)抽運(yùn)流體比重、流體蒸汽壓力、作為電機(jī)速度函數(shù)的壓力差和流量、作為電機(jī)速度函數(shù)的泵性能參數(shù)、及作為電機(jī)速度函數(shù)的NPSH參數(shù)的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中得到計(jì)算數(shù)據(jù)值和把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)閾值相比較的步驟進(jìn)一步包括確定流體流量；使用所述確定流體流量計(jì)算與所述泵有關(guān)的總動(dòng)態(tài)水頭(TDH)值；從所述存儲(chǔ)預(yù)定數(shù)據(jù)值選擇具有最靠近測量電機(jī)速度環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的速度的那些數(shù)據(jù)值；使用與泵速度有關(guān)的所述存儲(chǔ)預(yù)定數(shù)據(jù)值校正實(shí)際泵流量和所述TDH值，以得到校正泵流量和TDH值；把所述校正泵流量和TDH值與所述閾值相比較；及當(dāng)差值大于所述預(yù)置值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)控制信號以響應(yīng)其啟動(dòng)一個(gè)警報(bào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中得到計(jì)算數(shù)據(jù)值和把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)閾值相比較的步驟進(jìn)一步包括確定凈正抽吸頭適用數(shù)據(jù)值(NPSHa)；把所述NPSHa同與NPSH的一個(gè)存儲(chǔ)值相對應(yīng)的預(yù)定數(shù)據(jù)值相比較；及當(dāng)NPSH的存儲(chǔ)值大于所述NPSHa值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)第二控制信號以啟動(dòng)一個(gè)警報(bào)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中得到計(jì)算數(shù)據(jù)值和把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)閾值相比較的步驟進(jìn)一步包括當(dāng)NPSH的存儲(chǔ)值大于所述NPSHa值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)第三控制信號以減小電機(jī)速度。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中得到計(jì)算數(shù)據(jù)值和把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)閾值相比較的步驟進(jìn)一步包括計(jì)算一個(gè)最小連續(xù)泵流量并且與確定流體流量相比較；及當(dāng)確定流體流量小于計(jì)算最小連續(xù)流量時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)第三控制信號以啟動(dòng)一個(gè)警報(bào)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中得到計(jì)算數(shù)據(jù)值和把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)閾值相比較的步驟進(jìn)一步包括計(jì)算一個(gè)最小允許泵流量并且與確定流體流量相比較；及當(dāng)確定流體流量小于計(jì)算最小允許流量時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)第四控制信號以啟動(dòng)一個(gè)警報(bào)。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中得到計(jì)算數(shù)據(jù)值和把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)閾值相比較的步驟進(jìn)一步包括把確定流體流量Q同與一個(gè)用戶可設(shè)置流體流量相對應(yīng)的閾值Qset相比較；及產(chǎn)生一個(gè)控制信號以通過一個(gè)因數(shù)(Q/Qset)*n*CF調(diào)節(jié)電機(jī)速度，其中n是測量電機(jī)速度環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)而CF表示一個(gè)用戶可設(shè)置值。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中得到計(jì)算數(shù)據(jù)值和把所述計(jì)算數(shù)據(jù)值與一個(gè)閾值相比較的步驟進(jìn)一步包括把確定泵排出壓力Pd同與一個(gè)預(yù)定存儲(chǔ)排出壓力數(shù)據(jù)值相對應(yīng)的閾值Pdset相比較；及產(chǎn)生一個(gè)控制信號以通過一個(gè)因數(shù)(Pd/Pdset)^.5*n*CF調(diào)節(jié)電機(jī)速度。
全文摘要
一種用來對于用來抽運(yùn)流體的離心泵(40)控制與流體流量、速度或壓力有關(guān)的工作參數(shù)的控制器,其中至少一個(gè)傳感器(1－6)聯(lián)接到泵(40)上用來產(chǎn)生一個(gè)指示檢測操作條件的信號。控制器(10)包括:一個(gè)存儲(chǔ)器件,用來存儲(chǔ)指示至少一種操作條件的數(shù)據(jù);和一個(gè)處理器,與所述傳感器通信,并且是可操作的,以便利用至少一個(gè)傳感器信號和指示至少一種操作條件的所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)一種算法以產(chǎn)生一個(gè)控制信號,其中該控制信號指示一個(gè)要應(yīng)用于泵的校正因數(shù)。
文檔編號F04D15/00GK1352733SQ99816515
公開日2002年6月5日 申請日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月24日
發(fā)明者尤金·P·薩比尼, 杰羅姆·A·羅倫克, 歐克雷·亨彥 申請人:Itt制造企業(yè)