專利名稱：帶機(jī)械損耗補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制泵的運(yùn)行的方法和設(shè)備，所述泵例如為離心泵。
背景技術(shù)：
很多公知的變頻驅(qū)動(VFD)系統(tǒng)建立被驅(qū)動的電機(jī)的準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，以便提供對速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制，用于控制泵的運(yùn)行。這些公知的方法和設(shè)備如下包括美國專利No.6,591,697公開了一種基于轉(zhuǎn)矩和速度相對于泵流量速率的關(guān)系的泵調(diào)節(jié)技術(shù)，以及使用變頻驅(qū)動(VFD)調(diào)節(jié)離心泵的速度以調(diào)節(jié)泵流量的能力。然而，該技術(shù)并不包括提供對不期望的運(yùn)行條件進(jìn)行保護(hù)的邏輯，這些運(yùn)行條件包括空轉(zhuǎn)條件，最小流量條件，過載(runout)條件或者其中的一些組合。相反地，該技術(shù)僅利用專用于獲得流量的修正后的速度對轉(zhuǎn)矩的曲線，因而在現(xiàn)場設(shè)置期間降低了靈活性。
美國專利No.6,464,464闡述了一種控制和泵保護(hù)算法，其中使用了VFD和附加儀器以調(diào)節(jié)離心泵的流量、壓力或者速度，而其他VFD系統(tǒng)利用流量或者壓力開關(guān)以識別不期望的運(yùn)行條件。然而，使用附加過程流量開關(guān)以及其他附加儀器增加了驅(qū)動系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，增加了潛在的故障隱患和不必要的成本。
美國專利No.5,930,092和No.5,754,421公開了一種基于對電機(jī)電流安培讀數(shù)和速度的觀測以及然后對各種運(yùn)行條件(例如空轉(zhuǎn)、關(guān)閉閥門等)所得到的功率讀數(shù)的相關(guān)的泵保護(hù)技術(shù)。然而，這種技術(shù)僅僅適用于恒定速度應(yīng)用并且不能對各種條件提供不同的控制；保護(hù)性設(shè)置的結(jié)果僅僅是電機(jī)的“切斷”(tripping)或者關(guān)斷。
另一種公知的泵控制技術(shù)是基于具有允許配置最大和最小轉(zhuǎn)矩值的參數(shù)的VFD，以防止負(fù)載驅(qū)動器(電機(jī))在這些參數(shù)范圍之外運(yùn)行。然而，這種驅(qū)動技術(shù)并沒有提供解釋不同的不期望的運(yùn)行條件的邏輯，并且也不允許縮放例如泵的離心負(fù)載或者在速度降低時也沒有考慮小型泵中的機(jī)械損耗。
其他公知的控制泵的運(yùn)行的方法如下包括美國專利No.4,470,092公開了一種電機(jī)保護(hù)器，基于一個或者多個感測的切斷點(diǎn)參數(shù)和編程的切斷點(diǎn)參數(shù)的比較而切斷電機(jī)。美國專利No.4,827,197公開了一種具有超速保護(hù)的泵，基于感測的轉(zhuǎn)速表和電流值而調(diào)節(jié)泵速，其中基于感測的電流值計算轉(zhuǎn)矩，基于感測的轉(zhuǎn)速表計算角加速度，基于所計算的轉(zhuǎn)矩和角加速度而計算慣量，并且使用查找表以提供最大的旋轉(zhuǎn)速度。美國專利No.5,726,881公開了一種具有超速保護(hù)的泵，基于通過傳感器檢測到的兩個感測的旋轉(zhuǎn)速度而調(diào)節(jié)泵速。類似的，美國專利No.5,649,893還公開了一種具有串行保護(hù)裝置的泵。美國專利No.5,736,823公開了具有恒定氣流控制的吹風(fēng)機(jī)和電機(jī)的組合，基于從傳感器感測的電機(jī)速度和電流以及來自流量速率輸入設(shè)備的流量速率輸入而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，其中使用所述吹風(fēng)機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩、壓力以及氣流特性進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算。美國專利No.5,742,522公開了一種具有數(shù)字轉(zhuǎn)矩估計器的泵，所述數(shù)字轉(zhuǎn)矩估計器基于傳感器檢測的電流和電壓值而檢測負(fù)載變化。美國專利No.5,917,688公開了一種具有超速保護(hù)的泵，基于通過傳感器檢測到的兩個感測的轉(zhuǎn)子和電機(jī)速度值而調(diào)節(jié)泵速。美國專利No.6,501,629公開了一種具有受控制的功率線路的電機(jī)，基于通過傳感器感測的電機(jī)電流和電壓值而調(diào)節(jié)電機(jī)功率，其中所測量的輸入功率與輸入功率限制范圍相比較并且基于所述比較而切斷功率。美國專利No.6,679,820公開了基于集體式評估限制電機(jī)運(yùn)行速度的方法，所述評估使用了涉及轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)矩表的方法以及包括相對于期望變化比值的預(yù)定范圍確定轉(zhuǎn)子在拖動轉(zhuǎn)矩速度方面的加速度和差值的實(shí)際變化比值的步驟。
上述設(shè)備和技術(shù)并不包括區(qū)分各種不期望的運(yùn)行條件以對每個條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋每刂频倪壿?，并且在現(xiàn)有技術(shù)中需要在不期望的運(yùn)行條件之間進(jìn)行區(qū)分的泵運(yùn)行控制。在某些情況下需要附加儀器和控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新的并且獨(dú)特的方法和設(shè)備用于控制例如離心泵的泵的運(yùn)行，其特征在于步驟基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后轉(zhuǎn)矩值的比較而調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行和/或向泵的用戶發(fā)出警告表明不期望的運(yùn)行條件。
修正后的轉(zhuǎn)矩值可以包括最佳效率點(diǎn)(BEP)轉(zhuǎn)矩值，并且還可以至少基于泵的當(dāng)前運(yùn)行速度而進(jìn)行補(bǔ)償。所述泵具有控制器用于執(zhí)行所述方法的步驟。例如，所述控制器可以基于泵速度變化的平方、基于機(jī)械功率偏移修正或者其某些組合而補(bǔ)償修正后的轉(zhuǎn)矩值。所述比較可以包括實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后轉(zhuǎn)矩值的比值，并且實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后轉(zhuǎn)矩值的比值還可以與對應(yīng)于空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件以及其某些組合的比值相比較。在運(yùn)行中，控制器檢測并且在不同的不期望的運(yùn)行條件之間進(jìn)行區(qū)分，包括空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件以及其某些組合，并且由此通過將泵速降低到安全運(yùn)行速度、關(guān)閉泵、在一定時間延遲后重新啟動泵或者其某些組合而控制泵。在泵內(nèi)，還可以設(shè)定保護(hù)延遲以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷?？刂破骺梢园ㄗ冾l驅(qū)動(VFD)或者可編程邏輯控制器(PLC)。
使用控制邏輯實(shí)施本發(fā)明，所述控制邏輯利用轉(zhuǎn)矩(或者功率)和速度的直接反饋以識別不期望的運(yùn)行條件并且提供適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行響應(yīng)以保護(hù)被驅(qū)動的機(jī)械(離心泵)不被損壞。所述控制邏輯可以嵌入VFD或者PLC中。
在運(yùn)行中，所述控制邏輯的算法根據(jù)速度變化的平方而補(bǔ)償當(dāng)前運(yùn)行速度的原始轉(zhuǎn)矩輸入數(shù)據(jù)，并且補(bǔ)償機(jī)械損耗例如密封和軸承損耗，這些損耗隨著速度變化而線性地改變。
本發(fā)明還包括離心泵形式的設(shè)備，具有用于控制所述泵的運(yùn)行的這樣的控制器，其中所述控制器基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后轉(zhuǎn)矩值的比較而調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行和/或?qū)Ρ糜脩舭l(fā)出警告，本發(fā)明還包括用于執(zhí)行這樣的步驟的控制器本身。
用戶可以在任何時候禁用泵的所有上述功能。
根據(jù)本發(fā)明的帶機(jī)械損耗補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)技術(shù)的一個優(yōu)點(diǎn)是不需要附加的儀器和控制，例如流量計，壓力開關(guān)，流量開關(guān)等等。
根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)技術(shù)的另一個優(yōu)點(diǎn)是不需要昂貴且復(fù)雜的附加設(shè)備，這些附加設(shè)備還可能導(dǎo)致潛在故障點(diǎn)。
而且，本發(fā)明還提供了對離心泵的保護(hù)，同時區(qū)分危險的運(yùn)行條件(例如空轉(zhuǎn)條件)和/或發(fā)生瞬態(tài)狀況(例如關(guān)斷操作)的條件，并且一旦這些條件消失即撤銷所述保護(hù)。
最后，機(jī)械功率偏移修正對速度修正后的轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行調(diào)節(jié)以擴(kuò)展較小型的大馬力單元的運(yùn)行速度范圍。


附圖并非按比例繪制，包括如下內(nèi)容圖1為本發(fā)明的主題的執(zhí)行轉(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)的方法的流程圖；圖2A為具有電機(jī)轉(zhuǎn)矩與速度(RPM)關(guān)聯(lián)的0.2馬力功率偏移(5馬力電機(jī))的轉(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)的功率偏移補(bǔ)償圖；圖2B為具有電機(jī)轉(zhuǎn)矩與速度(RPM)關(guān)聯(lián)的-0.9馬力功率偏移(100馬力電機(jī))的轉(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)的功率偏移補(bǔ)償圖；圖3為本發(fā)明的主題的泵、電機(jī)以及控制器的方框圖；圖4為本發(fā)明的主題的圖3所示的用于通過功率偏移執(zhí)行轉(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)的控制器的方框圖；以及圖5為示出基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后轉(zhuǎn)矩值的比值的泵條件的線圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了具有執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明控制一般地表示為100(圖3)的泵的運(yùn)行的方法的步驟的流程圖，其特征在于基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后轉(zhuǎn)矩值的比較，調(diào)節(jié)泵100的運(yùn)行和/或向泵100的用戶發(fā)出不期望的運(yùn)行條件的警告的步驟。所述方法的步驟由圖3和圖4所示的泵100和電機(jī)103的控制器102來執(zhí)行。本發(fā)明參考泵進(jìn)行描述，但是本發(fā)明的范圍包括離心泵或者其他離心設(shè)備，例如吹風(fēng)機(jī)、攪拌器或者其他適當(dāng)?shù)碾x心設(shè)備。
步驟10輸入應(yīng)用數(shù)據(jù)在運(yùn)行中，控制器102具有輸入應(yīng)用數(shù)據(jù)模塊102a(圖4)，首先執(zhí)行步驟10用于輸入應(yīng)用數(shù)據(jù)，其中包括輸入BEP功率的缺省值(90％的電機(jī)額定功率)，BEP速度(100％的電機(jī)FL RPM)以及通常來自制造商說明的功率偏移。這些缺省值被用于計算最佳效率點(diǎn)(BEP)處的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩偏移?？商鎿Q地，可以基于制造商說明而使用與所述缺省值不同的值作為BEP功率和BEP速度。在現(xiàn)場設(shè)置期間必須基于系統(tǒng)運(yùn)行條件和泵的性能數(shù)據(jù)而設(shè)置空轉(zhuǎn)(A％)、最小流量(B％)以及過載流量(C％)的閾值，以在關(guān)斷、空轉(zhuǎn)以及過載條件之間進(jìn)行區(qū)分。在此闡述的算法計算并且顯示當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)處的計算轉(zhuǎn)矩％和修正后的BEP轉(zhuǎn)矩％的值，從而便于設(shè)置A％、B％和C％。
步驟12修正速度控制器12具有速度修正模塊102b(圖4)用于執(zhí)行步驟12以對電機(jī)103(圖3)的當(dāng)前速度的BEP轉(zhuǎn)矩(TBEP)進(jìn)行修正并且執(zhí)行功率偏移補(bǔ)償。
步驟14評估控制器102具有評估模塊102c(圖4)用于執(zhí)行步驟14以將實(shí)際(或者當(dāng)前的)轉(zhuǎn)矩與速度修正后的轉(zhuǎn)矩(TBEP(c))相比較，所述速度修正后的轉(zhuǎn)矩是作為最佳效率點(diǎn)轉(zhuǎn)矩(TBEP(c))的百分比的目標(biāo)BEP轉(zhuǎn)矩(修正后的)。
步驟16確定狀態(tài)控制器102具有狀態(tài)確定模塊102d(圖4)用于執(zhí)行步驟16以基于轉(zhuǎn)矩比較而確定泵條件，其中A％空轉(zhuǎn)條件；B％最小流量或者關(guān)斷運(yùn)行條件；以及C％過載流量條件。
這些百分比在步驟10中被用戶設(shè)置為缺省值，并且可以基于泵尺寸和/或應(yīng)用而改變或被改變。本發(fā)明的范圍并不限于用于確定泵條件的狀態(tài)的任何特定百分比或百分比。如圖所示，如果轉(zhuǎn)矩比較大于B％并且小于C％，則狀態(tài)確定模塊102d確定泵的狀態(tài)為正常，并且將控制器102返回到步驟12以進(jìn)行速度修正。
然而，如果轉(zhuǎn)矩比較小于B％或者大于C％，則狀態(tài)確定模塊102d確定泵的狀態(tài)為不正常，并且在一種情況下如果轉(zhuǎn)矩比較小于B％則將控制器進(jìn)行到步驟18以確定泵條件是否為最小流量或者空轉(zhuǎn)條件，或者在另一種情況下如果轉(zhuǎn)矩比較大于C％則將控制器102進(jìn)行到步驟20以基于過載條件控制泵100的運(yùn)行。
過載條件在過載條件的情況下，過載條件模塊102f調(diào)節(jié)泵100的操作和/或發(fā)出過載條件的警告。特別地，過載條件模塊102f例如可以通過降低泵速以滿足C％的要求而調(diào)節(jié)泵100的操作。過載條件模塊102f還可以在達(dá)到最低速度時自動復(fù)位泵100。泵電機(jī)的減速斜率是可調(diào)節(jié)的。在預(yù)定的保護(hù)延遲之后，過載條件模塊102f將執(zhí)行過載故障程序以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷。在執(zhí)行步驟20之后，一旦過載條件清除，過載條件模塊102f將控制器102返回到步驟12以修正速度。
實(shí)際上，如果實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩/修正后BEP轉(zhuǎn)矩＞C％，則確定為過載保護(hù)條件。通常的設(shè)定是＞120％的BEP轉(zhuǎn)矩。
驅(qū)動的反應(yīng)可以設(shè)定為警告用戶而不采取進(jìn)一步行動或者將速度降低到足夠低使得實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩/修正后BEP轉(zhuǎn)矩的比率＝C％。在確定過載條件之前可以設(shè)定保護(hù)延遲周期。如果過載條件清除，則向上調(diào)節(jié)速度直到達(dá)到C％或者達(dá)到原始給定值。用戶可以調(diào)節(jié)過載條件期間的減速斜率以適合于不同應(yīng)用。驅(qū)動還可以設(shè)定為一旦單元達(dá)到最低速度自動復(fù)位過載條件，以檢查系統(tǒng)瞬態(tài)條件是否清除。復(fù)位的次數(shù)和復(fù)位之間的時間間隔可以由用戶調(diào)節(jié)。一旦復(fù)位的次數(shù)耗盡，如果條件沒有清除，則單元會保持在最低速度直到用戶采取行動。
空轉(zhuǎn)或者最小流量條件控制器102具有空轉(zhuǎn)或者最小流量條件模塊102e，基于A％確定泵是否處于空轉(zhuǎn)條件或者最小流量條件。如果轉(zhuǎn)矩比較小于A％，則空轉(zhuǎn)或者最小流量條件模塊102e將控制器102進(jìn)行到步驟22以基于空轉(zhuǎn)條件控制泵100的操作。在比較中，如果轉(zhuǎn)矩比較大于A％，則空轉(zhuǎn)或者最小流量條件模塊102e將控制器102進(jìn)行到步驟24以基于最小流量條件控制泵100的操作。
空轉(zhuǎn)條件在空轉(zhuǎn)條件的情況下(如果轉(zhuǎn)矩比較小于A％)，則控制器102具有空轉(zhuǎn)條件模塊102g，在步驟22中確定泵的狀態(tài)為不正常，并且調(diào)節(jié)泵100的操作和/或發(fā)出空轉(zhuǎn)條件警告。
特別地，空轉(zhuǎn)條件模塊102g例如可以通過關(guān)斷泵而調(diào)節(jié)泵100的操作。與過載條件不同，空轉(zhuǎn)條件模塊102g不能自動復(fù)位泵100。相反的，用戶必須重新啟動泵?？辙D(zhuǎn)條件模塊102g在預(yù)定的保護(hù)延遲之后會執(zhí)行空轉(zhuǎn)故障程序以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷。在執(zhí)行步驟22完成之后，空轉(zhuǎn)條件模塊102g將控制器102進(jìn)行到步驟26以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的操作功能。
實(shí)際上，如果實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩/修正后BEP轉(zhuǎn)矩＜A％，則確定為空轉(zhuǎn)保護(hù)條件。通常的設(shè)定是40-65％的BEP轉(zhuǎn)矩，盡管本發(fā)明的范圍并不試圖限于任何特定的百分比。
控制器102的反應(yīng)可以編程為警告用戶而不采取進(jìn)一步行動或者對泵100報錯并且關(guān)斷泵100。用戶可以在確定空轉(zhuǎn)條件之前的初始設(shè)置中設(shè)定保護(hù)延遲周期。然而，控制器102不能設(shè)置為自動復(fù)位故障條件。一旦泵發(fā)生故障，它將保持關(guān)斷，直到由用戶重新啟動。
最小流量條件在比較中，在最小流量條件的情況下(如果轉(zhuǎn)矩比較大于A％)，則控制器102具有最小流量條件模塊102h，在步驟24中確定泵的狀態(tài)為不正常，并且調(diào)節(jié)泵100的操作和/或發(fā)出最小流量條件警告。
特別地，最小流量條件模塊102h例如可以通過降低到最低速度(MINSPEED)或者關(guān)斷泵而調(diào)節(jié)泵100的操作。與過載條件類似，最小流量條件模塊102h可以自動復(fù)位泵100。最小流量條件模塊102h在預(yù)定的保護(hù)延遲之后會執(zhí)行最小流量故障程序以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷。在執(zhí)行步驟24完成之后，最小流量條件模塊102h在步驟26中繼續(xù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的操作功能。
實(shí)際上，如果實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩/修正后BEP轉(zhuǎn)矩小于B％但是大于A％，則確定為最小流量保護(hù)條件。B％通常的設(shè)定是65-70％的BEP轉(zhuǎn)矩，盡管本發(fā)明的范圍并不試圖限于任何特定的百分比。
控制器102的反應(yīng)可以設(shè)定為警告用戶而不采取進(jìn)一步行動，警告用戶并且將速度降低到最低安全運(yùn)行速度(警告并且控制)，或者報錯并且關(guān)斷所述單元。在確定最小流量條件之前可以設(shè)定保護(hù)延遲周期。控制器102還可以設(shè)定為自動復(fù)位所述警告和控制條件或者報錯，以檢查系統(tǒng)瞬態(tài)條件是否清除。復(fù)位的次數(shù)和復(fù)位之間的時間間隔在初始設(shè)置中被預(yù)設(shè)為缺省值并且可以由用戶調(diào)節(jié)。一旦復(fù)位次數(shù)耗盡，如果條件沒有清除，則泵保持關(guān)斷，直到由用戶重新啟動。
圖4控制器102圖4更加詳細(xì)的示出了控制器102，包括如上所述的各個模塊102a、102b、...、102i。另外，控制器102還包括控制處理器模塊102j用于控制控制器102的操作?？刂破?02還包括輸入/輸出模塊(未示出)用于接收和發(fā)送包括控制數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，以控制泵100的操作。
在圖4中，可以使用硬件、軟件或者二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)各個模塊102a、102b、...、102i、102j。在通常的軟件實(shí)現(xiàn)中，各個模塊102a、102b、...、102i、102j中的一個或多個可以為基于微處理器的體系結(jié)構(gòu)，具有微處理器、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、輸入/輸出設(shè)備以及對它們進(jìn)行連接的控制、數(shù)據(jù)和地址總線。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠?qū)λ龌谖⑻幚砥鞯膶?shí)現(xiàn)進(jìn)行編程以執(zhí)行在此描述的功能而不需要進(jìn)行過多實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的范圍并不試圖限于各個模塊102a、102b、...、102i、102j的任何特定實(shí)現(xiàn)。
以功率偏移對實(shí)際速度條件的BEP轉(zhuǎn)矩(TBEP)的修正與上述內(nèi)容一致，以功率偏移對實(shí)際速度條件進(jìn)行BEP轉(zhuǎn)矩(TBEP)的修正。所述修正對于具有很小或者很大馬力的電機(jī)特別重要。如圖2A和2B所示，圖2A示出了0.2馬力功率偏移(5馬力電機(jī))的轉(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)的功率偏移補(bǔ)償圖，而圖2B示出了-0.9馬力功率偏移(100馬力電機(jī))的轉(zhuǎn)矩控制的泵保護(hù)的功率偏移補(bǔ)償圖。
機(jī)械功率偏移修正調(diào)節(jié)修正后的BEP轉(zhuǎn)矩，這對于在較低速運(yùn)行的較小馬力單元很重要。如圖2A所示，無機(jī)械損耗補(bǔ)償?shù)男拚蟮?計算的)BEP轉(zhuǎn)矩％和實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩％之間的偏差在低速情況下很大。這在示出了具有和不具有功率偏移補(bǔ)償(機(jī)械損耗)的計算T％的曲線中被放大。功率偏移修正有效地擴(kuò)展了可用的速度和應(yīng)用范圍。理想地，計算T％應(yīng)當(dāng)為在恒定系統(tǒng)的整個電機(jī)速度范圍上延伸的水平線。應(yīng)當(dāng)注意，如果沒有所述功率偏移補(bǔ)償，應(yīng)用的可用的速度范圍受到限制。
相反地，圖2B示出了負(fù)功率偏移(額定功率的-0.9％)的圖示，擴(kuò)展了基于轉(zhuǎn)矩的泵保護(hù)的運(yùn)行速度范圍。所述微小的負(fù)功率偏移是由于在低速情況下修正后的BEP轉(zhuǎn)矩％計算中微小的過補(bǔ)償。然而，如圖所示，這對計算T％比率(實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩/修正后BEP轉(zhuǎn)矩)有顯著影響。應(yīng)當(dāng)注意，對于先前參考圖2A描述的小馬力電機(jī)，修正為正值(+4％額定功率)，因?yàn)槊芊夂洼S承機(jī)械損耗導(dǎo)致了欠補(bǔ)償?？傊?，功率偏移可以補(bǔ)償小馬力和大馬力電機(jī)以擴(kuò)展基于轉(zhuǎn)矩的泵保護(hù)的運(yùn)行速度范圍。
在此闡述的算法基于下面的公式修正實(shí)際運(yùn)行速度的BEP轉(zhuǎn)矩。
對于33％電機(jī)FL Rpm以上的速度范圍(實(shí)際％可能隨著VFD制造商而略微變化)，使用下列等式Corr Bep T In-Lbs＝[[Act Spd/Bep Spd]2×[Tbep-Trq Offset]]+[[Act Spd/Bep Spd]×Trq Offset]對于33％電機(jī)FL Rpm以下的速度范圍(實(shí)際％可能隨著VFD制造商而略微變化)，使用下列等式Corr Bep T In-Lbs＝[[Act Spd/Bep Spd]2×[Tbep-Trq Offset]]+[Trq Offset]，其中Bep Spd＝泵速度，rpm，與BEP功率相關(guān)。缺省值＝電機(jī)滿負(fù)載速度；Bep Power＝當(dāng)前特定重力下的功率，馬力或者千瓦，缺省值＝90％的電機(jī)額定功率；Pwr Offset＝功率，馬力或者千瓦(例如密封和軸承的機(jī)械損耗)(這些參數(shù)的值在制造商說明中提供)；Tc＝當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)矩，單位為磅；Tbep In-Lbs＝[[63025×Bep Power]/Bep Spd](Bep Power單位為馬力)；Tbep In-Lbs＝[[63025×[Bep Power/0.74569]]/Bep Spd](BepPower單位為千瓦)；Trq Offset In-Lbs＝[[63025×Pwr Offset]/Bep Spd](PwrOffset單位為馬力)；Trq Offset In-Lbs＝[[63025×[Pwr Offset/0.74569]]/Bep Spd](Pwr Offset單位為千瓦)。
本發(fā)明范圍因此，本發(fā)明包括這些構(gòu)造特征、元件組合以及部件配置，這將在下面給出的結(jié)構(gòu)中示例。
由此可見，本發(fā)明有效地實(shí)現(xiàn)了上述的目標(biāo)以及從上述說明中變得明顯的目標(biāo)，并且由于可以對上述構(gòu)造做出某些改變而不背離本發(fā)明的范圍，上述說明或者附圖中示出的所有主題應(yīng)當(dāng)被理解為示例性的而并非限制性的。例如，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)包括執(zhí)行使用實(shí)際功率值和在最佳效率點(diǎn)(BEP)處的速度修正后的功率的方法。在此使用轉(zhuǎn)矩示出并且描述了本發(fā)明，因?yàn)楹芏嘁阎淖冾l驅(qū)動(VFD)系統(tǒng)建立了電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，用于提供對速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。在這樣的實(shí)施例中，可以通過這些速度和轉(zhuǎn)矩值推斷出功率。
權(quán)利要求
1.一種用于控制泵的運(yùn)行的方法，所述泵包括離心泵或者其他離心設(shè)備，其特征在于所述方法包括步驟基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后的轉(zhuǎn)矩值的比較，調(diào)節(jié)所述泵的操作和/或向所述泵的用戶發(fā)出警告表明不期望的運(yùn)行條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值為最佳效率點(diǎn)(BEP)轉(zhuǎn)矩值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值至少基于所述泵的當(dāng)前運(yùn)行速度而被補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述方法包括基于所述泵的速度變化的平方而補(bǔ)償所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述方法包括還基于機(jī)械功率偏移修正而補(bǔ)償所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述比較包括所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的比值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的所述比值與對應(yīng)于空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合的比值相比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括檢測并且在不同的不期望的運(yùn)行條件之間進(jìn)行區(qū)分的步驟，所述不期望的運(yùn)行條件包括空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合，以及通過將所述泵降低到安全運(yùn)行速度、關(guān)斷泵、在一定時間延遲之后重新啟動泵或者其某些組合來據(jù)此對所述泵進(jìn)行控制的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括設(shè)定保護(hù)延遲以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括通過控制器執(zhí)行所述方法的步驟，所述控制器為變頻驅(qū)動(VFD)或者為可編程邏輯控制器(PLC)。
11.一種泵，包括離心泵或者其他離心設(shè)備，具有用于控制所述泵的運(yùn)行的控制器，其特征在于所述控制器基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后的轉(zhuǎn)矩值的比較，調(diào)節(jié)所述泵的操作和/或向所述泵的用戶發(fā)出警告表明不期望的運(yùn)行條件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值為最佳效率點(diǎn)(BEP)轉(zhuǎn)矩值。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值至少基于所述泵的當(dāng)前運(yùn)行速度而被補(bǔ)償。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的泵，其中所述控制器基于所述泵的速度變化的平方而補(bǔ)償所述修正后的轉(zhuǎn)矩值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的泵，其中所述控制器還基于機(jī)械功率偏移修正而補(bǔ)償所述修正后的轉(zhuǎn)矩值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵，其中所述比較包括所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的比值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的泵，其中所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的所述比值與對應(yīng)于空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合的比值相比較。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵，其中所述控制器檢測并且在不同的不期望的運(yùn)行條件之間進(jìn)行區(qū)分，所述不期望的運(yùn)行條件包括空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合，以及通過將所述泵降低到安全運(yùn)行速度、關(guān)斷泵、在一定時間延遲之后重新啟動泵或者其某些組合來據(jù)此對所述泵進(jìn)行控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵，其中可以設(shè)定保護(hù)延遲以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵，其中所述控制器為變頻驅(qū)動(VFD)或者為可編程邏輯控制器(PLC)。
21.一種用于控制泵的運(yùn)行的控制器，所述泵包括離心泵或者其他離心設(shè)備，其特征在于所述控制器基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后的轉(zhuǎn)矩值的比較，調(diào)節(jié)所述泵的操作和/或向所述泵的用戶發(fā)出警告表明不期望的運(yùn)行條件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值為最佳效率點(diǎn)(BEP)轉(zhuǎn)矩值。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值至少基于所述泵的當(dāng)前運(yùn)行速度而被補(bǔ)償。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的控制器，其中所述控制器基于所述泵的速度變化的平方而補(bǔ)償所述修正后的轉(zhuǎn)矩值。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的控制器，其中所述控制器基于機(jī)械功率偏移修正而補(bǔ)償所述修正后的轉(zhuǎn)矩值。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述比較包括所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的比值。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的控制器，其中所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的所述比值與對應(yīng)于空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合的比值相比較。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器檢測并且在不同的不期望的運(yùn)行條件之間進(jìn)行區(qū)分，所述不期望的運(yùn)行條件包括空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合，以及通過將所述泵降低到安全運(yùn)行速度、關(guān)斷泵、在一定時間延遲之后重新啟動泵或者其某些組合來據(jù)此對所述泵進(jìn)行控制。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器設(shè)定保護(hù)延遲以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器為變頻驅(qū)動(VFD)或者為可編程邏輯控制器(PLC)。
31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器包括輸入應(yīng)用數(shù)據(jù)模塊，用于接收最佳效率點(diǎn)速度和功率的缺省值，以及功率偏移的缺省值，并且用于計算最佳效率點(diǎn)處的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩偏移。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器包括速度修正模塊，用于確定當(dāng)前電機(jī)速度的最佳效率點(diǎn)轉(zhuǎn)矩(TBEP)的修正。
33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器包括評估模塊，用于將所述實(shí)際(或者當(dāng)前的)轉(zhuǎn)矩與所述修正后的轉(zhuǎn)矩相比較。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的控制器，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值是作為最佳效率點(diǎn)轉(zhuǎn)矩(TBEP(c))的百分比的目標(biāo)BEP轉(zhuǎn)矩(修正后的)。
35.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器包括狀態(tài)確定模塊，用于基于所述比較而確定不期望的運(yùn)行條件，所述不期望的運(yùn)行條件包括空轉(zhuǎn)條件、最小流量或者關(guān)斷操作條件、過載流量條件或者其某些組合。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的控制器，其中如果所述比較大于第二百分比(B％)并且小于第三百分比(C％)，則所述狀態(tài)確定模塊確定所述泵的狀態(tài)為正常，并且將所述控制器返回到速度修正的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的控制器，其中如果所述比較小于第二百分比(B％)或者大于第三百分比(C％)，則所述狀態(tài)確定模塊確定泵條件的狀態(tài)為不正常，然后，或者在一種情況下如果所述比較小于B％，則將所述控制器進(jìn)行到確定所述泵條件是否為最小流量或者空轉(zhuǎn)條件的步驟，或者在另一種情況下如果所述比較大于C％，則將所述控制器進(jìn)行到基于過載條件控制所述泵的運(yùn)行的步驟。
38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器包括過載條件模塊，用于調(diào)節(jié)所述泵的操作和/或用于發(fā)出所述過載條件的警告。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的控制器，其中所述過載條件模塊例如通過降低所述泵的速度以滿足C％的要求而調(diào)節(jié)所述泵的操作，一旦達(dá)到最低速度自動復(fù)位所述泵，在預(yù)定的保護(hù)延遲之后執(zhí)行過載故障程序以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷或者其某些組合；以及然后在完成之后，將所述控制器返回到修正速度的步驟。
40.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述控制器包括空轉(zhuǎn)條件模塊，如果所述比較小于第一百分比(A％)，則確定所述泵的狀態(tài)為不正常并且處于空轉(zhuǎn)條件，并且調(diào)節(jié)所述泵的操作和/或發(fā)出警告表明所述空轉(zhuǎn)條件。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的控制器，其中所述空轉(zhuǎn)條件模塊例如通過關(guān)斷所述泵而調(diào)節(jié)所述泵的操作。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的控制器，其中所述空轉(zhuǎn)條件模塊在預(yù)定的保護(hù)延遲之后，執(zhí)行空轉(zhuǎn)故障程序以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的控制器，其中所述空轉(zhuǎn)條件模塊在完成后將所述控制器進(jìn)行到執(zhí)行所述泵的標(biāo)準(zhǔn)操作功能的步驟。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的控制器，其中所述控制器具有最小流量條件模塊，如果所述比較大于第一百分比(A％)，則所述最小流量條件模塊確定所述泵的狀態(tài)為不正常并且處于最小流量條件。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的控制器，其中所述最小流量條件模塊調(diào)節(jié)所述泵的操作和/或發(fā)出所述最小流量條件警告。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的控制器，其中所述最小流量條件模塊例如通過降低到最低速度(MINSPEED)或者關(guān)斷所述泵而調(diào)節(jié)所述泵的操作，在預(yù)定的時間周期之后自動復(fù)位所述泵，在預(yù)定的保護(hù)延遲之后執(zhí)行最小流量故障子程序以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷或者其某些組合。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的控制器，其中所述最小流量條件模塊在完成后將所述控制器進(jìn)行到執(zhí)行所述泵的標(biāo)準(zhǔn)操作功能的步驟。
48.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述其他離心設(shè)備包括吹風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)或者其他適當(dāng)?shù)碾x心設(shè)備。
49.根據(jù)權(quán)利要求11所述的泵，其中所述其他離心設(shè)備包括吹風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)或者其他適當(dāng)?shù)碾x心設(shè)備。
50.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中所述其他離心設(shè)備包括吹風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)或者其他適當(dāng)?shù)碾x心設(shè)備。
51.一種泵，包括離心泵或者其他離心設(shè)備，具有用于控制所述泵的運(yùn)行的控制器，其特征在于所述控制器基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后的轉(zhuǎn)矩值的比較，調(diào)節(jié)所述泵的操作和/或向所述泵的用戶發(fā)出警告表明不期望的運(yùn)行條件；并且基于機(jī)械功率偏移修正對所述修正后的轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行補(bǔ)償。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值為最佳效率點(diǎn)(BEP)轉(zhuǎn)矩值。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中所述修正后的轉(zhuǎn)矩值至少基于所述泵的當(dāng)前運(yùn)行速度而被補(bǔ)償。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的泵，其中所述控制器基于所述泵的速度變化的平方而補(bǔ)償所述修正后的轉(zhuǎn)矩值。
55.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中所述比較包括所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的比值。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的泵，其中所述實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與所述修正后的轉(zhuǎn)矩值的所述比值與對應(yīng)于空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合的比值相比較。
57.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中所述控制器檢測并且在不同的不期望的運(yùn)行條件之間進(jìn)行區(qū)分，所述不期望的運(yùn)行條件包括空轉(zhuǎn)條件、最小流量條件、過載條件或者其某些組合，以及通過將所述泵降低到安全運(yùn)行速度、關(guān)斷泵、在一定時間延遲之后重新啟動泵或者其某些組合對所述泵進(jìn)行控制。
58.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中可以設(shè)定保護(hù)延遲以避免系統(tǒng)瞬態(tài)導(dǎo)致的異常切斷。
59.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中所述控制器為變頻驅(qū)動(VFD)或者為可編程邏輯控制器(PLC)。
60.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中所述機(jī)械功率偏移修正為負(fù)的機(jī)械功率偏移修正。
61.根據(jù)權(quán)利要求51所述的泵，其中所述機(jī)械功率偏移修正為正的機(jī)械功率偏移修正。
全文摘要
提供了一種方法和設(shè)備用于控制離心泵的運(yùn)行，其特征在于基于實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后的轉(zhuǎn)矩值的比較而調(diào)節(jié)泵的操作，或者向泵的用戶發(fā)出警告表明不期望的運(yùn)行條件。所述修正后的轉(zhuǎn)矩值包括最佳效率點(diǎn)(BEP)轉(zhuǎn)矩值，該轉(zhuǎn)矩值至少基于泵的當(dāng)前運(yùn)行速度而被補(bǔ)償。所述泵具有控制器，用于執(zhí)行所述方法的步驟，所述控制器可以基于泵的速度變化的平方和基于機(jī)械功率偏移修正，而補(bǔ)償修正后的轉(zhuǎn)矩值。所述比較包括實(shí)際轉(zhuǎn)矩值與修正后的轉(zhuǎn)矩值的比值。
文檔編號F04B49/06GK1977115SQ200580015095
公開日2007年6月6日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者安東尼·E·斯特瓦萊, 尼古拉斯·W·甘宗, 丹尼爾·J·克南 申請人:Itt制造企業(yè)公司