專(zhuān)利名稱(chēng)：用于檢測(cè)泵的汽蝕的方法和系統(tǒng)以及頻率轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)泵的汽蝕的方法和系統(tǒng)，尤其涉及一種方法和系統(tǒng)，利用這
種方法和系統(tǒng)可以在不進(jìn)行附加測(cè)量的情況下檢測(cè)用頻率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制的泵的汽蝕。
背景技術(shù)：
與泵有關(guān)的已知問(wèn)題是它們發(fā)生汽蝕的趨向。汽蝕是指這樣的情形在這種情形 中，泵的吸入壓下降到要進(jìn)行泵浦的液體開(kāi)始汽化的值之下，即下降到液體的蒸汽壓之下。 該現(xiàn)象產(chǎn)生氣泡，這些氣泡一旦進(jìn)入泵中較高壓強(qiáng)的區(qū)域就會(huì)發(fā)生突然的潰滅。從氣相回 到液相的突然變化引起突然的壓強(qiáng)變化，這引起聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲，并且可能損壞泵的機(jī)械部 件。 對(duì)汽蝕或汽蝕可能性的檢測(cè)是與泵浦過(guò)程相關(guān)的重要方面。如果能夠檢測(cè)到汽蝕 或汽蝕的風(fēng)險(xiǎn)，那么就會(huì)大大減小泵的機(jī)械磨損，并且可以在較大的工作區(qū)內(nèi)對(duì)泵進(jìn)行安 全地操作。 泵(諸如離心泵)經(jīng)常利用具有頻率轉(zhuǎn)換器的變速驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行控制，所述頻率 轉(zhuǎn)換器向馬達(dá)提供受控電壓。所述馬達(dá)的軸被連接到泵，從而為泵的運(yùn)轉(zhuǎn)提供機(jī)械功率。
檢測(cè)汽蝕的已知出版物包括美國(guó)專(zhuān)利6，757，665，其中提出利用獨(dú)立的電流變 換器來(lái)觀(guān)察使泵轉(zhuǎn)動(dòng)的馬達(dá)的定子電流的頻譜。該方法基于這樣的測(cè)量的值對(duì)這些值，泵 接近汽蝕或正發(fā)生汽蝕時(shí)出現(xiàn)一些已知特征。該方法沒(méi)有考慮工作點(diǎn)或泵浦過(guò)程本身。
用于檢測(cè)汽蝕的另一種方法是基于模型的方案。在這種方法中，從馬達(dá)和泵的電 學(xué)或機(jī)械參數(shù)開(kāi)始，為所述系統(tǒng)形成系統(tǒng)模型。模型的輸入為例如馬達(dá)電流、電壓和頻率。 如在美國(guó)專(zhuān)利6，918，307中所提出的，所述泵模型對(duì)所產(chǎn)生的體積流率(volumetric flow rate)和它所能傳送的壓頭(head)進(jìn)行估計(jì)。如果同時(shí)測(cè)量體積流率和壓力差(壓頭)， 則可以為這兩個(gè)量確定誤差變量?；谒稣`差變量，能夠確定泵行為中的異常，并且能夠 診斷可能的故障。該方法的缺點(diǎn)是有附加測(cè)量，用來(lái)產(chǎn)生所述誤差變量。該測(cè)量要求有附 加變換器(transducer)，這就因安裝、維護(hù)和布線(xiàn)的成本而產(chǎn)生進(jìn)一步的花費(fèi)。所述變換器 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性來(lái)說(shuō)也是潛在的危險(xiǎn)，因?yàn)樵撟儞Q器是機(jī)械部件，會(huì)在可能較苛刻 的狀態(tài)下工作。 一個(gè)變換器的故障會(huì)使得不可能檢測(cè)到汽蝕。此外，該變換器難以更換，可 能會(huì)導(dǎo)致泵浦過(guò)程中的較長(zhǎng)的停工。 美國(guó)專(zhuān)利6， 663， 349公開(kāi)了一種用于檢測(cè)泵的汽蝕或汽蝕可能性的方法。在這種 方法中，根據(jù)從傳感器獲得的值來(lái)確定所需凈正吸上壓頭(NPSHK， net positive suction head required)禾口有效凈正吸上壓頭(NPSHA， net positive suction head available)。 比較所述所需凈正吸上壓頭和有效凈正吸上壓頭，并基于該比較來(lái)確定汽蝕的可能性。與 該方法有關(guān)的問(wèn)題也是要求有附加的測(cè)量傳感器或變換器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和用于實(shí)現(xiàn)所述方法以便解決上述問(wèn)題的系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過(guò)以獨(dú)立權(quán)利要求中的聲明為特征的方法和系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)。 本發(fā)明基于這樣的思想即基于從驅(qū)動(dòng)泵的頻率轉(zhuǎn)換器直接獲得的估計(jì)值來(lái)形成 一個(gè)或多個(gè)指標(biāo)，這些指標(biāo)涉及泵中泵汽蝕或倒流的可能性。具體說(shuō)，這些指標(biāo)由馬達(dá)所產(chǎn) 生的估計(jì)扭矩和馬達(dá)估計(jì)轉(zhuǎn)速形成。汽蝕的檢測(cè)也要求有一些與泵浦過(guò)程和所使用的泵相 關(guān)的參數(shù)。
本發(fā)明的方法和設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是在不需要任何附加測(cè)量的情況下，能夠可靠地檢 測(cè)汽蝕、接近汽蝕或倒流情形。因此，本發(fā)明消除了對(duì)測(cè)量過(guò)程變量的傳感器的需求。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，同時(shí)使用多個(gè)指標(biāo)來(lái)執(zhí)行汽蝕或汽蝕可能性的檢測(cè)， 這些指標(biāo)均基于來(lái)自頻率轉(zhuǎn)換器的估計(jì)值。多于一個(gè)指標(biāo)的使用使得所述檢測(cè)更可靠，而 基本上不會(huì)有任何額外的成本。 本發(fā)明也涉及一種頻率轉(zhuǎn)換器，它用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明所述的方法。


下面將參考附圖通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例來(lái)更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中，
圖1示出頻率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)的泵系統(tǒng)；
圖2是本發(fā)明的框圖； 圖3a和圖3b是與確定泵的工作點(diǎn)有關(guān)的曲線(xiàn)圖；
圖4和5示出與本發(fā)明有關(guān)的測(cè)量結(jié)果；
圖6示出與過(guò)程變量相關(guān)的泵； 圖7示出扭矩和轉(zhuǎn)速估計(jì)的AC RMS水平與體積流的函數(shù)關(guān)系；以及
圖8示出所測(cè)量的和所估計(jì)的壓力比與體積流的函數(shù)關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
圖1示出由頻率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)的泵的基本結(jié)構(gòu)。頻率轉(zhuǎn)換器2經(jīng)由三相線(xiàn)纜連接到 供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(supplying network) 1。頻率轉(zhuǎn)換器還被連接到馬達(dá)3，而馬達(dá)3轉(zhuǎn)而機(jī)械連接 到泵4。頻率轉(zhuǎn)換器以期望的方式控制馬達(dá)和泵的轉(zhuǎn)動(dòng)。頻率轉(zhuǎn)換器還經(jīng)由接口 5連接到 自動(dòng)化系統(tǒng)。自動(dòng)化系統(tǒng)可以是更高級(jí)別的控制器，控制泵所關(guān)聯(lián)的過(guò)程。因此，自動(dòng)化接 口給出泵的操作指令，由頻率轉(zhuǎn)換器設(shè)法實(shí)現(xiàn)泵的操作。在圖1中，省略了對(duì)系統(tǒng)的所有測(cè) 量，以無(wú)傳感器的方式對(duì)馬達(dá)以及泵浦過(guò)程進(jìn)行控制。 圖2是呈現(xiàn)本發(fā)明中執(zhí)行的過(guò)程的框圖。在本發(fā)明中，頻率轉(zhuǎn)換器提供扭矩估計(jì) Trat和轉(zhuǎn)速估計(jì)nest。現(xiàn)代的頻率轉(zhuǎn)換器配備有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)使用電馬達(dá)模型。 在其它值之中，這些馬達(dá)模型使用并產(chǎn)生估計(jì)產(chǎn)生的馬達(dá)扭矩和轉(zhuǎn)速。 一些控制方案也將 扭矩作為參考值，使得能夠進(jìn)行直接的扭矩控制。 根據(jù)本發(fā)明，對(duì)泵進(jìn)行控制的頻率轉(zhuǎn)換器提供馬達(dá)的扭矩估計(jì)Lst和轉(zhuǎn)速估計(jì) rid。由于馬達(dá)機(jī)械地連接到泵，因此所述估計(jì)也描述泵操作。如上所述，這些值在頻率轉(zhuǎn) 換器的控制系統(tǒng)中是隨時(shí)可用的。 此外，在本方法中，根據(jù)所提供的估計(jì)形成一個(gè)或多個(gè)特征，這些特征指示泵的汽 蝕或汽蝕的可能性和/或泵的倒流(reverse flow)。下面將詳細(xì)說(shuō)明從所述估計(jì)可以獲得的特征。 當(dāng)形成了一個(gè)或多個(gè)指示特征時(shí)，檢測(cè)用頻率轉(zhuǎn)換器控制的泵的汽蝕或汽蝕可能性。在檢測(cè)汽蝕或不檢測(cè)汽蝕的情況下也可以檢測(cè)倒流。在圖2的判定框21中執(zhí)行檢測(cè)。判定框21接收基于估計(jì)的扭矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算出的一個(gè)或多個(gè)特征作為輸入。在圖2中，所輸入的特征的數(shù)目為4。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)將所述扭矩估計(jì)的交變分量(AC)的RMS值與所述扭矩估計(jì)的交變分量的標(biāo)稱(chēng)RMS值進(jìn)行比較來(lái)形成指示汽蝕或汽蝕可能性和/或倒流的特征。圖2示出該指示特征，作為特征1。該特征的計(jì)算始于在框22中對(duì)估計(jì)的扭矩Lst進(jìn)行帶通濾波。所述帶通濾波器的通帶為例如從0至ljlOHz，如圖2所示。因此，帶通濾波后的值T^包括所述估計(jì)的低頻交變分量?jī)?nèi)容，但不包括DC分量。所述AC分量Ta。被進(jìn)一步給送到框23，框23計(jì)算AC分量的有效值或RMS值Tae,fflS。 估計(jì)的扭矩的AC分量可以按下面所述來(lái)計(jì)算。同時(shí)，也對(duì)DC分量進(jìn)行計(jì)算，其在所述方法中的使用將在下面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。通過(guò)例如具有極低截止頻率的高通濾波器可以從x(x為任何變量(諸如扭矩)的一般表示)的樣本數(shù)據(jù)中去除DC分量?？蛇x擇地，可以根據(jù)樣本數(shù)據(jù)[x。. . . xn—J計(jì)算平均值，該值對(duì)應(yīng)著取樣時(shí)的DC分量值
畫(huà)n-i
然后得到變量X的AC分量
Xac — [X0. Xn—丄]_Xdc， est
所述AC分量的有效值或RMS值可以用RMS值(方均根)的一般公式來(lái)計(jì)算 —旦計(jì)算出AC分量的RMS值，將其與所述AC分量的RMS值的標(biāo)稱(chēng)值Tae,N相比較?？梢栽谑褂帽景l(fā)明之前檢測(cè)并存儲(chǔ)AC分量的RMS的標(biāo)稱(chēng)或典型值，或者，可以在泵肯定工作在標(biāo)稱(chēng)工作點(diǎn)的情況下使用本方法期間檢測(cè)并存儲(chǔ)所述AC分量的RMS的標(biāo)稱(chēng)或典型值。
在圖2的框24中執(zhí)行標(biāo)稱(chēng)RMS值和計(jì)算出的RMS值之間的比較，所述比較以所測(cè)RMS值和標(biāo)稱(chēng)RMS值之比的形式表示。圖4示出測(cè)量結(jié)果，指示了該計(jì)算出的比隨著有效凈正吸上壓頭與所需凈正吸上壓頭之比(NPSHA/NPSHK)的變化，其中，在本說(shuō)明書(shū)中NPSH/NPSH^被稱(chēng)作壓比(pressure ratio)。 為了避免汽蝕，所述壓比應(yīng)該至少大于1，因?yàn)镹PS&表示這種情形其中由泵產(chǎn)生的壓頭下降了 3%。如圖4所示，當(dāng)所述壓比下降時(shí)，比率Ta。,，/X。,w開(kāi)始指數(shù)式增長(zhǎng)。利用傳感器來(lái)測(cè)量所測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)和所述壓比，以示出本方法對(duì)指示汽蝕的可用性。使用不同的體積流來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖4中的圖例所示。在圖4中也畫(huà)出了指數(shù)擬合曲線(xiàn)。
當(dāng)泵接近汽蝕時(shí)，比率Tad/X,w增力口，這是因?yàn)楫?dāng)汽蝕開(kāi)始或者倒流發(fā)生時(shí)，泵的工作狀態(tài)變得不連續(xù)。這一點(diǎn)可以從泵的軸中看到，扭矩波紋(AC分量)增加了。換言之，泵所需要的功率發(fā)生振蕩。結(jié)果是，與標(biāo)稱(chēng)情況相比，低頻AC分量的RMS值增加。因此，可以基于圖2所示的特征1來(lái)確定汽蝕或倒流。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)將轉(zhuǎn)速估計(jì)的交變分量的RMS值與轉(zhuǎn)速估計(jì)的交變分量的標(biāo)稱(chēng)值進(jìn)行比較形成指示特征。所述轉(zhuǎn)速估計(jì)可以像所述扭矩估計(jì)那樣用來(lái)以相似的方式估計(jì)汽蝕或倒流。參考圖2，估計(jì)速度r^t被給送到帶通濾波器25。估計(jì)的AC
分量nae被進(jìn)一步給送到RMS框26，該框計(jì)算所述交變分量的RMS值nae,KMS。在框27中，將
所述交變分量的RMS值或有效值與轉(zhuǎn)速的AC分量的標(biāo)稱(chēng)RMS值nae,N進(jìn)行比較。該比較結(jié)
果在圖2被表示為特征2，該特征可以用來(lái)檢測(cè)泵的汽蝕或泵中的倒流。 從圖2可以看到，對(duì)估計(jì)的轉(zhuǎn)速和估計(jì)的扭矩進(jìn)行相似的處理。如上所述，當(dāng)泵的
工作不正常時(shí)，扭矩波動(dòng)。相似地，所述轉(zhuǎn)速波動(dòng)或振蕩，這可以表現(xiàn)為交變分量的RMS值更高。 對(duì)于估計(jì)扭矩和估計(jì)速度來(lái)說(shuō)，用于獲得指示不正常泵工作的數(shù)學(xué)計(jì)算是相似的，所以省略了針對(duì)估計(jì)速度的計(jì)算。 確定了扭矩和轉(zhuǎn)速的交變分量的兩個(gè)標(biāo)稱(chēng)值的標(biāo)稱(chēng)工作點(diǎn)可以是例如這種情形其中，所述壓比在1. 5以上。在壓比在1. 5以上的工作點(diǎn)中，AC分量比起接近汽蝕情形或倒流情形中的AC分量小得多。必須確定所述標(biāo)稱(chēng)值，因?yàn)镽MS水平很大程度上取決于應(yīng)用，因此，每個(gè)泵以及每個(gè)安裝都有其自己的特點(diǎn)，所測(cè)的RMS值比較起來(lái)沒(méi)有任何絕對(duì)限制。
圖5示出估計(jì)的轉(zhuǎn)速的交變分量的RMS值與轉(zhuǎn)速的交變分量的標(biāo)稱(chēng)值之間的比率隨壓比變化的測(cè)量結(jié)果。所述測(cè)量結(jié)果與圖4中的結(jié)果來(lái)自同一個(gè)泵。如圖5所示，隨著所述壓比接近1，所計(jì)算的比率增加。這意味著，當(dāng)泵接近汽蝕情形或倒流情形時(shí)，轉(zhuǎn)速就開(kāi)始振蕩。因此，如圖2所示的特征2可以用來(lái)檢測(cè)汽蝕或汽蝕可能性。
圖7示出扭矩估計(jì)和轉(zhuǎn)速估計(jì)兩者的AC RMS水平隨體積流變化的測(cè)量結(jié)果。圖7也具有豎線(xiàn)，示出泵的制造商所推薦的最小體積流，以及曲線(xiàn)，示出泵的效率隨體積流的變化。在產(chǎn)生了圖7的測(cè)試中，通過(guò)位于壓力端的閥來(lái)減小泵的流，從而將過(guò)程導(dǎo)向倒流情形?？梢?jiàn)，隨著體積流減小到最小流，所述估計(jì)的AC水平開(kāi)始增加。同時(shí)，泵的效率也降低。從圖7可以看到，所產(chǎn)生的估計(jì)的AC水平能夠?qū)λ靡后w的倒流所產(chǎn)生的汽蝕給出清楚的指示。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)利用泵模型根據(jù)扭矩估計(jì)和轉(zhuǎn)速估計(jì)的直流分量計(jì)算泵中的估計(jì)體積流來(lái)形成指示特征。在計(jì)算出估計(jì)體積流之后，將其與最小可允許體積流進(jìn)行比較。該比較的結(jié)果被用作指示特征，用于檢測(cè)所泵介質(zhì)的汽蝕或倒流的可能性。特別是，該比較用于確定倒流的可能性。 在圖2中，與最小流相關(guān)的特征被標(biāo)記為特征4。在框28和29中對(duì)由頻率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的扭矩估計(jì)Trat和轉(zhuǎn)速估計(jì)r^st進(jìn)行低通濾波以獲得所述扭矩估計(jì)的直流分量Td。,^和轉(zhuǎn)速估計(jì)的直流分量nd。^t。因此，所述直流分量(DC)是指低通濾波后的值，即是指扭矩估計(jì)和轉(zhuǎn)速估計(jì)所具有的水平。可選擇地，所述估計(jì)的DC值可以通過(guò)確定其平均值來(lái)計(jì)算。 在計(jì)算出所述估計(jì)值的DC值之后，將所述DC值Td^st和nd。_t給送到包含泵模型的框30，所述泵模型根據(jù)輸入的估計(jì)來(lái)計(jì)算估計(jì)體積流Qest。所述泵模型合并可以存儲(chǔ)與泵相關(guān)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)之類(lèi)。所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括泵的Q-P圖或從所述圖中選出的數(shù)據(jù)點(diǎn)。Q-P圖的例子示于圖3b中，其中，對(duì)于泵的不同直徑畫(huà)出了泵的功率(P)與體積流(Q)。 一旦傳送給泵的功率已知，則泵模型中包括的曲線(xiàn)圖能夠估計(jì)體積流。 利用下述公式根據(jù)轉(zhuǎn)速和扭矩的估計(jì)DC水平來(lái)計(jì)算傳送給泵的估計(jì)功率Pd_st :
7
<formula>formula see original document page 8</formula> 由于Q-P圖通常只對(duì)一個(gè)轉(zhuǎn)速是已知的，所以，必須使用相似定律(affinitylaws)對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以與當(dāng)前轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)
<formula>formula see original document page 8</formula> 戶(hù);其中，下標(biāo)n。m是指所給出的圖所對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)速度?？蛇x擇地，可以將相似定律運(yùn)
用到由泵消耗的功率pd_st，從而減少數(shù)學(xué)計(jì)算的數(shù)目。 當(dāng)估計(jì)體積流(Lt與由泵的制造商提供的并且存儲(chǔ)在泵模型中的最小可允許體積
流Qmin比較時(shí)，可以容易地確定泵是否工作在其標(biāo)稱(chēng)工作區(qū)內(nèi)。最小可允許流Qmin依賴(lài)于泵的轉(zhuǎn)速。所以，在進(jìn)行比較時(shí)應(yīng)該使用相似定律來(lái)計(jì)算最小可允許體積流以考慮工作速度。
如果體積流在標(biāo)稱(chēng)體積流的30-70%以下，則一般會(huì)發(fā)生倒流。倒流導(dǎo)致與汽蝕相似的壓強(qiáng)
突然變化以及流的不連續(xù)性。因此，估計(jì)體積流可以用作指示泵中汽蝕或倒流情形的可能性的特征。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，根據(jù)所需凈正吸上壓頭(NPSH》和有效凈正吸上壓頭(NPSHA)的比較形成指示汽蝕或倒流情形的可能性的另一個(gè)特征，其中，基于估計(jì)扭矩、估計(jì)轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)參數(shù)來(lái)計(jì)算所述所需凈正吸上壓頭和有效凈正吸上壓頭。它們之間的比被稱(chēng)作壓比。
如圖2所示，在框31中基于估計(jì)體積流Qest來(lái)執(zhí)行壓比的計(jì)算，用于確定估計(jì)體積流的過(guò)程如上所述。當(dāng)確定了估計(jì)體積流時(shí)，可以從為所考慮的泵提供的曲線(xiàn)圖上讀取NPSHK。在圖3a中示出這種曲線(xiàn)圖，其中，畫(huà)出了 NPSHK隨體積流的變化(Q_NPSHK曲線(xiàn))。如圖3b，提供了針對(duì)不同泵尺寸的曲線(xiàn)。 由于只為標(biāo)稱(chēng)轉(zhuǎn)速提供了所述曲線(xiàn)，所以，必須再次使用相似定律以獲得所考慮的轉(zhuǎn)速的NPSHK : <formula>formula see original document page 8</formula>
在與其它相似變換相比時(shí)，由泵要求的吸上壓頭(suction head)具有最小值，并且利用相似變換獲得的值不能低于最小值。如果由泵產(chǎn)生的體積流如此低，以至于沒(méi)有出現(xiàn)在制造商的Q-NPSH^曲線(xiàn)上，則必須考慮該情形是這種情形其中所述估計(jì)的AC水平可能由于由倒流形成的汽蝕的原因而增加了。相應(yīng)地，如果由泵產(chǎn)生的體積流是如此之高，以至于它沒(méi)有出現(xiàn)在制造商的Q_NPSHK曲線(xiàn)上，則可能出現(xiàn)汽蝕，使所述估計(jì)的AC水平增加。
為了計(jì)算所述壓比，要確定有效凈正吸上壓頭?？梢允褂孟率絹?lái)估計(jì)NPSHA : P(r側(cè)p)g 2g 其中，Hs為泵的吸上壓頭，p。為環(huán)境壓強(qiáng)，pv為所泵浦的液體的蒸發(fā)壓，Pf為吸入端壓強(qiáng)損失的估計(jì)，v。為容器頂部的流率，g為萬(wàn)有引力常數(shù)。Temp為流體溫度，而P為流體密度。
圖6示出泵61和具有要泵浦液體的容器62，所述液體的液面在距泵61為Hs的高度處。可以將由上述方程所需要的所有數(shù)據(jù)都提供給泵模型。所述數(shù)據(jù)也應(yīng)該給定可能的變化范圍。由于所述方程要求的數(shù)據(jù)不能非常精確，所以，NPS&可以用下式來(lái)進(jìn)行可靠的估計(jì) 鵬& = & + "o一^一 & 其中，常數(shù)k表示吸入端的流阻，變量按最壞情形來(lái)給出。所以為了計(jì)算壓比，需要 參來(lái)自頻率轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)速和扭矩的估計(jì)r^t、T^
參表示所考慮泵的操作和壓強(qiáng)要求的曲線(xiàn)(Q-P和Q-NPSH》
參用于確定蒸發(fā)壓Pv和密度P的被泵浦流體的特性
參泵的吸上壓頭Hs 參液體處于加壓容器內(nèi)時(shí)的環(huán)境壓強(qiáng)p。
參吸入端的流動(dòng)損失的估計(jì)k 在所列的參數(shù)中，靜壓頭Hs是最重要的一個(gè)。 —旦計(jì)算出所述壓比，就可以用其作為特征來(lái)指示被泵浦的液體的汽蝕可能性、汽蝕或倒流。如上所述，所述壓比應(yīng)該至少在1以上。然而，需要的壓比取決于所使用的泵。需要的壓比可以基于泵的工作原理(徑流式或軸流式)或者反映泵的類(lèi)型的稱(chēng)作抽吸比速(suction specific speed)的變量Nss來(lái)確定，其中所述抽吸比速定義為
W'、厄 JV =-- 其中，N、Q分別為泵特性的最佳效率點(diǎn)處的泵的轉(zhuǎn)速[min—"和體積流[m3/h]。如果泵的標(biāo)稱(chēng)吸入速度較小(通常為徑流式泵)，則可以使用1.5的壓比。與抽吸比速相關(guān)(通常是軸流式泵)，所述壓比的值可以高達(dá)4，這意味著，有效吸上壓頭必須至少是所需吸上壓頭的4倍。 一旦知道泵的類(lèi)型，估計(jì)壓比就對(duì)泵浦過(guò)程的工作點(diǎn)給出清楚的指示。在圖2中該估計(jì)壓比被示為特征3。 圖8示出測(cè)量和估計(jì)的壓比與體積流的函數(shù)關(guān)系?？梢钥吹?，盡管在體積流估計(jì)中存在誤差，但是壓比的估計(jì)值與其測(cè)量值是相對(duì)應(yīng)的。 在圖2中，四個(gè)指示特征被給送到判定框21。然而，所述判定框可以接收任何數(shù)目的指示特征，包括一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或所示的四個(gè)特征?？?1包括一組規(guī)則、模糊邏輯或用于做出決定并將其輸出的相似手段。所述判定可以具有數(shù)字的形式，該數(shù)字指示液體的汽蝕或倒流的可能性或嚴(yán)重性。例如，框21的輸出33可以是從1到10的整數(shù)，其中輸出中的1描述操作在標(biāo)稱(chēng)工作區(qū)內(nèi)，即，輸入到判定框的所有特征提供在標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)中工作的指示。當(dāng)一些指示開(kāi)始顯示汽蝕或汽蝕可能性有小的跡象時(shí)，框21的輸出33開(kāi)始增長(zhǎng)，當(dāng)所有的指示示出有汽蝕或倒流的跡象時(shí)，框21輸出10。 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很清楚，所述判定框可以以不同的方式工作?？梢詫⑺雠卸虻妮敵?3引導(dǎo)到上部控制系統(tǒng)以進(jìn)行進(jìn)一步的操作，包括例如改變工作狀態(tài)或發(fā)出警報(bào)。參考圖l，可以經(jīng)由接口 5將所述判定框的輸出33引導(dǎo)到上部控制系統(tǒng)。
判定框21、泵模型30和所存儲(chǔ)的用于操作的參數(shù)優(yōu)選在對(duì)泵進(jìn)行控制的頻率轉(zhuǎn)
9換器中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明的方法優(yōu)選是例如通過(guò)軟件完全在頻率轉(zhuǎn)換器中執(zhí)行。所要求的計(jì)算和所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也可以放在所述上部控制系統(tǒng)中，由此所述頻率轉(zhuǎn)換器只向上部控制系統(tǒng)提供估計(jì)轉(zhuǎn)速和扭矩，可能還有泵的壓頭和流率。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很明顯，當(dāng)技術(shù)進(jìn)步時(shí)，本發(fā)明概念可以用各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上述例子，可以在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)有所改變。
權(quán)利要求
一種基于利用頻率轉(zhuǎn)換器控制的泵的方法，其特征在于，所述方法包括步驟利用頻率轉(zhuǎn)換器(2)控制所述泵(4)，所述頻率轉(zhuǎn)換器(2)給送被連接以驅(qū)動(dòng)所述泵的馬達(dá)(3)，從所述頻率轉(zhuǎn)換器提供所述馬達(dá)的扭矩估計(jì)(Test)和/或轉(zhuǎn)速估計(jì)(nest)，使用所提供的估計(jì)(Test、nest)形成指示所述泵(4)的汽蝕或汽蝕可能性和/或所述泵(4)的倒流的一個(gè)或多個(gè)特征(特征1、特征2、特征3、特征4)，以及從所形成的一個(gè)或多個(gè)特征(特征1、特征2、特征3、特征4)檢測(cè)所述泵的汽蝕或汽蝕可能性和/或所述泵的倒流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)將所述扭矩估計(jì)的交變分量的RMS值 (Ta"KMS)與所述扭矩估計(jì)的交變分量的標(biāo)稱(chēng)RMS值(Ta。,N)進(jìn)行比較來(lái)形成指示特征(特征1) 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)將所述轉(zhuǎn)速估計(jì)的交變分量的RMS值 (na"KMS)與所述轉(zhuǎn)速估計(jì)的交變分量的標(biāo)稱(chēng)RMS值(na。,N)進(jìn)行比較來(lái)形成指示特征(特征2) 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，通過(guò)下述步驟形成指示特征(特征4): 使用泵模型根據(jù)所述扭矩估計(jì)的直流分量(Td。_t)和所述轉(zhuǎn)速估計(jì)的直流分量(nd。,J來(lái)計(jì)算估計(jì)體積流(Qrat)，以及將所述估計(jì)體積流(Qrat)與轉(zhuǎn)換到當(dāng)前轉(zhuǎn)速的可允許最小體積流(Qmin)進(jìn)行比較。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，通過(guò)下述步驟形成指示特征(特征3): 使用泵模型根據(jù)所述扭矩估計(jì)的直流分量(Td^st)和所述轉(zhuǎn)速估計(jì)值的直流分量(nd。,est)來(lái)計(jì)算所需凈正吸上壓頭(NPSHK)，根據(jù)所述系統(tǒng)參數(shù)來(lái)計(jì)算有效凈正吸上壓頭(NPSHA)，以及 將有效凈正吸上壓頭(NPSHA)與所需凈正吸上壓頭(NPSHK)進(jìn)行比較。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述扭矩估計(jì)的交變分量的 RMS值(Tae,KMS)和所述轉(zhuǎn)速估計(jì)的交變分量的RMS值(nae,fflS)的計(jì)算包括步驟從所述估計(jì)中分離出低頻交變分量，以獲得分離的交變分量值(Ta。、na。)， 根據(jù)所述分離的交變分量值計(jì)算RMS值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述扭矩和轉(zhuǎn)速估計(jì)的直流 分量通過(guò)低通濾波或通過(guò)分別計(jì)算所述扭矩估計(jì)和轉(zhuǎn)速估計(jì)的平均值來(lái)確定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一個(gè)所述的方法，其特征在于，所述估計(jì)體積流(Qest)的計(jì) 算包括步驟根據(jù)所述扭矩估計(jì)的直流分量(Td_st)和所述轉(zhuǎn)速估計(jì)的直流分量(nd_st)計(jì)算所述 泵的估計(jì)功耗(P^t,J，以及基于所述估計(jì)功耗(Pest,d。)根據(jù)所給定的泵參數(shù)來(lái)確定估計(jì)體積流(Qest)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一個(gè)所述的方法，其特征在于，所需凈正吸上壓頭(NPSHK) 的計(jì)算包括步驟根據(jù)所述扭矩估計(jì)的直流分量(Td_st)和所述轉(zhuǎn)速估計(jì)的直流分量(nd_st)計(jì)算所述 泵的估計(jì)功耗(Pest,J，基于所述估計(jì)功耗(Prat,d。)根據(jù)所給定的泵參數(shù)來(lái)確定估計(jì)體積流((Lt)，以及基于所述估計(jì)體積流(Qest)根據(jù)所給定的泵參數(shù)來(lái)確定估計(jì)的所需凈正吸上壓頭 (NPSHK)。
10. —種基于利用頻率轉(zhuǎn)換器控制的泵的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括對(duì)所述泵(4)進(jìn)行控制的頻率轉(zhuǎn)換器(2)，所述頻率轉(zhuǎn)換器(2)給送被連接以驅(qū)動(dòng)所述 泵的馬達(dá)(3)，用于從所述頻率轉(zhuǎn)換器提供所述馬達(dá)的扭矩估計(jì)(Trat)和/或轉(zhuǎn)速估計(jì)(r^st)的裝置， 用于使用所提供的估計(jì)(Test、 nest)形成一個(gè)或多個(gè)特征(特征1、特征2、特征3、特征4)的裝置，所述特征指示所述泵(4)的汽蝕或汽蝕可能性和/或所述泵(4)的倒流，以及 用于從所形成的一個(gè)或多個(gè)特征(特征1、特征2、特征3、特征4)檢測(cè)所述泵的汽蝕或汽蝕可能性和/或所述泵的倒流的裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)被合并在頻率轉(zhuǎn)換器中。
12. —種頻率轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述頻率轉(zhuǎn)換器用來(lái)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到9所述 的方法。
全文摘要
一種基于利用頻率轉(zhuǎn)換器控制的泵的方法和系統(tǒng)。所述方法包括步驟利用頻率轉(zhuǎn)換器(2)控制所述泵(4)；所述頻率轉(zhuǎn)換器(2)給送被連接以驅(qū)動(dòng)所述泵的馬達(dá)(3)；從頻率轉(zhuǎn)換器提供馬達(dá)的扭矩估計(jì)(Test)和/或轉(zhuǎn)速估計(jì)(nest)；使用所提供的估計(jì)(Test、nest)形成指示所述泵(4)的汽蝕或汽蝕可能性和/或所述泵(4)的倒流的一個(gè)或多個(gè)特征(特征1、特征2、特征3、特征4)；以及從所形成的一個(gè)或多個(gè)特征(特征1、特征2、特征3、特征4)檢測(cè)所述泵的汽蝕或汽蝕可能性和/或所述泵的倒流。
文檔編號(hào)G01N3/56GK101750258SQ20091025363
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者泰羅·阿霍寧, 耶羅·阿霍拉 申請(qǐng)人:Abb公司