[发明专利]估计泵的流速的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及估计泵或风机产生的流速，更具体地涉及估计由频率转换器控制的系统中的流速。

背景技术

泵广泛应用于工业应用中，并且它们消耗巨大量的能量。工业部门消耗的全部电的大约15％消耗在泵应用中。由于电的价格持续增长且出现了减少能量消耗的需要，监控泵系统的能量效率变得更加重要。为了监控能量效率或控制泵，应该确定操作点的位置。

有一些使用或不使用额外的传感器估计泵的操作点的方法。最常规和准确的方法是直接测量泵的流量和扬程，其需要两个或三个单独的传感器。另外，有可用的基于模型的方法，其是基于频率转换器的旋转速度和扭矩估计以及泵的特性曲线，但是所有这些模型具有它们的缺点。利用测量的泵的扬程估计泵操作点的方法，后面被称为基于QH曲线的方法，在较低流速情况下不准确，在较低流速情况下扬程曲线在一些情况中是平坦的或不是单调递减的，但该方法在高流速情况下的准确度会有所提高。另一种用于频率转换器的基于模型的方法是利用估计的功率消耗和旋转速度来估计泵的操作点的方法，这种方法后面被称为基于QP曲线的方法。在功率曲线为非单调时(通常出现在与泵的额定流速相比的高流速处)，这种方法不适用。然而，该估计在较低流速的情况下更准确。通常，可以说上述两种方法的准确度都受特性曲线的形状的影响。

以上提到的用在频率转换器中的两种方法均应用泵特性曲线作为泵的模型。这些曲线是泵的流速相对于扬程的曲线(QH曲线)以及流速相对于功率的曲线(QP曲线)。上述曲线由泵制造厂商提供，并且对所有泵都是可得到的。传统的离心泵的特性曲线的例子可见于图1中。特别地图1给出了针对比速(specific speed)n_q＝30的径流式离心泵的特性曲线。在左图上有扬程相对于流速(QH)的曲线和净正吸收扬程相对于流速的曲线，在右图上有功率相对于流速(QP)的曲线。在上面提到的特性曲线是非单调的情况中，泵的操作点的估计可能会有问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于解决上述问题的方法和用于实现该方法的设备。本发明的目的通过由独立权利要求中所阐述的内容限定的方法和设备实现。本发明的优选实施例在附属权利要求中被揭示。所提出的方法的思想是结合泵操作点估计的两个现有方法(基于QH曲线的方法和基于QP曲线的方法)以及尽可能准确地确定操作点位置。

当扬程单调递减且流速相对于扬程的曲线具有陡降时，基于QH曲线的计算方法在较高流速的情况下具有其最好的准确度。另一方面，在低流速的情况下，当在该区域中作为流速的函数所产生的扬程几乎没有改变或扬程曲线是非单调时，基于QH曲线的方法不准确或者不能使用。这种效果可从图3中看到。当在低流速区域(ΔH₁，ΔQ₁)中操作时，两个流速对应于一个扬程值。另外，当在曲线的扬程峰值附近操作时，扬程的小变化对应于流速的大变化。这也发生在扬程曲线是平坦的时候。另一方面，当在较大的流速(ΔH₂，ΔQ₂)处操作时，QH曲线陡峭且测量的扬程的小变化对估计的流速没有明显的影响，因此在该区域中基于QH曲线的方法更准确和可靠。

对应地，基于QP曲线的方法可能在高流速的情况下不能使用或者不准确，其中流速相对于功率的曲线趋向于非单调的或者平坦的，特别是在混流式离心泵的情况中。另一方面，如果泵QP特性曲线在低流速的情况下在该区域陡峭，基于QP曲线的方法在低流速的情况下可相当准确。这样的一个例子可从图4中看到。功率在小流速(ΔP₁，ΔQ₁)情况下的小变化对流速的估计没有明显影响。当功率曲线在高流速(ΔP₂，ΔQ₂)的情况下不是连续递增时，一个功率值对应于若干个流速，因此基于QP曲线的方法在高流速的情况下不能使用或者不准确。

通过结合这两种方法及在其准确的区域中使用它们，泵操作点估计的准确度和可靠度可被提升。本发明的方法主要利用基于QH曲线的估计，但是当基于QH曲线的估计方法不能使用时，使用基于QP曲线的方法作为辅助或者作为唯一的估计方法。

本发明的优点在于，在对于单个的估计方法特性曲线有问题的情况下增加了估计的准确度。

附图说明

下面通过优选实施例并对照附图来更详细地描述本发明，附图中：

图1示出了泵特性曲线的例子；

图2示出了比速对泵特性曲线形状的影响；

图3示出了QH曲线形状对估计准确度的影响；