[发明专利]离心泵的综合特征曲线调节

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在泵抽吸液体期间调节泵、特别是离心泵的方法以及相应的设备。

背景技术

离心泵具有对施加的压力差和转速的输送量的强烈依赖性。更确切地说，泵出口侧的液体压力和泵入口侧的液体压力之差确定流量(质量流量或体积流量)。每个泵具有针对其标记的泵综合特征曲线，其限定三个参数(泵出口侧的液体压力和泵入口侧的液体压力之差、流量、转速)之间的关系。通过该方式可由综合特征曲线在知道两个参数的情况下算出第三个参数。综合特征曲线可通过凭经验的、半凭经验的或理论的模型方程的方式存在。在凭经验的模型方程中，凭经验获取的值可与补偿函数结合。该凭经验的补偿函数也可作为插图被保存在表中。在半凭经验的模型方程的情况下，凭经验算出的值和物理方程并入，其例如描述了物理参数的关系。在理论的模型方程的情况下，参数的关系完全通过物理方程描述。

不利的是，在介质压力中的波动在高压和/或低压侧导致不均匀的流量(在给定的转速的情况下)，这在临界质量流量的过程中可导致损伤流程。此外，综合特征曲线减小泵的运行区域，这在超过界限时可能导致过程干扰和部件损伤。

图1示出这样的综合特征曲线的示例。在此，通过体积流量Q根据转速n绘制扬程H。通过综合特征曲线的最小和最大值限制体积流量。此外，存在最大扬程，其仅可在最高转速和最小流量时达到。示出，在固定的转速的情况下强烈根据高度改变流量。因为扬程正比于紧贴在泵处的压力差，在高压侧或低压侧上的压力中的波动影响泵流量的变化。体积流量向下的界限不必如附图中是恒定的，而可取决于转速。

图2中的示例示出在恒定的转速n的情况下扬程从H₁向H₂的减小。通过综合特征曲线状态，流量从Q₁向Q₂显著提高。这样的改变可能导致过程运行中的问题，其可能导致干扰、停机时间和故障。此外，在多个过程中，期望流量的变化独立于当前的扬程。该功能通过综合特征曲线的影响同样被损害。若例如应提高流量且对此提高转速，则在多个过程中的提高的输送量可能导致在高压侧的压力升高，其由于综合特征曲线影响部分地再次补偿流量升高。

此外，综合特征曲线也示出存在针对泵运行的典型机器方面的限制(如例如最小体积流量)，其必须保持持续确保机器功能。

在文献DE 10 2011 115 244 A1中仅已知对泵的运行状态的监控，其包括比较实际-特征曲线与额定-特征曲线，从而由此预测泵的维修需求和更换需求。

在其中可靠输送流体流的应用领域具有特别的意义，在图3中示意性地示出对ORC-发电站过程(有机朗肯循环)的进料泵的泵调节。在其中以下述方式调节泵(P)，即，可在泵下游的导热体(V)的出口处可靠地设置所期望的新蒸汽参数。对此，泵的转速通过调节被影响，使得汽化条件通过由此改变的流量而这样地改变，即，达到新蒸汽的所期望的压力和温度，且对于稳定的过程运行稳定地控制。

在该示例中，泵的扬程一方面取决于新蒸汽压力(P_FD)，另一方面取决于泵之前的压力水平(P_KOND)。该压力取决于前置于泵的冷凝器(K)的当前的冷凝压力。该冷凝器通过将热量排放给冷却介质而在ORC过程中冷却和液化工作介质。该冷却介质(例如，供热网络的水或环境空气)可受到量和温度波动(在供热网络中的温度波动、风或其他环境影响)。该波动影响冷凝器中的热传递，这影响冷凝条件且由此影响冷凝压力。由此外部干扰可影响泵的扬程，且因此引起质量流量和新蒸汽压力的波动。该可能的波动幅度必须在安全性考虑和可用性分析中得到考虑。此外ORC过程涉及封闭的系统，且由此不排除波动的新蒸汽压力通过膨胀机(E)反作用于冷凝压力。因此导致自增强的效果，其进一步负面地影响过程稳定性。

应付该影响的可能性在于，使用根据图4的串级调节。其中，内调节回路根据质量或体积流量的当前的实际值与额定值的比较而调节流量，而外调节回路给内回路预定用于调节到泵的真实调节量的流量额定值(例如，过程压力)。由此可补偿流量偏差，且同时调节到所期望的过程值。

在串级调节器(Kaskadenregler)中，(内)部分过程I可以是泵抽吸过程。其中有将质量流量-调节(m-调节)的信号转换成输送介质的所有的部件。这可包括泵的控制/转速调节，泵马达和泵自身。外部分过程II可以例如是汽化过程，且过程值s可以是汽化之后的介质压力p。由此，汽化过程可包括所有必要的部件，如一个或多个导热体、容器、配件等。