[发明专利]确定双螺杆正排量泵中的泵流量的设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年8月14日提交的专利申请序列号14/826,616(代理人案卷号911-002.074/F-GI-1504US)的权益，该专利申请据此全文以引用方式并入。

本申请与2013年4月10日提交的名称为“Method for determining pump flow for rotary positive displacement pumps”的专利申请序列号13/859,936相关，该专利申请自身要求2012年4月12日提交的临时专利申请序列号61/623,155的权益，该临时专利申请据此全文以引用方式并入。申请序列号13/859,936涉及确定旋转正排量泵例如齿轮泵和渐进式空腔泵的泵流量；而本申请涉及确定旋转正排量泵例如双螺杆泵的泵流量。

技术领域

本申请涉及旋转正排量(PD)泵，诸如双螺杆泵、内部或外部齿轮泵、凸轮泵、叶轮泵或渐进式空腔泵；并且更具体地讲，涉及用于调谐此类旋转PD泵(包括双螺杆PD泵)以便确定泵流量的技术。

背景技术

许多不同类型或种类的泵(包括旋转正排量泵)是本领域已知的。以举例的方式，下文阐述了一些已知的泵及与这些泵相关联的缺点：

名称为“Method for Determining Pump Flow Rates Using Motor Torque Measurements”的美国专利6,591,697(该专利据此全文以引用方式并入)公开了一种方法，该方法基于扭矩和速度与泵流速的关系以及使用变频驱动(VFD)调整离心泵速度来调节泵流量的能力。Henyan先生在'697专利中使用的技术依赖于以若干速度校准泵流量以及基于若干速度下的经校准的扭矩-流量曲线来确定流量值。使用内插方法确定经校准的曲线之间的流量。在若干速度下以零流量(关闭的阀门条件)取得经校准的流量曲线的数据。正排量泵无法在没有泄压阀或旁通管的情况下以关闭的阀门条件操作，因为该泵将继续增加压力和功率直到系统管道或泵壳体中出现轴或齿轮断裂或破裂。另一个缺点是‘697专利依赖于在制备特定于所测试的泵的变频驱动的工厂处取得经校准的数据。另外，该发明没有考虑到在出现泵磨损时调整流量精度。Henyan先生的发明涉及离心泵，其中扭矩与速度变化的平方成比例。在旋转正排量泵中，不论速度如何，扭矩是恒定的。因此，控制流量的数学关系式和等式在离心泵和旋转正排量泵之间完全不同。因此，Henyan先生的技术仅适用于离心泵，并且无法应用于正排量泵。

名称为“Method for Determining Pump Flow Without the Use of Traditional Sensors”的美国专利7,945,411B2(该专利据此全文以引用方式并入)公开了一种技术，该技术对关闭的阀门条件下的速度和功率数据进行采样，从而针对实际性能校正所发布的泵曲线。归一化的功率曲线连同从变频驱动(VFD)取得的速度和功率数据一起用于计算流量。Kernan先生在'411专利中使用的技术利用关闭的阀门条件下的速度和功率数据来针对实际性能调整所发布的泵性能。正排量泵无法在没有泄压阀或旁通管的情况下以关闭的阀门条件操作，因为其将继续增加压力和功率直到系统管道或泵壳体中出现轴或齿轮断裂或破裂。由多项式功率等式和归一化的功率曲线计算泵流量。在离心泵中，压力随速度变化的平方而变化，并且功率随速度变化的立方而变化。离心泵不是正排量机器，并且因此容量输出将基于泵出口处的阻力而变化。较小的阻力将产生较大的流量；较大的阻力将产生较小的流量。旋转正排量泵是正排量机器，其中不论出口处的压力如何(除非被堵塞)，泵轴每转一圈都会强制排出限定体积的流量。对于旋转正排量泵而言，不论出口压力如何，流量都与速度变化成比例。由于余隙、压力、粘度和速度的原因，会出现减少理论排量的滑移。功率通常与恒定压力下旋转正排量泵的速度变化成比例；在离心泵中，功率随速度变化的立方而变化。控制流量的数学关系式和等式在离心泵和旋转正排量泵之间完全不同。因此，Kernan先生的技术仅适用于离心泵，并且无法应用于正排量泵。

在现有技术中，已知的是使用来自资源材料(例如正排量泵的泵手册)的计算。然而，该方法的一个缺点是计算技术(诸如泵手册中给出的那些)需要了解难以确定的变量，诸如泵几何因数和滑移系数。这些计算技术无法补偿偏离所发布的性能计算的泵性能。

在现有技术中，已知的是使用外部流量计；然而，外部流量计会给整体驱动系统增加成本和复杂性。

本文所述的上述技术都不可用于确定旋转正排量泵中的泵流量，如下文和本文所阐述。

发明内容