专利名称：一种数控串联变工况泵的制作方法
技术领域：
一种数控串联变工况泵，它属于可控制输出工况的大型工业泵，适用于各种需对流体输送工况进行调节的场合，特别适合于按如象大型锅炉给水泵，油田注水的配注泵等需要调节输出流量的工业泵。
现在的大型工业泵，一般都不能主动改变工况。为满足对输送工况(流量和／或压力)的控制，特别是对流量的控制，多采用加装节流或是溢流阀门的方法。通过改变阀门的开度，来相应调节输出工况。这种控制方法虽然简单，易行，设备投资增加很少。但由于存在节流或溢流损失，附加能量耗损甚多，使效率降低。这对于大型工业泵站，浪费是惊人的，一般达到30％，例如一个10万千瓦电站锅炉的循环泵来说，一年的调节附加能耗就达5.8×105度。为减少调节附加能耗，现在国内开始采用液力变矩器进行工况控制，它加在驱动电机与泵输入轴之间，通过对液力变矩器的控制，改变泵的驱动力矩和转速。使用液力变矩器控制工况虽然可以减少附加调节能量耗损，一般可做到附加能耗只有10％左右，但成本有一定的增加，而且液力变矩器的维护工作量较多。随着大功率变频技术的发展，个别要求变工况的工业泵，也有采用变频驱动技术控制变工况的。通过控制改变驱动电源频率来直接改变驱动电机的工况。这种方法可以把调节附加能耗降低到3％之下。但由于大功率变频设备的成本很高，技术难度大。它的价钱与输出功率的关系是非线性的，功率越大，单位功率的成本增加越大。大功率调频设备的技术管理和操作素质要求甚高。现在很难在大功率工业泵组中推广使用。
本实用新型的目的是发明一种数控串联变工况泵，它可以使用数控直接改变泵的输出工况，并且只有很小的调节附加能耗和较少的成本增加。
本实用新型的结构如附
图1所示，它有主泵1、主泵电机2、辅泵3、辅泵电机4、可控变频器5、标准工业控制介面6、中央控制计算机7、中央控制计算机7通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面6相连，在标准工业控制介面6中插有与可控变频器5相连并对其进行控制的控制适配模块8，其特征在于主泵电机2输入端与工业供电电网相连，辅泵电机4输入端与可控变频器5相连，并由可控变频器5驱动，辅泵电机4为稀土永磁电机，辅泵3的输出端与主泵1输入端相连。
附
图1为本实用新型的结构示意图。
附图2为主泵1的排量——扬程(压力)特性曲线图。
附图3为辅泵3的排量——扬程(压力)特性曲线图。
本实用新型的工作原理如下，把主泵1的输入端与辅泵3相连，由辅泵3提供主泵1所需要的背压，满足主泵1达到吸入扬程的要求，这在一般的大型工业泵中也多采中，主泵1与辅泵3的扬程比一般为15至120之间之间，一般以110为最佳，它们的额定排量相同。主泵1由接于电网的普通主泵电机2驱动，它是不能主动变工况的，但由于主泵1不是恒速工作，它有如附图2所示的输出特征。附图2给出了主泵1的Q－P(排量——压力)特性曲线，从附图2中可以看出，当主泵扬程(压力)变化△P后，排量也将变化△Q，压力下降，排量增加。因此它可以被动改变工况。在本实用新型中，辅泵电机4与可控变频器5相连并由它驱动。通过可控方法改变可控变频器5的输出频率，就可以主动改变辅泵电机4的输出转速。由于主泵1和辅泵3是串连的，因此它们的排量相等，并等于实际排量。输出扬程为两泵扬程之和(P1＋P3)。当外界负荷(压力)不变时，主动改变辅泵电机4的转速，从n1变为n2，相应于它的特性图中从曲线Ln1变为Ln2。保持总压不变，其两泵的分压分别从P1和P3变为P1′和P3′(P1＋P3＝P1′＋P3′)。从图中可以看出，流量从Q变为Q′，发较大的变化。因此使用比较小的控制功率，可以得到比较大被控流量。当外界流量不变时，其压力的变化值为辅泵3的压力变化值。
本实用新型的控制原理如下当中央控制计算机7根据程序或接受外界命令要求改变输出流量时，中央控制计算机7通过标准串行通讯接口发出选通与可控变频器5相连并对其进行控制的控制适配模块8的地址选通信号。标准工业控制介面在接收到地选信号后，选通相应的控制适配模块8。选通后中央控制计算机7把解算出的新的输出流量所对应的可控变频器5控制参数送出，由控制适配模块8接收并锁存。控制适配模块8把接收到的信号经D／A变换后控制变频器5的输出频率，从而改变输泵的输出工况，达到控制工况的目的。
本实用新型中，只有辅泵电机4使用变频驱动，由于辅泵3的功率一般只是主泵1的1／5到1／20，因此变频电源的功率相应不很大。利用主泵1的Q－H特性，通过控制辅泵3工况，就能改变主泵1工况，可以降低控制设备的成本，降低操作和技术管理要求。
本实用新型中，对工况的控制使用了数控变频技术，并且主泵1无控制调节，因此它的附加调节能耗很小。
本实用新型采用数控变频技术对与主泵串联的辅泵进行工况调节，利用主泵的Q－H特性，实现了对整个泵组的输出控制，由于辅泵相对于主泵来说功率较小，因此它的驱动功率也较小，不需要采用昂贵的大功率变频设备，可以大大降低控制设备成本。同时，由于采用数控变频设备驱动，而且只是驱动辅泵，因此它的附加调节能耗很小。
本实用新型中，主泵1和辅泵3都可以普通涡轮泵(轴流式或离心式)，也可以采用排量泵(如蜗杆泵、柱塞泵等)。为得到较大的流量控制范围，主泵1可以选用输出特性曲线比较“硬”(单位排量变化引起的扬程变动较小)的泵。
本实用新型中，主泵电机2可以使用普通交流异步电机，本实用新型无特殊要，辅泵电机4可以采用稀土永磁转子电机。该电机在变频器与的驱动下有很大的转速工作范围和较高的驱动效率。
在本实用新型中，标准工业控制介面7可以选用美国ME公司(MECHATRONICEQUIPMENT INC.)的I／O32，或是美国OPTO 22公司的PB16AH。中央控制计算机6可以选用美国OPTO 22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS-1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块8可以采用OPTO 22公司的DF3或类似的D／F转换模块。
本实用新型中的可控变频器6，可以是使用可控硅逆变电源，也可以是用VMOS管组成的开关电源，如专利号为CN90202757和专利号为CN90203323的专利，通过可变频脉冲或矩形波驱动，还可以使用日本富士公司的G7系列逆变器，本实用新型无特殊要求。
权利要求1.一种数控串联变工况泵，它有主泵(1)、主泵电机(2)、辅泵(3)、辅泵电机(4)、可控变频器(5)、标准工业控制介面(6)、中央控制计算机(7)，中央控制计算机(7)通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面(6)相连，在标准工业控制介面(6)中插有与可控变频器(5)相连并对其进行控制的控制适配模块(8)，其特征在于主泵电机(2)输入端与工业供电电网相连，辅泵电机(4)输入端与可控变频器(5)相连，并由可控变频器5驱动，辅泵电机(4)为稀土永磁电机，辅泵(3)的输出端与主泵(1)输入端相连。
专利摘要一种数控串联变工况泵。它有主泵、主泵电机、辅泵、辅泵电机、可控变频器等，其特征在于主泵电机输入端与工业供电电网相连，辅泵电机输入端与可控变频器相连，并由可控变频器驱动，辅泵电机为稀土永磁电机，辅泵的输出端与主泵输入端相连。用数控变频技术对辅泵进行工况调节，利用主泵的Q-P特性，实现了对整个泵组的输出控制，不需要采用昂贵的大功率变频设备，而且附加调节能耗很小。
文档编号F04D27/02GK2180814SQ9324558
公开日1994年10月26日 申请日期1993年11月29日 优先权日1993年11月29日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂