专利名称：往复泵系统的相移控制器的制作方法
技术领域：
本公开通常涉及一种泵装置，更特别涉及处理矿物浆料的多个往复泵。
背景技术：
往复泵(reciprocatingpositive displacement pumps)用于在相对高压的情况下泵送液体，例如与单级离心泵相比。这种往复泵的进一步特征包括高效和精确的流出，但是与离心泵比流量相对要低。当单泵不能满足典型应用的流量要求时，更多往复泵可以并行安装，以使它们的抽吸和/或排放连接与单个的抽吸和/或排放线相连接。这意味着各个泵的总合流量可以满足此应用的总体流量要求。各个泵和相互连接的抽吸和排放线的结合构成泵系统。在往复泵中，例如活塞或柱塞的移动元件(displacement element)在缸套内做往 复运动，使正向移动时液体泵出。在往复泵的特定实施方案中，移动元件的往复运动由机械装置产生，所述机械装置将泵驱动的旋转运动转化为移动元件的往复运动。所述机械装置的特定实施方案可以包括曲轴、偏心轴、凸轮轴或者凸轮盘机械装置。在如下描述中，只描述曲轴型的实施方案，进一步涉及例如曲轴驱动的往复泵。图I中显示三缸或者三缸单作用曲轴驱动的往复泵的截面示意图。所述移动元件可以直接移动泵出液体或介质液体，该介质液体用于移动泵出液体(如泥浆)的柔性移动元件。本公开适用于往复泵的实施方案，但由于如下描述的泥浆往复泵的改进得到特别的关注，图I具体显示的是使用介质液体和柔性移动元件的实施方案。曲轴驱动往复泵的一个典型特征是移动元件的非恒定往复速度。因而曲轴驱动往复泵固有地产生每个曲轴旋转的非恒定流量或流量脉动。图2显示三缸单作用往复泵在一个曲轴旋转或泵周期中产生的典型流量脉动。决取于所连接系统的液压响应，流量脉动会导致泵出液体的压力脉动，进而导致液体流经的管道和它的支撑结构的震动，并且这种压力脉动会产生管道系统的非平衡负荷。当多于一个的曲轴驱动往复泵连接至单个的抽吸和/或排放入口或出口，可能出现各个泵产生的流量脉动之间的相互作用。还是取决于所连接系统的液压响应，这种相互作用可以抵消或增加泵系统流量和压力脉动的总体水平。同样，出现在泵系统中的液压共振可由每个泵产生的流量脉动激发。测定给定泵系统总的流量和压力脉动的一个重要参数是各个泵的曲轴之间的相移。因而，在使用曲轴驱动往复泵的给定泵系统中，控制此相移有助于控制流量和压力脉动。所述相移控制，也涉及到泵同步，以下结合图3所示进行描述。相移控制要求泵配置变速驱动(VSD)，通过对各个驱动的速度调节，变速驱动可以用于调节并保持泵之间的相移。进一步，各个泵和/或它们的驱动配置有相位传感器，相位传感器给出各个泵的泵周期位置，进一步给出各个泵的相位。之后相移计算器用此相位信息计算各个泵之间的相移，然后相移控制器用此相移调节各个泵的速度，以调节或保持所述相移为预期的相移。在已知的现有技术中，泵系统内一个泵被指定为主泵。主泵跟随泵系统的速度参考设定值进行相移控制，不做任何调节。其它的泵被指定为从泵，必须跟随主泵。相移控制器计算主泵与每个从泵之间的相位差并基于主泵与各个从泵之间的相移产生每个从泵的速度设定值，以得到并保持主泵与从泵之间恒定和预期的相移。上述方法有几个缺点1、在开启泵系统前，系统操作员必须决定哪个泵要作为主泵来操作，之后测定从泵相对于选用主泵的相移。这样会导致复杂的主/从和相移调度程序，并同样决取于特定的系统。2、当主泵出错或者必须关掉时，相移控制则缺失。由于主泵和从泵的初始化需要启动以重新初始化，取决于特定的相移控制实施方案，有可能需要关掉整个泵系统。因此，整个泵系统的相移控制的可靠性取决于被指定为主泵的单个泵的可靠性。3、当主泵的运行不稳定，例如抽吸和/或排放阀的故障，主泵可能产生速度震荡。主泵产生的不稳定运行导致泵系统的所有其它泵的不稳定运行，从而导致整个泵系统的不稳定运行。
所述缺点特别涉及用于采矿和矿物处理工业的曲轴驱动往复泵，要泵出非常粗糙的泥浆。采矿与矿物处理工业中的应用需要泵系统无意外停机的持续运行。此外，已知配置的所述缺点在采矿与矿物处理工业中，也是典型的关注高流量的应用中，变得更加严重。已知和用于现有技术的实施方案，每个泵系统通常限制于三个或四个泵，主/从调度程序相对简单。此外，带有相移控制的现有技术泵系统的总流量受到限制，因此由于压力脉冲产生的失衡负荷相对低，系统仍然可以稳定运行，并且可以被一些应用接受。然而,在采矿和矿物处理工业中的高容量泥衆应用中，在单个泵系统中可能使用相当多数量的泵。已知实例典型地在单个泵系统中使用多至10个的泵，使得主/从调度非常复杂。用于采矿和矿物处理工业的泵系统增加的规模会导致泵系统的连接管道中的压力脉动产生失衡负荷，对于这样的数量幅度，相移控制是泵系统可靠运行的先决条件。此外，需要注意的是，由于泵出泥浆的粗糙特性，会导致泵元件更高的磨损率，维修泥浆往复泵的时间间隔与非泥浆往复泵相比会比较短。每次主泵需要维修时，需要关闭泵系统指定新的主泵，又对以持续运行为优先的整个泵系统的可用性产生极大的影响。
发明内容
本公开致力于解决现有技术曲轴驱动往复泵的相移控制系统的所述缺点。在现有技术系统中，真实的泵被用作主/从控制调度中的主泵，来控制主泵与从泵之间的相移。其缺点包括复杂的主/从调度程序，由于取决于单个主泵可靠性而降低的泵系统可靠性，和由于不稳定的主泵运行而降低的整个系统的性能。本公开涉及使用多个往复泵的泵系统，往复泵的相移由相移控制器控制。相移控制器使用在相移控制器内部的虚拟主泵作为计算各个泵的相移的相位参考。相移控制器调节各个泵的变速驱动的速度参考设定值，以得到并保持预期的相移。使用相移控制的多往复泵的运行可以显著降低泵系统的压力脉动水平。由于相位控制的运行不同于现有技术的相位控制器中取决于真实主泵的可靠性，虚拟主泵的使用消除了主从调度并增加系统的可靠性和可用性。虚拟主泵就像真实主泵一样，基于单个泵系统的参考速度设定值在相移控制器内部创建相位参考信号。泵系统中所有真实的泵在相移控制器中作为从泵来运行。每一个泵的相位与位于控制器内部的虚拟主泵的相位进行比较，之后被用做相移控制的输入。图4显示虚拟主泵相移控制器的控制流程图。虚拟主泵的使用可以对于已知的现有技术曲轴驱动往复泵的相移控制系统提供一些操作改进。从泵总是以相同的虚拟主泵为参考，因此不需要调度。可以认为虚拟主泵是在所有的时间可用，因为与真实的机械泵相比，其不需要维修并具有更高的可靠性。此夕卜，由于不受单个主泵的性能影响，主泵的速度在所有时间内都是稳定的，当往复泵被用于采矿和矿物处理工业中泵粗糙的泥浆，这点特别有效。本公开不限于三缸单作用往复泵，但可应用于所有单或多缸的单作用或双作用往复泵。
发明内容所述装置的范围内仍然可能有其它的形式，作为例子，下面将描述具体·实施方案，并附图以供参考，其中图I显示现有技术三缸单作用往复泵的截面示意图，也显示使用介质液体和附加柔性移动元件的实施方案；图2显示现有技术三缸单作用往复泵的流量脉动；图3显示使用真实泵做主泵进行主-从控制调度的往复泵相位控制的现有技术控制流程图；图4显示根据本公开，使用虚拟主泵进行主-从控制调度的往复泵相位控制的控制流程图。
具体实施例方式本公开包括相移控制器的各个部分的几种实施方案。出于完备性，给出一些实施方案的列表变谏驱动本公开不限于所用变速驱动的特定实施方案，但特别提出下面的实施方案I、AC 电驱动2、DC 电驱动3、柴油机驱动4、液压驱动泵周期相位传感器本公开不限于所用相位传感器的特定实施方案，但特别提出下面的实施方案I、传感器实施方案可以产生泵周期的绝对相位信息。2、传感器实施方案可以产生与泵周期相位的零基准相结合的泵周期的相对相位信息。3、传感器实施方案可以基于泵内主旋转元件的角度位置产生泵周期相位信息，所述主旋转元件将泵驱动的旋转运动转化为移动元件例如曲轴的往复运动。4、传感器实施方案可以基于泵内一个或多个移动元件的线性位置产生泵周期相位信息。
5、传感器实施方案可以基于变速驱动的角度位置产生泵周期相位信息，所述变速驱动可以直接耦合或通过已知下降率的降速装置耦合至泵内主旋转元件。6、传感器实施方案可以基于产生在泵周期预定位置的单个脉冲产生泵周期相位信息。7、传感器实施方案可以基于产生在泵周期预定位置的多个脉冲产生泵周期相位信息。8、传感器实施方案可以基于产生在泵周期预定位置的多个脉冲产生泵周期相位信息，使得每个泵周期的脉冲数目与泵中移动元件的数目相等。9、传感器实施方案可以由以上描述的传感器实施方案的任意组合构成。相移控制器 本公开不限于所用相移控制器的特定实施方案，但特别提出下面的实施方案I、模拟电子控制电路2、基于固态电路的数字电子控制电路3、应用微处理器技术的可编程控制器4、可编程逻辑控制器5、嵌入式微控制器为了清楚起见，在前面描述的首选实施方案中，使用了特定的术语。然而，本公开并非是限定于所选用的特定术语，并且人们知晓，这些特定术语包含所有以相似的方法执行来达到相似技术目的的技术等效术语。一些术语被用作便于说明的词汇以提供参考，并不解释为限定术语。说明书对己知的现有出版物(或从中得到的信息)，或任何方法的参考，并不能，也不应当被看作对现有出版物(或从中得到的信息)或已知方法的承认或许可或任何形式的建议其形成为说明书相关领域的现有技术。最后，应当理解，各种改变、修改和/或附加，只要不脱离本发明的精神和范围，可以并入各部分的各种构建和排列中。
权利要求
1.一种相移控制装置，用于控制多个往复泵的各个的速度，以得到并保持各个泵的泵周期之间的预期相移，其特征在于，包括相位传感器，以产生各个泵的泵周期相位信息，各个泵周期相位信息与产生于所述相移控制装置内部的虚拟参考相位相比较，相位差用于调节各个泵的各个变速驱动的速度设定值。
2.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述泵包括一些形式的机械装置以将泵驱动的旋转运动转化为泵内移动元件的往复运动，所述移动元件可以是，但不限于是曲轴、偏心轴、凸轮轴或者凸轮盘。
3.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于变速驱动可以是，但不限于是AC或DC电路驱动、柴油机驱动和液压驱动的任意一种。
4.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器产生泵周期的绝对相位信息。
5.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器产生与泵周期相位的零基准结合的泵周期相对相位信息。
6.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器基于泵内主旋转元件的角度位置产生泵周期相位信息，所述主旋转元件将泵驱动的旋转运动转化为移动元件例如曲轴的往复运动。
7.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器基于泵内一个或更多移动元件的线性位置产生泵周期相位信息。
8.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器基于所述变速驱动的角度位置产生泵周期相位信息，所述变速驱动可以直接耦合或通过降速装置耦合至泵内所述主旋转元件。
9.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器基于产生在泵周期预定位置的单脉冲产生泵周期相位信息。
10.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器基于产生在泵周期预定位置的多个脉冲产生泵周期相位信息。
11.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器基于产生在泵周期预定位置的多个脉冲产生泵周期相位信息，使得每个泵周期的脉冲数目与泵内所述移动元件的数目相等。
12.根据权利要求I所述的相移控制装置，其特征在于所述传感器由权利要求4、5、6、7、8、9、10和11所述的传感器任意组合构成。
13.一种泵系统，其使用具有前述任意权利要求所述的相移控制装置的多个往复泵。
14.一种方法，其用于控制多个往复泵的各自的速度，以得到并保持各个泵的泵周期之间预期的相移，所述方法包括以下步骤 产生各个泵的泵周期相位信息， 在相移控制装置内产生虚拟参考相位， 将所述泵周期相位信息与所述虚拟参考相位进行比较， 测定所述相位信息与虚拟参考相位之间的相位差，并且 基于所述相位差调节各个泵的各个变速驱动的速度设定值。
全文摘要
本发明公开一种泵系统，所述泵系统使用多个往复泵，往复泵的相移由相移控制器控制。所述相移控制器使用相移控制器内部的虚拟主泵作为计算各个泵的相移的相位参考。所述相移控制器为各个泵的变速驱动调节速度参考设定值，以得到并保持预期的相移。使用相移控制器操作多个往复泵可以显著降低泵系统的压力脉动水平。虚拟主泵的使用消除主从调度，与现有技术相移控制器不同，所述相移控制器的操作不依赖于真实主泵的可靠性，因此提高了系统的可靠性和可用性。
文档编号F04B49/20GK102893028SQ201180022244
公开日2013年1月23日 申请日期2011年4月5日 优先权日2010年4月7日
发明者R·J·A·范里斯维克, F·J·J·范奥施 申请人:伟尔矿业荷兰分公司