专利名称：估计泵的流速的方法和装置的制作方法
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I中。特别地图I给出了针对比速(specific speed)nq = 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(AH1, AQ1)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(Λ H2, AQ2)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(AP1, AQ1)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(ΛΡ2，AQ2)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。
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I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；图4示出了操作点和泵特性曲线对基于QP曲线的操作点估计方法的准确度的影响；图5示出了基于QP曲线的估计；以及图6、7、8和9示出了本发明的操作。
具体实施例方式有若干类型的泵，所有类型的泵都具有其自身的典型的特性曲线形状。该曲线形状与泵的比速相关性较强，该无量纲的值可根据下式计算得出
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H_4 (I)所提出的用于计算流量的方法对于具有小的比速的泵特别有用。正如从图2中可看到的，当比速小时(例如η, = 13)，扬程曲线平坦，但是功率曲线单调递增。当比速增加时，扬程曲线单调递减的程度加剧，具有很少的或没有平坦部分，因此QH曲线估计法在所有操作点都适用于它们。也可能存在具有S形QH曲线的泵，且所提出的方法也可能适用于它们。这在对QH曲线中出现S形的操作区域可得到单调的QP曲线的情况下也是可能的。这些类型的曲线主要出现在混合和轴流式设备中。然而，如果在流速的一些范围内功率估计产生针对流速的若干估计，以及在同样的范围内测量的扬程对应于若干扬程，用于流速估计的该方法就不能使用。离心泵的特性和一般性能可通过在恒定旋转速度的情况下作为流速Q的函数、用于扬程H、轴功率消耗P和效率η的特性曲线来可视化。由于由频率转换器驱动的泵可在各种旋转速度下运转，泵特性曲线需要被转换为瞬时旋转速度。这可利用以下的亲和定律(affinity law)来实现
权利要求
1.一种在泵被频率转换器控制、所述频率转换器产生对于泵的旋转速度和扭矩的估值且泵的特性曲线是已知的情况下确定由泵产生的流速(Q)的方法，其特征在于 确定所述泵的QH曲线的形状， 基于所述QH曲线的形状将所述QH曲线划分为两个或更多个区域， 确定所述泵在所述QH曲线的哪个区域操作，以及 使用确定的所述特性曲线的操作区域确定所述泵的流速(Q)。
2.根据权利要求I的方法，其特征在于，当所述QH曲线中的所述区域中的一个基本平坦时，所述方法包括 测量所述泵产生的扬程，以及 如果测量的扬程处于所述QH曲线的基本平坦的区域中，则使用基于QP曲线的方法来确定流速，否则使用所述QH曲线和测量的由所述泵产生的扬程来确定流速。
3.根据权利要求I的方法，其特征在于，所述确定操作区域包括以下步骤 使用所述基于QP曲线的方法估计流，以及 从所述估计的流确定所述操作区域，以及 所述流速是使用确定的所述QH曲线的区域和测量的由所述泵产生的扬程来确定的。
4.根据前述权利要求1-3中的任一项的方法，其特征在于，通过确定所述QH曲线的导数来确定所述QH曲线的形状，所述确定的导数用于将所述QH曲线划分为不同的区域。
5.根据前述权利要求I至4中的任一项的方法，其特征在于，根据转换为所述泵的旋转速度的QH曲线，在所述频率转换器中确定所述QH曲线的形状。
6.根据前述权利要求1-5中的任一项的方法，其特征在于，所述泵是风机，并且在所述方法中，所述QH曲线被代表所述风机的特性的压力相对于流速的曲线代替。
7.—种在泵被频率转换器控制、所述频率转换器产生对于泵的旋转速度和扭矩的估值且所述泵的特性曲线是已知的情况下确定由泵产生的流速(Q)的设备，其特征在于，所述设备包括 用于确定所述泵的QH曲线的形状的装置， 用于基于所述QH曲线的形状将所述QH曲线划分为两个或更多个区域的装置， 用于确定所述泵在所述QH曲线的哪个区域操作的装置，以及 用于使用确定的所述特性曲线的操作区域确定所述泵的流速(Q)的装置。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于，所述泵是风机，并且所述QH曲线被压力相对于流速的曲线代替，所述压力相对于流速的曲线代表所述风机的特性。
全文摘要
一种在泵被频率转换器控制、所述频率转换器产生对于泵的旋转速度和扭矩的估值且泵的特性曲线是已知时确定由泵产生的流速(Q)的方法和设备。上述方法包括确定泵的QH曲线的形状，基于QH曲线的形状将QH曲线划分为两个或更多个区域，确定泵在QH曲线的哪个区域操作，以及使用确定的特性曲线的操作区域确定泵的流速(Q)。
文档编号F04D15/00GK102734184SQ20121009376
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者尤西·塔米宁, 泰罗·阿霍宁, 耶罗·阿霍拉 申请人:Abb公司