带有空化调节的液环真空泵的制作方法

带有空化调节的液环真空泵的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于运行液体环真空泵的方法，其中进行泵的振动测量并且将之与规定的空化阈值(26)进行比较。另外，进行代表被输送的气体内的液体成分的测量。将此测量与规定的阈值进行比较。如果已超过规定的空化阈值(26)且液体成分低于规定的阈值，则降低液体环真空泵的转速。如果已超过规定的空化阈值且液体成分高于规定的阈值，则升高液体环真空泵的转速。本发明还涉及为了实施该方法而设计的液体环真空泵。由于取决于根据本发明的泵的振荡而进行调节，所以可接近空化边界运行所述泵而无任何损坏的风险。
【专利说明】带有空化调节的液环真空泵

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于运行液环真空泵的方法。在该方法中，记录泵的测量到的振动值 并且将之与预定的空化（cavitation)阈值进行比较。此外，本发明涉及适合于执行该方法 的液环真空泵。

【背景技术】
[0002] 在液环真空泵中，存在可能在不同的运行状态下发生空化的问题。如果泵在相对 长的时间阶段中在空化条件下运行，则这表现为泵的部件的高机械载荷，此高机械载荷可 能迅速地破坏泵。已前的液环真空泵因此设计为使得总是保持与可能发生空化的运行状态 有着足够的距离。虽然泵因此受到保护，不因空化而被损坏，但由于与空化极限有着距离， 所以泵的可能的性能容量的一部分未得到利用。


【发明内容】

[0003] 本发明基于如下目的，S卩：提出增加效率的泵及其运行方法。从前文中所述的现有 技术出发，此任务通过独立权利要求的特征实现。有利的实施例在从属权利要求中给出。
[0004] 在该方法中，根据本发明记录代表被输送的气体中的液体成分的测量值，且将该 测量值与预定的极限值进行比较。如果超过预定的空化阈值且液体成分低于预定的极限 值，则降低泵的转速。如果超过预定的空化阈值且液体成分高于预定的极限值，则升高泵的 转速。
[0005] 首先，将解释一些术语。形成泵的液体环的液体称为运行液体。与此运行液体相 区分的是由被输送的气体驱动的且在下文中被称为凝结物的液体。术语凝结物不限制于因 为凝结而形成的液体，而是也包括被气体驱动的其它液体。特别地，不需要使得凝结物是与 运行液体不同的物质。如果凝结物进入到泵内，则凝结物可与运行液体混合起来。因此，不 必然从泵输出已作为凝结物进入的相同的液体。术语液体成分涉及由被输送的气体驱动的 液体/凝结物。
[0006] 空化阈值被选择为使得能够得出以下结论，当测量到的振动值高于空化阈值，则 在泵内发生空化，而在测量到的振动值低于空化阈值的情况下，在泵内无空化。空化阈值的 特定值取决于泵的设计和传感器的类型以及测量值的记录。对于每个单独的泵，可通过实 验容易地确定空化阈值。
[0007] 液体成分的极限值类似地取决于泵的特定设计。在一个泵中，非常小量的凝结物 已触发了空化。在另一个泵中，可驱动一定量的凝结物，而不会损害泵的运行。也可通过实 验对于每个泵容易地确定该极限值。也可构思出使得极限值取决于泵的转速改变，即：极限 值是取决于转速的函数。将测量值与极限值进行比较的说明应被广泛地理解。例如，如果 从间接测量中得到关于液体成分的结论，则与极限值的比较可在于：在间接测量中识别出 指示高或低液体成分的特征。
[0008] 本发明已认识到，与其它类型的泵（参考例如DE 35 20 538 A1)不同，不能在每个 情况中在液环真空泵中再次通过降低转速来停止泵内的空化。转速的降低实际上仅在一定 的运行状态中是有帮助的，例如，如果空化是由于泵在高转速下且以低进气压力运行而产 生的。此空化称为典型空化。
[0009] 相比而言，如果空化是由于凝结物与被输送的气体一起供给到泵而产生的，则降 低泵的转速甚至产生相反的效果。在转速降低时，泵可能甚至不再能将多余的液体从泵输 出。然而，实际上通过升高转速可将多余的液体从泵输出。转速的升高因此在此情况中导 致空化的消除。
[0010] 本发明利用了该发现，从而提出一种方法，通过所述方法，可使泵的运行自动地适 配于不同空化类型的情况。在根据本发明的方法中，在每个情况中将两个标准组合，以决定 升高还是降低转速。如果已超过空化阈值且液体成分低，则降低转速。如果已超过空化阈 值且液体成分高，则升高转速。在空化发生之后升高泵的转速的方法步骤与已建立的教导 正好相反，根据该已建立的教导，认为在空化的情况中总是应降低转速。
[0011] 在泵中可处理来自外部传感器的测量值，以确定被输送的气体的液体成分。为此 目的，直接测量液体成分的传感器可设置在待排空的空间内。也可从例如涉及在待排空的 空间内的压力或温度的其它测量值得出关于液体成分的结论。
[0012] 替代地或补充地，在泵处记录的测量值可用于确定液体成分。例如，可从振动传感 器的测量值得出关于液体成分的结论。虽然液体成分不能直接经由振动传感器测量到，但 显示出由于凝结物的过量而导致的空化造成了与典型空化的情况中的振动不同的特征性 振动。这些特征性特性可通过对于振动传感器的测量值的合适的评估来确定。例如，可执 行傅里叶分析，且可从频谱的特征得出空化是否是由于升高的液体成分所导致的结论。上 述特征的特定表现取决于泵的设计和振动传感器的布置，且可能地必须在单独的情况中通 过实验确定。
[0013] 将与空化阈值进行比较的测量值可通过同一振动传感器或另一个振动传感器记 录。空化是否存在的评估要比关于空化的不同类型的评估简单。例如，空化阈值可简单地 涉及振动的幅度。如果幅度超过空化阈值，则可从中得到存在空化的结论。
[0014] 从泵处记录的测量值得到关于液体成分且因此空化的类型的结论的另一个可能 性在于评估内部马达数据，例如马达电压和马达电流。
[0015] 有时可能发生的是：不能仅通过使转速适配来消除空化。在此情况中，可建议经由 阀让另外的空气进入到泵的工作空间内。虽然泵的效率程度因此降低，但空化被可靠地消 除。
[0016] 泵的运行可基于多阶段序列。在第一方法阶段中，泵可在低于最小转速的转速下 运行。在此，最小转速意味着泵内的液体环刚好是稳定的时所处转速。在该方法阶段中，泵 因此在不具有稳定的液体环的情况下运行。在该运行阶段中，实际上设计为输送气体的泵 可被用于首先将一定量的液体从待排空的空间输出。叶轮的翼片像叶片一样工作，由此将 液体引导通过泵。单独凝结物泵因此变得多余。
[0017] 如果液体已从待排空的空间以此方式移除，则可过渡到正常的真空运行状态，其 中泵以高于最小转速的转速运行。即使不记录测量的振动值、不确定液体成分且不适配转 速，首先使泵以低于最小转速的转速运行以将液体运出且然后以高于最小转速的转速继续 真空运行的构思也具有独立的创造性的内容。如下的另外的方法阶段的描述将独立的创造 性的内容具体化。
[0018] 在过渡到真空运行之后，液体环真空泵在第二方法阶段中可首先以最大转速运 行，以将尽可能大量的气体在尽可能短的时间内从待排空的空间输送出。在该运行状态中， 存在以下风险：在降低的压力的情况下，在典型的液体环内发生典型空化。典型空化可通过 降低转速抵消。泵可以此方式接近空化极限值运行，而同时转速随着压力变低越来越降低。 在此，术语空化极限值意味着泵的如下运行状态，即：在所述运行状态中，显现空化的最先 迹象。
[0019] 如果待排空的空间内的压力已降低到期望值，则在第三方法阶段中，泵的转速可 降低到接近最小转速的值。作为在低转速下运行的结果，节约了能量。如果空化在该类型 的低转速下发生，则这通常是在被输送的气体内的液体成分升高的结果。如果因此发生了 空化，则可通过升高转速抵消。
[0020] 以此方式，泵例如可在医院的消毒期间使用。待进行消毒的物体被引入到室内且 以热蒸汽进行处理。然后，可通过根据本发明的方法将室排空。凝结物可首先在低转速下 被运出。通过随后使泵在最大转速下运行且然后沿空化极限值降低转速，在实际排空期间 节约了时间。通过以低转速运行来最终维持低压，节约了能量。
[0021] 此外，本发明涉及可根据本发明的方法的运行的液环真空泵。泵包括泵壳体，被偏 心地安装在泵壳体内的叶轮和用于记录泵的振动的振动传感器。根据本发明，提供了逻辑 模块，所述逻辑模块将振动传感器的测量值与预定的空化阈值进行比较，且将代表被输送 的气体的液体成分的测量值与第一极限值进行比较。泵的控制单元设计为适配泵的转速。 在此，控制单元设计为：如果已超过预定的空化阈值且液体成分低于预定的极限值，则降低 泵的转速。在此，控制单元设计为：如果已超过预定的空化阈值且液体成分高于预定的极限 值，则升高泵的转速。
[0022] 如果空化发生在泵的液体环内，则发生特征性振动，其与正常运行期间的振动不 同。在空化被认为是显著得达到可能发生对泵的损坏的程度之前，可通过振动传感器确定 排空的最先迹象。预定的空化阈值被选择为使其在泵的正常运行期间不被超过，而是仅当 泵接近空化极限值时被超过。
[0023] 对于各个泵以合适的方式选择预定的空化阈值。空化阈值例如可涉及振动的幅 度。也可使得阈值涉及由空化所触发的振动的特征性特性。也可以是如下情况，即：例如振 动在限定的频率下以特定的强度在空化期间发生。
[0024] 作为使转速适配的补充或替代，与空化极限的距离也可通过如下事实增加，S卩：使 在泵的内部中的压力升高。为此目的，泵可具有从外侧通过泵壳体延伸到泵的内部中的通 道。通道设有在正常状态中关闭的阀。阀可在超过阈值之后迅速被打开，以让气体从周围 环境进入到泵的内部内。作为结果，再次建立与空化极限的距离。
[0025] 振动传感器优选地连接到泵壳体，结果是：所述振动传感器确定了在泵壳体内发 生的振动。振动传感器可布置在由于空化所导致的振动所在之处，即：布置在叶轮附近。振 动传感器可例如布置在壳体的周围上或壳体的该区域的端侧上。
[0026] 然而，无电子部件通常以别的方式布置在叶轮的区域内。如果振动传感器布置在 此处，则缺点是：作为结果，必须另外地敷设缆线。因此，如果将振动传感器布置在泵壳体的 其中在任何情况中存在电子部件的区域内，则能够是有利的。这例如可以是其中也布置了 用于驱动器的控制单元的区域。如果泵是整体构造的泵，则这可以是特别合适的。整体构 造意味着泵和驱动器被共同的泵壳体包围。在叶轮的区域内产生的振动传播通过泵壳体且 也可在另一个位置处被满意地测量到。如果用于泵的驱动器的控制单元连接到泵壳体，则 振动传感器可整合在控制单元内。
[0027] 泵可扩展为具有参考根据本发明的方法在上文中描述的另外的特征。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 在下文中，将通过示例、利用有利的实施例参考附图描述本发明，其中：
[0029] 图1示出了根据本发明的液环真空泵的示意性截面图示，
[0030] 图2在侧视图中示出了图1的泵，
[0031] 图3示出了根据本发明的液环真空泵的控制单元，
[0032] 图4示出了在本发明的另一个实施例中的图3的视图，和
[0033] 图5示出了根据本发明的泵的运行序列的示意性图示。

【具体实施方式】
[0034] 在图1中所示的液体环真空泵中，叶轮14偏心地安装在泵壳体20内。泵内部内 的液体通过旋转中的叶轮14驱动，且形成了径向地从泵壳体20的外壁向内侧延伸的液体 环。考虑到偏心安装，叶轮14的翼片取决于角度位置向液体环内突出到不同的深度。封闭 在两个翼片之间的室的体积因此改变。液体环因此像在叶轮14的旋转期间在室内上下移 动的活塞一样作用。
[0035] 通道从入口开口 16通向泵的内部内，叶轮14在泵的内部中旋转。通道16在叶轮 14的翼片从液体环中浮现所处的区域内开放，S卩：在所述区域内，在两个翼片之间封闭的 室被放大。作为放大的室的结果，气体通过入口开口 16被吸到室内。在室已达到其最大体 积之后，在叶轮14的进一步旋转期间，液体环又渗入到室内。当气体通过进一步渗入的液 体环而被充分地压缩时，气体又在大气压下通过出口开口 17输出。此类型的液体环真空泵 用于将连接到入口开口 16的空间排空到例如50毫巴的压力。
[0036] 此外，泵装配有称为空化孔的通道，所述通道从外侧延伸到泵的内部内。电磁阀布 置在该通道内，通过所述电磁阀，可选地打开或关闭该通道。
[0037] 根据图2,叶轮14通过轴18连接到驱动马达。泵具有整体构造，即：驱动器和叶 轮14结合地容纳在泵壳体20内。此外，控制单元21布置在泵壳体20上，通过所述控制单 元21将电能供给到驱动器且设定泵的转速。
[0038] 如图3的示意性图示所示，控制单元21包括振动传感器22,逻辑模块23和促动模 块24。此外，来自外部传感器27的测量值被供给到控制单元21。
[0039] 振动传感器22连接到泵壳体20,以确定泵壳体20的振动。振动传感器22的测量 值被连续地传输到逻辑模块23。逻辑模块23将测量值与预定的空化阈值26进行比较（见 图4)。如果超过空化阈值26,则将其评估为在泵内已发生空化的指示。然而，不能仅从超 过空化阈值来断定所述空化是典型空化还是由于升高的液体成分导致的空化。来自外部传 感器27的测量值因此被另外地供给到逻辑模块，从所述测量值断定被输送的气体的液体 成分的大小。外部传感器27例如可以是直接测量通向泵的供给管线内的液体成分的传感 器。也可使得外部传感器27测量这样的值，从所述值可间接地得到关于液体成分的结论。 这些值例如可涉及供给到待排空的空间内的蒸汽的温度，压力或量。
[0040] 以此方式，在逻辑模块23内将信息组合起来，利用所述信息，可决定应升高还是 降低转速以消除空化。如果发生空化且被输送的气体不包含凝结物或仅包含非常小的凝结 物的量，则降低转速。如果发生空化且被输送的包含相对较大的凝结物的量，则升高转速。 相应的信号被逻辑模块23给到促动模块24,其结果是：相应地设定泵的驱动器。在两个情 况中，转速的适配都导致在泵内再一次消除空化。
[0041] 作为转速的适配的补充或替代，电磁阀28可经由促动模块24来被迅速地打开，其 结果是：来自周围环境的空气可渗入到泵的内部内。与空化极限的距离也通过泵内部内的 相关的压力升高而得到增加。
[0042] 在根据图4的实施例中，逻辑模块23不从外部传感器接收任何信息。而是，来自 振动传感器22的测量值以两种方式进行评估。首先，将振动的幅度与预定的空化阈值进行 比较。如果幅度超过阈值，则这指示空化。其次，执行测量值的傅里叶变换，且考虑振动的 频率分布。为此目的，例如在5kHz处的1/3倍频带和在10kHz处的1/3倍频带可被挑出。 典型的空化通过5kHz处的1/3倍频带（octave band)中的特征性分布来表现，而由于增加 的液体成分导致的空化导致10kHz处的1/3倍频带中的特征性频率分布。通过在逻辑模块 23中评估两个1/3倍频带，因此可确定空化是何种类型。在本发明的上下文中，频带的此评 估代表了极限值和表示液体成分的测量值之间的比较。
[0043] 例如可使用泵，使得其在方法的第一阶段中例如在lOOOrpm的转速下运行。液体 环在此之上是稳定的最小转速处于大致2000rpm。在lOOOrpm处，泵因此明显地低于最小转 速运行。在此运行状态中，泵可用于将液体的量输送出待排空的空间。
[0044] 如果在空间内不再包含液体，则泵可在方法的第二阶段转变为真空运行。图4示 意性地示出了方法的第二阶段，A代表泵的转速，以Hz为单位，B在0至10的相对尺度上示 出了通过振动传感器22记录的测量值，且C指示了待排空的空间内的压力，以毫巴为单位。 待排空的空间具有400升的体积。时间以秒为单位在水平轴上绘出。在t = 0的时刻，略 高于1000毫巴的大气压力存在于待排空的空间内，且振动传感器测量不到泵的任何振动。 在过渡到真空运行之后，泵在短时间内加速到大致5400rpm的最大转速。空间内的压力迅 速地降低到大致500毫巴的值。在t = 20s时，通过振动传感器22测量到的振动第一次超 过在图4B中使用虚线示出的预定的空化阈值26。泵的转速然后略微降低，这导致振动在短 时间内再次下降到低于预定的空化阈值26。转速随后再次略微升高，直至再次达到空化极 限。通过根据本发明的方法，具有400升的体积的容器在80秒内被排空到60毫巴的压力。 如果相同的泵以恒定的转速运行，则相同的运行需要113秒。
[0045] 当达到最终压力时，为维持压力，较低的转速足以。在方法的第三阶段中，转速因 此降低到刚刚高于最小转速的程度。如果在此状态中发生空化，则所述空化是由于被输送 的气体内的增加的液体成分所导致的。因此，在逻辑模块23内，首先确定了超过空化阈值， 且其次确定了高液体成分。作为结果，逻辑模块23将指令传输到控制单元24,以升高转速。
【权利要求】
1. 如果已超过所述预定的空化阈值（26)且液体成分低于所述预定的极限值，则降低 转速； ii.如果已超过所述预定的空化阈值且液体成分高于所述预定的极限值，则升高转速。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b中处理来自外部传感器（27)的 测量值。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤b中处理在所述泵处记录的测 量值。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤b中处理测量到的振动值。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤b中考虑所述测量到的振动值的频 谱。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述空化阈值（26)涉及振 动的幅度。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，如果空化不能通过使转速适 配消除，则让空气进入到所述泵的工作空间内。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述泵在第一方法阶段中以 低于最小转速的转速运行。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述泵在第二方法阶段中首先在最大转 速下运行，并且在发生空化之后降低转速。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述泵在第三方法阶段中以刚刚高 于所述最小转速的转速运行。 II. 一种具有泵壳体（20)的液环真空泵，其具有偏心地安装在所述泵壳体（20)内的叶 轮（14)，并且具有用于记录所述泵的振动的振动传感器（22)，其特征在于，所述泵包括逻 辑模块（23)，所述逻辑模块将所述振动传感器（22)的测量值与预定的空化极限值（26)进 行比较，并且所述逻辑模块将代表被输送的气体的液体成分的测量值与第一极限值进行比 较，此外，还设置控制单元，用以使所述泵的转速进行如下适配： i.控制单元设计为：如果已超过所述预定的空化阈值且液体成分低于预定的极限值， 则降低转速；
11. 控制单元设计为：如果已超过所述预定的空化阈值且液体成分高于预定的极限 值，则升高转速。
12. 根据权利要求11所述的液环真空泵，其特征在于，所述泵壳体（20)具有从外侧延 伸到所述泵的内部内的通道，且所述通道设有阀（28)。
13. 根据权利要求11或12所述的液环真空泵，其特征在于，所述阀（28)在超过所述预 定的空化阈值（26)后打开。
14. 根据权利要求11至13中任一项所述的液环真空泵，其特征在于，所述泵具有整体 构造。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的液环真空泵，其特征在于，所述振动传感器 (22)被整合到所述控制单元（21)内。
【文档编号】F04C28/08GK104066994SQ201280061046
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】海纳·克斯特斯, 马蒂亚斯·塔姆, 丹尼尔·许策 申请人:斯特林工业咨询有限公司