專(zhuān)利名稱(chēng)：一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵的制作方法
一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵，它屬于可控制輸出工況的大型工業(yè)泵，適用于各種需對(duì)流體輸送工況進(jìn)行調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，特別適合于按如象大型鍋爐給水泵，油田注水的配注泵等需要調(diào)節(jié)輸出流量的工業(yè)泵。
現(xiàn)在的大型工業(yè)泵，一般都不能主動(dòng)改變工況。為滿(mǎn)足對(duì)輸送工況(流量和/或壓力)的控制，特別是對(duì)流量的控制，多采用加裝節(jié)流或是溢流閥門(mén)的方法。通過(guò)改變閥門(mén)的開(kāi)度，來(lái)相應(yīng)調(diào)節(jié)輸出工況。這種控制方法雖然簡(jiǎn)單，易行，設(shè)備投資增加很少。但由于存在節(jié)流或溢流損失，附加能量耗損甚多，使效率降低。這對(duì)于大型工業(yè)泵站，浪費(fèi)是驚人的，一般達(dá)到30%，例如一個(gè)10萬(wàn)千瓦電站鍋爐的循環(huán)泵來(lái)說(shuō)，一年的調(diào)節(jié)附加能耗就達(dá)5.8×105度。為減少調(diào)節(jié)附加能耗，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始采用液力變矩器進(jìn)行工況控制，它加在驅(qū)動(dòng)電機(jī)與泵輸入軸之間，通過(guò)對(duì)液力變矩器的控制，改變泵的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速。使用液力變矩器控制工況雖然可以減少附加調(diào)節(jié)能量耗損，一般可做到附加能耗只有10%左右，但成本有一定的增加，而且液力變矩器的維護(hù)工作量較多。隨著大功率變頻技術(shù)的發(fā)展，個(gè)別要求變工況的工業(yè)泵，也有采用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制變工況的。通過(guò)控制改變驅(qū)動(dòng)電源頻率來(lái)直接改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工況。這種方法可以把調(diào)節(jié)附加能耗降低到3%之下。但由于大功率變頻設(shè)備的成本很高，技術(shù)難度大。它的價(jià)錢(qián)與輸出功率的關(guān)系是非線(xiàn)性的，功率越大，單位功率的成本增加越大。大功率調(diào)頻設(shè)備的技術(shù)管理和操作素質(zhì)要求甚高?，F(xiàn)在很難在大功率工業(yè)泵組中推廣使用。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵，它可以使用數(shù)控直接改變泵的輸出工況，并且只有很小的調(diào)節(jié)附加能耗和較少的成本增加。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它有主泵1、主泵電機(jī)2、輔泵3、輔泵電機(jī)4、可控變頻器5、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面6、中央控制計(jì)算機(jī)7、中央控制計(jì)算機(jī)7通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面6相連，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面6中插有與可控變頻器5相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊8，其特征在于主泵電機(jī)2輸入端與工業(yè)供電電網(wǎng)相連，輔泵電機(jī)4輸入端與可控變頻器5相連，并由可控變頻器5驅(qū)動(dòng)，輔泵電機(jī)4為稀土永磁電機(jī)，輔泵3的輸出端與主泵1輸入端相連。
附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為主泵1的排量-揚(yáng)程(壓力)特性曲線(xiàn)圖。
附圖3為輔泵3的排量-揚(yáng)程(壓力)特性曲線(xiàn)圖。
本發(fā)明的工作原理如下，把主泵1的輸入端與輔泵3相連，由輔泵3提供主泵1所需要的背壓，滿(mǎn)足主泵1達(dá)到吸入揚(yáng)程的要求，這在一般的大型工業(yè)泵中也多采中，主泵1與輔泵3的揚(yáng)程比一般為1∶5至1∶20之間，一般以1∶10為最佳，它們的額定排量相同。主泵1由接于電網(wǎng)的普通主泵電機(jī)2驅(qū)動(dòng)，它是不能主動(dòng)變工況的，但由于主泵1不是恒速工作，它有如附圖2所示的輸出特征。附圖2給出了主泵1的Q-P(排量-壓力)特性曲線(xiàn)，從附圖2中可以看出，當(dāng)主泵揚(yáng)程變化△P后，排量也將變化△Q，壓力下降，排量增加。因此它可以被動(dòng)改變工況。在本發(fā)明中，輔泵電機(jī)4與可控變頻器5相連并由它驅(qū)動(dòng)。通過(guò)可控方法改變可控變頻器5的輸出頻率，就可以主動(dòng)改變輔泵電機(jī)4的輸出轉(zhuǎn)速。由于主泵1和輔泵3是串連的，因此它們的排量相等，并等于實(shí)際排量。輸出揚(yáng)程為兩泵揚(yáng)程之和(P1+P3)。當(dāng)外界負(fù)荷(壓力)不變時(shí)，主動(dòng)改變輔泵電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，從n1變?yōu)閚2，相應(yīng)于它的特性圖中從曲線(xiàn)Ln1變?yōu)長(zhǎng)n2。保持總壓不變，其兩泵的分壓分別從P1和P3變?yōu)镻1′和P3′(P1+P3＝P1′+P3′)。從圖中可以看出，流量從Q變?yōu)镼′，發(fā)較大的變化。因此使用比較小的控制功率，可以得到比較大被控流量。當(dāng)外界流量不變時(shí)，其壓力的變化值為輔泵3的壓力變化值。
本發(fā)明的控制原理如下當(dāng)中央控制計(jì)算機(jī)7根據(jù)程序或接受外界命令要求改變輸出流量時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)7通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通與可控變頻器5相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊8的地址選通信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面在接收到地選信號(hào)后，選通相應(yīng)的控制適配模塊8。選通后中央控制計(jì)算機(jī)7把解算出的新的輸出流量所對(duì)應(yīng)的可控變頻器5控制參數(shù)送出，由控制適配模塊8接收并鎖存?？刂七m配模塊8把接收到的信號(hào)經(jīng)D/A變換后控制變頻器5的輸出頻率，從而改變輸泵的輸出工況，達(dá)到控制工況的目的。
本發(fā)明中，只有輔泵電機(jī)4使用變頻驅(qū)動(dòng)，由于輔泵3的功率一般只是主泵1的1/5到1/20，因此變頻電源的功率相應(yīng)不是很大。利用主泵1的Q-H特性，通過(guò)控制輔泵3工況，就能改變主泵1工況，可以降低控制設(shè)備的成本，降低操作和技術(shù)管理要求。
本發(fā)明中，對(duì)工況的控制使用了數(shù)控變頻技術(shù)，并且主泵1無(wú)控制調(diào)節(jié)，因此它的附加調(diào)節(jié)能耗很小。
本發(fā)明采用數(shù)控變頻技術(shù)對(duì)與主泵串聯(lián)的輔泵進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，利用主泵的Q-H特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)泵組的輸出控制，由于輔泵相對(duì)于主泵來(lái)說(shuō)功率較小，因此它的驅(qū)動(dòng)功率也較小，不需要采用昂貴的大功率變頻設(shè)備，可以大大降低控制設(shè)備成本。同時(shí)，由于采用數(shù)控變頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)，而且只是驅(qū)動(dòng)輔泵，因此它的附加調(diào)節(jié)能耗很小。
本發(fā)明中，主泵1和輔泵3都可以普通渦輪泵(軸流或離心式)，也可以采用排量泵(如蝸桿泵、柱塞泵等)。為得到較大的流量控制范圍，主泵1可以選用輸出特性曲線(xiàn)比較“硬”(單位排量變化引起的揚(yáng)程變動(dòng)較小)的泵。
本發(fā)明中，主泵電機(jī)2可以使用普通交流異步電機(jī)，本發(fā)明無(wú)特殊要，輔泵電機(jī)4可以采用稀土永磁轉(zhuǎn)子電機(jī)。該電機(jī)在變頻器與的驅(qū)動(dòng)下有很大的轉(zhuǎn)速工作范圍和較高的驅(qū)動(dòng)效率。
在本發(fā)明中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面7可以選用美國(guó)ME公司(MECHATRONIC EQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美國(guó)OPTO 22公司的PB16AH。中央控制計(jì)算機(jī)6可以選用美國(guó)OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國(guó)ME公司的PCS-1工業(yè)過(guò)程控制工作站，還可以選用普通PC計(jì)算機(jī)。適配模塊8可以采用OPTO 22公司的DF3或類(lèi)似的D/F轉(zhuǎn)換模塊。
本發(fā)明中的可控變頻器6，可以是使用可控硅逆變電源，也可以是用VMOS管組成的開(kāi)關(guān)電源，如專(zhuān)利號(hào)為CN90202757和專(zhuān)利號(hào)為CN90203323的專(zhuān)利，通過(guò)可變頻脈沖或矩形波驅(qū)動(dòng)，還可以使用日本富士公司的G7系列逆變器，本發(fā)明無(wú)特殊要求。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵，它有主泵(1)、主泵電機(jī)(2)、輔泵(3)、輔泵電機(jī)(4)、可控變頻器(5)、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(6)、中央控制計(jì)算機(jī)(7)，中央控制計(jì)算機(jī)(7)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(6)相連，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(6)中插有與可控變頻器(5)相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊(8)，其特征在于主泵電機(jī)(2)輸入端與工業(yè)供電電網(wǎng)相連，輔泵電機(jī)(4)輸入端與可控變頻器(5)相連，并由可控變頻器5驅(qū)動(dòng)，輔泵電機(jī)(4)為稀土永磁電機(jī)，輔泵(3)的輸出端與主泵(1)輸入端相連。
全文摘要
一種數(shù)控串聯(lián)變工況泵。它有主泵、主泵電機(jī)、輔泵、輔泵電機(jī)、可控變頻器等，其特征在于主泵電機(jī)輸入端與工業(yè)供電電網(wǎng)相連，輔泵電機(jī)輸入端與可控變頻器相連，并由可控變頻器驅(qū)動(dòng)，輔泵電機(jī)為稀土永磁電機(jī)，輔泵的輸出端與主泵輸入端相連。用數(shù)控變頻技術(shù)對(duì)輔泵進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，利用主泵的Q-P特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)泵組的輸出控制，不需要采用昂貴的大功率變頻設(shè)備，而且附加調(diào)節(jié)能耗很小。
文檔編號(hào)F04D15/00GK1103466SQ93115090
公開(kāi)日1995年6月7日 申請(qǐng)日期1993年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月29日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠(chǎng)