用于將多泵系統(tǒng)中的泵分級(jí)和去分級(jí)的優(yōu)化技術(shù)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于將多泵系統(tǒng)中的泵分級(jí)和去分級(jí)的優(yōu)化技術(shù)
[0001]相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專(zhuān)利申請(qǐng)要求提交于2012年12月17日的臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/738，129的權(quán)益，該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)據(jù)此全文以引用方式并入。
【背景技術(shù)】
[0003]1.摶術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明涉及用于對(duì)多泵系統(tǒng)中的泵進(jìn)行控制的技術(shù)；并且更具體地講，涉及用于確定是將多泵系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)泵分級(jí)還是去分級(jí)的技術(shù)。
_5] 2.相關(guān)領(lǐng)域的簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0006]已知的具有多個(gè)泵的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將基于達(dá)到的特定驅(qū)動(dòng)值及這些值與當(dāng)前過(guò)程值的關(guān)系而打開(kāi)(分級(jí))或關(guān)閉(去分級(jí))。所用的典型驅(qū)動(dòng)值是速度或轉(zhuǎn)矩，但如果泵是相同的，則也可以是電流或功率的值。該方法利用了實(shí)際過(guò)程變量和過(guò)程變量設(shè)定值與在確定泵應(yīng)當(dāng)分級(jí)還是去分級(jí)之前必須滿(mǎn)足的指定驅(qū)動(dòng)值之間的關(guān)系。多泵系統(tǒng)中的每個(gè)泵針對(duì)分級(jí)和去分級(jí)閾值具有其自身的參數(shù)設(shè)置。
[0007]轉(zhuǎn)讓給本專(zhuān)利申請(qǐng)的受讓人的名稱(chēng)為“Synchronous Torque Balance inMultiple Pump Systems” (多泵系統(tǒng)中的同步轉(zhuǎn)矩平衡)的美國(guó)專(zhuān)利N0.8，328，523公開(kāi)了一種使用同步轉(zhuǎn)矩來(lái)一起操作和運(yùn)行系統(tǒng)中的多個(gè)泵以實(shí)現(xiàn)所需設(shè)定值的方法和設(shè)備，該專(zhuān)利據(jù)此全文以引用方式并入。
[0008]舉例來(lái)講，上述裝置的缺點(diǎn)可包括以下方面:
[0009]如上文所引用的技術(shù)中所述，具有多個(gè)泵的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)置可能既繁瑣又耗時(shí)。在不進(jìn)行試錯(cuò)的情況下，還可能難以確定適當(dāng)?shù)娜シ旨?jí)值，特別是在負(fù)載平衡(同步轉(zhuǎn)矩控制)很重要或泵不具有匹配的性能的系統(tǒng)中。這可導(dǎo)致泵不根據(jù)需要打開(kāi)或關(guān)閉，還可能導(dǎo)致反復(fù)循環(huán)，由此泵會(huì)因?yàn)椴徽_的閾值而頻繁關(guān)閉然后又再次打開(kāi)。另外，該方法并未解決能量效率問(wèn)題。如果操作的泵數(shù)不是最佳的，則將導(dǎo)致較高的操作成本。
[0010]另外，各種類(lèi)型的多泵控制器諸如變速驅(qū)動(dòng)器(VFD)、可編程邏輯控制器(PLC)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)和SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用在離心泵工藝中大大增加。在這些布置中，多個(gè)泵以協(xié)調(diào)的方式操作以滿(mǎn)足設(shè)定值。通常，這些系統(tǒng)將通過(guò)變速驅(qū)動(dòng)器以同步方式操作，其中所有泵以相同的速度操作以實(shí)現(xiàn)所需設(shè)定值。同步速度控制的目標(biāo)是通過(guò)使所有泵以相同的速度運(yùn)行而均等地平衡所有泵中的流量。然而，在實(shí)踐中，這可能并不一定得到平衡的流量。通常，多個(gè)泵不是相同的并且它們的揚(yáng)程曲線(xiàn)可能并非高度匹配。這可導(dǎo)致每個(gè)泵的流量貢獻(xiàn)不均勻，繼而可導(dǎo)致對(duì)泵的過(guò)度磨損。該問(wèn)題可通過(guò)以下方式解決:使多泵系統(tǒng)在同步轉(zhuǎn)矩控制下操作，由此所有泵以相同的轉(zhuǎn)矩但以略微不同的速度操作以滿(mǎn)足設(shè)定值。通過(guò)平衡轉(zhuǎn)矩，在操作的泵之間共享總負(fù)載，并且泵之間的流量平衡得到大大改善。
[0011]再次舉例來(lái)講，這些所述裝置的缺點(diǎn)還可以包括以下方面:
[0012]雖然已成功采用了這兩種系統(tǒng)；但是這兩種布置具有類(lèi)似的缺點(diǎn)。這些系統(tǒng)的設(shè)置繁瑣而又耗時(shí)。很多時(shí)候，去分級(jí)值通過(guò)在系統(tǒng)試運(yùn)行期間的試錯(cuò)來(lái)確定。必須具有正確的閾值來(lái)將泵分級(jí)或去分級(jí)，以防止引起泵過(guò)早打開(kāi)和關(guān)閉的過(guò)早分級(jí)和去分級(jí)或反復(fù)循環(huán)。極端情況可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性的降低以及設(shè)備的非計(jì)劃性維護(hù)。與非計(jì)劃性維護(hù)相關(guān)的成本包括設(shè)備的維修、生產(chǎn)的中斷以及與環(huán)境清理相關(guān)的成本。不正確的閾值還會(huì)增加在系統(tǒng)壽命期間的操作成本。
[0013]典型的多泵系統(tǒng)具有針對(duì)每個(gè)泵的分級(jí)值參數(shù)。分級(jí)值規(guī)定了在第一滯后泵允許多泵操作之前先導(dǎo)泵必須達(dá)到的所需速度。多泵系統(tǒng)將在不能通過(guò)當(dāng)前正在操作的泵來(lái)維持過(guò)程設(shè)定值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)滯后泵，從而提供達(dá)到或高于分級(jí)設(shè)置的速度或轉(zhuǎn)矩值。
[0014]當(dāng)系統(tǒng)要求降低時(shí)，對(duì)額外的泵的需求也將降低。多泵系統(tǒng)中的每個(gè)泵具有去分級(jí)值參數(shù)。去分級(jí)參數(shù)識(shí)別在正常的多泵控制中何時(shí)關(guān)閉泵。主要的考慮是確保當(dāng)關(guān)閉滯后泵時(shí)，其余的泵能夠滿(mǎn)足過(guò)程要求。去分級(jí)設(shè)置限定在泵可以去分級(jí)之前可以發(fā)生多少的速度降低或轉(zhuǎn)矩降低。
[0015]針對(duì)上述所有原因，本行業(yè)需要一種更好的方式來(lái)將多泵系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)泵分級(jí)或去分級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]操作可提高總體系統(tǒng)可靠性、易于設(shè)置并且以可能最低的成本操作的多泵系統(tǒng)是非常有利的。本發(fā)明所提供的方法通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)此目標(biāo):利用具有嵌入式控制邏輯或算法的變速驅(qū)動(dòng)器來(lái)優(yōu)化多泵系統(tǒng)中泵的分級(jí)和去分級(jí)，而無(wú)需使用額外的外部輸入。
[0017]概括地說(shuō)并舉例來(lái)講，本發(fā)明通過(guò)根據(jù)對(duì)多泵組合的比能量以及必須滿(mǎn)足的某些其他標(biāo)準(zhǔn)諸如當(dāng)前PV值、泵流量和泵功率的評(píng)估，來(lái)決定泵應(yīng)當(dāng)分級(jí)還是去分級(jí)，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)。比能量是對(duì)每單位質(zhì)量所用的能量的量度。分級(jí)方法確定當(dāng)前正在運(yùn)行的泵的比能量以及在為滿(mǎn)足過(guò)程要求而添加另一個(gè)泵時(shí)對(duì)總系統(tǒng)比能量的影響。在計(jì)算泵組合的比能量貢獻(xiàn)之前，必須滿(mǎn)足過(guò)程變量。然后可在系統(tǒng)比能量的兩個(gè)計(jì)算值之間進(jìn)行比較；選擇具有較小值的泵組合來(lái)進(jìn)行分級(jí)。不考慮選擇各個(gè)泵流量大于預(yù)選值的泵組合。此外，也不會(huì)考慮選擇組合中被評(píng)估為功率值超過(guò)銘牌電機(jī)額定功率乘以預(yù)選運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)的任何泵。如果發(fā)生這些情況中的任一種，則額外的泵將在計(jì)算系統(tǒng)比能量之前自動(dòng)分級(jí)。去分級(jí)方法的工作方式與此類(lèi)似，但去分級(jí)方法是應(yīng)用相同的基本規(guī)則反向地進(jìn)行。該方法或技術(shù)的有益效果在于系統(tǒng)設(shè)置更簡(jiǎn)單、更快捷、更可靠且在能量效率方面進(jìn)行了優(yōu)化。能量?jī)?yōu)化是高度準(zhǔn)確的，并且泵不需要具有高度匹配的性能。雖然流量是衡量比能量的標(biāo)準(zhǔn)，但是該方法在無(wú)法獲得流量值(實(shí)際值或計(jì)算值)時(shí)仍可使用。
具體實(shí)施例
[0018]根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明可包括一種設(shè)備或采用設(shè)備的形式，該設(shè)備具有信號(hào)處理器或處理模塊，所述信號(hào)處理器或處理模塊至少被配置成:
[0019]接收含有關(guān)于系統(tǒng)能耗的信息的信號(hào)，該系統(tǒng)能耗與多泵系統(tǒng)中正在運(yùn)行的多泵組合相關(guān)；以及
[0020]至少部分地基于所接收的信號(hào)確定將多泵系統(tǒng)中的泵分級(jí)還是去分級(jí)。
[0021]本發(fā)明還可以包括下列一個(gè)或多個(gè)特征:
[0022]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成提供相應(yīng)的信號(hào)，該信號(hào)含有關(guān)于將多泵系統(tǒng)中的泵分級(jí)還是去分級(jí)的信息。
[0023]可從多泵系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)泵接收信號(hào)。
[0024]該設(shè)備可包括多泵系統(tǒng)中的所述一個(gè)或多個(gè)泵。
[0025]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成至少部分地基于采用比能量形式的系統(tǒng)能耗來(lái)執(zhí)行控制邏輯或控制邏輯算法，比能量是對(duì)多泵系統(tǒng)中正在運(yùn)行的多泵組合每單位質(zhì)量所用的能量的量度。
[0026]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成確定當(dāng)前正在運(yùn)行的泵的比能量以及在為滿(mǎn)足與多泵系統(tǒng)相關(guān)的過(guò)程要求而添加另一個(gè)泵時(shí)對(duì)總系統(tǒng)比能量的影響。
[0027]信號(hào)處理器或處理模塊可在第一情況中被配置成在系統(tǒng)比能量的兩個(gè)計(jì)算值之間進(jìn)行比較；以及選擇針對(duì)分級(jí)具有較小值或針對(duì)去分級(jí)具有較大值的泵組合。
[0028]信號(hào)處理器或處理模塊可在第二情況中被配置成評(píng)估并且不考慮選擇泵組合中功率值超過(guò)銘牌電機(jī)額定功率乘以預(yù)選運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)和/或流量值超過(guò)預(yù)定BEP限值比的任何栗O
[0029]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成如果在計(jì)算系統(tǒng)比能量之前發(fā)生任一種情況，則自動(dòng)將額外的泵分級(jí)。
[0030]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置為至少一個(gè)具有嵌入式控制邏輯的變速驅(qū)動(dòng)器或形成其一部分，以?xún)?yōu)化多泵系統(tǒng)中泵的分級(jí)或去分級(jí)，包括使用額外的外部輸入來(lái)優(yōu)化。
[0031]信號(hào)處理器或處理模塊可用這樣的控制邏輯或控制邏輯算法進(jìn)行配置:該控制邏輯或控制邏輯算法利用通過(guò)各個(gè)泵和電機(jī)參數(shù)(包括速度、轉(zhuǎn)矩或功率)或通過(guò)存儲(chǔ)在評(píng)估裝置中的經(jīng)校準(zhǔn)的流量曲線(xiàn)在數(shù)學(xué)上確定的計(jì)算流量數(shù)據(jù)。
[0032]信號(hào)處理器或處理模塊可用這樣的控制邏輯或控制邏輯算法進(jìn)行配置:該控制邏輯或控制邏輯算法使用與泵流量具有直接關(guān)系的任何驅(qū)動(dòng)參數(shù)。
[0033]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成如果無(wú)法獲得流量值，則至少部分地基于采用泵送效率的相對(duì)量度的形式的系統(tǒng)能耗來(lái)執(zhí)行控制邏輯或控制邏輯算法，泵送效率的相對(duì)量度包括基本上等于流量/線(xiàn)-水功率(wire-water power)或總系統(tǒng)線(xiàn)-水功率的流量經(jīng)濟(jì)性。
[0034]優(yōu)化分級(jí)的例子
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例并舉例來(lái)講，可與本文所述的一致并如下進(jìn)行操作，將信號(hào)處理器或處理模塊用控制邏輯或控制邏輯算法進(jìn)行配置，以便執(zhí)行多泵系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)泵的優(yōu)化分級(jí):
[0036]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成至少部分地基于至少以下三種狀態(tài)確定多泵系統(tǒng)是否在正常操作:
[0037]PVact =設(shè)定值，
[0038]Q/ (Qbep X Nact/Netd)〈BEP 限值比，以及
[0039]Pact〈PktdXSF，
[0040]其中PVact是實(shí)際過(guò)程變量；Q = Q QUX；或Q ATC，其中Qqux:是泵η的計(jì)算流量，Q Ave是平均泵流量并且Qatc等于Q FM/n，而Qfm是流量計(jì)讀數(shù)并且η是正在運(yùn)行的泵的數(shù)量山_是額定泵速下的最佳效率流量；NAcr是實(shí)際泵速；NRTD是額定泵速；PACT是實(shí)際泵功率；PRTD是電機(jī)額定功率；而SF表示電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)。
[0041]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成確定多泵系統(tǒng)何時(shí)在正常狀態(tài)下操作，以及至少部分地基于以下公式計(jì)算并保存先導(dǎo)泵的比能量值:
[0042]SE = kWw_w/(QX60) = kffHr/G,以及
[0043]SEtotal I — SE PMP1，
[0044]其中SE是泵的計(jì)算比能量，kWw_w是實(shí)際線(xiàn)-水功率，SE T0TAL ι是單泵系統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)比能量，而SEpmpi是泵I的計(jì)算比能量。
[0045]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成確定將第一滯后泵分級(jí)，并在達(dá)到正常狀態(tài)后，至少部分地如下計(jì)算先導(dǎo)泵和第一滯后泵的系統(tǒng)比能量SE:
[0046]SEtotal 2 — SE PiPi+SEpmp2
[0047]其中SEram 2是雙泵系統(tǒng)的計(jì)算系統(tǒng)比能量，SE PMP1是對(duì)應(yīng)于先導(dǎo)泵的泵I的計(jì)算比能量，而SEpmp2是對(duì)應(yīng)于第一滯后泵的泵2的計(jì)算比能量。
[0048]信號(hào)處理器或處理模塊可被配置成確定針對(duì)操作狀態(tài)應(yīng)當(dāng)運(yùn)行的泵的最佳數(shù)量，以及至少部分地基于以下公式在先導(dǎo)泵和第