一种泵系统及其控制方法
【技术领域】
本发明涉及流体传输领域,尤其涉及泵系统及其控制方法。
【背景技术】
泵输送系统是流体的一个基本输送方式。它广泛应用于冷冻水、热水、冷凝水以及其他流体等工业领域。
热源、冷源、液体泵站的泵系统通常具有两个或更多台泵。对于双泵系统,工作期间,使用一个泵,另一个泵备用。每台泵上都安装有变频器,变频器会根据实际的负荷来调节泵的速度,以保持所需的流量。同样,对于具有N+1(N大于2)个泵的泵系统,使用N个泵,另设一个备用泵。若泵上安装了变频器VFD时,则根据工作泵的速度来启停泵的台数。如果工作泵以最大转速在工作,则打开一个或多个泵。如果工作泵以最低的转速在工作,则会关闭一个泵。且常常对工作泵的速度进行调整以保持管网系统所需的不同压力。若泵上没有安装变频器VFD,则泵间隙性工作,以满足管网系统不同的压力需求。对于大规格的冷却塔或制冷机组,通常是一机一泵,整个系统另设一个备用泵。例如,一个有三个制冷机组的工厂,通常系统配备四个冷凝泵和四个冷冻水泵。
目前的泵系统及其控制方法存在以下问题:
1.控制方法不完善,且在低负荷条件下运行会经常损坏控制阀情况,造成运行和维护成本高。
2.多台泵并联运行时,单台泵工作性能曲线和整个系统工作性能曲线不一致,易出现电机过载的问题,且每台泵的效率低。
3.当泵开启或停止工作时,能耗大。
【发明内容】
本发明为了解决并联的每台泵的效率不高的技术问题,提供了一种泵系统及其控制方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种泵系统,包括泵、变频器、出水隔离阀和控制器,所述出水隔离阀安装在所述泵的出水侧,所述变频器与所述泵连接,
所述控制器包括流量模块、性能监视模块和泵启停模块;
所述性能监视模块分别与所述流量模块和泵启停模块通信;
所述流量模块根据泵功率、泵压差、流体密度、泵性能曲线来确定泵流量;
所述性能监视模块根据所述泵流量确定泵效率值并对所述泵效率值与设定效率值进行比较;
所述泵启停模块根据所述性能监视模块比较的结果,以及所述泵流量与基准值的比较结果,来启动未工作的泵或者停止工作的泵或者维持工作泵的数量不变;
为了进一步解决上述技术问题,还采用以下技术方案:
优选地,所述基准值=设定流量÷工作泵数量。
优选地,所述控制器还包括泵速度调节模块,所述泵速度调节模块根据实际压差值与设定压差值的比较结果,来提高或者减慢所述泵的转速,或者提高或降低所述泵的流量。
优选地,所述控制器还包括输入模块,所述变频器另一端与所述输入模块连接;
所述泵系统还包括泵压差传感器,所述泵压差传感器的第一端口设置在所述泵的出水侧或者出水隔离阀的出水侧,第二端口设置在所述泵的进水侧或者进水隔离阀的进水侧,第三端口与所述输入模块连接;
所述输入模块接收泵压差传感器的压差值、所述泵功率、流体密度和泵性能曲线。
优选地,所述控制器还包括接口模块,所述接口模块用以与操作系统或显示设备连接。
本发明还提供了一种泵系统的控制方法,来解决上述技术问题:
一种泵系统的控制方法,包括以下步骤:
a1.根据泵效率工作步骤;
a2.根据泵流量工作步骤;
其中,所述a1根据泵效率工作步骤包括:
a1-1.若泵效率高于所述设定效率值,则维持当前工作泵的数量不变;
a1-2.若泵效率低于所述设定效率值,则进行所述a2泵流量判断步骤;
所述a2根据泵流量工作步骤包括:
a2-1.若工作的泵的流量高于所述基准值,则启动至少一个未工作的泵;
a2-2.若工作的泵的流量低于所述基准值,则关闭至少一个工作的泵;
a2-3.若工作的泵的流量等于所述基准值,则维持当前工作泵的数量不变;
为了进一步解决上述技术问题,还采用以下技术方案:
优选地,所述基准值=设定流量÷工作泵数量。
优选地,还包括以下步骤:
a3.当实际压差高于设定压差,则减慢泵的转速或者减少泵的流量;
a4.当实际压差低于设定压差,则提高泵的转速或者提高泵的流量;
a5.当实际压差等于设定压差,则维持当前泵的转速或者流量不变。
优选地,还包括以下步骤:
a6.计算泵流量Q;
a7.从与泵相连的变频器获取泵输出功率P;
其中ρ为流体密度,g为重力加速度,C为使公式中各个变量的单位统一的转换系数。
本发明的有益效果是:采用本泵系统或者采用本泵系统控制方法,可以使泵工作在较高效率上,同时避免了泵的频繁启动和停止,降低了能量损耗。
【附图说明】
图1为泵系统图;
图2为控制器101的模块组成图;
图3为泵效率判断步骤和泵流量判断步骤的流程图。
【具体实施方式】
以下将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示,当泵系统为双泵并联系统,两个泵在共用压头之间并联,其中泵的大小相同,如图所示,包括控制器101,控制器101包括:依次连接的输入模块111、流量模块112、性能监视模块113、泵启停模块114和泵输出模块116,泵速度调节模块115分别与输入模块111和泵输出模块116连接,实际压差传感器305两端分别安装在用户进水侧和出水侧,变频器103一端与控制器101连接,U为终端用户或者子回路或者建筑物回路,这些终端用户可以是一组小型终端用户或一组大型终端用户,例如制冷机组、冷却塔或锅炉。
第一泵104的出水侧安装有第一出水隔离阀106,进水侧安装有第一进水隔离阀102,第一出水隔离阀106与控制器连接并接受其控制,第一泵压差传感器105的两端分别设置在泵的进水侧和出水侧,另外一端与控制器101的输入模块连接,第一泵104一端与变频器103连接。
同样对于第二泵204的连接如下:第二泵204的出水侧安装有第二出水隔离阀206,进水侧安装有第二进水隔离阀202,第二出水隔离阀206与控制器连接并接受其控制,第二泵压差传感器205的两端分别设置在泵的进水侧和出水侧,另外一端与控制器101的输入模块连接,第二泵204一端与变频器103连接。
第一泵104和第二泵204的马达与变频器之间需设置一个断路器或继电器,以便控制器在两泵之间切换控制。也可以选用两个变频器103,一个变频器对应一个泵。若第一泵104工作,则通过控制泵启停模块打开第一出水隔离阀106,若第一泵104停止工作,则通过控制泵启停模块关闭第一出水隔离阀106;同理,对于第二泵204和第二出水隔离阀206也是同样的控制。
对于输入模块:接收来自第一泵压差传感器105、第二泵压差传感器205和实际压差传感器的压差信号,变频器103的泵功率、电流、功率系数和扭力等信号。通过输入模块,还要输入泵性能曲线和系统特征以及流体性质(或者流体密度)。
对于流量模块:流量模块可根据探测得到的泵的压差、功率、扭力、流体性质和泵的工作点确定每个泵的流量或泵的平均流量。美国专利申请号为US20060491767公开了泵流量的算法,泵流量Q的计算公式一如下:
其中参数b
0,b
1,b
2为泵生产厂家提供的泵功率曲线的参数,ω为泵实际转速与设定转速的比值,ω
f为泵的功率。
还可采用该美国专利公开的另一个泵流量Q计算公式二如下:
其中,参数a
0,a
1,a
2为泵性能曲线的参数,由泵生产厂家提供,H为泵扬程,直接由泵两端的压力传感器测得。
性能监视模块:性能监视模块根据流量模块通过计算公式二计算所得到的泵流量Q,计算出泵效率
比较泵效率η
0与设定效率值的大小。其中C为转换系数,以使公式中所有物理量的单位统一。若大于设定效率值,则维持工作泵的数量不变;若小于设定效率值,则由泵启停模块完成接下来的功能。设定效率值=kη
MAX,通常0.8<k<0.9,也可以根据实际泵的启停频率来选择k值,如果泵的启停频率较高而需要降低,则可以降低k值,如果泵的启停频率较低而需要提高,则可以提高k值。泵过于频繁启停,即会导致泵的寿命下降,也会影响整个泵系统流量的稳定。其中ρ为流体密度,g为重力加速度。
泵启停模块:如果性能监视模块得到的泵效率低于设定效率值,则启动泵启停模块。如果单台泵的流量高于基准值M,则需打开一个泵,如果打开一个泵后单台泵的流量仍高于基准值M,则仍需再打开另外一个泵。如果单台泵的流量低于基准值M,则需关闭其中一个泵,如果关了一个泵后单台泵的流量仍低于基准值M,则仍需关掉另外一个泵,但必须保持当前有工作的泵。其中,基准值M=设定流量÷工作泵数量, 设定流量可以是用户需要的流量,也可以是保持系统稳定供水的最小流量,也可以是其它按照实际需要的设定流量值。
泵速度调节模块:泵速度调节模块可调节泵速度,由于泵都是并联的,并且工作泵的转速相同或者流量相同。如果实际压差高于设定压差值,则减慢泵转速或者降低泵流量,如果实际压差低于设定压差,则提高泵转速或者提高泵流量。实际压差可以是用户两端的压差,此时实际压差传感器设置在用户两端;实际压差传感器的一端也可以设置在泵与用户之间的进水管,另一端设置在泵与用户之间的出水管,此时得到的实际压差也可以用于上述计算。也可以使用其他方法控制泵速度来维持管网所需的压差。
输出模块:输出模块通过模拟或数字方式提供控制器与其他设备连接的接口。
以下对本发明泵系统的控制方法进行说明,如图3所示:
步骤S1.获取泵两端压差、泵功率和流体密度,根据泵性能曲线,计算得到泵流量。:接收来自第一泵压差传感器105、第二泵压差传感器205和实际压差传感器的压差信号,变频器103的泵功率、扭力、流体性质(或者流体密度),还要根据输入系统的泵性能曲线、系统特征和泵的工作点,根据美国专利号为公开的方法计算得出泵流量Q;
步骤S2.计算出泵效率
步骤S3.比较泵效率η0与设定效率值的大小;
步骤S4.若大于设定效率值,则维持工作泵的数量不变;
步骤S5.若小于设定效率值,则判断泵流量与基准值的大小;
步骤S6.若实际流量低于基准值M,则需关闭其中一个泵,如果关了一个泵后单台泵的流量仍低于基准值M,则仍需关掉另外一个泵,但必须保持当前有工作的泵;
步骤S7.若单台泵的流量高于基准值M,则需打开一个泵,如果打开一个泵后单台泵的流量仍高于基准值M,则仍需再打开另外一个泵。
当然,在S5步骤中,也可以通过比较实际压差与设定压差值的大小,来判断泵扬程需要提高或者降低,提高泵扬程则通过提高泵转速或者流量,降低泵扬程则通过降低泵转速或者流量来实现。
如果实际压差高于设定压差值,则减慢泵转速或者降低泵流量,如果实际压差低于设定压差,则提高泵转速或者提高泵流量。
本发明同样适用两个以上泵的多泵系统和控制方法。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。