CN103134948A - 用于检测离心机的正确旋转方向的方法及离心机组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测离心机的正确旋转方向的方法及离心机组件。一种用于检测离心机的正确旋转方向的方法，所述方法包括基于加速测试和/或减速测试来检测所述离心机的正确旋转方向的步骤。所述检测所述离心机的正确旋转方向的步骤包括：将第一方向的加速时间（t_1,acc）与第二方向的加速时间（t_2,acc）进行比较，从而将较短的加速时间解释为表明所述正确旋转方向；和/或将第一方向的减速时间（t_1,dec）与第二方向的减速时间（t_2,dec）进行比较，从而将较长的减速时间解释为表明所述正确旋转方向。

Description

用于检测离心机的正确旋转方向的方法及离心机组件

技术领域

本发明涉及对离心机的正确旋转方向的检测，更特别地，涉及对正确旋转方向的无传感器检测。

在离心机诸如离心鼓风机或离心泵中，流体流的方向与离心机叶轮的旋转方向无关。然而，如果离心机沿错误方向旋转，则与沿正确旋转方向相比，产生的流速和压力可能显著降低。这也显著降低了离心机的能效。

应当在安装离心机时以及在可能改变离心机的旋转方向的任何维护操作之后检查离心机的旋转方向的正确性。

背景技术

传统上，通过在视觉上检查旋转方向来确定离心机的正确旋转方向。这需要额外人员且不是自动功能。另外，离心机可能处于无法实现视觉检查的状况。

公开US 2010/0316503公开了一种泵单元，该泵单元包括用于自动识别泵的正确旋转方向的旋转方向识别模块。在该公开中，在反转情况与正转情况下测量并比较流速、压力或功率的值。如果在正旋转方向情况与反旋转方向情况下存在静态测量信号的差异，则可以区分出正确的旋转方向。

与以上提到的泵系统相关联的问题之一为：当把流速或压力用作要被比较的信号时可能需要将额外设备安装到泵系统中。另外的问题与以下情况有关：将对泵进行驱动的变频器所产生的功率估计值用作要被处理的信号。该问题由以下事实产生：在泵系统中，并不是不常见正、反转速具有相同的轴功率需求。因此，在许多情况下，不可能基于功率估计值来判断正确旋转方向。

发明内容

本发明的目的为提供一种用于检测离心机的正确旋转方向的方法及一种用于实现该方法的离心机组件以克服以上问题。通过特征在于将加速测试和/或减速测试用于检测离心机的正确旋转方向的方法和组件来实现本发明的目的。

本发明基于以下认识：与离心机沿不正确方向旋转的情况相比，沿正确旋转方向旋转的离心机加速较快且减速较慢。

本发明的方法和组件的优点是可以在没有任何额外的设备的情况下检测离心机的正确旋转方向。

附图说明

以下将参照附图借助优选实施方式来更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了离心机的正转方向情况与反转方向情况下的加速性能的差异；

图2示出了在离心机的正转方向情况与反转方向情况下的减速速度性能的差异；

图3示出了根据本发明的实施方式的离心机组件；以及

图4示出了具有后弯翼型叶片的离心鼓风机叶轮。

具体实施方式

用于检测离心机的正确旋转方向的方法的实施方式包括加速测试和减速测试、以及基于加速测试和减速测试来检测离心机的正确旋转方向的步骤。

本文中，离心机为具有叶轮并适于使流体移动的装置，该流体诸如液体、气体或浆料。例如，离心机可以为适于使气体移动的离心鼓风机或适于使液体移动的离心泵。离心机的旋转方向是指离心机的叶轮的旋转方向。

加速测试包括以下步骤：将离心机沿第一方向从较低加速速度n_lower，acc加速至较高加速速度n_upper，acc，针对第一方向测量在较低加速速度n_lower，acc和较高加速速度n_upper，acc之间的加速时间t_1,acc，将离心机沿第二方向从较低加速速度n_lower，acc加速至较高加速速度n_upper，acc，以及针对第二方向测量在较低加速速度n_lower，acc和较高加速速度n_upper，acc之间的加速时间t_2,acc。

在一般情况下，加速过程从初始加速速度n_start,acc开始并在最终加速速度n_final,acc处结束。在实施方式中，初始加速速度n_start,acc低于较低加速速度n_lower，acc，且最终加速速度n_final,acc高于较高加速速度n_upper，acc。初始加速速度n_start,acc可以为零。

在加速测试中，第二方向与第一方向相反。沿第二方向的加速过程与沿第一方向的加速过程相同。这意味着被用来沿第二方向加速离心机的扭矩与被用来沿第一方向加速离心机的扭矩相同地表现为时间的函数。扭矩的方向自然地相对于彼此相反。在一种实施方式中，在加速测试中使用的每个扭矩为基本上恒定的扭矩。换句话说，扭矩基本上表现为阶跃函数。

减速测试包括以下步骤：将沿第一方向旋转的离心机从较高减速速度n_upper，dec减速至较低减速速度n_lower，dec，针对第一方向测量在较高减速速度n_upper，dec与较低减速速度n_lower，dec之间的减速时间t_1，dec，将沿第二方向旋转的离心机从较高减速速度n_upper，dec减速至较低减速速度n_lower，dec，以及针对第二方向测量在较高减速速度n_upper，dec和较低减速速度n_lower，dec之间的减速时间t_2,dec。

在一般情况下，减速过程从初始减速速度n_start,dec开始并在最终减速速度n_final,dec处结束。在实施方式中，初始减速速度n_start,dec高于较高减速速度n_upper，dec，且最终减速速度n_final,dec低于较低减速速度n_lower，dec。初始减速速度n_start,dec可以基本上等于加速速度测试中的最终加速速度n_final,acc。

在减速测试中，第二方向与第一方向相反。减速测试中的第一方向与加速测试中的第一方向同方向。减速测试中的第二方向与加速测试中的第二方向同方向。

第二方向的减速过程与第一方向的减速过程相同。这意味着施加给沿第一方向旋转的减速离心机的扭矩与施加给沿第二方向旋转的减速离心机的扭矩相同地表现为时间的函数。扭矩的方向自然地相对于彼此相反。在一个实施方式中，在减速测试期间使离心机自由减速。这意味着在减速测试期间没有用扭矩来旋转离心机。

检测离心机的正确旋转方向的步骤包括：将第一方向的加速时间t_1，acc与第二方向的加速时间t_2,acc进行比较，以及将第一方向的减速时间t_1,dec与第二方向的减速时间t_2,dec进行比较。关于加速测试，将较短的加速时间解释为表明正确旋转方向。例如，如果t_2,acc<t_1,acc，则第二方向为正确旋转方向，也称作正向。关于减速测试，将较长的减速时间解释为表明正确旋转方向。例如，如果t_2,dec>t_1,dec，则第二方向为正确旋转方向。

图1示出了在正向情况与反向情况下的加速行为的差异。图2示出了在正向情况与反向情况下的减速行为的差异。图1和图2中示出的曲线图仅为示例，在不同的实施方式中，在正向情况与反向情况下的加速行为的差异和减速行为的差异可能有所不同。

在一种实施方式中，将加速测试和减速测试反复进行多次以便于改善加速测试和减速测试的可靠性。在一种实施方式中，只有当所有测试的结果都一致时才将某个旋转方向指定为正确旋转方向。在可替代的实施方式中，如果测试的给定百分比诸如90%表明某个旋转方向为正确旋转方向，则将该旋转方向指定为正确旋转方向。

关于加速测试，用以下式子来计算较低加速速度n_lower，acc的数值和较高加速速度n_upper，acc的数值：

n_lower，acc=CF_low,acc·n_final,acc1

n_upper，acc=CF_upper，acc·n_final,acc1，其中，

n_final,acc1为针对阶跃式扭矩基准（step-like torque reference）的沿第一方向的最终加速速度；

CF_low,acc为较低加速速度的系数，其值在0.1至0.7之间；以及

CF_upper，acc为较高加速速度的系数，其值在0.85至0.99之间。

关于减速测试，用下式来计算较高减速速度n_upper，dec的数值和较低减速速度n_{lowerer，dec}的数值：

n_upper，dec=CF_upper，dec·n_start,dec

n_lower，dec=CF_low,dec·n_start,dec，其中，

n_start,dec为减速开始时的转速；

CF_upper，dec为较高减速速度的系数，其值在0.85至0.99之间；以及

CF_low,dec为较低减速速度的系数，其值在0.1至0.7之间。

系数CF_low,acc、CF_upper，acc、CF_upper，dec和CF_low,dec的最优值取决于实施方式。应当将较高减速速度的系数CF_upper，dec选择成使得在减速事件的开始存在的瞬态不使计算结果失真。

应当理解，以上讨论的较低加速速度、较高加速速度、较高减速速度和较低减速速度中的每个为转速。词语“加速”和“减速”仅被用来阐明一个术语是涉及加速测试还是涉及减速测试。

在用7.5kW离心叶轮进行的实验室测量中，发现CF_low,acc=CF_low,dec=0.3和CF_upper，acc=CF_upper，dec=0.98是实用的，其中，该7.5kW离心叶轮具有1446rpm的额定旋转速度且通过具有1450rpm的额定旋转速度的电动机来旋转。

在通过能够估计离心机的转速的变频器来驱动离心机的情况下，不需要单独的旋转传感器。多数现代变频器能够对自己驱动的离心机的转速进行估计，甚至在没有扭矩被用于使离心机旋转的减速测试期间也能够估计离心机的转速。由于本发明仅需要与转速有关的信息来检测正确旋转方向，所以不需要任何额外的传感器。因此，本发明能够实现对正确旋转方向的无传感器检测。

通过非穷尽地进行一次或多次加速测试来检测离心机的正确旋转方向是可能的。相似地，通过非穷尽地进行一次或多次减速测试来检测离心机的正确旋转方向是可能的。然而，在许多实施方式中，使用加速测试和减速测试二者来改善正确旋转方向的检测的可靠性。

图3示出了根据本发明的实施方式的离心机组件。离心机组件包括：离心机2、用于使离心机2旋转的驱动装置4、和用于控制离心机2的旋转的控制单元6，控制单元6适于通过使用以上描述的加速测试和/或减速测试来检测离心机2的正确旋转方向。驱动装置4包括变频器。

在一种实施方式中，离心机具有带有后弯叶片的叶轮。图4示出了具有后弯翼型叶片的离心鼓风机叶轮的示例。在可替代的实施方式中，离心机可以具有带有前弯叶片或带有径向直叶片的叶轮。

对于本领域内技术人员明显的是，可以以各种方式来实现该创造性构思。本发明及其实施方式不限于以上描述的示例而可以在权利要求的范围内有所变化。

Claims (10)

1.一种用于检测离心机的正确旋转方向的方法，其特征在于，所述方法包括基于加速测试和/或减速测试来检测所述离心机的正确旋转方向的步骤；

所述加速测试包括以下步骤：

将所述离心机在第一方向从较低加速速度n_lower，acc加速至较高加速速度n_upper，acc；

针对所述第一方向测量在所述较低加速速度n_lower，acc与所述较高加速速度n_upper，acc之间的加速时间（t_1,acc）；

将所述离心机在第二方向从所述较低加速速度n_lower，acc加速至所述较高加速速度n_upper，acc，所述第二方向与所述第一方向相反，并且沿所述第二方向的加速过程与沿所述第一方向的加速过程相同；以及

针对所述第二方向测量在所述较低加速速度n_lower，acc与所述较高加速速度n_upper，acc之间的加速时间（t_2,acc）；

所述减速测试包括以下步骤：

将沿第一方向旋转的所述离心机从较高减速速度n_upper，dec减速至较低减速速度n_lower，dec；

针对所述第一方向测量在所述较高减速速度n_upper，dec与所述较低减速速度n_lower，dec之间的减速时间（t_1,dec）；

将沿第二方向旋转的所述离心机从所述较高减速速度n_upper，dec减速至所述较低减速速度n_lower，dec，所述第二方向与所述第一方向相反，并且所述第二方向的减速过程与所述第一方向的减速过程相同；以及

针对所述第二方向测量在所述较高减速速度n_upper，dec与所述较低减速速度n_lower，dec之间的减速时间（t_2,dec）；

其中，所述检测所述离心机的正确旋转方向的步骤包括：将所述第一方向的所述加速时间（t_1，acc）与所述第二方向的所述加速时间（t_2，acc）进行比较，从而将较短的加速时间解释为表明所述正确旋转方向；和/或将所述第一方向的减速时间（t_1,dec）与所述第二方向的减速时间（t_2,dec）进行比较，从而将较长的减速时间解释为表明所述正确旋转方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关于所述加速测试，使用基本上恒定的扭矩沿所述第一方向使所述离心机加速以及沿所述第二方向使所述离心机加速。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，关于所述减速测试，使所述离心机在没有扭矩被用于使所述离心机旋转的情况下自由减速。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过由变频器馈电的电动机来驱动所述离心机，其中，所述加速测试包括为所述变频器提供阶跃式扭矩基准，对于所述第一方向和所述第二方向，所述阶跃式扭矩基准的绝对值相同。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，关于所述加速测试，用式子n_lower，acc=CF_low,acc·n_final,acc1计算所述较低加速速度n_lower，acc的数值；以及

用式子n_upper，acc=CF_upper，acc·n_final,acc1计算所述较高加速速度n_upper，acc的数值；

其中

n_final,acc1为针对所述阶跃式扭矩基准的沿所述第一方向的最终加速速度；

CF_low,acc为较低加速速度的系数，其值在0.1至0.7之间；以及

CF_upper，acc为较高加速速度的系数，其值在0.85至0.99之间。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，关于减速测试，用式子n_upper，dec=CF_upper，dec·n_start,dec计算所述较高减速速度n_upper，dec的数值；以及

用式子n_lower，dec=CF_low,dec·n_start,dec计算所述较低减速速度n_{lowerer，dec}的数值；其中，

n_start,dec为减速开始时的转速；

CF_upper，dec为较高减速速度的系数，其值在0.85至0.99之间；以及

CF_low,dec为较低减速速度的系数，其值在0.1至0.7之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述加速测试和/或所述减速测试反复进行多次。

8.一种离心机组件，所述离心机组件包括离心机（2）、用于使所述离心机（2）旋转的驱动装置（4）和用于对所述离心机（2）的旋转进行控制的控制单元（6），其特征在于，所述控制单元（6）适于通过加速测试和/或减速测试来检测所述离心机（2）的正确旋转方向，

其中，在所述加速测试期间，所述控制单元（6）适于：

将所述离心机（2）在第一方向从较低加速速度n_lower，acc加速至较高加速速度n_upper，acc；

针对所述第一方向测量在所述较低加速速度n_lower，acc与所述较高加速速度n_upper，acc之间的加速时间（t_1，acc）；

将所述离心机（2）在第二方向从所述较低加速速度n_lower，acc加速至所述较高加速速度n_upper，acc，所述第二方向与所述第一方向相反；以及

针对所述第二方向测量在所述较低加速速度n_lower，acc与所述较高加速速度n_upper，acc之间的加速时间（t_2,acc）；

其中，在所述减速测试期间，所述控制单元（6）适于：

将沿第一方向旋转的所述离心机（2）从较高减速速度n_upper，dec减速至较低减速速度n_lower，dec；

针对所述第一方向测量在所述较高减速速度n_upper，dec与所述较低减速速度n_lower，dec之间的减速时间（t_1,dec）；

将沿第二方向旋转的所述离心机（2）从所述较高减速速度n_upper，dec减速至所述较低减速速度n_lower，dec，所述第二方向与所述第一方向相反；以及

针对所述第二方向测量在所述较高减速速度n_upper，dec与所述较低减速速度n_lower，dec之间的减速时间（t_2,dec）；

其中，所述控制单元（6）适于通过以下方式来检测所述离心机（2）的正确旋转方向：

将所述第一方向的所述加速时间（t_1，acc）与所述第二方向的所述加速时间（t_2，acc）进行比较，由此，将较短的加速时间解释为表明所述正确旋转方向；和/或

将所述第一方向的减速时间（t_1,dec）与所述第二方向的减速时间（t_2,dec）进行比较，由此，将较长的减速时间解释为表明所述正确旋转方向。

9.根据权利要求8所述的离心机组件，其特征在于，所述离心机（2）为适于使气体移动的离心鼓风机。

10.根据权利要求8所述的离心机组件，其特征在于，所述离心机（2）为适于使液体移动的离心泵。

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