CN104047858A - 罗茨大气直排智能机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种罗茨大气直排智能机组，属于真空设备技术领域。它解决了现有的罗茨真空机组抽真空时间长，电能消耗大的问题。本罗茨大气直排智能机组，包括罗茨真空泵、前级泵、负压传感器和具有用于监测罗茨电机运行转速的监测单元的控制系统；所述罗茨真空泵包括泵体与罗茨电机，前级泵包括前级电机；负压传感器设置在罗茨真空泵的泵体内，负压传感器与控制系统电连接；罗茨电机通过自适应变频器与控制系统电连接，前级电机与控制系统电连接。本罗茨大气直排智能机组的罗茨真空泵提前启动，增加机组抽速，由此极大缩短抽气时间，提高整机工作效率。本罗茨大气直排智能机组还具有提高罗茨真空泵使用寿命，减少对电网的冲击的优点。

Description

罗茨大气直排智能机组

技术领域

本发明涉及真空设备技术领域，尤其涉及一种罗茨大气直排智能机组。

背景技术

真空机组是根据不同行业工艺要求来组合的机组；真空机组具有节能效果显著，真空度明显提高，抽速区域增宽，占地面积小等优点。罗茨大气直排智能机组是主泵为罗茨真空泵的真空机组。

罗茨真空泵的泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子，转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵。罗茨真空泵根据工作范围的不同可以分为直排大气的低真空罗茨泵、中真空罗茨泵和高真空多级罗茨泵。

罗茨真空泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵在工作时需要前级泵的配合来提高压缩比；罗茨真空泵不但抽真空的效果不好、真空度低，且不能在低真空状态启动，也不能在高真空状态持续运行否则会造成罗茨真空泵报废。因而，现有的罗茨大气直排智能机组需要前级泵先运行，在真空度达到符合罗茨真空泵运行要求(如1000Pa)后再启动罗茨真空泵工作，显然前级泵从大气压抽至1000Pa所需的时间远远大于罗茨真空泵运行的时间，因此存在着抽真空时间比较长的问题。真空度高于罗茨真空泵运行要求(如小于500Pa)控制罗茨真空泵停止运行，待真空度高于罗茨真空泵运行要求(如大于500Pa)控制罗茨真空泵重新启动工作。罗茨真空泵反复启动与停机，存在着罗茨泵损害大，以及对电网冲击大和单位能耗高等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种罗茨大气直排智能机组，本发明要解决的技术问题是如何降低抽真空所需的时间。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：本罗茨大气直排智能机组，包括罗茨真空泵与前级泵，所述罗茨真空泵包括泵体与罗茨电机，前级泵包括前级电机；其特征在于，本罗茨大气直排智能机组还包括负压传感器、具有用于监测罗茨电机运行转速的监测单元的控制系统；负压传感器设置在罗茨真空泵的泵体内，负压传感器与控制系统电连接；罗茨电机通过自适应变频器与控制系统电连接，前级电机与控制系统电连接。

负压传感器用于监测罗茨真空泵的泵体内气压大小；控制系统根据负压传感器监测得到泵体内气压大小以及前级电机反馈的信号控制罗茨电机是否启动；控制系统还根据负压传感器监测得到泵体内气压大小和监测单元检测得到罗茨电机运行状态控制罗茨电机转速以及控制提高或降低转速的加速度。

在上述的罗茨大气直排智能机组中，所述控制系统具有逻辑运算单元和运行控制单元，负压传感器与运行控制单元电连接，运行控制单元、监测单元、自适应变频器、前级电机均与逻辑运算单元电连接。

在上述的罗茨大气直排智能机组中，所述监测单元包括设置在罗茨电机上用于检测电机转轴转速的转速传感器，转速传感器与逻辑运算单元电连接。

在上述的罗茨大气直排智能机组中，所述监测单元包括与罗茨电机电连接的电流测量仪和电压测量仪；电流测量仪和电压测量仪均与逻辑运算单元电连接。电流测量仪用于实时监测罗茨电机运行状态下的电流。电流测量仪用于实时监测罗茨电机运行状态下的电压。通过电流与电压综合反应罗茨电机运行实时转速状态。

在上述的罗茨大气直排智能机组中，所述负压传感器位于罗茨真空泵的进气接管内或泵腔内或排气接管内。

在上述的罗茨大气直排智能机组中，所述前级泵为滑阀真空泵或旋片真空泵、液环真空泵或干式真空泵。

本罗茨大气直排智能机组运行控制策略，其特征在于，包括以下控制模式：罗茨真空泵启动，在前级电机启动情况下，罗茨真空泵泵体内气压低于运行控制单元内设定的启动气压，逻辑运算单元控制自适应变频器实现罗茨电机低速启动；

罗茨真空泵变速运行，在罗茨真空泵启动情况下，运行控制单元根据罗茨真空泵的泵体内气压大小值给逻辑运算单元发送体现罗茨电机理论转速的信号；逻辑运算单元结合监测单元检测得到罗茨电机运行转速控制罗茨电机转速以及控制提高或降低转速的加速度。

在上述的罗茨大气直排智能机组运行控制策略中，所述运行控制单元内设定的启动气压略低于罗茨大气直排智能机组运行所在地气压。如罗茨大气直排智能机组运行所在地气压为标准大气压，则设定的启动气压为100KPa。

在上述的罗茨大气直排智能机组运行控制策略中，所述罗茨电机低速启动时的转速为罗茨电机允许最高运行转速的10％～50％。

在上述的罗茨大气直排智能机组运行控制策略中，所述运行控制单元发送体现罗茨电机理论转速的信号还结合罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率比值。

利用本罗茨大气直排智能机组抽真空，在抽真空过程中，前级泵运行，罗茨真空泵的泵体内气压降低，气压变化被负压传感器检测到，控制系统控制罗茨电机低速启动。罗茨电机启动后便参与抽真空，随着气压的降低，控制系统控制罗茨电机转速也提高，直至全速运行。与现有技术相比，本罗茨大气直排智能机组的罗茨真空泵低速启动，进而能使罗茨真空泵提前启动，通过变速运行保证罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率相匹配，进而保证罗茨真空泵能正常运行。换言之，本罗茨大气直排智能机组的罗茨真空泵提前启动，增加机组抽速，由此极大缩短抽气时间，提高整机工作效率。

当真空度高于罗茨真空泵运行要求后，通过降低罗茨真空泵运动转速，进而保证罗茨真空泵不受伤害，提高罗茨真空泵使用寿命，同时避免罗茨真空泵频繁启动，进而减少对电网的冲击。

本罗茨大气直排智能机组降低罗茨真空泵和/或前级泵的功率后仍然能实现与现有技术相同的技术要求；由此可知本罗茨大气直排智能机组能有效减少能源消耗。

附图说明

图1是本罗茨大气直排智能机组实施例一的控制原理图。

图2是本罗茨大气直排智能机组实施例二的控制原理图。

图3是运行控制单元中压力与转速关系图。

图4是本发明对比例一的压力与抽速关系图。

图5是本发明对比例二的压力与抽速关系图。

图6是本发明对比例三的压力与抽速关系图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本罗茨大气直排智能机组包括罗茨真空泵、前级泵、负压传感器和控制系统。

罗茨真空泵包括泵体与罗茨电机，泵体具有进气接管和泵腔和排气接管。

前级泵为滑阀真空泵或旋片真空泵、液环真空泵或干式真空泵。前级泵包括前级电机。

负压传感器用于监测罗茨真空泵的泵体内气压大小；负压传感器设置在罗茨真空泵的泵体内。具体来说，负压传感器设置在罗茨真空泵的进气接管内。根据实际情况，负压传感器还可设置在罗茨真空泵的排气接管内或泵腔内。

负压传感器优选高速负压传感器，其相应时间在5～20ms，高速负压传感器能实现实时监测气压变化。

控制系统具有逻辑运算单元、运行控制单元和监测单元；监测单元与运行控制单元均与逻辑运算单元电连接。前级电机与逻辑运算单元电连接；罗茨电机通过自适应变频器与逻辑运算单元电连接。负压传感器与运行控制单元电连接。

监测单元用于监测罗茨电机运行转速。具体来说，监测单元包括与罗茨电机电连接的电流测量仪和电压测量仪；电流测量仪和电压测量仪均与逻辑运算单元电连接。

运行控制单元接收负压传感器产生与罗茨泵泵体内气压大小相对于的信号和产生与罗茨电机运行理论转速相对应的信号。如图3所示，1号线表示罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率比值为1时气压与罗茨电机转速关系。2号线表示罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率比值为3.5时气压与罗茨电机转速关系。3号线表示罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率比值为4时气压与罗茨电机转速关系。4号线表示罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率比值为8时气压与罗茨电机转速关系。上述气压与罗茨电机转速关系线通过大量计算和实验得到。

逻辑运算单元接收运行控制单元产生与罗茨电机运行理论转速相对应的信号、接收前级电机处于运行状态的反馈信号和监测单元反馈的电压信号与电流信号。逻辑运算单元产生控制自适应变频器与罗茨电机运行实际转速相对应的信号。

本罗茨大气直排智能机组运行控制策略包括罗茨真空泵启动控制模式和罗茨真空泵变速运行控制模式。

罗茨真空泵启动控制模式通过以下策略实现：在前级电机启动情况下，罗茨真空泵泵体内气压低于运行控制单元内设定的启动气压，逻辑运算单元控制自适应变频器实现罗茨电机低速启动。运行控制单元内设定的启动气压略低于罗茨大气直排智能机组运行所在地气压。罗茨电机低速启动时的转速为罗茨电机允许最高运行转速的10％～50％。换言之，前级电机启动或处于运行状态会将对应地信号反馈给逻辑运算单元；当罗茨真空泵泵体内气压低于运行控制单元内设定的启动气压，运行控制单元将罗茨电机运行理论转速相对应的信号反馈给逻辑运算单元；逻辑运算单元接收电流信号与电压信号，通过逻辑运算体现罗茨电机实际转速，此时罗茨电机实际转速肯定为0r/min。逻辑运算单元控制自适应变频器使电机启动，逻辑运算单元比较罗茨电机运行理论转速与罗茨电机实际转速的差值并根据差值控制自适应变频器使电机转速快速达到罗茨电机运行理论转速。

罗茨真空泵变速运行控制模式通过以下策略实现：罗茨真空泵变速运行控制模式在罗茨真空泵启动控制模式完成执行后再执行。

随着前级泵与罗茨真空泵的运行时间增加，罗茨真空泵的泵体内气压越来越低，根据设定的罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率比值，运行控制单元向逻辑运算单元反馈对应的罗茨电机理论转速的信号。逻辑运算单元比较罗茨电机运行理论转速与罗茨电机实际转速的差值并根据差值控制自适应变频器使电机转速快速达到罗茨电机运行理论转速。具体来说，差值越大则控制电机转速加速度越大，差值越小则控制电机转速加速度越小；如运行控制单元希望罗茨电机运行理论转速为2500r/min，监测单元监测得到罗茨电机运行实际转速为也2500r/min，那么加速度为0r/s；运行控制单元希望罗茨电机运行理论转速为2500r/min，监测单元监测得到罗茨电机运行实际转速为也2400r/min，那么加速度可能为100r/s；运行控制单元希望罗茨电机运行理论转速为2500r/min，监测单元监测得到罗茨电机运行实际转速为也2300r/min，那么加速度可能为200r/s；运行控制单元希望罗茨电机运行理论转速为2300r/min，监测单元监测得到罗茨电机运行实际转速为也2500r/min，那么加速度可能为-200r/s。

若随着前级泵与罗茨真空泵的运行时间增加，罗茨真空泵的泵体内气压变化不正常，罗茨电机保持与气压相对应的转速，控制系统执行报警。

若罗茨真空泵的泵体内气压缓慢增加或瞬速增加，根据设定的罗茨真空泵抽气速率与前级泵抽气速率比值，运行控制单元向逻辑运算单元反馈对应的罗茨电机理论转速的信号；罗茨电机降速运行，控制系统执行报警。

随着前级泵与罗茨真空泵的运行时间增加，罗茨真空泵的泵体内气压低于运行控制单元设定的全速运行气压，逻辑运算单元控制罗茨电机全速运行。运行控制单元设定的全速运行气压为500～4000Pa。

随着前级泵与罗茨真空泵的运行时间增加，罗茨真空泵的泵体内气压小于罗茨真空泵极限压力后，运行控制单元向逻辑运算单元反馈对应的罗茨电机理论转速的信号；罗茨电机降速运行。

对比例一

通过比较现有的浙江神工真空设备制造有限公司生产的H150滑阀真空泵与zjc600罗茨真空泵组成的罗茨大气直排智能机组与具有上述控制系统与控制策略也由H150滑阀真空泵与zjc600罗茨真空泵组成的罗茨大气直排智能机组进一步说明本发明的有益效果。zjc600罗茨真空泵抽气速率与H150滑阀真空泵抽气速率比值为4。

如图4中5和6号线所示，现有的罗茨大气直排智能机组中滑阀真空泵先运行，直至气压到达1000Pa后再启动罗茨真空泵，罗茨真空泵全抽速运行(600L/s)，即罗茨真空泵以最高转速运行(2980r/min)；对2立方米容器进行抽真空且达到100Pa需要90秒。

如图3和图4所示，本发明的罗茨大气直排智能机组中滑阀真空泵先运行，当气压到达100000Pa后，罗茨真空泵的罗茨电机启动，罗茨电机启动时转速为400r/min。随着气压逐渐下降，罗茨电机转速越来越高，运行控制单元希望罗茨电机运行理论转速为曲线增加，直至气压到达500Pa后罗茨电机全速运行(2980r/min)；如图3中的3号线。如图4中7号线所示，在此过程中罗茨真空泵抽气速率也越来越大；直至气压到达500Pa后罗茨电机抽气速率为600L/s。对2立方米容器进行抽真空且达到100Pa仅需30s。

对比例二

通过比较现有的浙江神工真空设备制造有限公司生产的H70滑阀真空泵与zjc600罗茨真空泵组成的罗茨大气直排智能机组与具有上述控制系统与控制策略也由H70滑阀真空泵与zjc600罗茨真空泵组成的罗茨大气直排智能机组进一步说明本发明的有益效果。zjc600罗茨真空泵抽气速率与H70滑阀真空泵抽气速率比值为8。

如图5中8和9号线所示，现有的罗茨大气直排智能机组中滑阀真空泵先运行，直至气压到达1000Pa后再启动罗茨真空泵，罗茨真空泵全抽速运行(600L/s)，即罗茨真空泵以最高转速运行(2980r/min)；对2立方米容器进行抽真空且达到100Pa需要150秒。

如图3和图5所示，本发明的罗茨大气直排智能机组中滑阀真空泵先运行，当气压到达100000Pa后，罗茨真空泵的罗茨电机启动，罗茨电机启动时转速为400r/min。随着气压逐渐下降，罗茨电机转速越来越高，运行控制单元希望罗茨电机运行理论转速为曲线增加，直至气压到达500Pa后罗茨电机全速运行(2980r/min)；如图3中的4号线。如图5中10号线所示，在此过程中罗茨真空泵抽气速率也越来越大；直至气压到达500Pa后罗茨电机抽气速率为300L/s。对2立方米容器进行抽真空且达到100Pa需要40s。

通过综合分析对比例一与对比例二可知，现有技术中降低前级泵的功率，导致抽真空时间增加60s。本发明中通过降低前级泵的功率，抽真空时间仅增加10s。对比例二中本发明的前级泵功率仅为对比例一中现有技术前级泵的一半，但抽真空时间仍然缩短50s；由此证明本发明与现有技术相比即能缩短抽真空的时间，又能节约能源。

对比例三

通过比较现有的浙江神工真空设备制造有限公司生产的SVG300旋片真空泵与zjc300罗茨真空泵组成的罗茨大气直排智能机组与具有上述控制系统与控制策略也由SVG300旋片真空泵与zjc300罗茨真空泵组成的罗茨大气直排智能机组进一步说明本发明的有益效果。Zjc300罗茨真空泵抽气速率与SVG300旋片真空泵抽气速率比值为3.5。

如图6中11和12线所示，现有的罗茨大气直排智能机组中旋片真空泵先运行，直至气压到达1000Pa后再启动罗茨真空泵，罗茨真空泵全抽速运行(300L/s)，即罗茨真空泵以最高转速运行(2980r/min)；对0.4立方米容积进行抽真空且达到100Pa需要25秒。

如图3和图6所示，本发明的罗茨大气直排智能机组中旋片真空泵先运行，当气压到达100000Pa后，罗茨真空泵的罗茨电机启动，罗茨电机启动时转速为400r/min。随着气压逐渐下降，罗茨电机转速越来越高，运行控制单元希望罗茨电机运行理论转速为曲线增加，直至气压到达500Pa后罗茨电机全速运行(2980r/min)；如图3中的2号线。如图5中13号线所示，在此过程中罗茨真空泵抽气速率也越来越大；直至气压到达500Pa后罗茨电机抽气速率为300L/s。对0.4立方米容积进行抽真空且达到100Pa仅需10秒。

实施例二

本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，不一样的地方在于：如图2所示，罗茨电机具有电机转轴，监测单元包括设置在罗茨电机上用于检测电机转轴转速的转速传感器，转速传感器与逻辑运算单元电连接。

Claims (10)

1.一种罗茨大气直排智能机组，包括罗茨真空泵与前级泵，所述罗茨真空泵包括泵体与罗茨电机，前级泵包括前级电机；其特征在于，本罗茨大气直排智能机组还包括负压传感器、具有用于监测罗茨电机运行转速的监测单元的控制系统；负压传感器设置在罗茨真空泵的泵体内，负压传感器与控制系统电连接；罗茨电机通过自适应变频器与控制系统电连接，前级电机与控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述的罗茨大气直排智能机组，其特征在于，所述控制系统具有逻辑运算单元和运行控制单元，负压传感器与运行控制单元电连接，运行控制单元、监测单元、自适应变频器、前级电机均与逻辑运算单元电连接。

3.根据权利要求1或2所述的罗茨大气直排智能机组，其特征在于，所述监测单元包括设置在罗茨电机上用于检测电机转轴转速的转速传感器，转速传感器与逻辑运算单元电连接。

4.根据权利要求1或2所述的罗茨大气直排智能机组，其特征在于，所述监测单元包括与罗茨电机电连接的电流测量仪和电压测量仪；电流测量仪和电压测量仪均与逻辑运算单元电连接。

5.根据权利要求1或2所述的罗茨大气直排智能机组，其特征在于，所述负压传感器位于罗茨真空泵的进气接管内或泵腔内或排气接管内。

6.根据权利要求1或2所述的罗茨大气直排智能机组，其特征在于，所述前级泵为滑阀真空泵或旋片真空泵、液环真空泵或干式真空泵。

7.一种罗茨大气直排智能机组运行控制策略，其特征在于，包括以下控制模式：罗茨真空泵启动，在前级电机启动情况下，罗茨真空泵泵体内气压低于运行控制单元内设定的启动气压，逻辑运算单元控制自适应变频器实现罗茨电机低速启动；

罗茨真空泵变速运行，在罗茨真空泵启动情况下，运行控制单元根据罗茨真空泵的泵体内气压大小值给逻辑运算单元发送体现罗茨电机理论转速的信号；逻辑运算单元结合监测单元检测得到罗茨电机运行转速控制罗茨电机转速以及控制提高或降低转速的加速度。

8.根据权利要求7所述的罗茨大气直排智能机组运行控制策略，其特征在于，所述运行控制单元内设定的启动气压略低于罗茨大气直排智能机组运行所在地气压。

9.根据权利要求7所述的罗茨大气直排智能机组运行控制策略，其特征在于，所述罗茨电机低速启动时的转速为罗茨电机允许最高运行转速的10％～50％。

10.根据权利要求7所述的罗茨大气直排智能机组运行控制策略，其特征在于，所述运行控制单元内具有使罗茨电机全速运行设定的气压值。