CN106762650A - 一种用于真空获得设备的节能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于真空获得设备的节能控制系统，包括顺序连接的变频器、电机和串联腔体，在串联腔体的末级腔体外沿轴向增加若干腔体形成多级串联腔体；所述若干腔体中的每个腔体内设有转子，所述转子安装于与电机输出轴连接的主轴上。方法包括电机通过恒转矩模式启动干泵；当干泵启动后，电机转为恒功率模式并升频实现软启动，多级串联腔体从一级至末级依次进行气体压缩，且电机电流小于额定电流。本发明增加多级干泵的级数，使各级能更合理的分配压缩比，改良了各级受载情况和载荷分布；电机功耗降低；随着受载情况改善，泵体振动和噪声也将趋良；各级腔体的温升也更均衡，将对泵体的冷却系统降低要求。

Description

一种用于真空获得设备的节能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及干式真空泵领域，具体涉及一种用于真空获得设备的节能控制系统及方法。

背景技术

泵组一般采取较长时间连续运行的工作方式，这样有必要考虑节能问题。多级干泵在进出口压差基本恒定的前提下，如何设计级数和各级的结构(压缩空间)使其合理分配每级压缩比对整机的承载受力分布将产生重要影响。从而在结构设计上使电机承载合理化。

泵组采用电机为动力源，现阶段又以变频电机为主流配置。在结构一定的前提下，如何变频或采取何种控制方式将影响电机启动阶段的功率特性；在泵组载荷较小或对系统不做功时，考虑工况实际，一般不采取停泵方式，此时应采取降频维持模式，以达到功率降低节约能源目的。

发明内容

针对上述技术不足，本发明的目的提供一种通过增加干泵腔体实现节能的用于真空获得设备的节能控制系统和方法。

本发明采用的技术方案如下：一种用于真空获得设备的节能控制系统，包括顺序连接的变频器、电机和串联腔体，在串联腔体的末级腔体外沿轴向增加若干腔体形成多级串联腔体；所述若干腔体中的每个腔体内设有转子，所述转子安装于与电机输出轴连接的主轴上。

所述多级串联腔体为6个或7个串联的腔体。

所述串联腔体从第一级至末级的径向长度依次递减。

一种用于真空获得设备的节能控制方法，包括以下步骤：

电机通过恒转矩模式启动干泵；当干泵启动后，电机转为恒功率模式并升频实现软启动，多级串联腔体从一级至末级依次进行气体压缩，且电机电流小于额定电流。

所述升频至电机的额定频率。

所述多极为6级或7级。

所述多级串联腔体中各腔体的压缩比小于等于5。

当变频器收到采集到的电机电流信号超过设定的阀值后，变频器降频通过电机带动干泵运行。

所述变频器降频至额定频率的1/3～2/3。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.增加多级干泵的级数，使各级能更合理的分配压缩比，根据附图1、2的对比，可知改进后的结构可以从压缩比最高10降低压缩比最高为4，改良了各级受载情况和载荷分布；电机功耗降低；随着受载情况改善，泵体振动和噪声也将趋良；各级腔体的温升也更均衡，将对泵体的冷却系统降低要求；

2.真空泵在启动阶段通过合理变频，如应用实例中的采用前段恒转矩，后段恒功率的形式，将使真空泵整体得到较良好的启动功率特性；而且实践证明，良好的功率特性与整机良好的抽速—压力特性形式趋同；

3.在真空泵待机阶段，采用保压降频功能的设置，在适当时候使真空泵处于低能耗的待机状态，能节约大量能源，并阶段性减少振动噪声；

4.上述两个阶段的节能效果参考附图3，启动阶段节能约20％，待机阶段节能约80％。

附图说明

图1为本发明整体结构图；

图2为现有干泵的各级压缩比示意图；

图3为本发明的的各级压缩比示意图；

图4为功率-时间曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明通过增加多级干式真空泵由最高级第四、五级至最高级第六、七级(一般不高于7级)的多级爪式干泵串联设计形式，或者罗茨+多级爪式串联的混合设计形式，优化分配各级压缩比，使得承担压缩比较高(靠近排气端的级承担压缩比比例较大)的某级受载荷状况改善，以达到泵组温度分布趋向均衡，形变差小的设计目的，宏观表现在于泵体各级间隙保证较易，振动噪声趋小；本发明通过控制泵频率，达到启动过程中能平稳升频，减少电流峰值冲击，使得即时功率对启动时间段的积分面积趋小，接近理论最优值；通过保压降频方式，达到真空泵(组)在压力维持期间低频运行(stand by模式)状态，而且在具有旁路预抽的前提下并无太大启动抽速损失和能量损失；在具体实际应用中，可单独采取上述一至三种方法或组合并用，达到功率使用优化，实现节能目标。

本发明包括顺序连接的变频器、电机和串联腔体，串联腔体的每个腔体内设有转子，转子安装于与电机输出轴连接的主轴上。本发明在串联腔体的末级腔体外沿轴向增加若干腔体形成多级串联腔体；若干腔体中的每个腔体内设有转子，所述转子安装于与电机输出轴连接的主轴上。每个腔体的入口与前一级相邻腔体的出口连接，增加的腔体结构与现有的腔体结构相同，仅在径向长度为递减。

其中，各腔体内的转子采用爪型或罗茨转子，一般一级转子为单叶罗茨转子，排气端为多叶罗茨转子。各腔体的转子携带压缩气体排至下一级。

电机采用半闭环式变频控制电机，可与各转子所在主轴的负载(压缩比对负载有很大影响)以功率方式相匹配。变频器可根据采集到的电机的电流信号给电机脉冲频率，进而通过变频调速控制电机转速。

一种用于真空获得设备的节能控制方法，多级爪式(或罗茨+多级爪式)干泵串联设计形式，形成逐级气体压缩；干泵的最高级由4-5级增加至6-7级，考虑工程实际，一般不高于7级；用于优化分配各级压缩比；各级压缩比合理分配，一般不超过5。

一种新型控制泵频率的方案，采用前段恒转矩，后段恒功率的形式进行变频，用于优化泵(组)启动特性；

一种新型保压降频方式，由所在系统基体发出信号(或定时)，采集后泵(组)降频运行，用于使真空泵(组)在压力维持期间处于低频运行(stand by模式)状态

参见图1，本发明由原先的最高4-5级增加为最高6-7级，在进出口压差一定的前提下，改进后的单级承受最高压缩比由10降到4。

参见图2，本发明增加级数后的结构简图。具体为从之前的最高4-5级增加到最高7级，结构上每级的压缩空间由第一级至第七级递减，反应在结构特征为轴向尺寸及径向尺寸递减，结构形式保持基本不变；由于工程实际限制(轴刚性和排气口尺寸等约束)一般最高级不可超过7。本实施例采用的7级压缩比依次为：1:2、1:3、1:3、1:4、1:2.7、1:2.5、1:2，使得出口与入口的压力及压差与现有4级干泵保持不变。

参见图3，本发明通过变频手段使电机在启动阶段和待机阶段的功率特性皆趋良，具体为通过变频器的设置，在泵启动阶段前半段通过恒转矩模式，保证启动力矩足够大，当泵启动后，转为恒功率模式，缓慢升频，实现软启动，保证整个过程电机电流不超过额定电流，降低电机线圈发热损失，以损失启动时间(泵抽速)为代价，实现节能目的。具体在工程实际中，在抽速要求不高的前提下，此方式可节约能源；一个实例，可在二者之间优化处理，在保证抽速前提下，尽可能延长泵启动时间，已达节能效果；另一个实例，还可通过放置额外装置或方法(如其他泵进行旁路预抽等)弥补泵启动阶段抽速不高的缺点，实现主泵节能。改良后效果详见图4中功率—时间曲线1与2的对比。

Claims (9)

1.一种用于真空获得设备的节能控制系统，包括顺序连接的变频器、电机和串联腔体，其特征在于：在串联腔体的末级腔体外沿轴向增加若干腔体形成多级串联腔体；所述若干腔体中的每个腔体内设有转子，所述转子安装于与电机输出轴连接的主轴上。

2.根据权利要求1所述的一种用于真空获得设备的节能控制系统，其特征在于所述多级串联腔体为6个或7个串联的腔体。

3.根据权利要求1所述的一种用于真空获得设备的节能控制系统，其特征在于所述串联腔体从第一级至末级的径向长度依次递减。

4.一种用于真空获得设备的节能控制方法，其特征在于包括以下步骤：

电机通过恒转矩模式启动干泵；当干泵启动后，电机转为恒功率模式并升频实现软启动，多级串联腔体从一级至末级依次进行气体压缩，且电机电流小于额定电流。

5.根据权利要求4所述的一种用于真空获得设备的节能控制方法，其特征在于所述升频至电机的额定频率。

6.根据权利要求4所述的一种用于真空获得设备的节能控制方法，其特征在于所述多极为6级或7级。

7.根据权利要求4所述的一种用于真空获得设备的节能控制方法，其特征在于所述多级串联腔体中各腔体的压缩比小于等于5。

8.根据权利要求4所述的一种用于真空获得设备的节能控制方法，其特征在于当变频器收到采集到的电机电流信号超过设定的阀值后，变频器降频通过电机带动干泵运行。

9.根据权利要求8所述的一种用于真空获得设备的节能控制方法，其特征在于所述变频器降频至额定频率的1/3～2/3。