CN110226039B

CN110226039B - 包括两个或多个并联泵的系统和用于在所述系统中运行的压力开关

Info

Publication number: CN110226039B
Application number: CN201780068052.4A
Authority: CN
Inventors: 加西亚费尔南多·巴那斯; 劳拉什乔玛·比什; 卡斯蒂利亚安吉尔·安德烈斯
Original assignee: Coelbo Control System SL
Current assignee: Coelbo Control System SL
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2037-10-18
Also published as: EP3530943C0; US20190257298A1; CN110226039A; ES2620685A1; WO2018073477A1; EP3530943A1; US11041488B2; EP3530943A4; MX2019004296A; EP3530943B1; ES2620685B1; ES2968266T3

Abstract

本发明公开一种具有两个泵(B1,B2)和各个电子压力开关(P1,P2)的系统，两个泵并联连接到输送歧管(1)，所述压力开关设有连接到输送歧管(1)的压力传感器(S1,S2)并设计成在具有第一关闭压力(Pmax1)和第一启动压力(Pmin1)的第一配置和具有第二关闭压力(Pmax2)和第二启动压力(Pmin2)的第二配置之间交替进行操作。第一关闭压力(Pmax1)大于第二关闭压力(Pmax2)，第一启动压力(Pmin1)大于第二启动压力(Pmin2)。每个压力开关(P1,P2)设计成通过压力传感器(S1,S2)根据输送歧管处的压力读数(Pimp)在两种配置之间交替进行操作。本发明还涉及一种压力开关。

Description

包括两个或多个并联泵的系统和用于在所述系统中运行的压力开关

技术领域

本发明涉及具有两个或更多个泵及各自的压力开关的压力组件的控制，旨在保证系统的最佳控制和寿命。

背景技术

已知配备有并联连接的两个或更多个泵以及连接泵输出的输送歧管的系统，包括各个压力开关，所述压力开关设有用于测量输送歧管中的压力的装置以控制每个泵的操作。在机械压力开关的情况下，在压力开关本身中机械地检测压力，而在电子压力开关的情况下，开关包括压力传感器和致动继电器。

这些系统被设计用于满足存在消耗峰值时的需求，因为在操作和成本方面更高效的是拥有两个可以在最佳条件下运行的小型泵，而不是大多数时间未被充分利用的一个泵。

然而，这意味着在控制方面需要更多。

特别地，必须预见到压力开关具有不同的启动/关闭压力配置，并且特别地，其中一个泵必须具有第一启动压力和第一关闭压力，而另一个具有第二启动压力和第二关闭压力，且第一关闭压力大于第二关闭压力，第一启动压力大于第二启动压力，如图1所示。

众所周知，泵通常与也连接到输送歧管的锅炉一起运行，并且不同的关闭/启动压力确保系统的稳定性。

情况如下。假设系统在泵的上关闭压力(Pmax1)和上启动压力(Pmin1)之间处于备用状态。当需要水时，输送歧管中的压力开始下降。通过使用锅炉，压降比没有锅炉时更平缓。当达到第一个启动压力(Pmin1)时，第一泵开始运行。

然后可能发生的是这个第一泵的流量高于引起其启动的消耗，因此输送中的压力趋于增加，锅炉被重新填充，并且达到第一泵的关闭压力。换句话说，如果只有一个泵并且第二泵没有开始操作，会发生上述情况(图2)。

或者可能的是，第一泵的流量不足以满足需求并且压力继续下降直到达到第二启动压力(Pmin2)，使得第二泵开始操作。在这种情况下，如果系统被正确设计尺寸以响应峰值需求，则两个泵可以满足需求并重新填充锅炉。在歧管中的压力上升期间，将首先达到第二关闭压力(Pmax2)，此时第二泵将关闭，然后将达到第一关闭压力(Pmax1)，此时第一泵也将关闭。该序列如图3所示。

刚刚描述的系统，其中可以使用机械和电子压力开关，通过建立四个压力极限，涉及非常简单的编程。

然而，它具有明显的缺点，即第一泵将比另一个泵更频繁地工作，这意味着考虑到部件的寿命，系统不是最佳的，因为第一泵很可能在第二泵之前很早就会失效。

为了应对这个缺点，已经提出了两种解决方案，第一种包括将泵或压力开关连接到公共设备，第二种涉及使用配备有彼此之间的通信装置的独立电子压力开关。两种解决方案都很复杂，因为第一种解决方案涉及具有用于同步的设备，而另一种涉及将压力开关彼此连接。使用这两种系统，可以交替使用泵配置，从而最终支持类似的工作负载。

发明人认为这些解决方案很昂贵。

双泵系统也是已知的，一个是工作泵，另一个是备用泵，其中一个泵在工作泵发生故障时用作备用泵。这是一种可以同时变为运行的配置。这些系统的缺点是主泵老化和备用泵长时间不运行。

作为该问题的解决方案，已知的是使系统能够通过共同的设备进行交替，以便在每个操作周期中或者以规定的时间段交替使用工作泵和备用泵。

发明人认为这种解决方案是昂贵的，因为它涉及结合两个泵的控制设备。

发明内容

为了应对现有技术的缺点，本发明提出了一种系统，该系统包括至少两个并联连接的泵、输送歧管，两个或更多个所述泵的输出连接到该输送歧管，包括各个电子压力开关，所述压力开关设有连接到输送歧管的压力传感器，以控制每个泵的操作，其中压力开关配置成在至少两个启动和关闭压力配置之间交替操作，即：

具有第一关闭压力和第一启动压力的第一配置；

具有第二关闭压力和第二启动压力的第二配置；

其中，第一关闭压力大于第二关闭压力，并且，第一启动压力大于第二启动压力，其中压力开关被配置为利用压力传感器根据输送歧管的压力读数执行所述交替。

借助于这些特征，可以适当地交替进行两个或更多个泵的操作，并确保它们中的每一个具有类似的累积工作负载，以此增加系统的寿命。相对于已知技术，基于压力开关之间的通信的系统被替换为基于对公共压力的监测的系统，而无论是否使用中间设备，并且，对于对应的压力开关，知晓每个泵的操作状态。

特别地，在两个泵的情况下，每个压力开关将在第一和第二关闭和启动压力之间交替进行操作。

该构思极大改进了例如在US4,444,545中公开的技术，其中描述了由公共控制装置协调的双泵系统。与之相比，根据本发明，不需要控制中心，因为每个压力开关配备有压力传感器，使得从压力读数可以知道需要知道的系统状态参数。

在一些实施例中，当压力传感器指示出第一关闭压力已经被超过预定次数时，压力开关被置为处于第一配置或第二配置。这样，如果因为任何原因，其中一个泵连续启动最少次数，系统将自动为系统分配一个状态，以便重新启动泵之间的交替。换句话说，如果由于某种原因，例如由于压力测量中的误差，或者由于接近阈值压力的压力，两个泵开始以相同模式同时操作。当检测到其中一个超过一个连续启动次数时，将确定哪一个泵将以哪个压力极限工作。决定这些状况的压力开关将被指定为主控，而另一个指定为从属。显然，可以设想，压力开关在安装后配置时可以编程为主控或从属。

在一些实施例中，该系统包括连接到输送歧管的锅炉。在绝大多数情况下，该系统照例将具有锅炉，其允许阈值压力之间的差异显著增加，因此避免泵的不间断启动和关闭。

在一些实施例中，每个压力开关设置有压力传感器。

在一些实施例中，该系统包括两个压力开关的公用壳体。换句话说，可以设想将系统中的压力开关设置为单独的单元，这是最常见的，或者它们可以集成在单个壳体中，这将有利于其安装。在这种情况下，还可以预见编程更简单，因为设备本身已经可以决定哪个是主单元。

本发明还涉及一种压力开关，该压力开关用于集成在根据所描述的任一实施例的系统中，并且被配置为在两种关闭和启动压力的配置之间交替继续操作：

具有第一关闭压力和第一启动压力的第一配置；

具有第二关闭压力和第二启动压力的第二配置；

其中第一关闭压力大于第二关闭压力并且其中第一启动压力大于第二启动压力，其中压力开关被配置为利用压力传感器根据输送歧管的压力读数执行所述交替。

本发明还涉及一种系统，该系统包括两个并联连接的泵，一个输送歧管，两个泵的输出连接到所述输送歧管，并包括电子压力开关，所述电子压力开关设有连接到输送歧管的压力传感器，以控制每个泵的操作，其中两个压力开关配置有相同的关闭和启动压力，其中一个电子压力开关被配置为作为主设备操作而另一个电子压力开关被配置为作为从设备操作，被配置作为主设备操作的电子压力开关的同步压力不同于被配置作为从设备操作的电子压力开关的同步压力，所述同步压力低于启动压力，从而可以在交替配置失效时返回到在泵之间交替进行操作的配置。

利用这些特征，可以具有确保交替进行操作的系统，其中只有一个或另一个泵在运行，而不需要具有连接到两个泵或者连接到两个压力开关的控制中心；取而代之，仅仅利用输送歧管的压力读数即可以确保进行交替。

所谓的同步压力的不对称性是为了在失去同步的情况下确保再同步。

附图说明

为了补充说明书并且为了帮助根据实际的示例性实施例更好地理解本发明的特征，附上一组附图作为说明书的组成部分，其中已经以说明性的和非限制性的性质图示了以下内容：

图1是示出布置成并联操作的两个泵的启动和关闭压力之间的关系的示意图。

图2显示了单个泵启动序列中压力的时间演变。

图3显示了两个泵启动序列中压力的时间演变。

图4示出了两个泵启动并且辅助泵停止且由于消耗的变化而连续启动的序列中压力的时间演变。

图5显示了带有两个泵的安装图。

图6A和图6B示出了两个压力开关位于同一壳体中以便于其安装的实施例的图示。

图7示出了在具有布置成单纯交替操作的两个泵的系统的情况下的配置压力及其相对值。

图8和图9示出了压力的时间演变图。

具体实施方式

从图5中可以看出，根据一个优选实施例，本发明涉及一种系统S，包括两个并联的泵B1、B2，一个输送歧管1，两个泵B1、B2的输出连接到该输送歧管1，并包括各个电子压力开关P1、P2以控制每个泵B1、B2的操作。该系统用锅炉2完善，锅炉2旨在确保更高的压力稳定性，例如膜式锅炉。

每个压力开关设置有连接到输送歧管1的压力传感器S1、S2，使得它们可以测量相同的压力，或者如果不同的话，压力的不同至多是两个压力点之间的压力损失。显然，我们将尽力确保差异最小，以确保系统的正确运行。

特别地，压力开关P1、P2配置成在两个或更多个启动压力配置Pmax1、Pmax2和关闭压力Pmin1、Pmin2之间交替操作：

具有第一关闭压力Pmax1和第一启动压力Pmin1的第一配置；

具有第二关闭压力Pmax2和第二启动压力Pmin2的第二配置。

因此，它们中的每一个将在所述两个间隔之间交替变化它们的状态。应该注意的是，压力之后的编号1、2并不意味着它们与压力开关泵组之一相关联，相反，每个泵将在这些配置之间交替操作，这将在下面进一步明确。

如在图1中可以看出，第一关闭压力Pmax1比第二关闭压力Pmax2大，第一启动压力Pmin1比第二启动压力Pmin2大，这在现有技术中已知。

然而，新颖之处在于压力开关P1、P2被配置为利用压力传感器S1、S2根据输送歧管中的压力读数Pimp进行所述交替。

在泵组的初始配置期间，必须将其中一个压力开关指定为主控开关。该压力开关将负责管理再同步算法。另一个压力开关，或者如果系统包括两个以上压力开关的话其他压力开关，将被指定为从属开关。

至于泵的启动顺序，在Pmax1和Pmin1之间操作的泵被定义为主泵。在Pmax2和Pmin2之间运行的泵被定义为辅助泵。如果有更多的辅助泵，它们将按照这个逻辑定义。

在操作中，由于交替，主设备和一个或多个从设备都可以作为主泵或一个或多个辅助泵运行。

在两个泵的泵组中，初始配置为第一泵B1具有以第一关闭压力Pmax1和第一启动压力Pmin1操作的状态(作为主泵操作的主设备)，第二泵具有以第二关闭压力Pmax2和第二启动压力Pmin2操作的状态(作为辅助泵操作的从属设备)，第一关闭压力Pmax1大于第二关闭压力Pmax2，并且第一启动压力Pmin1大于第二启动压力Pmin2。例如，Pmax1＝3.5巴(bar)，Pmin1＝2.5巴，Pmax2＝3巴，Pmin2＝2巴。

这可能导致下面详述的情形。

情形1：

从图2中可以看出，首先输送歧管1中的压力下降到Pmin1以下，这对应于t1。这导致泵B1的启动。如果B1有足够的容量，歧管中的压力将上升到Pmax1，然后B1将关闭。

构成本发明的新颖之处的是，与B2相关联的第二压力开关P2监测歧管中的压力并且验证压力已经升高到Pmax1。因此，可以知道在下一个周期中该首先启动哪一个泵。此外，第一压力开关P1将知道在B1的操作中已经达到压力Pmax1。然后，可以知道如果有必要哪个泵应该第二个启动。配置状态的改变由时间t2处的箭头

表示。

情形2：

如果第一泵B1没有容量，则压力将继续减小，直到Pmin2，泵B2将被启动的时刻(t2)。然后压力再次上升，如果增加的流量足够，将达到第一个Pmax2(时间t3)，第二泵B2将关闭，B1将继续工作直到达到Pmax1，B1将关闭的时刻(时间t4)。在每个时间间隔的端部，表示哪个泵被激活。该序列对应于图3中已知和示出的情形。

同样，构成本发明之新颖性的是，与B2相关联的第二压力开关P2将监测歧管中的压力并且将验证压力已升至Pmax1。因此，可以知道哪个泵应该是在下一个循环中首先启动的。此外，第一压力开关P1将知道在B1的操作中已经达到压力Pmax1。然后，如果有必要，可以知道哪个泵应该接着启动。状态配置的改变在时间t4由箭头

表示。

因此，压力开关可以基于已知的歧管中的压力读数和其操作状态来被同步。因此，根据本发明，不需要在压力开关之间使用设备或通信系统，但是通过读取共同压力来执行同步。

情形3：

从情形2的时间t3之后的状况开始(B2关闭)，如果需求逆转并且再次增加直到压力下降到Pmin2以下，则泵2再次启动，如在时间t2.n处发生的那样。这种状况可以持续到达到时间t4的条件。该序列对应于图4中已知和示出的情形，其中突出显示了消耗发生波动的时间段。

情形4：

完成情形1或情形2和情形3中的循环后，泵的启动顺序反转，即主设备将充当从设备，从设备将充当主设备。

在这些条件下，如果工作循环在图2或图3所示的条件下进行，就压力序列和泵的新顺序而言，正常操作的逻辑将不会改变。

情形5：

因为与启动顺序变化相关的决定与每个装置的压力读数相关联，所以必须在发生小的校准偏差的情况下对所述读数给予公差余量(margin of tolerance)。

该公差可能导致辅助设备误解主设备的停止。这将在交替中产生变化，导致两个设备在辅助模式下工作(同步失效)。

为了解决这个问题，在Pmin2下连续2次启动之后，主设备应用再同步算法。

它是这样一种算法，检测主泵作为从设备的N次(例如两次或三次)连续启动。

特别是，在两次连续启动后作为从设备工作的主泵并非像其对应的那样在Pmax2下关闭，而是在Pmax1下关闭，这迫使辅助泵逆转其顺序并使两个泵返回到交替状态，即，如图2所示的循环。

尽管在优选实施例的以上描述中已经描述了将本发明应用于具有两个泵的系统，但显然本发明进行相应的变化可以应用于更多数量的泵。例如，如果有第三个泵，则必须定义第三启动压力和第三关闭压力。关于交替算法，将使用循环策略，始终以确保三个泵的相同长期工作负载为目标。

最后，图6A和图6B示出了两个实施例，其中两个压力开关存在于共同的壳体中，具有两个压力点或仅一个压力点。

到目前为止，已经描述了一种系统，其中有两个泵彼此互补以满足流量需求，使得它们中的一个或两个工作，并且其中将要单独工作的泵是交替变化的。

下面参考图7至图9描述不同的方案，其中泵不会同时工作，但是它们以所谓的纯交替模式工作，即，一个工作或另一个工作。

如在背景技术部分中已经指出的，为了实现纯粹的交替，现有技术的系统基于包括必须连接到两个泵的中央控制单元。

现在，如下所述，根据本发明，可以没有控制中心，因为如果每个压力开关(每个泵都有一个)具有压力传感器，则仅通过公共输送歧管中的压力读数可以实现纯交替的两个泵的系统。

为此，再次提供具有两个泵B1和B2的系统，如在上面描述的系统中那样。两个压力开关P1和P2配置为主控装置。

在系统开始运行时，将指定为主控的选择泵(例如B1)配置为第一泵B1，将从泵配置为第二泵B2。

启动和关闭参数对于每个设备是相同的，在这种情况下为Pmax和Pmin，如图8和图9中所示的临时函数(temporary functions)所示。

在每个循环中，只有一个泵从Pmin启动到Pmax。在下一个循环中，采用第二个泵进行交替启动。

如图8所示，停止的泵(在这种情况下是B2)读取管路压力，并且可以知道当压力下降到Pmin时第一个B1已经启动，然后达到Pmax。有了这些信息，它就会被配置为下一个周期的第一泵。刚刚作为第一泵工作的泵B1被配置为作为第二泵工作。

但是，为了确保系统的正确操作，有必要为每个设备定义内部安全压力水平：

对于主泵：P_同步1<Pmin

对于从泵：P_同步2<Pmin

其中,总是P_同步2<P_同步1。

我们强调主泵或从泵的条件不会发生变化，也就是说，如果B1是主泵，那么它总是如此。B2也一样。

所变化的是在每个循环中应该对哪个泵进行泵送，以确保纯粹的交替。

在同步失效并且两个泵被配置为第二泵的情况下或者在必须进行第一操作的泵出现了故障的情况下，压力P_同步1和P_同步2是安全压力。

操作如下：

如果由于某种原因同步失效，并且此时主泵(当时必须进行泵送的泵，例如B2)不进行泵送，则压力将降至Pmin以下。因此，当管线压力下降很多，Pline<P_同步1或Pline<P_同步2时，如果泵B1处于第二模式(即它是处于关闭的那个泵)，那么它从内部改变其配置并成为第一泵(必须被启动的泵)。当管路压力低于Pmin时，B1将自动启动。

因此，可以返回到正常的操作循环，因为泵B1是进行泵送的泵，并且它将一直运行直到Pmax，泵B2保持关闭。达到Pmax后，泵B2将成为主泵，并将在下一个循环中启动。泵B1将成为第二泵，它应在下一个循环中保持关闭。

换句话说，如果当时被指定为主泵(不要与主控设备混淆)的泵不能操作，另一台泵不会在Pmin启动，而是在P_同步1或P_同步2启动，取决于它是主控设备还是从属设备。

也就是说，通过由一个是主控设备和另一个是从属设备组成的配置中的不对称性，即第一个设备具有P_同步1>P_同步2，无论何时发生同步失效，系统都可以再同步。如果这些压力相等，那是不可能的。

该特征提供的另一种可能性是，如果其中一个泵发生故障，那么另一个泵，仅通过读取压力，能够知道发生了这种情况并且可以发送错误信息。

在本文中，词语“包括”及其变形(例如“包含”等)不应理解为排他性的意义，即，它们不排除所描述的对象包含其他元件、步骤等的可能性。

此外，本发明不限于本文所述的具体实施方案，而是包括在由权利要求所推论的范围内本领域技术人员可以进行的变化(例如，在材料、尺寸、部件，设计等方面的选择)。

Claims

1.一种系统(S)，该系统包括：两个或更多个并联连接的泵(B1,B2)；输送歧管(1)，所述两个或更多个泵(B1,B2)的输出连接到该输送歧管(1)；以及各个电子压力开关(P1,P2)，所述电子压力开关配备有连接到输送歧管(1)的压力传感器(S1,S2)，以控制每个泵(B1,B2)的操作，其特征在于，

电子压力开关(P1,P2)配置成在两个或更多个启动压力配置(Pmax1,Pmax2)和关闭压力配置(Pmin1,Pmin2)之间交替操作：

具有第一关闭压力(Pmax1)和第一启动压力(Pmin1)的第一配置；

具有第二关闭压力(Pmax2)和第二启动压力(Pmin2)的第二配置；

其中，第一关闭压力(Pmax1)大于第二关闭压力(Pmax2)，并且，第一启动压力(Pmin1)大于第二启动压力(Pmin2)，其中电子压力开关(P1,P2)被配置为利用压力传感器(S1,S2)根据输送歧管的压力读数(Pimp)执行所述交替。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，

当压力传感器指示第一关闭压力(Pmax1)已经被超过预定次数(N)时，电子压力开关被配置为置于第一配置或第二配置。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，

包括连接到输送歧管(1)的锅炉(2)。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，

包括连接到输送歧管(1)的锅炉(2)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，

每个电子压力开关(P1,P2)设置有压力传感器(S1,S2)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，

包括两个电子压力开关(P1,P2)的公共壳体(A)。

7.一种电子压力开关(P1,P2)，该电子压力开关用于集成在根据权利要求1～5中任一项所述的系统中，其特征在于，

所述电子压力开关被配置为在两种关闭压力配置(Pmax1,Pmax2)和启动压力配置(Pmin1,Pmin2)之间交替进行其操作：

具有第一关闭压力(Pmax1)和第一启动压力(Pmin1)的第一配置；

具有第二关闭压力(Pmax2)和第二启动压力(Pmin2)的第二配置；

其中第一关闭压力(Pmax1)大于第二关闭压力(Pmax2)，并且其中第一启动压力(Pmin1)大于第二启动压力(Pmin2)，其中电子压力开关(P1,P2)被配置为利用压力传感器(S1,S2)根据输送歧管中的压力读数(Pimp)执行所述交替。

8.一种系统(S)，包括：两个并联连接的泵(B1,B2)；一个输送歧管(1)，两个泵(B1,B2)的输出连接到所述输送歧管；以及各个电子压力开关(P1,P2)，所述电子压力开关设有连接到输送歧管(1)的压力传感器(S1,S2)，以控制每个泵(B1,B2)的操作，其特征在于，

两个电子压力开关(P1,P2)配置有相同的关闭压力(Pmax)和启动压力(Pmin)，其中一个电子压力开关(P1)配置为作为主设备操作而另一个电子压力开关(P2)配置为作为从设备操作，被配置为作为主设备操作的电子压力开关(P1)的同步压力(P_同步1)不同于被配置为作为从设备操作的电子压力开关(P2)的同步压力(P_同步2)，所述同步压力(P_同步1,P_同步2)低于启动压力(Pmin)，从而能够在交替配置失效时返回到在泵之间交替操作的配置。