CN110418891A - 包括控制器的泵系统 - Google Patents

Abstract

一种控制泵系统中的液环泵的方法，包括：使用压力变送器监测液环泵的真空压力，压力变送器配置为将真空压力信号传送至与液环泵可操作连通的控制器。该方法还包括：响应于真空压力信号，基于通过控制器进行的真空压力信号与预定真空压力的比较，通过经由来自控制器的指令控制液环泵的参数，在泵系统内的可变真空流量需求下，在液环泵中保持预定真空压力。

Description

包括控制器的泵系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月24日提交的第62/463170号美国临时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明涉及液环泵，更具体地，涉及用于液环泵的控制系统。

液环泵系统利用密封液体在泵内形成密封部。泵中的液体量会影响泵的操作。例如，过多的液体会导致需要额外的功来产生所需的压缩流体的流。常规的液环泵系统针对特定的预定条件进行手动控制。因此，现有的泵系统通常不能适应不同的操作特性或动态过程条件。

发明内容

泵系统包括由电动马达驱动的液环泵。变速驱动器为该马达提供动力。传感器位于整个系统中，以测量系统的各种参数。控制器接收来自传感器的信号，并响应这些信号控制变速驱动器和至液环泵的密封水的流。

例如，在一方面，本发明涉及一种控制泵系统中的液环泵的方法，该方法包括：使用压力变送器监测液环泵的真空压力，压力变送器配置为将真空压力信号传送至与液环泵可操作连通的控制器。该方法还包括：响应于真空压力信号，基于通过控制器进行的真空压力信号与预定真空压力的比较，通过经由来自控制器的指令控制液环泵的参数，在泵系统内的可变真空流量需求下，在液环泵中保持预定真空压力。

在一些实施方式中，保持预定真空压力包括：控制马达，马达联接至液环泵，并配置成基于控制器对真空压力信号与预定真空压力的比较，以不同速度驱动液环泵，马达通信联接至控制器，并响应于来自控制器的指令。

在一些实施方式中，该方法包括基于所监测的真空压力确定与保持预定真空压力相关联的马达的旋转速度，以及调节马达的旋转速度，以匹配所确定的旋转速度。

在一些实施方式中，该方法包括：仅在预定的最大转速与预定的最小转速之间的范围内调节马达的转速。

在一些实施方式中，保持预定真空压力包括：调节进入液环泵的密封液体的流速。

在一些实施方式中，监测真空压力包括：监测液环泵的入口真空压力。

在一些实施方式中，该方法包括：控制可操作地连接至控制器的排出阀，以响应于以下中的一个或多个而自动清洗液环泵：已达到排出液环泵的定时时间表；传送到控制器的信号指示液环泵经历高于正常的振动；以及传送到控制器的信号指示液环泵经历容量减小。

在一些实施方式中，该方法包括：从液体泵排出密封液体或可压缩流体，以基于所监测的真空压力实现预定真空压力。

在另一方面，本发明涉及一种控制泵系统中的液环泵的方法，液环泵由控制器控制的马达驱动，该方法包括：使用变送器监测液环泵中的参数，变送器配置为将指示所监测参数的信号发送至与液环泵可操作通信的控制器。该方法还包括：将信号与控制器中的预定阈值进行比较。该方法还包括：响应于指示所监测的参数超过预定阈值的信号，禁用马达的马达启动功能。

在一些实施方式中，监测参数包括：使用液体水平变送器监测液环泵中的密封液体水平，液体水平变送器配置成将密封液体水平信号传输至控制器，以及其中，响应于密封液体水平信号超过预定的密封液体水平阈值，禁用马达启动功能。

在一些实施方式中，预定密封液体水平阈值包括上限和下限，以及其中，响应于密封液体水平信号指示密封液体水平高于上限或低于下限，进行禁用马达启动功能的步骤。

在一些实施方式中，监测参数包括：利用压力变送器监测液环泵的背压，并将指示背压的信号发送至控制器，以及其中，响应于背压信号表示背压超过预定背压阈值而禁用马达启动功能。

在另一方面，本发明涉及一种泵系统，该泵系统包括液环泵，液环泵配置为压缩流体。该泵系统还包括变速马达，变速马达可操作地连接至液环泵，以在泵系统内在可变真空流量需求下驱动液环泵。该泵系统还包括变送器，变送器联接至泵系统，并配置为监测泵系统的参数，并发送指示所监测的参数的信号。该泵系统还包括控制器，控制器与变送器马达通信，控制器编程为执行指令，以响应于来自变送器的指示所监测的参数的信号，可操作地控制液环泵。

在一些实施方式中，变送器包括真空压力变送器，真空压力变送器配置成监测液环泵的真空压力，其中，压力变送器配置成将真空压力信号传输至控制器，其中，参数包括：液环泵的参数，以及其中，控制器编程为通过基于由控制器比较真空压力信号与预定真空压力，响应于真空压力信号，在可变真空流量需求下，保持液环泵中的预定真空压力。

在一些实施方式中，控制器编程为基于通过控制器对真空压力信号与预定真空压力的比较来改变马达的速度，从而保持预定真空压力。

在一些实施方式中，控制器编程为：基于监测的真空压力，确定与保持预定真空压力相关的马达的转速；以及调节马达的转速，以匹配确定的转速。

在一些实施方式中，控制器编程为响应于指示所监测的真空压力的信号，调节进入液环泵的密封液体的流速。

在一些实施方式中，参数包括液环泵的参数，以及其中，控制器编程为响应于指示所监测的参数超过预定阈值的信号，禁用马达的马达启动功能。

在一些实施方式中，泵参数包括由变送器测量的液环泵中的密封液体水平，变送器配置为将密封液体水平信号传输至控制器，以及其中，控制器编程为响应于密封液体水平信号超过预定的密封液体水平阈值，禁用马达启动功能。

在一些实施方式中，泵参数包括由变送器测量的液环泵中的背压，变送器配置为将背压信号传输至控制器，以及其中，控制器编程为响应于背压信号超过预定的背压阈值，禁用马达启动功能。

附图说明

为了容易地识别对任何具体元件或动作的讨论，附图标记中最有效的一个或多个数字指的是首先引入该元件的图号。

图1是泵-马达组件的立体图。

图2是图1的泵-马达组件的分解立体图。

图3是包括图1的泵-马达组件的泵系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了泵-马达组件100，泵-马达组件100包括液环泵102形式的泵和马达104。在优选结构中，马达104是变频马达，该变频马达由变频驱动器驱动，从而允许在大速度范围内操作。

图1中所示的液环泵102是单级液环泵102，其具有其他结构，包括多级液环泵、多个单独的液环泵、或液环泵和其他类型的泵的组合。

应注意的是，在本文中，在描述液环泵102时，使用术语“泵”，然而，应理解的是，本文所述的泵和布置同样适用于真空系统或压缩机系统。因此，本文描述的系统不应仅限于泵。

图2更详细地示出了液环泵102的示例。液环泵102包括壳体202、第一端盖204和第二端盖206，壳体202、第一端盖204和第二端盖206协作以围绕并基本上包围转子208和端口构件210。所示结构中的壳体202是具有开放端部的中空圆柱形构件。然而，也可能是其他外壳形状。第一端盖204限定入口106和出口108，并且包围壳体202的第一端部。另外，第一端盖204限定密封液体入口216，密封液体入口216定位成允许额外的或补偿的密封液体(通常是水)进入。第二端盖206包围壳体202的第二端部，并且类似于第一端盖204，但没有入口106和出口108。在图示的结构中，第一端盖204和第二端盖206各自支承轴承，轴承又支承转子208在壳体202内旋转。

在一些结构中，还设置液体或气体旁路通道，以帮助在低于泵的最大压力比的压力比下操作。在一些结构中，诸如电磁操作阀的阀门选择性地打开和关闭，以排出密封液体或气体，以便减小泵中的压差，从而减少在低于最大额定压力比的压力比下操作所需的功。

转子208包括多个叶片，该多个叶片布置成在操作期间限定压缩室或压缩空间。端口构件210是锥形端口构件210，锥形端口构件210部分地容纳在转子208中的锥形开口内。端口构件210包括多个孔或开口，该多个孔或开口布置成将流体引导至转子208中，并引导流体在所需的位置和方向流出转子208。

本领域技术人员应理解的是，液环泵有许多不同的布置。所示结构是具有锥形端口构件210的单级泵。其他结构可包括两级或更多个级，或可包括平面端口板。应清楚的是，本文描述的系统不应限于与如本文所述的液环泵102一起使用。相反，该系统同样适用于包括液环泵102的其他系统和布置。

在操作中，液环泵102经由入口106将待压缩的流体抽吸到泵中。马达104驱动转子208以使转子208绕轴线旋转。转子208的旋转产生密封液体环，密封液体环与转子208的叶片协作，从而形成一系列封闭空间。转子208的轴线偏离密封液体环的中心，使得封闭空间的体积从入口106到出口108减小。当压缩和排出流体时，压缩的流体流通常携带密封液体中的一些。因而，必须经由密封液体入口216周期性地将额外的密封液体引入泵中。密封液体的量和马达104的速度是可调节的两个变量，以实现期望的操作特性。

图3示意性地示出了包括图1和图2的液环泵102的泵系统300。过程入口318将待压缩的流体引导至液环泵102的入口106。过程出口320从液环泵102的出口108获取压缩流体和任何携带的密封液体，并将压缩流体引导至水分分离器310。水分分离器310使压缩流体与密封流体分离，并将压缩流体引导出系统或气体出口。分离的密封液体沿密封液体出口322进行引导，在密封液体出口322处，密封液体泵312将流体泵送回液环泵102，并进入密封液体入口216。热交换器314位于密封液体泵312与液环泵102之间，从而可根据需要冷却密封液。

多个测量仪器326定位在整个泵系统300中，并且布置成向控制器316提供测量，控制器316可为可编程逻辑控制器(“PLC”)。典型的测量可包括入口流体温度和压力、出口流体温度和压力、密封液体温度、以及泵系统300中可能需要的其他温度、压力、流体水平、阀门位置等。

控制构件302定位在整个泵系统300中以控制不同的部件和操作。控制构件302各自连接至控制器316，以允许控制器316控制相应的控制构件302。例如，阀门可定位成打开连接至密封液体出口322的排出件。其他控制构件302可包括用于控制密封液体泵312操作的马达控制器、用于控制液体或气体排放系统打开的阀门控制器、或泵系统300的其他操作特性。另一控制构件302包括变频驱动器(“VFD”)其他马达控制器，该变频驱动器(“VFD”)其他马达控制器经由马达104控制液环泵102的操作。控制器316连接至控制构件302中的每个，包括任何VFD或马达控制器，从而允许控制器316控制一个或多个马达和一个或多个泵。

在操作中，泵-马达组件100操作为抽吸待压缩的流体。还向泵提供通常为水的密封液体，从而形成液环和对随压缩流体离开泵的补充存在。压缩流体和任何携带物的流流动至水分分离器310，在水分分离器310处，携带物被分离并重新引导回液环泵102，以便再次使用。压缩流体离开水分分离器310，并且可在通过使用点之前，通过过滤器或其他调节装置(例如，热交换器等)。

通过控制器316来测量和监测各种温度、压力、流速等。使用该数据，控制器316能够控制驱动泵-马达组件100的马达104的速度，并且可共同或分开地密切控制液环泵102中的液体量，从而确保对预期应用实现所需的输出压力。

例如，控制器316可降低马达104和泵102的速度，以减小体积流速。替代地，控制器316可增加或减少到泵102的密封水的流量。另外，控制器316可排出密封液体或气体来降低泵102的压力比，如在任何给定的时间，在现有操作条件下可能需要或必要的那样。

在另一示例中，控制器316可用于基于液体水平变送器“锁定”马达启动功能，以确保泵102不会在泵102内的液体过多或过少的情况下启动。另外，压力传感器可在启动之前将泵背压传递至控制器316，以确保泵102没有抵抗过度或不期望的背压启动。

另外，控制器316可编程为监测轴承上的实际磨损，以确定轴承是否需要更换或是否需要其他维护。在另一结构中，监控操作时间，以确定维护周期，并确保在故障之前及时更换普通的易损件。可将取决于泵的型号和尺寸以及操作条件或工作循环的推荐维护计划编程到控制器316中，从而进一步增强系统的可靠性。

除了“锁定”马达104之外，控制器316还可编程为协调自动许可启动过程。在该示例中，控制器316会在启动之前检查基本参数，以确保安全且对系统性能最佳的启动条件。

在一个应用中，需要液环真空泵保持500毫巴的特定真空水平。液环真空泵包括可编程逻辑控制器、连接至驱动泵的马达的变频驱动器、以及用于监测泵入口和排出处的真空水平的压力变送器(“PT”)。泵最初以1750转/分钟(“RPM”)的速度运行，以在泵入口处保持500毫巴的真空水平。随着来自过程的真空需求增加或减少，泵需要改变速度以保持入口处500mbar的真空。为了实现这一点，入口真空PT读取入口处的真空水平；如果入口处的PT读取的值小于或大于所需的真空值，则PLC会向VFD发送信号以相应地改变泵速。速度变化会在入口处产生或多或少的真空。PLC将继续调节泵的速度，以保持所需的真空水平。可将限制写入逻辑，该逻辑仅允许泵在指定限制内加速和减速。该限制可为泵限制、马达限制或其他系统限制。

调节马达的速度来保持所需的真空水平，而不是改变诸如泵内的水量的其他参数或改变液体/蒸汽旁路的量，从而允许泵更有效地操作。如果马达能够以较低的速度和较低的密封水流速运行，则这为泵用户提供了潜在的成本节省。

在一些结构中，PLC可向一个或多个电磁操作的排出阀发送信号，以自动清洗液环泵，从而帮助从机器中去除可能的污染。这可按计划进行，也可在泵正在经历高于正常的振动或可能的容量减小时进行，高于正常的振动或可能的容量减小中的每个均可通过仪器检测并提供给PLC。通过自动排出泵中的液体，用户可延长机器重建或其他昂贵的维护要求之间的时间。该特征还可帮助用户在更长的时间内保持泵的更高容量。这提高了泵使用寿命期间的泵效率。

在另一应用中，PLC监测并改变密封水流速，以保持泵的入口真空水平。改变密封水流速同时以其设计速度运行泵在各个真空水平下提供泵的最有效操作。

泵系统300提供用于泵102的可编程平台，其能够基于特定于许多不同应用和安装的不同操作特性来进行控制，并且使泵102具有通过在可根据应用程序改变的操作特性之间的若干因素和相互作用控制的多功能性。利用PLC的可编程性，例如，泵系统300的控制、监测和操作可基于特定的过程需求而定制为不同的应用。

Claims (20)

1.一种控制泵系统中的液环泵的方法，所述方法包括：

使用压力变送器监测所述液环泵的真空压力，所述压力变送器配置为将真空压力信号传送至与所述液环泵可操作连通的控制器；

响应于所述真空压力信号，基于通过所述控制器进行的所述真空压力信号与预定真空压力的比较，通过经由来自所述控制器的指令控制所述液环泵的参数，在所述泵系统内的可变真空流量需求下，在所述液环泵中保持所述预定真空压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，保持所述预定真空压力包括：控制马达，所述马达联接至所述液环泵，并配置成基于由所述控制器进行的所述真空压力信号与所述预定真空压力的比较，以不同速度驱动所述液环泵，所述马达通信联接至所述控制器，并响应于来自所述控制器的指令。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：基于所监测的真空压力确定与保持所述预定真空压力相关联的所述马达的旋转速度，以及调节所述马达的所述旋转速度，以匹配所确定的旋转速度。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：仅在预定的最大转速与预定的最小转速之间的范围内调节所述马达的转速。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，保持所述预定真空压力包括：调节进入所述液环泵的密封液体的流速。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，监测所述真空压力包括：监测所述液环泵的入口真空压力。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：控制可操作地连接至所述控制器的排出阀，以响应于以下中的一个或多个而自动清洗所述液环泵：

已达到排出所述液环泵的定时时间表；

传送到所述控制器的信号指示所述液环泵经历高于正常的振动；以及

传送到所述控制器的信号指示所述液环泵经历容量减小。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述液体泵排出密封液体或可压缩流体，以基于所监测的真空压力实现所述预定真空压力。

9.一种控制泵系统中的液环泵的方法，所述液环泵由控制器控制的马达驱动，所述方法包括：

使用变送器监测所述液环泵中的参数，所述变送器配置为将指示所监测参数的信号发送至与所述液环泵可操作通信的控制器；

将所述信号与所述控制器中的预定阈值进行比较；以及

响应于指示所监测的参数超过所述预定阈值的信号，禁用所述马达的马达启动功能。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，监测所述参数包括：使用液体水平变送器监测所述液环泵中的密封液体水平，所述液体水平变送器配置成将密封液体水平信号传输至所述控制器，以及其中，响应于所述密封液体水平信号超过预定密封液体水平阈值，禁用所述马达启动功能。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述预定密封液体水平阈值包括上限和下限，以及其中，响应于所述密封液体水平信号指示所述密封液体水平高于所述上限或低于所述下限，进行禁用所述马达启动功能的步骤。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，监测所述参数包括：利用压力变送器监测所述液环泵的背压，并将指示所述背压的信号发送至所述控制器，以及其中，响应于所述背压信号表示所述背压超过预定背压阈值而禁用所述马达启动功能。

13.一种泵系统，包括：

液环泵，配置为压缩流体；

变速马达，可操作地连接至所述液环泵，以在所述泵系统内在可变真空流量需求下驱动所述液环泵；

变送器，联接至所述泵系统，并配置为监测所述泵系统的参数，并发送指示所监测的参数的信号；以及

控制器，与所述变送器和所述马达通信，所述控制器编程为执行指令，以响应于来自所述变送器的指示所监测的参数的信号，可操作地控制所述液环泵。

14.根据权利要求13所述的泵系统，其中，所述变送器包括真空压力变送器，所述真空压力变送器配置成监测所述液环泵的真空压力，其中，所述压力变送器配置成将真空压力信号传输至所述控制器，其中，所述参数包括：所述液环泵的参数，以及其中，所述控制器编程为基于由所述控制器进行的所述真空压力信号与预定真空压力的比较，通过控制所述液环泵的参数，响应于所述真空压力信号，在可变真空流量需求下保持所述液环泵中的所述预定真空压力。

15.根据权利要求14所述的泵系统，其中，所述控制器编程为基于通过所述控制器进行的所述真空压力信号与所述预定真空压力的比较来改变所述马达的速度，从而保持所述预定真空压力。

16.根据权利要求15所述的泵系统，其中，所述控制器编程为：

基于监测的真空压力，确定与保持所述预定真空压力相关的所述马达的转速；以及

调节所述马达的转速，以匹配确定的转速。

17.根据权利要求14所述的泵系统，其中，所述控制器编程为响应于指示所监测的真空压力的信号，调节进入所述液环泵的密封液体的流速。

18.根据权利要求13所述的泵系统，其中，所述参数包括所述液环泵的参数，以及其中，所述控制器编程为响应于指示所监测的参数超过预定阈值的信号，禁用所述马达的马达启动功能。

19.根据权利要求18所述的泵系统，其中，所述泵参数包括由所述变送器测量的所述液环泵中的密封液体水平，所述变送器配置为将密封液体水平信号传输至所述控制器，以及其中，所述控制器编程为响应于所述密封液体水平信号超过预定的密封液体水平阈值，禁用所述马达启动功能。

20.根据权利要求18所述的泵系统，其中，所述泵参数包括所述液环泵中的背压，所述背压由所述变送器测量，所述变送器配置为将背压信号传输至所述控制器，以及其中，所述控制器编程为响应于所述背压信号超过预定的背压阈值，禁用所述马达启动功能。