CN112005015B

CN112005015B - 液环泵控制

Info

Publication number: CN112005015B
Application number: CN201980019109.0A
Authority: CN
Inventors: J·科克尔贝格斯; A·D·J·德博克; M·G·格莱斯特
Original assignee: Edwards Technologies Vacuum Engineering Qingdao Co Ltd
Current assignee: Edwards Technologies Vacuum Engineering Qingdao Co Ltd
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: WO2019175819A1; CN112020611A; CN112020611B; GB2572035B; EP3765745A4; GB2571971B; GB2572035A; CN112005015A; EP3765745A1; EP3765741A1; GB201820866D0; EP3765741A4; US11746785B2; US20210025391A1; GB201804108D0; US20210364003A1; WO2019175823A1; GB2571971A

Abstract

一种控制系统，包括：抽吸管线（34）；排放管线（38）；操作液体管线（40）；液环泵（10），其包括联接到抽吸管线（34）的抽吸输入、联接到排放管线（38）的排放输出和联接到操作液体管线（40）的液体输入；一个或多个调节设备（16），其配置成控制操作液体进入液环泵（10）内的流动；第一传感器（24），其配置成测量液环泵（2）的排放流体的第一参数；第二传感器（32），其配置成测量由液环泵（10）接收的操作液体的第二参数；以及控制器（20），其操作性地联接到传感器（24、32）和（多个）调节设备（16），并且配置成基于由传感器（24、32）产生的测量结果控制（多个）调节设备（16）。

Description

液环泵控制

技术领域

本发明涉及液环泵的控制。

背景技术

液环泵是一种已知类型的泵，其通常在商业上用作真空泵和用作气体压缩机。液环泵通常包括具有在其中的腔室的壳体、延伸到所述腔室内的轴、安装到所述轴的叶轮和诸如马达的驱动系统（其可操作地连接到所述轴以驱动所述轴）。叶轮和轴在液环泵的腔室内偏心地定位。

在操作中，腔室部分地填充有操作液体（也被称为工作液）。当驱动系统驱动轴和叶轮时，在腔室的内壁上形成液环，由此提供隔离邻近的叶轮叶片之间的各个体积的密封。叶轮和轴关于液环偏心地定位，这导致封闭在叶轮的邻近叶片和液环之间的体积的周期性变化。

在其中液环进一步远离轴的腔室的一部分中，邻近的叶轮叶片之间存在更大的体积，这导致在其中的更小的压力。这允许其中液环进一步远离轴的部分充当进气区。在其中液环更接近轴的腔室的一部分中，邻近的叶轮叶片之间存在更小的体积，这导致在其中的更大的压力。这允许其中液环更接近轴的部分充当排气区。

液环泵的示例包括单级液环泵和多级液环泵。单级液环泵涉及仅单个腔室和叶轮的使用。多级液环泵（例如两级）涉及串联连接的多个腔室和叶轮的使用。

发明内容

能够通过调整在该液环泵中所使用的操作液体的温度来影响液环真空泵的抽吸能力。例如，在高真空水平下，往往通过降低操作液体的温度实现更大的液环泵效率。常规地，在使用水作为操作液体的情况下，通常通过提供开放操作液体回路实现更低温度操作液体的供应，在所述开放操作液体回路中，来自液环泵的加热的操作液体被排出并由冷却的新鲜操作液体替换。因此，液环泵能够消耗相当大量的淡水。

本发明人已经认识到，能够期望以最小化操作液体和功率消耗的方式提供操作液体温度和/或液环泵的压力的控制。此类控制往往有利地减少液环泵的操作成本。

本发明人还已经认识到，能够期望以防止或阻碍该液环真空泵中的气蚀的方式提供液环泵的控制。在某些液环泵中，尤其在低压/高真空条件下操作的那些液环泵中，气蚀往往是磨损和失效的重要起因。此类控制往往有利地减少或消除由气蚀引起的磨损。

在第一方面，本发明提供控制系统，其包括：抽吸管线；排放管线；操作液体管线；液环泵，其包括联接到所述抽吸管线的抽吸输入、联接到所述排放管线的排放输出和联接到所述操作液体管线的液体输入；一个或多个调节设备，其配置成控制所述操作液体进入所述液环泵内的流动；配置成测量第一参数的第一传感器，所述第一参数是所述液环泵的排放流体的参数；配置成测量第二参数的第二传感器，所述第二参数是经由所述操作液体管线由所述液环泵接收的操作液体的参数；以及控制器，其操作性地联接到所述第一传感器、所述第二传感器和所述一个或多个调节设备，并且配置成基于所述第一传感器和所述第二传感器的传感器测量结果控制所述一个或多个调节设备。

第一参数可以是温度。第二参数可以是温度。控制器可配置成确定第一参数和第二参数的函数，以及基于所确定的函数控制所述一个或多个调节设备。所述函数可以是：

其中，T₁是第一参数，并且T₂是第二参数。

一个或多个调节设备可包括用于泵的马达、一个或多个阀等。所述一个或多个调节设备可配置成调制或调节操作液体进入液环泵内的流动。

控制器可以经由一个或多个变频驱动器联接到一个或多个调节设备。控制器可以经由所述一个或多个变频驱动器控制所述一个或多个调节设备。例如，控制器可以经由相应的变频驱动器联接到所述一个或多个调节设备中的每一个。

所述一个或多个调节设备可以包括泵，其可以由马达控制。泵可以配置成经由操作液体管线将操作液体泵送至液环泵。控制器可配置成基于第一传感器和第二传感器的传感器测量结果针对泵和/或驱动该泵的马达确定操作速度。控制器可配置成根据所确定的操作速度控制泵。

抽吸管线、排放管线和操作液体管线可以相对于彼此是分开的独立管线，分开地连接至液环泵。抽吸输入、排放输出和液体输入可以是液环泵上彼此独立或分开的端口。

控制器可以选自由比例控制器、积分控制器、微分控制器、比例-积分控制器、比例–积分–微分控制器、比例–微分控制器和模糊逻辑控制器构成的控制器的集合。

控制系统还可包括操作液体再循环系统，其配置成将所述液环泵的排放流体中的操作液体再循环回所述液环泵内。操作液体再循环系统可以包括分离器，其配置成将操作液体从液环泵的排放流体分离。操作液体再循环系统可以包括冷却装置，其配置成在再循环的操作液体被液环泵接收之前冷却再循环的操作液体。

控制系统还可包括止回阀，其设置在抽吸管线上，并且配置成容许进入所述液环泵的流体流动和阻碍离开所述液环泵的流体流动。控制系统还可包括一个或多个喷洒喷嘴，其设置在抽吸管线上，并且配置成接收操作液体和将所接收的操作液体喷洒到抽吸管线内。例如，一个或多个喷洒喷嘴可配置成经由操作液体管线接收操作液体。

控制系统还可包括配置成驱动液环泵的马达。控制系统还可包括配置成测量第三参数的第三传感器，所述第三参数是经由所述抽吸管线由所述液环泵接收的气体的参数。控制器还可以操作性地联接到第三传感器，且配置成基于第一传感器和第三传感器的传感器测量结果控制马达。

在又一方面，本发明提供用于控制系统的控制方法。所述系统包括：抽吸管线；排放管线；操作液体管线；液环泵，其包括联接到所述抽吸管线的抽吸输入、联接到所述排放管线的排放输出和联接到所述操作液体管线的液体输入；以及一个或多个调节设备，其配置成调节所述操作液体进入所述液环泵内的流动。所述方法包括：由第一传感器测量第一参数，所述第一参数是所述液环泵的排放流体的参数；由第二传感器测量第二参数，所述第二参数是由所述液环泵经由所述操作液体管线接收的操作液体的参数；以及由操作性地联接到所述第一传感器、所述第二传感器和所述一个或多个调节设备的控制器基于所述第一传感器和所述第二传感器的传感器测量结果控制所述一个或多个调节设备。

附图说明

图1是示出真空系统的示意图（不按照比例）；

图2是液环泵的示意图（不按照比例）；

图3是示出由真空系统实现的第一控制过程的某些步骤的过程流程图；以及

图4是示出由真空系统实现的第二控制过程的某些步骤的过程流程图。

具体实施方式

图1是示出真空系统2的示意图（不按照比例）。真空系统2联接到设施4，使得在操作中，真空系统2通过从设施4抽出气体（例如，空气）来在设施4处建立真空或低压环境。

在该实施例中，真空系统2包括止回阀6、一个或多个喷洒喷嘴8、液环泵10、马达12、分离器14、泵系统16、换热器18、控制器20、第一压力传感器22、第一温度传感器24、第二压力传感器26、第一液位传感器28、第二液位传感器30和第二温度传感器32。

设施4经由抽吸或真空管线或管道34连接到液环泵10的入口。

止回阀6和喷洒喷嘴设置在抽吸管线34上。止回阀6设置在设施4和喷洒喷嘴8之间。喷洒喷嘴8设置在止回阀6和液环泵10之间。

止回阀6配置成容许从设施4至液环泵10的流体（例如，诸如空气的气体）的流动，且防止或阻碍流体沿相反方向，即从液环泵10至设施4的流动。

喷洒喷嘴8经由第一操作液体管道36联接到换热器18。喷洒喷嘴8配置成经由第一操作液体管道36从换热器18接收操作液体（其在该实施例中是水）。喷洒喷嘴8配置成将操作液体喷洒到抽吸管线34内，使得操作液体在抽吸管线34中与流体（例如，诸如空气的气体）混合。

在该实施例中，液环泵10是单级液环泵。

液环泵10的气体入口连接到抽吸管线34。液环泵10的气体出口连接到排放管线或管道38。液环泵10经由第二操作液体管道40联接到换热器18。液环泵10配置成经由第二操作液体管道40从换热器18接收操作液体。液环泵10由马达12驱动。

图2是示例液环泵10的横截面的示意图（不按照比例）。稍后在下文中将在描述图2中所示的液环泵10之后更详细地描述真空系统2的其余部分。

在该实施例中，液环泵10包括壳体100，其限定大致圆筒形的腔室102、延伸到腔室102内的轴104和固定地安装到轴104的叶轮106。液环泵10的气体入口108（其联接到抽吸管线34）流体地连接到腔室102的进气口。液环泵10的气体出口（未在图2中示出）流体地连接到腔室102的出气口。

在液环泵10的操作期间，操作液体经由抽吸管线34（从喷洒喷嘴8）并且经由第二操作液体管道40被接收在腔室102中。而且，由马达12使轴104旋转，由此使叶轮106在腔室102内旋转。当叶轮106旋转时，腔室102中的操作液体（未在附图中示出）被迫抵靠腔室102的壁，由此形成密封和隔离邻近叶轮叶片之间的各个体积的液环。而且，气体（诸如空气）经由腔室102的进气口和气体入口108从抽吸管线34被抽入腔室102内。该气体流入形成在叶轮106的邻近叶片之间的体积内。在使容纳在该体积内的气体从腔室102的进气口移动至腔室102的出气口（压缩气体在该处离开腔室102）时，叶轮106的旋转压缩所述气体。离开腔室102的压缩气体然后经由气体出口和排放管线38离开液环泵。

现在返回图1的描述，排放管线38被联接在液环泵10的气体出口和分离器14的入口之间。分离器14经由排放管线38连接到液环泵10，使得排放流体（即，压缩气体，其可包括水滴和/或蒸汽）由分离器14接收。

分离器14配置成将从液环泵10接收到的排放流体分离成气体（例如，空气）和操作液体。因此，分离器14提供操作液体的再循环。

从接收到的排放流体分离的气体从分离器14和真空系统2经由系统出口管道42排出。

在该实施例中，分离器14包括又一入口44，经由所述入口44，分离器14可以接收来自操作液体源（未在附图中示出）的额外的、或“追加”的操作液体的供给。第一阀46沿所述又一入口44设置。第一阀46配置成控制额外的操作液体经由所述又一入口44进入分离器14内的流动。第一阀46可以是电磁阀。

分离器14包括三个操作液体出口。分离器14的第一操作液体出口经由第二操作液体管道48联接到泵系统16，使得操作液体可以从分离器14流动至泵系统16。分离器14的第二操作液体出口联接到溢流管道50，其为过量操作液体提供出口。分离器14的第三操作液体出口联接到排尽或排空管道（drain or evacuation pipe）52，其提供管线，经由所述管线，能够使分离器排尽操作液体。第二阀54沿排空管道52设置。第二阀54配置成处于打开状态或关闭状态中的任一者，以分别允许或防止操作液体经由排空管道52离开分离器14的流动。第二阀54可以是电磁阀。

分离器14还包括液位指示器56，其配置成例如为真空系统2的人类用户提供分离器14中的操作液体的量的指示。液位指示器56可包括例如透明窗口，通过所述窗口，用户可以观察分离器14的液体存储罐内的液体液位。

在该实施例中，除了经由第二操作液体管道48联接到分离器14之外，泵系统16还经由第三操作液体管道58联接到换热器18。泵系统16包括泵（例如，离心泵）和配置成驱动该泵的马达。泵系统16配置成经由第二操作液体管道48将操作液体泵送出分离器14，以及经由第三操作液体管道58将该操作液体泵送至换热器18。

换热器18配置成从泵系统16接收相对热的操作液体，以冷却该相对热的操作液体，从而提供相对冷的操作液体，以及输出该相对冷的操作液体。

在该实施例中，换热器18配置成通过将来自该相对热的操作液体的热传递至流动通过换热器18的流体冷却剂来冷却也流动通过换热器18的相对热的操作液体。操作液体和冷却剂在换热器18中由坚固壁（热经由其传递）分离，由此防止操作液体与冷却剂的混合。换热器18经由冷却剂入口60从冷却剂源（未在附图中示出）接收冷却剂。换热器18经由冷却剂出口62排出冷却剂（热已被传递到该冷却剂）。

换热器18包括操作液体出口，冷却的操作液体从其流动（即，由泵系统16泵送）。操作液体出口联接到第四操作液体管道64。在该实施例中，第四操作液体管道64连接到第一操作液体管道36和第二操作液体管道40。因此，换热器18经由第四操作液体管道64和第一操作液体管道36连接到喷洒喷嘴8，使得在操作中，冷却的操作液体由泵系统16从换热器18被泵送至喷洒喷嘴8。而且，换热器18经由第四操作液体管道64和第二操作液体管道40连接到液环泵10，使得在操作中，冷却的操作液体由泵系统16从换热器18泵送至液环泵10。

控制器20可以包括一个或多个处理器。在该实施例中，控制器20包括两个变频驱动器（VFD）。VFD中的一个配置成控制马达12的速度。VFD中的另一个配置成控制泵系统16的马达的速度。如稍后在下文参考图3和图4更详细地描述的那样，控制器20配置成从传感器22-32接收传感器测量结果。控制器20还配置成处理这些传感器测量结果中的一些或全部，且基于该传感器数据处理，经由VFD控制马达12和泵系统16的操作。

控制器20经由其VFD中的第一VFD以及经由第一连接66连接到马达12，使得用于控制马达12的控制信号可以从控制器20被发送至马达12。第一连接66可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。马达12配置成根据其从控制器20接收到的控制信号操作。稍后在下文参考图4更详细地描述由控制器20进行的马达12的控制。

控制器20经由其VFD中的第二VFD和经由第二连接68连接到泵系统16，使得用于控制泵系统16的控制信号可以从控制器20被发送至泵系统16的马达。第二连接68可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。泵系统16配置成根据其从控制器20接收到的控制信号操作。稍后在下文参考图3更详细地描述由控制器20进行的泵系统16的控制。

控制器20经由第三连接70连接到第一阀46，使得用于控制第一阀46的控制信号可以从控制器20被发送至第一阀46。第三连接70可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。第一阀46配置成根据其从控制器20接收到的控制信号在其打开状态和关闭状态之间切换（由此分别允许或防止额外操作液体进入分离器14内的流动）。

第一压力传感器22在设施4和止回阀6之间联接到抽吸管线34。第一压力传感器22配置成测量在抽吸管线34中流动的气体的压力，即，通过液环泵10的作用从设施4泵送的气体的压力。第一压力传感器22可以是任何适当类型的压力传感器。第一压力传感器22经由第四连接72连接到控制器20，使得由第一压力传感器22取得的测量结果从第一压力传感器22被发送至控制器20。第四连接72可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。

第一温度传感器24在液环泵10和分离器14之间联接到排放管线38。第一温度传感器24配置成测量在排放管线38中流动的液环泵10的排放流体的温度，即，由液环泵10泵送至分离器14的空气和水混合物的温度。第一温度传感器24可以是任何适当类型的温度传感器。第一温度传感器24经由第五连接74连接到控制器20，使得由第一温度传感器24取得的测量结果从第一温度传感器24被发送至控制器20。第五连接74可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。

第二压力传感器26联接到分离器14。第二压力传感器26配置成测量分离器14内的流体的压力。第二压力传感器26可以是任何适当类型的压力传感器，且可包括组合的压力传感器和开关。第二压力传感器26经由第六连接76连接到控制器20，使得由第二压力传感器26取得的测量结果从第二压力传感器26被发送至控制器20。第六连接76可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。

在一些实施例中，控制器20配置成基于从第二压力传感器26接收到的测量结果控制马达12和泵系统16中的一者或两者的操作（例如，经由相应的VFD）。例如，如果从第二压力传感器26接收到的测量结果指示分离器14中的压力过高（例如，高于预定阈值，诸如0.5巴（g）），则控制器20可以减少马达12和泵系统16中的一者或两者的速度或将马达12和泵系统16中的一者或两者关停。在控制或关停马达12和泵系统16中的一者或两者之前，控制器20可以为真空系统的用户显示警报，由此允许用户在控制器20起作用之前执行补救行动。

第一液位传感器28联接到分离器14。第一液位传感器28配置成检测或测量分离器14内（例如分离器14的存储罐内）的操作液体的液位。具体地，在该实施例中，第一液位传感器28配置成检测分离器14内的操作液体液位何时到达对应于针对分离器14的最大液位的第一液位。第一液位传感器28经由第七连接78连接到控制器20，使得在分离器14内的操作液体液位到达第一（最大）液位的情形中，对应信号或指示从第一液位传感器28被发送至控制器20。第七连接78可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。

第二液位传感器30联接到分离器14。第二液位传感器30配置成检测或测量分离器14内（例如分离器14的存储罐内）的操作液体的液位。具体地，在该实施例中，第二液位传感器30配置成检测分离器14内的操作液体液位何时到达对应于针对分离器14的最小液位的第二液位。第二液位传感器30经由第八连接80连接到控制器20，使得在分离器14内的操作液体液位到达第二（最小）液位的情形中，对应信号或指示从第二液位传感器30被发送至控制器20。第八连接80可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。

在一些实施例中，控制器20配置成基于从第一液位传感器28和/或第二液位传感器30接收到的测量结果控制第一阀46的操作。例如，如果从第二液位传感器30接收到的测量结果指示操作液体液位处于或低于最小液位，则控制器20可以打开第一阀46，由此允许额外的操作液体流入分离器14。如果从第二液位传感器30接收到的测量结果指示操作液体液位处于或高于最大液位，则控制器20可以关闭第一阀46，由此防止额外的操作液体流入分离器14。在一些实施例中，控制器20也经由未在附图中示出的通信链接控制第二阀54的操作。控制器20可以基于从第一液位传感器28和/或第二液位传感器30接收到的测量结果控制第二阀54的操作。例如，如果从第一液位传感器28接收到的测量结果指示操作液体液位处于或高于最大液位，则控制器20可以打开第二阀54，由此允许操作液体流出分离器14。在一些实施例中，第二阀54是由用户操作的手动阀。

第二温度传感器32在换热器18和液环泵10之间联接到第二操作液体管道40。第二温度传感器32配置成测量经由第二操作液体管道40流动（即，由泵系统16泵送）到液环泵10内的操作液体的温度。第二温度传感器32可以是任何适当类型的温度传感器。第二温度传感器32经由第九连接82连接到控制器20，使得由第二温度传感器32取得的测量结果从第二温度传感器32被发送至控制器20。第九连接82可以是任何适当类型的连接，包括但不限于，电线或光纤，或者无线连接。

因此，提供真空系统2的实施例。

可以通过配置或调适任何合适的器械，例如一个或多个计算机或其他处理器械或处理器，和/或提供额外模块，来提供用于实现上述布置和执行稍后将在下文描述的方法步骤的包括控制器20的器械。器械可以包括计算机、计算机的网络、或一个或多个处理器，以便执行指令和使用数据，包括呈存储在机器可读存储介质中或上的一个或多个计算机程序的形式的指令和数据，所述机器可读存储介质诸如计算机存储器、计算机盘、ROM、PROM等，或者这些或其他存储介质的任何组合。

现在将参考图3和图4描述能够由真空系统2执行的控制过程的实施例。应注意的是，可以省略在图3和图4的流程图中描绘和在下文描述的某些过程步骤，或者可以以与在下文呈示和在图3和图4中示出的顺序不同的顺序执行此类过程步骤。此外，尽管为了方便和容易理解，所有过程步骤均已经被描绘为离散的在时间上相继的步骤，然而事实上一些过程步骤可以同时地或至少在一定程度上在时间上重叠地被执行。

图3是过程流程图，其示出在操作中由真空系统2实现的第一控制过程的实施例的某些步骤。

在步骤s2处，第一温度传感器24测量第一温度T₁。第一温度T₁是在排放管线38中流动的液环泵10的排放流体的温度，即，由液环泵10泵送至分离器14的空气和水混合物的温度。第一温度T₁测量结果由第一温度传感器24经由第五连接74发送至控制器20。

在步骤s4处，第二温度传感器32测量第二温度T₂。第二温度T₂是由液环泵10经由第二操作液体管道40接收到的操作液体的温度。第二温度T₂测量结果由第二温度传感器32经由第九连接82发送至控制器20。

在步骤s6处，控制器20将温度差异确定为测得的第一温度T₁和测得的第二温度T₂之间的差异。因此，在该实施例中，温度差异ΔT计算为：

。

在步骤s8处，控制器20起作用以通过调整第一控制变量v₁(t)来减小温度差异ΔT或使其最小化。

在一些实施例中，控制器20试图使温度差异ΔT与第一阈值相等，或者引起温度差异ΔT处于第一阈值范围内（例如，第一阈值+/-常数）。第一阈值可以是任何适当的值，例如1℃、1.5℃、2℃、2.5℃或3℃。可以通过测试确定第一阈值，例如以确定与高或最优液环泵效率相关联的阈值。第一阈值可以取决于液环泵10的大小或功率。

在该实施例中，第一控制变量v₁(t)是泵系统16的马达的操作速度。

在该实施例中，控制器20是比例-积分（PI）控制器。因此，基于温度差异ΔT的比例和积分项，控制器20向第一控制变量v₁(t)应用修正/调整。第一控制变量v₁(t)的调整值可以被确定为控制项的（即，由控制器20确定的比例和积分参数的）加权和。

在该实施例中，如果温度差异ΔT过高，例如ΔT高于诸如上文提及的第一阈值的阈值，则控制器20增大第一控制变量v₁(t)。（增大第一控制变量v₁(t)对应于使泵系统16加速）。

类似地，如果温度差异ΔT过低，例如ΔT低于诸如上文提及的第一阈值的阈值，则控制器20减小第一控制变量v₁(t)。（减小第一控制变量v₁(t)对应于使泵系统16减速）。

在步骤s10处，控制器20使用调整后的第一控制变量v₁(t)控制（使用VFD）泵系统16。

具体地，控制器20基于在步骤s8处确定的调整后的第一控制变量v₁(t)生成用于马达泵系统16的控制信号。该控制信号然后经由第二连接68从控制器20被发送至泵系统16。泵系统16根据接收到的控制信号操作。

因此，在温度差异ΔT过高的情形中，泵系统16根据增大的第一控制变量v₁(t)加速。因此，增加相对冷的操作液体进入液环泵10的流动速率。这往往引起由第一温度传感器24测量的第一温度T₁的减小，由此减小温度差异ΔT。

类似地，在温度差异ΔT过低的情形中，泵系统16根据减小的第一控制变量v₁(t)减速。因此，减小相对冷的操作液体进入液环泵10的流动速率。这往往引起由第一温度传感器24测量的第一温度T₁的增大，由此增大温度差异ΔT。

在步骤s10之后，图3的过程重复，例如直到真空系统2关停为止。图3的过程可以被连续地执行，或者更优选地在真空系统2的操作期间被连续地执行。

因此，提供由真空系统2实现的第一控制过程的实施例。第一控制过程包括控制环路反馈机制，其中执行泵系统16的连续调制控制。

有利地，上述的系统和第一控制过程允许液环泵中操作液体温度的控制。

上述系统和第一控制过程有利地趋于提供液环泵的改善的性能和效率。

上述系统和第一控制过程有利地趋于减小用操作液体过载液环泵的可能性。此外，趋于减小液压冲击（也被称为“水锤”）的可能性和/或严重性。这往往减小对液环泵的损坏。有利地，上述系统和第一控制过程往往提供减小的或最小化的操作液体消耗。操作液体趋于在上述系统和第一控制过程中被再循环。这往往减小液环泵的操作成本。

上述系统和第一控制过程有利地趋于减小在液环泵中发生气蚀的可能性和/或严重性。

有利地，如果上述系统的热负载低，则泵系统将趋于减速。因此，能量消耗趋于减少。

液环泵10运行的速度，即马达12驱动液环泵10的速度可以取决于实际入口压力（即抽吸管线34中的压力）距可由设施4限定的目标入口压力多近。此外，液环泵10运行的速度能够由所谓的“抗气蚀控制”过程限制，现在将参考图4更详细地描述该过程。

图4是过程流程图，其示出在操作中由真空系统2实现的第二控制过程的实施例的某些步骤。图4的过程可以被视为“抗气蚀控制”过程。

在步骤s12处，第一温度传感器24测量第一温度T₁。第一温度T₁是在排放管线38中流动的液环泵10的排放流体的温度，即由液环泵10泵送至分离器14的空气和水混合物的温度。第一温度T₁测量结果由第一温度传感器24经由第五连接74发送至控制器20。

在步骤s14处，控制器20使用测得的第一温度T₁确定或估计液环泵10中的操作液体的蒸汽压力。在该实施例中，操作液体是水，且因此，控制器针对第一温度T₁确定水的蒸汽压力，其此后被称为“水蒸汽压力P_wv”。在该实施例中，使用近似公式，具体地安托万方程（Antoine equation）确定水蒸汽压力P_wv。水蒸汽压力P_wv被确定为：

其中：A是常数值，例如，A可以在大约6.1和6.2之间，例如A=6.116441；

m是常数值，例如，m可以在大约7.5和7.6之间，例如m=7.591386；

T_n是常数值（单位是开尔文），例如，T_n可以在大约240和241开尔文之间，例如T_n=240.7263K；以及

T₁是测得的第一温度。

在一些实施例中，参数A、m和T_n中的一者或多者可以具有与上文给出的值不同的值。

在步骤s16处，控制器20向所确定的水蒸汽压力P_wv添加所谓的偏移值，由此确定更新的压力值。因此，在该实施例中，更新的压力值P被确定为：

其中：P _offset是偏移值。

偏移值P _offset可以被认为是安全余量。偏移值P _offset可以是任何适当的值，包括但不限于在1 mbar和10 mbar之间的值，例如1 mbar、2 mbar、3 mbar、4 mbar、5 mbar、6mbar、7 mbar、8 mbar、9 mbar或10 mbar。在一些实施例中，省略偏移值P _offset的使用。

在步骤s18处，第一压力传感器22测量第一压力P₁，第一压力P₁是在抽吸管线34中流动的气体的压力，即通过液环泵10的作用从设施4泵送的气体的压力P₁。第一压力P₁测量由第一压力传感器22经由第四连接72发送至控制器20。

在步骤s20处，控制器20将测得的第一压力P₁与所确定的更新的压力值P相比较。

例如，控制器20将误差值确定为测得的第一压力P₁和所确定的更新的压力值P之间的差异。因此，误差值ΔP可以计算为：

在步骤s22处，控制器20基于在步骤s20处执行的比较调整第二控制变量v₂(t)。例如，控制器20可以起作用以通过调整第二控制变量v₂(t)来增大误差值ΔP。

在一些实施例中，如果误差值ΔP等于第二阈值（例如，如果ΔP=0）或者在第二阈值范围内（例如，如果ΔP≤0），则控制器20可以调整第二控制变量v₂(t)。控制器20可以调整第二控制变量v₂(t)，以引起误差值ΔP增大。

在该实施例中，第二控制变量v₂(t)是马达12的操作速度。控制器20可以通过以将引起马达12的操作速度降低的方式调整或改变第二控制变量v₂(t)来调整第二控制变量v₂(t)以引起误差值ΔP的增大。马达12的操作速度的这种减少将趋于引起液环泵10在给定时间中从设施4抽出更少的气体，这将趋于引起在抽吸管线34中流动的气体的压力（即，第一压力P₁）的增大。

在该实施例中，控制器20是比例-积分（PI）控制器。因此，控制器20基于例如误差值ΔP的比例和积分项，向第二控制变量v₂(t)应用修正/调整。第二控制变量v₂(t)的调整值可以被确定为控制项的（即，由控制器20确定的比例和积分参数的）加权和。

在该实施例中，如果误差值ΔP过高，例如ΔP高于阈值或者高于期望的阈值范围（诸如上文提及的第二阈值或范围），则控制器20增大第二控制变量v₂(t)。（增大第二控制变量v₂(t)对应于使驱动液环泵10的马达12加速，这引起气体更迅速地从设施4被移除，由此减小在抽吸管线34中流动的气体的第一压力P₁。）

类似地，如果误差值ΔP过低，例如ΔP低于阈值或者低于期望的阈值范围（诸如上文提及的第二阈值或范围），则控制器20减小第二控制变量v₂(t)。（减小第二控制变量v₂(t)对应于使驱动液环泵10的马达12减速，这引起气体更缓慢地从设施4被移除，这可以导致在抽吸管线34中流动的气体的第一压力P₁的增加。）

在步骤s24处，控制器20使用调整的第二控制变量v₂(t)控制马达12。

具体地，控制器20基于在步骤s22处确定的调整的第二控制变量v₂(t)生成用于马达12的控制信号。该控制信号然后经由第一连接66从控制器20被发送至马达12。马达12根据接收到的控制信号操作。

在误差值ΔP为负的情形中，根据减小的第二控制变量v₂(t) 使马达12减速。因此，液环泵10的操作速度减小，从而导致从设施4通过抽吸管线34的气体的流动速率的减小。这趋于引起由第一压力传感器22测量的第一压力P₁的增加，由此增大误差值ΔP。

增大误差值ΔP意指第一压力P₁和水蒸汽压力P_wv之间的差异增大。换言之，使由液环泵接收到的气体的压力移动远离水蒸汽压力P_wv。这有利地趋于减小入口气体在液环泵10中引起气蚀的可能性。

在步骤s24之后，图4的过程重复，例如直到真空系统2关停为止。图4的过程可以被连续地执行，或者更优选地在真空系统2的操作期间被连续执行。

因此，提供由真空系统2实现的第二控制过程的实施例。第二控制过程包括控制环路反馈机制，其中执行马达12的连续调制控制。

有利地，上述系统和第二控制过程趋于允许液环泵内流体温度和压力的控制。

上述系统和第二控制过程有利地趋于提供液环泵的改善的可靠性。

上述系统和第二控制过程有利地趋于减小在液环泵中发生气蚀的可能性和/或严重性。例如，在液环泵中可能由处于或低于液环泵中的操作液体的蒸汽压力的入口压力（即，来自抽吸管线的气体的压力）引起气蚀。上述第二控制过程有利地趋于调整入口压力，以使其移动远离操作液体的蒸汽压力，由此减小气蚀的可能性。因此，由气蚀引起的对液环泵的损坏趋于被减少或者消除。

在上述控制过程中，用变速驱动（VSD）操作液环泵。换言之，控制器控制液环泵以改变液环泵从设施泵送气体的速度。当使用VSD时，如果液环泵以过低的速度运行，则可能存在液环泵关停的风险。如果液环泵关停，则来自液环泵的腔室的气体可能试图从腔室回流，且流出液环泵流至设施。止回阀有利地趋于防止或阻碍气体的这种不期望的流动，且对于使用VSD操作的液环泵尤其有益。

有利地，可以操作喷洒喷嘴以改变进入液环泵的操作液体的温度。

在上述实施例中，真空系统包括上文参考图1描述的元件。具体地，真空系统包括止回阀、喷洒喷嘴、液环泵、马达、分离器、泵、换热器、控制器、第一压力传感器和第二压力传感器、第一温度传感器和第二温度传感器，以及第一液位传感器和第二液位传感器，和其间的连接。然而，在其他实施例中，代替上文所描述的那些元件或除了上文所描述的那些元件之外，真空系统还包括其他元件。而且，在其他实施例中，真空系统的元件中的一些或全部可以以与上文描述的方式不同的适当方式连接在一起。例如，在一些实施例中，可以省略止回阀、喷洒喷嘴、压力传感器、温度传感器和液位传感器中的一者或多者。在一些实施例中，可以实现多个液环泵。

在上述实施例中，换热器冷却流动通过其的操作液体。然而，在其他实施例中，代替换热器或除了换热器之外，还实现其他冷却装置以在操作液体由液环泵接收之前冷却操作液体。

在上述实施例中，实现分离器以将操作液体再循环回到液环泵内。然而，在其他实施例中，实现不同类型的操作液体再循环技术。操作液体的操作液体再循环有利地趋于减少操作成本和用水。然而，在一些实施例中，不执行操作液体的操作液体再循环。例如，真空系统可包括开环操作液体流通系统，在所述开环操作液体流通系统中，新鲜的操作液体被供给到液环泵，且排出的操作液体可以被丢弃。因此，可以省略分离器。

在上述实施例中，液环泵是单级液环泵。然而，在其他实施例中，液环泵是不同类型的液环泵，例如多级液环泵。

在上述实施例中，操作液体是水。然而，在其他实施例中，操作液体是不同类型的操作液体。

在上述实施例中，控制器是PI控制器。然而，在其他实施例中，控制器是不同类型的控制器，诸如比例（P）控制器、积分（I）控制器、微分（D）控制器、比例–微分控制器（PD）控制器、比例–积分–微分控制器（PID）控制器或模糊逻辑控制器。

在上述实施例中，单个控制器控制多个系统元件（例如，马达）的操作。然而，在其他实施例中，可以使用多个控制器，每个控制器控制元件的集合的相应子集。例如，在一些实施例中，每个马达可以具有相应的专用控制器。

在上述实施例中，温度差异被确定为ΔT=T ₁-T ₂。然而，在其他实施例中，以不同方式，例如使用不同的适当公式确定温度差异。例如，温度差异可以是第一温度T₁和/或第二温度T₂的不同函数。例如，可以向测得的温度T₁和T₂应用权重。

在上述实施例中，安托万方程被用于将水蒸汽压力P_wv估计为。然而，在其他实施例中，水蒸汽压力以不同的适当方式，例如使用不同的近似，诸如August-Roche-Magnus（或Magnus-Tetens或Magnus）方程、Tetens方程、Buck方程或Goff-Gratch方程。在一些实施例中，水蒸汽压力P_wv被确定为/>。

在上述实施例中，误差值ΔP被确定为ΔP=P ₁-P。然而，在其他实施例中，以不同方式，例如使用不同的适当公式确定误差值。例如，误差值可以是第一压力P₁和/或第一温度T₁的不同函数。在一些实施例中，可以向测得的压力P₁和/或更新的压力值P应用权重。

在上述实施例中，控制泵以调节或调制操作液体进入液环泵内的流动。然而，在其他实施例中，代替泵或除了泵之外，实现一个或多个不同类型的调节设备，例如，用于控制操作流体的流动的一个或多个阀。控制器可配置成控制一个或多个调节设备的操作。

在上述实施例中，实现第二控制过程（在上文参考图4更详细地描述）以控制马达和由此液环泵的操作。然而，在其他实施例中，省略该第二控制过程，或者替代地实现用于控制马达和液环泵的不同过程。

Claims

1.一种控制系统，包括：

抽吸管线；

排放管线；

操作液体管线；

液环泵，其包括联接到所述抽吸管线的抽吸输入、联接到所述排放管线的排放输出，和联接到所述操作液体管线的液体输入；

一个或多个调节设备，其配置成控制操作液体进入所述液环泵内的流动；

配置成测量第一参数的第一传感器，所述第一参数是所述液环泵的排放流体的温度；

配置成测量第二参数的第二传感器，所述第二参数是由所述液环泵经由所述操作液体管线接收的操作液体的温度；以及

控制器，其操作性地联接到所述第一传感器、所述第二传感器和所述一个或多个调节设备，并且配置成确定所述第一参数和所述第二参数的函数，所确定的函数是：

，

其中，T₁是所述第一参数，并且T₂是所述第二参数，以及

基于所确定的函数控制所述一个或多个调节设备。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个调节设备包括泵，其配置成将所述操作液体经由所述操作液体管线泵送至所述液环泵。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制器配置成基于所述第一传感器和所述第二传感器的传感器测量结果确定所述泵的操作速度，以及根据所确定的操作速度控制所述泵。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制系统，其特征在于：

所述抽吸管线、所述排放管线和所述操作液体管线是分开的、独立的管线；并且

所述抽吸输入、所述排放输出和所述液体输入是液环泵上分开的端口。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制器是选自包括以下控制器的控制器集合的控制器：比例控制器、积分控制器、微分控制器、比例-积分控制器、比例–积分–微分控制器、比例–微分控制器和模糊逻辑控制器。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的控制系统，其特征在于，还包括：操作液体再循环系统，其配置成将所述液环泵的排放流体中的操作液体再循环回到所述液环泵内。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述操作液体再循环系统包括分离器，其配置成将操作液体从所述液环泵的排放流体分离。

8.根据权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述操作液体再循环系统包括冷却装置，其配置成在再循环的操作液体由所述液环泵接收之前冷却再循环的操作液体。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的控制系统，其特征在于，还包括：止回阀，其设置在所述抽吸管线上，并且配置成容许进入所述液环泵的流体流动和阻碍离开所述液环泵的流体流动。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的控制系统，其特征在于，还包括：喷洒喷嘴，其设置在所述抽吸管线上，并且配置成接收操作液体和将接收到的操作液体喷洒到所述抽吸管线内。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的控制系统，其特征在于，还包括：

马达，其配置成驱动所述液环泵；以及

第三传感器，其配置成测量第三参数，所述第三参数是由所述液环泵经由所述抽吸管线接收的气体的参数；其中，

所述控制器还操作性地联接到所述第三传感器，并且配置成基于所述第一传感器和所述第三传感器的传感器测量结果控制所述马达。

12.一种用于控制系统的控制方法，所述系统包括：抽吸管线；排放管线；操作液体管线；液环泵，其包括联接到所述抽吸管线的抽吸输入、联接到所述排放管线的排放输出和联接到所述操作液体管线的液体输入；以及一个或多个调节设备，其配置成调节所述操作液体进入所述液环泵内的流动；所述方法包括：

由第一传感器测量第一参数，所述第一参数是所述液环泵的排放流体的温度；

由第二传感器测量第二参数，所述第二参数是由所述液环泵经由所述操作液体管线接收的操作液体的温度；以及

由操作性地联接到所述第一传感器、所述第二传感器和所述一个或多个调节设备的控制器确定所述第一参数和所述第二参数的函数，所确定的函数是：

，

其中，T₁是所述第一参数，并且T₂是所述第二参数，

由所述控制器基于所确定的函数控制所述一个或多个调节设备。