CN114635848A - 通过螺杆泵输送流体的方法及螺杆泵 - Google Patents

Abstract

一种通过螺杆泵(1)输送流体的方法，其中通过异步电机(10)来驱动所述螺杆泵(1)的至少一个驱动主轴(5)，其中‑以第一额定频率(37)操作所述异步电机(10)，其中将气液混合物作为流体(45)进行输送，‑检测与所述流体(45)的液体分量相关的测量变量(46)，以及‑在满足与所述测量变量(46)相关的频率变化条件(47)后，以与所述第一额定频率(37)相比有所降低的第二额定频率(38)操作所述异步电机(10)。

Description

通过螺杆泵输送流体的方法及螺杆泵

技术领域

本发明涉及一种通过螺杆泵输送流体的方法，其中通过异步电机来驱动所述螺杆泵的至少一个驱动主轴。此外，本发明还涉及一种螺杆泵。

背景技术

螺杆泵应用于许多领域以输送流体。在此，可以输送纯液体介质，例如原油或石油。然而，通常存在待输送的气体和液体的混合物，例如石油和天然气的混合物。

如果在传统的螺杆泵中输送气体分量相对较高的气液混合物，则主要通过以下方式实现气体压缩：液体从已处于相对较高的压力下的泵室回流到前面的泵室中并在该处对气体进行压缩。在此情况下缺点在于，首先反向于相对较陡的压力梯度输送流体，而后，此流体至少部分地回流到压力较低的区域中。通常由此产生对泵的功率要求，这个功率要求大体上与气体分量无关。因此，即使在气体分量较高的情况下，也会以与纯液体输送相同的方式对泵进行设计和控制。

在对相应泵进行内部的进一步发展的过程中认识的是，通过适当选择泵几何形状和转速，可以与纯液体输送相比将螺杆泵在气体含量较高(例如90％或更高)的情况下的多相操作中所需的驱动功率降低25％。

然而，在输送多相混合物的许多应用实例中，例如在油气联合勘探领域中，可能会出现段塞流，故而必须在短时间内输送具有将近100％的液体分量的流体。然而，上述进一步发展仅降低了在气体含量较高的情况下所需的驱动功率，因此，就此类应用实例而言，显著降低了能源成本。但是，必须对异步电机进行设计，使得螺杆泵为纯液体输送提供足够的功率。因此，在大多数应用实例中，仅在输送具有较高气体含量的流体时降低所需的驱动功率无法实现螺杆泵的驱动器的较小尺寸，故而无法降低螺杆泵的购置成本。

发明内容

因此，本发明的目的是降低用于提供螺杆泵的成本和技术难度。

本发明用以达成上述目的的解决方案在于一种通过螺杆泵输送流体的方法，其中通过异步电机来驱动所述螺杆泵的至少一个驱动主轴，其中：

-以第一额定频率操作所述异步电机，其中将气液混合物作为流体进行输送，

-检测与所述流体的液体分量相关的测量变量，并且

-在满足与所述测量变量相关的频率变化条件后，以与所述第一额定频率相比有所降低的第二额定频率操作所述异步电机。

如稍后还将更详细地阐释的那样，特别是在螺杆泵的转速相对较高的情况下，与输送纯液体所需的驱动功率相比，输送具有较高气体分量的流体所需的驱动功率可以有所降低。为了在采用体积相对较小的泵情况下实现足够高的转速，有利的是，在所谓的弱磁范围内操作异步电机，在这个弱磁范围内，用于为异步电机的绕组供电的最大电压基于线圈的电感和所使用的频率不足以实现异步电机中的最大电流和最大场强。这一点在根据本发明的方法中得到了利用，具体方式在于，在满足频率变化条件时，降低额定频率，从而不会引起或至少引起较小的磁场减弱，进而可以在相同的功率下提供更大的转矩。因此，确定异步电机的尺寸的方式可以为使得该异步电机在第一额定频率下提供足够大的转矩以输送具有例如至少90％的较高气体分量或最大10％的相应液体分量的流体。如果根据测量变量确定流体的液体分量过高，则可以基于频率变化条件的满足而降低额定频率，借此也可以提供足够高的转矩以输送液体分量更高的流体，例如纯液体。因此，在基本相同的输送率下，与未根据本发明降低额定频率的情况相比，异步电机和/或其电源的尺寸可以设计得更小。

可以将相应的额定频率提供给为异步电机供电的电机控制器或变频器。这个额定频率可以根据异步电机的极对数来预设异步电机的额定转速。尽管在异步电机中出现转差率，但为了实际达到额定转速，馈送至异步电机的交流电流的频率可以高于额定频率，例如基于转速反馈或预设的偏置。作为替代方案，也可也将该额定频率直接用作馈送至异步电机的交流电流的频率，由此，异步电机的实际所达到的转速因转差率而略低于额定转速。

相对于输送流体的替代性方法，其中原则上独立于测量变量或液体分量地以较低的第二额定频率进行操作，通过根据本发明的方法实现了多个优点。一方面，通过使用第一额定频率，只要不满足频率变化条件，就会产生异步电机和驱动主轴的与以第二额定频率进行操作相比更高的转速，因此，在其他方面采用相同设计的情况下，螺杆泵的输送率更高。如果仅在工作时间的一小部分内得到满足该频率变化条件，则上述方案特别是有利的，因为在此情况下，通过根据本发明的方法大致实现与持续使用第一额定频率和异步电机的相应适配的设计相同的输送率。在仅很少或在较短的时间段内输送液体段塞以及在其他情况下存在较高气体分量的应用实例中，根据本发明的方法例如几乎实现与通过相应较大的异步电机而实现的输送速率相同的输送速率，该异步电机始终以第一额定频率工作。

如已说明的那样，与输送纯液体相比，在输送具有较高气体分量的流体时，使用相对较高的转速能够特别显著地降低所需的驱动功率。因此，如果在大部分工作时间内输送液体分量非常小的流体，则所使用的额定频率以及转速的持续降低对于所需功率而言是不利的。

在根据本发明的方法中，在螺杆泵工作期间，除了启动阶段和停机阶段之外，特别是仅在满足频率变化条件时或之后，该额定频率可以相对于第一额定频率有所降低。优选重复地、特别是周期性地实施测量变量的检测和频率变化条件的检查。在变更到第二额定频率之后或者在满足频率变化条件之后，特别是也可以进一步对测量变量进行监测并且可以对另一频率变化条件进行评估，在实现该频率变化条件时或之后，变回到第一额定频率。

换而言之，控制装置可以在第一工作模式中以第一额定频率操作异步电机，在第二工作模式中以第二额定频率操作异步电机，其中根据测量变量，即特别是在满足所述频率变化条件或所述另一频率变化条件时，在这些工作模式之间进行切换。

用于操作异步电机的交流电流特别是可以是相位之间的相位偏移特别是为120°的三相电流或三相交流电流。在此情况下，通过多相交流电流的不同相为异步电机的不同极供电。

该测量变量可以涉及异步电机所施加的转矩或馈送至异步电机的交流电流的电流强度或异步电机的转速。在所输送的流体中的液体分量较高时，驱动主轴以及异步电机的旋转会抵消更大的制动转矩。这首先会引起可以通过监测转速进行识别的驱动主轴和异步电机的制动。

同时，该转速降低会引起异步电机中更大的转差率。因为通常在临界点以上操作异步电机，所以这种转差率增大会导致异步电机的转矩增大，进而也使得交流电流的电流强度增大，特别是致使有功电流增大。例如可以通过转矩传感器来检测所施加的转矩。可以通过电流传感器来检测该电流强度或有功电流的强度。在此情况下，特别是可以利用以下事实：变频器，即例如变压器或换流器，通常已在独立的输出端提供了与电流强度有关的信息，例如与有功电流成比例的电压，借此例如可以通过扫描这种输出端来检测测量变量。

作为液体分量的上述间接检测的补充或替代方案，通过与该液体分量相关并且与异步电机的参数有关的测量变量，也可以直接检测至少一个流体参数(例如所输送的流体的电导率、热导率、导热性或密度)作为测量变量并对其进行评估。

用于检测相应流体变量的手段在现有技术中原则上是已知的并且可以用于根据本发明的方法中，以便测定液体分量或者就频率变化条件而言将该液体分量作为测量变量进行评估。

可以在满足频率变化条件之后的一个时间间隔内连续地或分多个阶段实现从第一额定频率到第二额定频率的变换。作为补充或替代方案，可以通过将测量变量调节至预设值的控制回路来实现从第一额定频率到第二额定频率的变换。通过额定频率的连续或至少多级的变化避免突然的转矩变换，该转矩变换可能会引起螺杆泵的组件上的较大机械负载。例如可以通过数字信号处理，例如通过微控制器来预设该额定功率，在满足频率变化条件时，该微控制器伪连续地、斜坡式地改变该额定频率。

传统的控制器，例如积分控制器或比例积分控制器，可以用作控制回路，其用于将额定频率作为调节变量进行调控。如果对相应的控制回路设计进行设计，从而无法超过第一额定频率，即该控制在第一额定频率下饱和，则频率变化条件的满足相当于低于第一额定频率并且控制性能由此不饱和的控制器状态。通过控制回路的使用特别是能够根据实际的液体分量或其对维持转速所需施加的转矩的影响来调节合适的额定频率。

第一额定频率可以比异步电机的截止频率大至少10％或至少20％，就给定的最大工作电压而言，弱磁范围始于所述截止频率。作为补充或替代方案，第一额定频率可以比所述截止频率大至多30％或至多40％。第一额定频率特别用于螺杆泵的控制操作。如开篇所阐述的那样，对于输送具有较低液体分量并且进而具有较高气体分量的流体而言特别是有利的是，使用相对较高的转速，进而在弱磁范围内操作异步电机，即高于截止频率，该截止频率也称为类型点。然而，所实现的转矩大致与截止频率和额定频率的商的平方成比例，因此，如果第一额定频率超过截止频率太多，则会产生非常小的转矩。因此，上文给出的第一额定频率的限值经证实是有利的。

作为补充或替代方案，第二额定频率可以大于或等于截止频率。第二额定频率的这个选择是有利的，因为在额定频率低于截止频率的情况下，应降低馈送至异步电机的电压，以便避免过大的电流，进而避免对异步电机的潜在损坏。然而，由此通常会产生低于截止频率的恒定转矩，因此，进一步降低低于截止频率的额定频率不会带来其他任何优点，并且同时会降低螺杆泵的输送率。

截止频率或类型点可以相当于50Hz或60Hz的网络频率，从而例如在网络操作中使用两个极对时，将产生1500rpm或1800rpm的同步转速。在此情况下，工作点或第一额定频率例如可以选择为70Hz，从而在正常工作过程中，即在液体分量不太高的情况下，产生2100rpm的同步转速。

在根据本发明的方法中，可以使用螺杆泵，所述螺杆泵具有形成至少一个流体入口和一个流体出口的壳体，在所述壳体中容置有所述螺杆泵的至少一个驱动主轴和至少一个与所述驱动主轴旋转耦合的从动主轴，在所述驱动主轴的每个旋转位置中，所述驱动主轴和所述从动主轴与所述壳体共同限定多个泵室，其中通过异步电机沿驱动方向旋转所述驱动主轴，从而封闭所述泵室中的首先朝相应流体入口打开的相应一个，产生的封闭泵室轴向地朝向所述流体出口移动，并且在该处在达到打开旋转角度时朝向所述流体出口地打开所述封闭泵室，其中至少在满足频率变化条件之前驱动所述驱动主轴，使得在液体分量低于极限值的情况下，就螺杆泵的给定的泵几何形状而言，在达到打开旋转角度之前和/或期间，与所述螺杆泵的存在于相应流体入口的区域中的吸入压力相比，相应泵室中的压力增大了所述吸入压力与流体出口的区域中的压力之间的差压的最多20％或最多10％。这一点例如可以适用于针对1％或3％或5％或10％或15％的液体分量的极限值或处于这些给定值之间的极限值。

已认识到的是，通过适当调整泵几何形状和/或泵的转速，可以将通过这些泵室之间留下的间隙而实现的流体回流减少至某种程度，从而只有在朝向流体出口地打开相应泵室之后才会实现通过螺杆泵而产生的增压的主要部分。在此情况下，在采用足够的转速或适用的泵几何形状的情况下，至少可以大体上假设，已处于流体出口的区域中的液体基于其惯性基本上不会流入打开的泵室中，换而言之，而是大体上可以被视为刚性的壁部，朝向该壁部对气液混合物进行压缩。只要处于打开的腔室中的流体具有较高的气体分量，就由此实现与向壳体的刚性壁部输送气体的气体压缩机类似的良好效率。然而，与这些气体压缩机不同，也可以输送具有非常高的液体分量的流体或纯液体。

在达到打开旋转角度之前，除了由公差引起的偏差之外，各个泵室朝向流体入口或在朝流体入口的方向上相邻的泵室以及流体出口地以相同的方式密封。因此，在两个方向上的流体交换基本上只能通过泵的径向间隙和轴向间隙来实现。在达到打开旋转角度时，泵室朝向流体出口的打开是由于相应主轴的形成泵室的螺纹或朝向流体出口地限定相应螺纹的壁部终止于特定角位置处而引起的，该角位置与主轴的旋转角度有关。这样就从某个临界角起，沿周向在所述壁部与这些主轴中的另一个之间产生间隙，该间隙限定泵室。该泵室通过所述间隙沿周向朝向流体出口而打开。因此，所述打开旋转角度可被定义为自此除轴向或径向间隙外沿周向产生间隙的角度。作为替代方案，可以通过能够在泵室与流体出口之间进行流体交换的通流截面来定义所述打开旋转角度。如果与封闭的泵室相比，所述流动横截面增大了50％或100％或200％，则可以将达到所述限值定义为达到所述打开旋转角度。

所使用的螺杆泵可以是单流或双流式的，即具有一个或两个沿轴向对置的流体入口。所述螺杆泵可以具有两个、三个或更多个主轴。各个主轴例如可以是双螺纹的。但是，各个或所有主轴也可以是单螺纹或三螺纹的，甚至也可以具有更多螺纹。

选择各个驱动主轴和从动主轴的螺杆型线，使得在驱动主轴的360°的旋转角的范围内，每个驱动主轴和从动主轴的泵室的数量的平均值最大为1.5，这些泵室相对于流体入口和流体出口而言都是封闭的。如果例如正好使用一个驱动主轴和一个从动主轴，则平均最多三个泵室可以完全闭合。例如可以通过对在360°的角度范围内针对驱动主轴的相应旋转角而闭合的腔室的数量进行积分，然后将结果除以360°来测定平均值。在转速恒定的情况下，这相当于对在驱动主轴的旋转周期内同时闭合的泵室的数量进行积分以及除以该旋转周期。

虽然在用于输送液体的螺杆泵中通常期望使用相对较多的轴向接连设置的泵室，但在本发明的范围内已认识到的是，在减小螺杆型线的长度的情况下，通过使用相对较少的最大限度地同时闭合的腔室产生各个泵室的更大容积。因此，相同量的通过泵间隙回流的液体引起针对气体分量余留的容积的相对较小的变化，从而引起较少的气体压缩，进而在朝向流体出口地打开泵室之前引起较小的升压。

选择所使用的螺杆泵的泵几何形状和第一额定频率下的额定转速，使得驱动主轴或这些驱动主轴中的至少一个和/或从动主轴或这些从动主轴中的至少一个的型线外径处的周向速度至少为15m/s。这特别是可以适用于所有驱动和从动主轴。所述周向速度可被计算为型线外径、转速和Pi的乘积。所述额定转速可以与额定频率成比例，其中该比例因子通过异步电机的极对数进行预设。因此，特别是在使用较大转速或较大型线外径时，可以实现给定的条件。这样就能减少通过间隙回流的液体对气体压缩的贡献并且可以在气体分量较高的情况下实现更高的效率。

作为补充或替代方案，选择所述泵几何形状和所述第一额定频率下的额定转速，使得在朝向流体出口进行轴向运动期间，相应泵室的轴向速度至少为4m/s。该轴向速度与相应主轴的螺纹导程以及转速相关。换而言之，可以通过较大的转速和/或较大的导程或者相对较长的泵室来实现较大的轴向速度。所有这些因素致使回流液体对泵室中的压力的影响减小，进而引起上述效率增益。

除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种用于输送流体的螺杆泵，所述螺杆泵具有壳体，在所述壳体中容置有所述螺杆泵的至少一个驱动主轴和至少一个与所述驱动主轴旋转耦合的从动主轴，所述螺杆泵还具有用于驱动所述驱动主轴的异步电机和用于为所述异步电机供电的控制装置，其中所述控制装置适于实施根据本发明的方法。所述控制装置特别是在第一工作状态下以第一额定频率操作所述异步电机，在第二工作状态下以第二额定频率操作所述异步电机。所述控制装置可以通过上文已述及的内部或外部传感器检测测量变量并且可以根据测量变量以第一或第二工作模式工作。在满足与测量变量相关的频率变化条件时或之后，特别是可以变更至第二工作模式。

可以截止具有该处所述及的优点的针对根据本发明的方法所阐述的特征对根据本发明的螺杆泵进行改进，反之亦然。

所述壳体特别是可以形成至少一个流体入口和一个流体出口，其中在所述驱动主轴的每个旋转位置中，所述驱动主轴和所述从动主轴与所述壳体共同限定多个泵室，其中所述异步电机适于沿驱动方向旋转所述驱动主轴，从而封闭所述泵室中的首先朝相应流体入口打开的相应一个，产生的封闭泵室轴向地朝向所述流体出口移动，并且在该处在达到打开旋转角度时朝向所述流体出口地打开所述封闭泵室，其中选择各个驱动主轴和从动主轴的螺杆型线，使得在驱动主轴的旋转角为360°的情况下，每个驱动主轴和从动主轴的泵室的数量的平均值最大为1.5，这些泵室相对于流体入口和流体出口而言都是封闭的。

在根据本发明的螺杆泵中，一方面，所述驱动主轴或所述驱动主轴中的至少一个和/或所述从动主轴或所述从动主轴中的至少一个的螺杆型线的内径小于相应螺杆型线的外径的0.7倍和/或另一方面，所述驱动主轴或所述驱动主轴中的至少一个和/或所述从动主轴或所述从动主轴中的至少一个的螺杆型线的外边缘与壳体之间的平均周向间隙小于相应螺杆型线的外径的0.002倍。通过内径与外径相对较大的差，可以实现较大的泵室容积，使得相同量的回流液体引起泵室中较小的增压，因此，在流体中的气体分量较高的情况下，需要较低的功率。作为补充或替代方案，相对较窄的间隙可以限制回流的流体量，因此也有助于在输送具有较高气体分量的流体时实现较高的效率。特别是可以将沿周向间隙长度的周向间隙宽度的平均值视为平均周向间隙。此外，可以通过在驱动主轴处旋转360°来进行平均，以便将周向间隙随主轴的旋转的变化考虑在内。

附图说明

本发明的其他优点和细节进行说明参见下文所描述的实施例和相关附图。其中示意性地示出：

图1为根据本发明的螺杆泵的实施例，

图2为两个异步电机的额定频率相关的功率和转矩，

图3为根据本发明的方法的实施例的流程图，以及

图4和5为图1所示螺杆泵的详图。

具体实施方式

图1示意性地示出用于将流体45从流体入口3输送至流体出口4的螺杆泵1。为了输送流体45，在螺杆泵1的壳体2中布置有通过异步电机10驱动的驱动主轴5和通过传动装置26与所述驱动主轴耦合的从动主轴6。为清楚起见，示出以相对较简单的方式设计的螺杆泵1，所述螺杆泵是单流式的，即仅具有一个流体入口3，并且在所述螺杆泵中仅使用一个从动主轴6。但以下说明也适用于多流式螺杆泵或具有两个以上主轴的螺杆泵，例如具有多个从动主轴或甚至具有多个驱动主轴的螺杆泵。

在常规的螺杆泵中，如在说明书的概述部分中已阐述的那样，输送液体和气体需要异步电机10的至少大致相同的转矩，因而也需要所述异步电机的至少大致相同的功率。就螺杆泵的这种常规设计而言，在图2中示出转矩31或功率32与转速之间的关系。在图中，X轴表示以每分钟转数(rpm)为单位的转速，左侧Y轴28表示以牛顿米(Nm)为单位的转矩，右侧Y轴29表示以千瓦(kW)为单位的功率。

在相应泵的进一步发展的过程中发现，通过适当选择螺旋泵1的泵几何形状和转速(如稍后还将参照图4和5进行说明的那样)可以实现在输送气体分量较高且液体分量较低的流体时所需的转矩的大幅减小。因此，可以使用尺寸较小的异步电机10来输送具有较高气体分量的流体45。就所述尺寸较小的异步电机10来说，还在图2中示出绘制在X轴27上的转速与所达到的转矩34或所需的功率35之间的关系。图2中所绘制的转速均为额定转速。此外，在图2中标记在相应额定频率37、38下所达到的额定转速。如果例如使用具有两个极对的异步电机10，则70Hz的第一额定频率37相当于2100rpm的额定转速。

如果例如将螺杆泵1设计用于2100rpm的额定转速，进而用于相应的输送量，并且在此假设对具有较高气体分量的流体进行输送，则代替液体输送所需的转矩30产生所需的转矩33。相应地，还需要异步电机10的较低功率，其中在进行纯液体输送的情况下，具体视几何形状、转速和液体分量而定，可以实现高达功率32的25％的功率差36。

在输送多相混合物时，通常无法以均匀的混合物为出发点，因此，对螺杆泵1进行设计，使得其能够至少暂时输送液体分量高达100％的流体45。在最简单的情况下，对异步电机10进行设计，使得其在所使用的第一额定频率37下，可以提供足够大的转矩30，以便也能够输送纯液体。在这种情况下，以较低的功率输送具有较高气体分量的流体45的方案虽然会降低螺杆泵1的能量需求，进而降低螺杆泵的工作成本，但技术难度和购置成本却保持不变，因为还必须实现异步电机10的与用于纯液体输送的螺杆泵相同的尺寸。

为了能够使用尺寸更小的异步电机10，替代性地在螺杆泵1中使用用于为异步电机10提供交流电流42的控制装置19，所述控制装置实施下文参照图3所阐释的控制方法。

在此情况下，在步骤S1中，首先以第一额定频率37操作异步电机10。在对该方法进行阐释的上下文中，假设首先输送具有相对较高气体分量的气液混合物，因此，所实现的转矩33足以维持期望的转速。

为了提供交流电压42，例如可以首先通过整流器20对所提供的交流电流43、特别是三相电流进行整流，以便提供直流电流44，然后通过逆变器21将该直流电流转换成交流电流42，特别是也转换成三相电流。逆变器21例如可以借助脉宽调制在额定频率的另一频率范围内提供交流电压42并且还改变电压振幅。因此，一旦期望与电网电压有所偏差的额定频率，步骤S1中的过程就相当于为异步电机提供交流电流的常规过程。

在步骤S2中，通过测量和控制元件22检测与流体的液体分量相关的测量变量46。如果流体45的液体分量增大，则会导致施加到驱动和从动主轴5、6以及异步电机10上的制动转矩增大，从而降低异步电机10的转速。这又会引起更大的转差率，因此，至少只要尚未达到异步电机的临界点，就会引起异步电机10所提供的更大的转矩以及馈送至异步电机10的交流电流的更高的电流强度。

因此，检测适用的测量变量的简单方案是测量交流电流42的电流强度的电流传感器23。为清楚起见，该电流传感器在图1中作为单独的组件示出。然而，在许多情况下，逆变器21或通常提供交流电流42的变频器已可以提供与电流强度成比例的输出信号、特别是电压，从而例如可以通过对该电压进行模数转换来检测测量变量。

作为替代方案，例如也可以通过布置在驱动轴的区域中的传感器24检测转速或转矩作为测量变量，或者可以检测流体传感器25的测量值作为测量变量，该流体传感器例如测量流体45的电导率或热导率。

在步骤S3中，对与测量变量46相关的频率变化条件47进行评估。在该测量变量超过或低于预定的限值时，例如可以满足所述频率变化条件。在异步电机所施加的转矩或馈送至异步电机的交流电流的电流强度超过限值或者异步电机的实际转速低于限值时，例如可以满足频率变化条件47。如果不满足频率变化条件47，则可以从步骤S1开始重复所述方法，其中特别是可以周期性地重复测量变量的检测和频率变化条件的检查。

然而，在满足频率变化条件47之后，在步骤S4中，以与第一额定频率37相比有所降低的第二额定频率38操作异步电机10。额定频率的变化可以在时间间隔50内发生，以便避免突然的转矩变化。如图2所示，通过使用较低的第二额定频率38可以实现转矩39，在所示示例中，该转矩相当于在原始使用的2100rpm的转速下纯流体输送所需的转矩30。为简单起见，在此假设维持所述转速所需的转矩与转速无关。在螺杆泵中，在转速不太低的情况下，通常还需要较小的转矩来维持较低的转速，因此，也可以略高于图2所示频率地选择第二额定频率38。

所描述的基于需要的转矩增大是可以实现的，因为第一和第二额定频率37、38处于异步电机10的弱磁范围40内，即处于一个范围内，在该范围内，基于可以由控制装置19来提供或者可被馈送至异步电机10的有限的最大工作电压，在异步电机10的线圈中不再实现最大电流，进而不再实现最大场强。为了实现输送气体分量较高的流体的较高效率，有利的是，使用驱动和从动主轴以及异步电机10的相对较高的转速。为了同时实现小体积的泵，通常总归有利的是，在螺杆泵正常工作期间，使用处于弱磁范围40内的额定频率，即高于异步电机10的截止频率41的额定频率。在所示示例中，为了更清楚地强调所描述的效果，使用第一额定频率37，其比截止频率41高出大约40％。在所描述的过程的实际实施中，视具体应用实例而定，采用与截止频率41相比高出20-30％的第一额定频率37通常是有利的。

异步电机10通常仅应暂时，例如在输送液体段塞时，借助交流电流42以第二额定频率38以及较低的转速而工作。因此，在步骤S5中，重新检测与该流体的液体分量相关的测量变量48。在此可以检测已经针对测量变量46进行了说明的相同变量。

在步骤S6中，对另一频率变化条件49进行评估，如果满足所述频率变化条件，则变回到第一额定频率37，进而在步骤S1中继续所述方法。然而，如果不满足另一频率变化条件，则从步骤S4开始重复所述方法。

也可以对所描述的方法进行修改，具体方式例如在于，作为就频率变化条件而言所提到的限值比较的替代方案，将控制回路51作为测量和控制元件22的一部分，该控制回路试图将测量变量46调节至预设值，其中额定频率37、38用作调节变量。在此，对该调节变量进行限制，从而无法超过第一额定频率，具体方式例如在于，设有饱和元件。在此情况下，频率变化条件的不满足相当于控制回路51的饱和。因此，只要没有离开该控制的饱和范围，就将第一额定频率作为调节变量而输出。

图4和图5为螺杆泵的不同详图，与输送液体时相比，在输送作为具有较低液体分量的气液混合物的流体时，所述螺杆泵所需的功率大幅减小，例如减小25％。在此，图4示意性地示出螺杆泵1的驱动主轴5和从动主轴6的透视示意图，其中为清楚起见，未示出壳体。图4特别是示出驱动主轴5和从动主轴6的螺杆型线的形状以及所述驱动主轴与所述从动主轴的相互啮合。图5为端侧剖面图，其中特别是可以识别出驱动主轴5和从动主轴6与壳体2的共同作用，以便形成多个单独的泵室7、8、9，这些泵室又在图4中标示出，因为这些泵室延伸超过图2所示的剖面平面。

如已参照图1所讨论的那样，从动主轴6通过耦合装置26与驱动主轴5旋转耦合，其中在该示例中假定1:1的传动比。因此，在通过异步电机10沿驱动方向11驱动驱动主轴5时，从动主轴6以相反的旋转方向12和相同的转速进行旋转。该转速可以由控制装置19通过以上述方式选择额定功率37、38来预设。

通过驱动主轴5和从动主轴6的螺杆型线的相互啮合，将处于壳体2中的流体容置在多个彼此隔开的泵室7、8、9中。基于壳体2与驱动主轴5或从动主轴6之间的径向间隙17以及所述驱动主轴和所述从动主轴的相互啮合的螺杆型线之间留下的轴向间隙，泵室7、8、9的隔开或封闭并不是完全密封的，而是允许泵室7、8、9之间的一定的流体交换，该流体交换也可以被视为泄漏。

在驱动主轴5和从动主轴6的图4所示旋转位置中，泵室7朝向流体入口3而打开，因为在图1中，驱动主轴5的螺纹的壁部15的自由端13朝上定向，借此沿周向在所述自由端13与从动主轴6之间留下间隙，流体可以通过该间隙在泵室7与流体入口3之间流动。相应地，在图4中通过对其外表面进行标点而标记的泵室8朝向流体出口4而打开，因为限定该泵室的壁部15的自由端14基于旋转位置又与从动主轴6间隔一定距离，进而形成径向间隙，流体可以流过该径向间隙。泵室9相对于流体入口3和流体出口4而言都是封闭的。

在沿驱动方向11驱动驱动主轴5时，壁部15的自由端13首先朝向从动线轴6移动，进而首先封闭打开的泵室7。在此情况下，进一步旋转致使封闭的泵室朝向流体出口4移动。然后，在达到一定的打开旋转角度时，朝向流体出口4地打开所述泵室，其中在达到所述打开旋转角度后，在旋转90°的情况下产生所述泵室的如图1针对泵室8所示的布局，其中已沿周向在自由端14与从动主轴6之间产生具有一定宽度的间隙。

已认识到的是，如果确保在输送过程中并非主要通过以下方式进行气体压缩：流体从流体出口或位于下游的泵室回流至闭合的泵室中并且在该处对气体进行压缩，而是基本上只有在朝向流体出口4地打开相应泵室之后才会实现气体压缩以及泵室7、8、9中的升压，则可以大幅降低在对气体分量较高的气液混合物进行输送时的功率消耗。在所示示例中，这一点通过选择合适的泵几何形状以及通过使用足够高的转速来实现。这样就能确保在达到打开旋转角度之前或期间，与螺杆泵1的存在于流体入口3的区域中的吸入压力相比，相应泵室7、8、9中的压力仅增大了该吸入压力与流体出口4的区域中的压力之间的差压的百分之几。在打开时泵室中的压力例如可以是比所述吸入压力高出压差的最大10％或最大20％。

所描述的性能原则上也可以仅通过选择足够高的转速以常规的泵几何形状来实现，其中在某些情况下所需的较高转速可能会导致泵的较大负载或较多磨损。因此，螺杆泵1使用特殊的泵几何形状，其中即使在相对较低的转速下，例如在1000rpm或1800rpm的情况下，也可以实现所描述的性能。代替在螺杆泵中通常使用多个沿轴向接连设置的泵室，特别是使用相对较少的泵室或相对较少的驱动主轴5和从动主轴6的螺纹圈数。在图4所示旋转位置中，只有一个泵室9相对于流体入口3以及流体出口4而言都是封闭的。在此情况下，根据壁部15的自由端13、14的具体几何形状设计，可以与所示示例中的驱动主轴5和从动主轴6的旋转状态无关地产生最多一个或最多两个同时封闭的泵室。

通过使用相对较少的沿轴向接连设置的泵室已实现各个泵室的相对较大的容积，因此，相同量的通过间隙回流至泵室中的液体对泵室中的压力的影响较小。此外，如特别是在图5中可以清楚看到的那样，对于实现泵室7至9的较大容积而言有利的是，驱动和从动主轴5、6的螺杆型线的内径16例如比相应主轴的外径18小大约2倍。

此外，通过使用壳体2与驱动主轴5或从动主轴6的相应外径18之间的足够窄的径向间隙17，可以进一步减少回流至相应泵室7、8、9中的液体量。径向间隙25例如可以窄于外径18的千分之二。

如上所述，螺杆泵1的泵几何形状和足够高的转速共同作用，以便实现上述效果。在此情况下，就给定的泵几何形状而言，应选择转速，使得相应泵室7、8、9朝向流体出口4移动的轴向速度至少为4m/s和/或在驱动主轴5或从动主轴6的外部型线18处的周向速度至少为15m/s。

Claims (10)

1.一种通过螺杆泵(1)输送流体的方法，其中通过异步电机(10)来驱动所述螺杆泵(1)的至少一个驱动主轴(5)，其中：

-以第一额定频率(37)操作所述异步电机(10)，其中将气液混合物作为流体(45)进行输送，

-检测与所述流体(45)的液体分量相关的测量变量(46)，以及

-在满足与所述测量变量(46)相关的频率变化条件(47)后，以与所述第一额定频率(37)相比有所降低的第二额定频率(38)操作所述异步电机(10)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量变量(46)涉及所述异步电机(10)所施加的转矩或馈送至所述异步电机(10)的交流电流(42)的电流强度或所述异步电机(10)的转速。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在满足所述频率变化条件(50)之后的一个时间间隔内连续地或分多个阶段实现从所述第一额定频率(37)到所述第二额定频率(38)的变换和/或通过将所述测量变量(46)调节至预设值的控制回路(51)来实现从所述第一额定频率到所述第二额定频率(37、38)的变换。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一额定频率(37)比所述异步电机(10)的截止频率(41)大至少10％或至少20％，就给定的最大工作电压而言，弱磁范围(40)始于所述截止频率，和/或，所述第一额定频率(37)比所述截止频率(41)大至多30％或至多40％，和/或，所述第二额定功率(38)大于或等于所述截止频率(41)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用螺杆泵(1)，所述螺杆泵具有壳体(2)，该壳体(2)形成至少一个流体入口(3)和一个流体出口(4)，在所述壳体中容置有所述螺杆泵(1)的至少一个驱动主轴(5)和至少一个与所述驱动主轴旋转耦合的从动主轴(6)，在所述驱动主轴(5)的每个旋转位置中，所述驱动主轴(5)和所述从动主轴(6)与所述壳体(2)共同限定多个泵室(7、8、9)，其中通过所述异步电机沿驱动方向(11)旋转所述驱动主轴(5)，从而封闭所述泵室(7、8、9)中的首先朝相应流体入口(4)打开的相应一个，产生的封闭泵室(7、8、9)轴向地朝向所述流体出口(4)移动，并且在该处在达到打开旋转角度时朝向所述流体出口(4)地打开所述封闭泵室，其中至少在满足所述频率变化条件之前驱动所述驱动主轴(5)，使得在液体分量低于极限值的情况下，就所述螺杆泵(1)的给定的泵几何形状而言，在达到所述打开旋转角度之前和/或期间，与所述螺杆泵(1)的存在于相应流体入口(3)的区域中的吸入压力相比，相应泵室(7、8、9)中的压力增大了所述吸入压力与所述流体出口(4)的区域中的压力之间的差压的最多20％或最多10％。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，选择相应驱动主轴(5)和从动主轴(6)的螺杆型线，使得在所述驱动主轴(5)的360°的旋转角的范围内，每个驱动主轴(5)和从动主轴(6)的泵室(7、8、9)的数量的平均值最大为1.5，所述泵室相对于所述流体入口(3)和所述流体出口(4)而言都是封闭的。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，一方面，选择所使用的螺杆泵(1)的泵几何形状和第一额定频率(37)下的额定转速，使得所述驱动主轴(5)或所述驱动主轴(5)中的至少一个和/或所述从动主轴(6)或所述从动主轴(6)中的至少一个的型线外径(18)处的周向速度至少为15m/s，和/或另一方面，选择所述泵几何形状和所述第一额定频率下的额定转速，使得在朝向所述流体出口(4)进行轴向运动期间，所述相应泵室(7、8、9)的轴向速度至少为4m/s。

8.一种用于输送流体的螺杆泵，所述螺杆泵具有壳体(2)，在所述壳体中容置有所述螺杆泵(1)的至少一个驱动主轴(5)和至少一个与所述驱动主轴旋转耦合的从动主轴(6)，所述螺杆泵还具有用于驱动所述驱动主轴(5)的异步电机(10)和用于为所述异步电机(10)供电的控制装置(19)，其中所述控制装置(19)适于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

9.根据权利要求8所述的螺杆泵，其特征在于，所述壳体(2)形成至少一个流体入口(3)和一个流体出口(4)，其中在所述驱动主轴(5)的每个旋转位置中，所述驱动主轴(5)和所述从动主轴(6)与所述壳体(2)共同限定多个泵室(7、8、9)，其中所述异步电机适于沿驱动方向(11)旋转所述驱动主轴(5)，从而封闭所述泵室(7、8、9)中的首先朝相应流体入口(3)打开的相应一个，所述产生的封闭泵室(7、8、9)轴向地朝向所述流体出口(4)移动，并且在该处在达到打开旋转角度时朝向所述流体出口(4)地打开所述封闭泵室，其中选择各个驱动主轴(5)和从动主轴(6)的螺杆型线，使得在所述驱动主轴(5)的360°的旋转角的范围内，每个驱动主轴(5)和从动主轴(6)的泵室(7、8、9)的数量的平均值最大为1.5，所述泵室相对于所述流体入口(3)和所述流体出口(4)而言都是封闭的。

10.根据权利要求9所述的螺杆泵，其特征在于，一方面，所述驱动主轴(5)或所述驱动主轴(5)中的至少一个和/或所述从动主轴(6)或所述从动主轴(6)中的至少一个的螺杆型线的内径(16)小于所述相应螺杆型线的外径(18)的0.7倍，和/或另一方面，所述驱动主轴(5)或所述驱动主轴(5)中的至少一个和/或所述从动主轴(6)或所述从动主轴(6)中的至少一个的螺杆型线的外边缘与所述壳体(2)之间的平均周向间隙(17)小于所述相应螺杆型线的外径(18)的0.002倍。

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