CN1268847C - 液体泵送装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种液体泵送装置,其利用电动机进行驱动,通过叶轮旋转从而产生压力,其具有向电动机供应电力的变频器F、频率和电流值的检测装置,以及预先对频率和电流值的关系进行规定的程序,将实际运转时的频率和电流值与上述规定程序进行比较,对变频器F的发生频率进行调整,使液体泵送装置的运转点靠近上述规定程序。
Description
技术领域
本发明涉及液体泵送装置,尤其涉及包括以下两种泵的液体泵送装置:一种是离心泵,它对于循环用泵来说,容易获得最佳恒定流量特性;另一种是轴流泵,它对于给水用泵来说容易获得最佳恒定扬程特性。
技术背景
过去,暖气、冷气用的冷水·温水循环泵,采用了离心泵。在该用途中,重要的事项如下。
①即使已知道所需的流量,也还必须在现场用阀门来调节流量,因为计算上的管道损失和实际的管道损失有难于估计的差异。在此情况下,出现的能量损耗量正好相当于阀门的损耗量。
②若由于管道常年使用过程中发生变化以及异物堵塞阀门等原因而使管道损失增大,则流量减小。所以,需要定期地用阀门等来调整流量。
③由于现场一般没有测量流量的手段,所以,必须用压力计等来掌握压力,根据泵特性曲线来推算流量。然而,这种方法精度很低。
解决这些问题的现有技术有以下几种:
①利用控制盘来对电磁流量计的信号进行处理,对电磁阀的开度进行控制。这种方法,其缺点是:成本高,而且造成阀门损失,所以,省能量效率低。
②把电磁流量计的信号输入到变频器内,进行变速运转。这种方法省能源,但成本高。
③在泵上设置转速切换旋钮,在改变泵的Q-H特性的同时还利用阀门根据所需流量进行调节。这种方法能减小阀门阻力所造成的能量损耗,但不能稳定流量。所以,在管道损失增大等情况下,必须随时调整流量。
发明的公开
鉴于上述问题,本发明是要解决以下技术课题,其目的是提供一种不需要特别附助设备就能不受管道阻力变化的影响,始终保持流量稳定的离心泵等的液体泵送装置。
再者,本发明是要解决以下技术课题,其目的是提供一种即使流量发生变化也能保证扬程一定的、作为最佳给水泵的轴流泵等液体泵送装置。
为了解决上述课题,本发明是用电动机来驱动使叶轮旋轮旋转,从而产生压力的液体泵送装置,其特征在于:具有向电动机供应电力的变频器、频率和电流值的检测装置,上述变频器具有存储了预先对频率和电流值的关系进行规定、使频率(Hz)和电流值(A)按A=KHzn(K和n是正的常数)这一函数建立起相互关系而进行程序编制的程序的控制部,该液体泵送装置将实际运转时的频率和电流值与上述规定程序进行比较,对变频器的发生频率进行调整,使液体泵送装置的运转点靠近上述规定程序。
在本发明的一个实施形态中,上述液体泵送装置是在相同转速条件下轴动力随流量增加而增加的液体泵送装置,其对上述变频器的发生频率进行调整,使得即使发生压力出现变化也能使流量大体保持一定。
在本发明的一个实施形态中,上述液体泵送装置是在相同转速条件下轴动力随流量增加而减少的液体泵送装置,其对上述变频器的发生频率进行调整,使得即使流量发生变化也能使发生压力大体保持一定。
在本发明的一个实施形态中,使频率(Hz)和电流值(A)之间建立起某唯一的函数关系,进行程序编制。
例如,用A=KHzn(K和n是正的常数)来表示。并且,在变频器上设置用于切换K和n值的装置。
再者,本发明,其液体泵送装置具有:离心泵,它由三相感应电动机来进行驱动;变频器,用于把电力供给到该三相感应电动机内;频率和电流值的检测装置,它设置在变频器内;上述变频器具有存储了用于对频率和电流值的关系进行规定的程序的控制部,该液体泵送装置,使实际运转时的频率和电流值与上述规定程序进行比较,对变频器的发生频率进行调整,使泵的运转点接近于上述规定程序,即使泵扬程发生变化也能使流量大体保持一定;上述变频器,将输出的时间和上述一定流量的值进行乘法运算,以累计出流量。
在本发明的一个实施形态中,在变频器上设置了流量显示部分。
附图的简单说明
图1A和图1B是对涉及本发明的液体泵送装置的基本概念进行说明的说明图。
图2是对涉及本发明的液体泵送装置的基本概念进行说明的说明图。
图3是表示实施本发明的最佳液体泵送装置的断面图。
图4是本发明的变频器的电路图。
实施本发明的最佳实施例
以下详细说明涉及本发明的液体泵送装置实施例。
图1A和图1B是对本发明的基本概念进行说明的说明图。图1A是表示作为液体泵送装置的一例的离心泵的流量(Q)和扬程(H)的关系的图;图1B是表示图1A的I(b)部分的放大图。在图1A中横坐标表示流量比;纵坐标表示扬程比。驱动本发明的离心泵的马达具有变换器。而且具有用于选择所需流量的许多个旋钮(选择装置)。马达,例如由三相感应电动机构成。
在图1A和图1B中,变换器频率(Hz)和电流值(A(安培)),以
旋钮A A=0.001×Hz2……流量比0.7
旋钮B A=0.0014×Hz2……流量比1.0
这两种方式进行存储时为例进行说明。
现假定选择了旋钮B,进行说明
这时管道的阻力曲线假定为图1A的②。
若对泵进行起动,则按预先存储的频率100Hz(6000转/分)进行运转。运转点在与阻力曲线②的交点α1(100Hz-15A)上。该运转点与预先存储器的A=0.0014Hz2(A=0.0014×1002=14A)相比,电流值较大。也就是说,这表示对于频率100Hz,电流值过大。
因此,变换器进行使频率和电流值与A=0.0014Hz2相符合的减速运转。也就是说降低频率进行运转。
然后,泵减速的结果,在90Hz下进行转运。运转点成为与阻力曲线②的交点β1(90Hz-10A)。该运转点成为与预先存储的A=0.0014Hz2(A=0.0014×902=11.34A)相比较,电流值小。也就是说,这表示对于频率90Hz,电流值过小。
因此,变换器进行使频率和电流值与A=0.0014Hz2相符合的加速运转。即提高频率进行运转。
上述结果是,泵在A=0.0014×95212.5(95Hz-12.5A)的点γ1上运转。
也就是说,根据已选择的旋钮B的流量进行运转。若采用此法,则与管道阻力的大小和变动无关,能按一定的流量进行运转,而且能以所需的最小功耗进行运转,所以,对循环用泵来说是最合适的。
而且,在图1A和图1B中作为真正的重要事项而标注出的点δ,是在例如用于温水循环时能供给最佳热量的运转点。该点有时与预先计算出的运转热量稍有不同。这是因为在计算上留有余量。
为了解决这一问题,也可以增加用变换器的流量选择旋钮能够选择的种类(如图1A所示,不是A、B两种,而是例如8种)。
以上是在一定转速(一定频率(Hz))条件下流量越大轴动力(功耗和电流值)越大的离心泵事例。
图2是说明图,它表示用压力一定的方法来对在一定转速(一定频率(Hz))条件下流量越大轴动力越小的轴流泵进行控制的事例。在图2中横坐标表示流量比;纵坐标表示扬程比。
在图2中变换器的频率(Hz)和电流值(A(安))以
A=0.0012×Hz2 …………扬程比0.75
这一种方式进行存储时为例进行说明。
这时管道的阻力曲线定为图2的①。
若对泵进行起动,则按预先存储的频率100Hz(6000转/分)进行运转。运转点是与阻力曲线①的交点α2(100Hz-14A)。该运转点与预先存储的A=0.0012×Hz2(A=0.0012×1002=12A)相比较,电流值大。也就是说,它表示对频率100Hz来说电流值过大。
因此,变换器进行使频率和电流值与A=0.0012Hz2相符合的减速运转。也就是说,降低频率进行运转。
然后,泵减速的结果,按90Hz进行运转。运转点是与阻力曲线①的交点β2(90Hz-9A)。该运转点与预先存储的A=0.0012Hz2(A=0.0012×902=9.72A)相比较,电流值小。也就是说,它表示对频率90Hz来说电流值过小。
因此,变换器进行使频率和电流值与A=0.0012Hz2相符合的加速运转。也就是说,提高频率进行运转。
上述结果是,泵按照A=0.0012×95211A(95Hz-11A)的点进行运转。也就是说,用已选择的压力进行运转。若采用此法,则与管道阻力的大小和变动无关,能按一定的压力(扬程)进行运转,而且按所需最小功耗进行运转,所以,作为给水用泵是最佳状态。
在本发明的该实施形态中,使频率(Hz)和电流值(A)按A=KHzn(K和n是正的常数)这一函数建立起相互关系而进行程序编制。
如图1A、图1B和图2所示,若按照本发明,则不使用电磁流量计和压力计(或压力传感器)等,仅靠泵本身即可使流量或压力保持一定。所以用户不需要特别的附助设备,并且也不需要调节阀门等操作。
图3表示为实施本发明所使用的最佳液体泵送装置。该液体泵送装置是处理液在马达周围流动的全周流型屏蔽电动泵。
本实施例所示的全周流型屏蔽电动泵具有泵壳1、装在该泵壳1内的屏蔽电动机6、以及固定在该屏蔽电动机6的主轴7的端部上的叶轮8。泵壳1由泵壳外筒2、分别连接在该泵壳外筒2的两端上的吸入壳3和排出壳4构成。吸入壳3被焊接在外筒2上;排出壳4被法兰盘61、62连接在外筒2上。泵壳外筒2、吸入壳3和排出壳4是用不锈钢等板金加工制成的。
另一方面,屏蔽电动机6具有:定子13、设置在该定子13的外周部分上的电动机框外筒体14、焊接固定在电动机框外壳体14的两个开口端上的电动机框侧板15、16、以及嵌合在定子13的内周部分上焊接固定在上述电动机框侧板15、16上的壳17。并且,以能够旋转的状态安装在定子13内的转子18被热装固定在主轴7上。在电动机框外筒体14和外筒2之间形成了环状空间(流路)40。变换器(变频器)F被固定在外筒2的外面,在该外筒2内电动机的周围装有处理液。变换器F被安装在外壳20内,流量显示仪和流量设定旋钮也装在该外壳20内。
再者,用于把流体从半径方向外侧引入到内侧的导向构件11由屏蔽电动机6的电动机框侧板15进行支承。并且,用于存放叶轮8的外壳12被固定在导向构件11上。再者,密封构件13被安装在导向构件11的外周部分上。
衬环51被设置在导向构件11的内端上,使该衬环51与叶轮8的前面部分(吸入口侧)进行磨擦滑动。内壳12大体上呈半园形,把屏蔽电动机泵6的主轴7的轴端掩盖起来。该内壳12具有导向装置12a,该导向装置12a由导流叶片和螺旋构成,用于对从叶轮8排出的流体进行导向。并且内壳12在前端部分具有排气孔12b。
轴承是碳化硅制的滑动轴承,全部轴承均安装在电动机转子18和叶轮8之间的空间内。轴承由自液进行润滑。
轴承架21由不锈钢铸件制成,在轴向两侧用热装法固定了固定侧径向轴承22、23,再从外周部分注入树脂,以便从周围进行固定。并且,固定侧径向轴承22、23的轴向端部,在结构上与旋转侧推力轴承24、25进行磨擦滑动。旋转侧推力轴承24、25和旋转侧径向轴承26、27,适当通过叶轮8和定距块28被叶片固定螺母29固定到主轴7上。
以下简单地说明图3所示的全周流型屏蔽电动泵的作用。从吸入壳3吸入的流体,流入到在外筒2和屏蔽电动机6的电动机框外筒体14之间形成的环状流路40内,通过该流路40被引导到导向构件11内,然后进入到叶轮8内。从叶轮8排出的流体,经过导向装置12a,从排出壳4中排出。
以下参照图4,说明本发明的变频器的实施例。在图4中,泵等液体泵送装置用M表示;变频器用F表示。在用三相交流作为输入时,变频器F,其构成部分有:把交流变换成直流的整流电路41和对整流后的电压进行平滑处理的平滑电容器42所构成的整流器部分、以及把直流变换成交流的变换器部分43。在作为直流部分的整流器上连接了辅助电源部分44和用于检测整流部分的直流电压的电压检测部分45。变频器F还具有预先存储了发生频率与电流值的关系的控制部分46,从控制部分46输出PWM信号,对变换器部分43进行驱动。
在三相变换器43的输出部分上设置了电流检测敏感元件48,被检测出的电流经过检测部分47而变换成信号,被输入到控制部分46内。在三相变换器43的输出侧连接了电动机6。而且,符号49是温度敏感元件。
在控制部分46内设置了:
ROM,其中预先存储了对发生频率和电流值的关系加以规定的函数;
CPU,用于对来自电流检测部分47的信号和ROM的设定内容进行比较,进行运算处理,输出规定的PWM信号;以及
控制IC。
变频器F如上所述具有控制部分46,能存储本身输出的时间。并且,若利用上述的流量一定控制来进行运转,则变频器F能检测出泵进行传送的各个时刻的流量。而且,变频器F内具有运算功能。所以,变频器F除了能显示各个时刻的流量外,还能显示累计流量。也就是说,该液体泵送装置本身能作为流量计使用。
另外,充分利用变频器F的存储器功能,能进行这样的自动运转:按规定日数(例如5日时间)连续地进行这样的作业,即每经过一定时间(例如24小时)传送规定量(例如1米3)的水,停止规定日数(例如2日时间),然后再按规定日数(例如5日时间)连续地进行作业。
这种方法的特征是:适合于限制1日的给水量,节约用水等情况,不设置特别的辅助设备即可自动供水。
如以上所说明的那样,若采用本发明,则可制成这样一种离心泵等液体泵送装置,即不需要特别的辅助设备,不受管道阻力变化的影响,能经常稳定地保持供水流量。
并且,若采用本发明,则能实现即使流量发生变化,也能使发生扬程保持一定的轴流泵等液体泵送装置。
在产业中利用的可能性
本发明适用于这样一种液体泵送装置,即其中包括:
离心泵,它容易获得尤其对循环用泵适合的定流量特性;以及
轴流泵,它容易获得对给水用泵适合的定扬程特性。
Claims (4)
1.一种液体泵送装置,其利用电动机进行驱动,由叶轮旋转从而产生压力,其特征在于:
具有向电动机供应电力的变频器、频率和电流值的检测装置,上述变频器具有存储了预先对频率和电流值的关系进行规定、使频率(Hz)和电流值(A)按A=KHzn(K和n是正的常数)这一函数建立起相互关系而进行程序编制的程序的控制部,该液体泵送装置将实际运转时的频率和电流值与上述规定程序进行比较,对变频器的发生频率进行调整,使液体泵送装置的运转点靠近上述规定程序。
2.如权利要求1所述的液体泵送装置,其特征在于:上述液体泵送装置是在相同转速条件下轴动力随流量增加而增加的液体泵送装置,其对上述变频器的发生频率进行调整,使得即使发生压力出现变化也能使流量大体保持一定。
3.如权利要求1所述的液体泵送装置,其特征在于:上述液体泵送装置是在相同转速条件下轴动力随流量增加而减少的液体泵送装置,其对上述变频器的发生频率进行调整,使得即使流量发生变化也能使发生压力大体保持一定。
4.如权利要求1所述的液体泵送装置,其特征在于:在变频器内设置了用于切换K和n值的装置。
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