DE102007009302B4 - Method for determining pump flow without the use of traditional sensors - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Bestimmen des Pumpendurchflusses ohne den Einsatz traditioneller Sensoren weist Schritte und Module zum Erstellen einer kalibrierten Leistungskurve mit geschlossenem Ventil bei mehreren Drehzahlen, zum Berechnen von Koeffizienten aus einer normalisierten Leistungskurve auf der Basis des Leistungsverhältnisses einer Pumpe und zum Lösen einer polynomischen Leistungsgleichung für den Durchfluss am aktuellen Betriebspunkt auf. Die kalibrierte Leistungskurve kann durch Erhöhen der Pumpendrehzahl von einem minimalen auf einen maximalen Wert und durch Betreiben der Pumpe mit einem geschlossenen Auslassventil erstellt werden. Diese Daten dienen dazu, das publizierte Leistungsverhalten für Abschaltleistung und optimalen Betriebspunkt bei Nenndrehzahl zu korrigieren, um das Leistungsverhältnis der Pumpe zu bestimmen. Sie dienen auch dazu, die Leistung mit geschlossenem Ventil bei der aktuellen Betriebsdrehzahl genau zu bestimmen. Das Leistungsverhältnis der Pumpe bestimmt sich nach folgender Gleichung: Pratio = Pshutoff@100%/PBEPcorr. Die polynomische Leistungsgleichung kann zum Beispiel eine polynomische Gleichung 3. Ordnung enthalten, die unter Verwendung von Koeffizienten aus einer normalisierten Kurve für Leistung gegen Durchfluss entwickelt wird, wobei in der polynomischen Leistungsgleichung Korrekturen entsprechend der Drehzahl, dem hydraulischen Wirkungsgrad und der relativen Dichte vorgenommen werden können. Zum Lösen der polynomischen Gleichung 3. Ordnung können komplexe Wurzeln entweder mit Hilfe des Müller-Verfahrens oder eines sonstigen geeigneten Verfahrens bestimmt werden, wobei der berechnete tatsächliche Durchfluss für einen spezifischen Betriebspunkt ermittelt werden kann.A method of determining pump flow without using traditional sensors has steps and modules to create a calibrated performance curve with the valve closed at multiple speeds, to calculate coefficients from a normalized performance curve based on the performance ratio of a pump, and to solve a polynomial performance equation for the Flow at the current operating point. The calibrated performance curve can be created by increasing the pump speed from a minimum to a maximum value and by operating the pump with a closed outlet valve. This data is used to correct the published performance for the shutdown power and the optimal operating point at nominal speed in order to determine the performance ratio of the pump. They are also used to precisely determine the performance with the valve closed at the current operating speed. The performance ratio of the pump is determined according to the following equation: Pratio = Pshutoff @ 100% / PBEPcorr. For example, the polynomial power equation may include a 3rd order polynomial equation developed using coefficients from a normalized power versus flow curve, where corrections may be made in the polynomial power equation according to speed, hydraulic efficiency, and relative density . To solve the 3rd order polynomial equation, complex roots can be determined using either the Müller method or another suitable method, whereby the calculated actual flow rate can be determined for a specific operating point.
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Diese Patentanmeldung beansprucht den Vorteil einer vorläufigen Patentanmeldung unter dem Aktenzeichen 60/780,546, eingereicht am B. März 2006 unter dem Titel „Method for Determining Pump Flow Without the Use of Traditional Sensors” (911-2.24-1/05GI003), bezieht sich auch auf die Patentanmeldung unter dem Aktenzeichen 11/601,373, eingereicht am 17. November 2006 unter dem Titel „Method and Apparatus For Pump Protection Without the Use of Traditional Sensors” (911-2.22-1/05GI002) und bezieht sich auch auf die vorläufige Patentanmeldung unter dem Aktenzeichen 60/780,547, eingereicht am 8. März 2006 unter dem Titel „Method for Optimizing Valve Position and Pump Speed in a PID Control Valve System without the Use of External Sensors” (911-2.23-1/06GI001). Alle diese Patentanmeldungen werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier einbezogen.This patent application also claims the benefit of a provisional patent application Serial No. 60 / 780,546, filed March 6, 2006, entitled "Method for Determining Pump Flow Without the Use of Traditional Sensors" (911-2.24-1 / 05GI003) to Patent Application Serial No. 11 / 601,373 filed November 17, 2006, entitled "Method and Apparatus for Pump Protection Without the Use of Traditional Sensors" (911-2.22-1 / 05GI002), and also relates to the provisional patent application under
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pumpensystem mit einer Pumpe einschließlich einer Kreiselpumpe, genauer auf ein Verfahren zum Bestimmen des Pumpendurchflusses ohne den Einsatz traditioneller Sensoren.The present invention relates to a pump system including a pump including a centrifugal pump, more particularly to a method of determining pump flow without the use of traditional sensors.
2. Kurze Beschreibung der verwandten Technik2. Brief description of the related art
Pumpgeräte sind in der Technik bekannt, und die mit ihnen verbundenen Verfahren sowie ihre Nachteile sind wie folgt:
Regler für Pumpen bedienen sich bekanntlich der Pumpenaffinitätsgesetze, welche Annäherungen dafür sind, wie das Leistungsverhalten (Durchfluss, Förderhöhe, Leistung) einer Kreiselpumpe von der Drehzahl und von der Laufradabstimmung beeinflusst wird. Während die Affinitätsgesetze für allgemeine Abschätzungen zweckmäßig sind, führt der Faktorenzerlegungskoeffizient bei der Leistung häufig zu einer Über- oder Unterschätzung der Leistung auf der Basis der Betriebsdrehzahl, der Größe und der spezifischen Drehzahl der Pumpe. Diese Ungenauigkeit hat direkten Einfluss auf Algorithmen für den Pumpenschutz und die Durchflussvorhersage, die in speicherprogrammierbaren Steuerungen (PLC), verteilten Steuersystemen (CS) und Frequenzumrichterantrieben (VFD) zu finden sind.Pumping devices are known in the art and the associated methods and their disadvantages are as follows:
Pump governors are known to use pump affinity laws, which approximate how the performance (flow, head, power) of a centrifugal pump is affected by speed and impeller tuning. While the affinity laws are useful for general estimation, the power factoring coefficient often results in over- or underestimating the power based on the operating speed, size and specific speed of the pump. This inaccuracy has a direct impact on pump protection and flow prediction algorithms found in programmable logic controllers (PLC), distributed control systems (CS) and frequency converter drives (VFD).
Beim Erstellen von Pumpenkennfeldern beeinträchtigen zudem Abweichungen des tatsächlichen Leistungsverhalten einer Pumpe von den Standardleistungskurven die Genauigkeit der Durchfluss- und/oder Pumpenzustandsschätzung deutlich. Dies wird meist dadurch gelöst, dass eine Pumpenleistungsprüfung bei mehreren Drehzahlen durchgeführt wird, um das genaue Pumpenleistungsverhalten zu bestätigen. Allerdings kann diese Lösung zeitraubend, anwendungsspezifisch und ziemlich teuer werden. Angesichts dessen besteht in der Industrie ein Bedarf nach einem Verfahren, das den Fehler der Affinitätsgesetze ausschaltet.Also, when creating pump maps, deviations of the actual performance of a pump from the standard performance curves significantly affect the accuracy of the flow and / or pump state estimation. This is usually accomplished by performing a pump performance test at multiple speeds to confirm accurate pump performance. However, this solution can be time consuming, application specific and quite expensive. In view of this, there is a need in the industry for a method that eliminates the error of the affinity laws.
Außerdem wurden in einer Patentierbarkeitsrecherche, die in Bezug auf die vorliegende Erfindung durchgeführt wurde, folgende Patente entwickelt. Nachstehend sind sie kurz zusammengefasst:
Durch keine(s) der oben erwähnten Patente oder Veröffentlichungen wird das hier beschriebene Verfahren zum Bestimmen des Pumpendurchflusses ohne traditionelle Sensoren gelehrt oder nahegelegt, welches sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht hat. Gelöst wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch den Regler und das Pumpsystem der unabhängigen Ansprüche 18 und 35.None of the above-mentioned patents or publications teach or suggest the method of determining pump flow described herein without traditional sensors having the object of the present invention. The object is achieved by the method according to
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung sieht ein neues und einzigartiges Verfahren zum Bestimmen des Durchflusses in einer Kreiselpumpe, einem Kreiselmischer, einem Radialgebläse oder einem Radialverdichter ohne den Einsatz traditioneller Sensoren vor; es enthält Schritte zum Erstellen einer kalibrierten Leistungskurve mit geschlossenem Ventil und mehreren Drehzahlen; es berechnet Koeffizienten aus einer Kurve für Leistung gegen Durchfluss auf der Basis des Leistungsverhältnisses einer Pumpe; und es löst eine Leistungsgleichung für den Durchfluss am aktuellen Betriebspunkt.The present invention provides a new and unique method of determining flow in a centrifugal pump, a centrifugal mixer, a radial fan or a centrifugal compressor without the use of traditional sensors; it includes steps to create a calibrated performance curve with closed valve and multiple speeds; it calculates coefficients from a power versus flow curve based on the power ratio of a pump; and it solves a power equation for the flow at the current operating point.
Die kalibrierte Leistungskurve kann erstellt werden, indem die Drehzahl der Pumpe von einem minimalen auf einen maximalen Wert erhöht wird, während die Pumpe gegen ein geschlossenes Auslassventil betrieben wird und Drehzahl- und Leistungsdaten bei mehreren Drehzahlen erfasst werden. Diese Daten dienen dazu, das publizierte Leistungsverhalten für Abschaltleistung und optimalen Betriebspunkt bei Nenndrehzahl zu korrigieren, um das Leistungsverhältnis der Pumpe zu bestimmen. Sie dienen auch dazu, die Leistung mit geschlossenem Ventil bei der aktuellen Betriebsdrehzahl genau zu bestimmen. Das ist deshalb nötig, weil die publizierten Leistungsdaten aufgrund von Dichtungsverlusten, Verschleiß, Unterschieden in Gussstücken usw. oft von den tatsächlichen Daten abweichen. The calibrated power curve can be created by increasing the pump speed from a minimum to a maximum value while operating the pump against a closed exhaust valve and detecting speed and performance data at multiple speeds. These data are used to correct the published performance for shutdown power and optimum operating point at rated speed to determine the power ratio of the pump. They also serve to accurately determine closed-valve performance at the current operating speed. This is necessary because the published performance data often differ from the actual data due to seal losses, wear, differences in castings, etc.
Das Leistungsverhältnis der Pumpe berechnet sich nach folgender Gleichung:
Die Leistungsgleichung kann zum Beispiel eine polynomische Gleichung 3. Ordnung enthalten, die unter Verwendung von Koeffizienten aus einer normalisierten Kurve für Leistung gegen Durchfluss entwickelt wird, wobei in der polynomischen Leistungsgleichung Korrekturen entsprechend der Drehzahl und dem hydraulischen Wirkungsgrad vorgenommen werden können. Zusätzlich können komplexe Wurzeln entweder mit Hilfe des Müller-Verfahrens oder eines sonstigen geeigneten Verfahrens bestimmt werden, um die polynomische Gleichung 3. Ordnung zu lösen, wobei der berechnete tatsächliche Durchfluss für einen spezifischen Betriebspunkt ermittelt werden kann.For example, the performance equation may include a 3rd order polynomial equation developed using coefficients from a normalized power versus flow curve, wherein corrections may be made in accordance with speed and hydraulic efficiency in the polynomial performance equation. In addition, complex roots can be determined either using the Muller's method or some other suitable method to solve the 3rd order polynomial equation, whereby the calculated actual flow can be determined for a specific operating point.
Die Schritte des Verfahrens können an einem Frequenzumrichterantrieb (VFD) mit einem oder mehr Modulen, das/die die hier dargestellten Funktionsmerkmale realisiert/realisieren, sowie an einer speicherprogrammierbaren Steuerung (PLC) durchgeführt werden.The steps of the method may be performed on a frequency converter drive (VFD) having one or more modules that implement the features illustrated herein, as well as on a programmable logic controller (PLC).
Die vorliegende Erfindung kann auch einen Regler mit einem oder mehr Modulen in einer Konfiguration zum Realisieren der hier dargestellten Funktionsmerkmale sowie ein Pumpensystem, das über einen solchen Regler verfügt, aufweisen.The present invention may also include a controller having one or more modules in a configuration for implementing the functional features illustrated herein and a pump system having such a controller.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die Zeichnungen umfassen folgende Abbildungen:The drawings include the following illustrations:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die kalibrierte Leistungskurve durch Erhöhen der Pumpendrehzahl von einem minimalen auf einen maximalen Wert und durch Betreiben der Pumpe gegen ein geschlossenes Auslassventil erstellt werden. Diese Daten dienen dazu, das publizierte Leistungsverhalten für Abschaltleistung und optimalen Betriebspunkt bei Nenndrehzahl zu korrigieren, um das Leistungsverhältnis der Pumpe zu bestimmen. Sie dienen auch dazu, die Leistung mit geschlossenem Ventil bei der aktuellen Betriebsdrehzahl genau zu bestimmen.In accordance with the present invention, the calibrated power curve may be established by increasing the pump speed from a minimum to a maximum value and operating the pump against a closed exhaust valve. These data are used to correct the published performance for shutdown power and optimum operating point at rated speed to determine the power ratio of the pump. They also serve to accurately determine closed-valve performance at the current operating speed.
Das Leistungsverhältnis der Pumpe kann nach folgender Gleichung berechnet werden:
Die Leistungsgleichung kann zum Beispiel eine polynomische Gleichung 3. Ordnung enthalten, die unter Verwendung von Koeffizienten aus einer normalisierten Kurve für Leistung gegen Durchfluss entwickelt wird, wobei in der polynomischen Leistungsgleichung Korrekturen entsprechend der Drehzahl und dem hydraulischen Wirkungsgrad vorgenommen werden können. Zusätzlich können komplexe Wurzeln entweder mit Hilfe des Müller-Verfahrens oder eines sonstigen geeigneten Verfahrens bestimmt werden, um die polynomische Gleichung 3. Ordnung zu lösen, wobei der berechnete tatsächliche Durchfluss für einen spezifischen Betriebspunkt ermittelt werden kann.For example, the performance equation may include a 3rd order polynomial equation developed using coefficients from a normalized power versus flow curve, wherein corrections may be made in accordance with speed and hydraulic efficiency in the polynomial performance equation. In addition, complex roots can be determined either using the Muller's method or some other suitable method to solve the 3rd order polynomial equation, whereby the calculated actual flow can be determined for a specific operating point.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie den Fehler der Affinitätsgesetze dadurch ausschaltet, dass sie die Leistung bei verschiedenen Drehzahlen mit geschlossenem Ventil abtastet, damit im abgeschalteten Zustand eine genaue Leistungskurve erzeugt werden kann. Durch die Anwendung eines patentrechtlich geschützten Verfahrens zur kubischen Interpolation ist es dann möglich, die Pumpenleistung mit geschlossenem Ventil über einen großen Drehzahlbereich hinweg genau zu bestimmen. Siehe die Graphen in den
Die durch die Verwendung publizierter Pumpenleistungskurvendaten erhaltene Leistung weicht aufgrund von Pumpendichtungsverlusten, die sich linear verändern, oft von der tatsächlichen Leistung ab. Der Unterschied zwischen der tatsächlichen und der publizierten Leistung im Abschaltzustand kann dazu verwendet werden, die Leistung aus der publiziertem Kurve am optimalen Betriebspunkt (BEP) auszugleichen (anzupassen), da die Dichtungsverluste bei einer gegebenen Drehzahl konstant sind. Durch diesen Ansatz erübrigt sich eine besonders genaue Pumpenleistungskurve (z. B. Fabrikprüfung) oder ein komplizierterer Kalibrierprozess auf der Anlage. Hierdurch ergibt sich eine genauere Schätzung von PBEP und PSO bei verschiedenen Drehzahlen. Diese Daten können dann für eine weitergehende Modellierung der Pumpenleistung auf der Basis der minimalen externen Daten verwendet werden.The performance obtained by using published pump performance curve data often deviates from actual performance due to pumping loss losses that vary linearly. The difference between the actual and the published power in the off state can be used to balance (adjust) the power from the published curve at the optimum operating point (BEP), since the seal losses are constant at a given speed. This approach eliminates the need for a particularly accurate pump performance curve (eg, factory testing) or a more complex calibration process on the equipment. This results in a more accurate estimate of PBEP and PSO at different speeds. This data can then be used to further model pump performance based on the minimum external data.
Dadurch, dass die normalisierten Leistungskoeffizienten in eine Leistungsgleichung
Abb. 3: Regler
Der Regler weist weitere Regelmodule
Motor
Motor
Realisierungrealization
Dieses Verfahren der Durchflussberechnung besteht aus zwei wesentlichen Schritten:
In Schritt A wird eine kalibrierte Leistungskurve mit geschlossenem Ventil bei mehreren Drehzahlen erstellt.This method of flow calculation consists of two main steps:
In step A, a closed-valve calibrated performance curve is created at multiple speeds.
In Schritt B werden die Koeffizienten der normalisierten Leistungskurve auf der Basis des Leistungsverhältnisses einer Pumpe berechnet und eine polynomische Leistungsgleichung
Schritt A:Step A:
Die Funktion der Logik gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Pumpendrehzahl von einem zuvor bestimmten minimalen Wert (z. B. 30% der maximalen Drehzahl) auf einen anderen Wert (z. B. 60% der maximalen Drehzahl) erhöht wird, während die Pumpe mit einem geschlossenen Auslassventil arbeitet. Das Verhältnis der Drehzahlen sollte etwa 2:1 betragen. Die Leistung wird dann bei diesen Drehzahlen und bei maximaler Drehzahl von 100% gemessen und um eine relative Dichte = 1 korrigiert.The function of the logic according to the present invention is to increase the pump speed from a predetermined minimum value (eg, 30% of the maximum speed) to another value (eg, 60% of the maximum speed) while the pump works with a closed outlet valve. The ratio of the speeds should be about 2: 1. The power is then measured at these speeds and at maximum speed of 100% and corrected by a relative density = 1.
Die Abschaltleistung bei einer beliebigen Drehzahl kann dann durch ein patentrechtlich geschütztes Verfahren zur kubischen Interpolation bestimmt werden:
Die Koeffizienten A bis F werden berechnet wie folgt:
The coefficients A to F are calculated as follows:
Die Abschaltleistung bei einer beliebigen Drehzahl wird berechnet wie folgt:
PSO_30% = PMeas_30%/SG die gemessene Abschaltleistung bei 30% der Motornenndrehzahl, korrigiert auf eine relative Dichte = 1, ist,
PSO_60% = PMeas_60%/SG die gemessene Abschaltleistung bei 60% der Motornenndrehzahl, korrigiert auf eine relative Dichte = 1, ist und
PSO_100% = PMeas_100%/SG die gemessene Abschaltleistung bei 100% der Motornenndrehzahl, korrigiert auf eine relative Dichte = 1, ist.The shutdown power at any speed is calculated as follows:
P SO_30% = P Meas_30% / SG is the measured breaking capacity at 30% of rated motor speed corrected to a specific gravity = 1,
P SO_60% = P Meas_60% / SG is the measured shutdown power at 60% of rated motor speed corrected to a specific gravity = 1, and
P SO_100% = P Meas_100% / SG is the measured shutdown power at 100% of rated motor speed corrected to a specific gravity = 1.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei einigen Ausführungsbeispielen wie etwa dichtungslosen Pumpen Schätzungen von Wirbelstromverlusten aus Messwerten bei Abschaltung entfernt werden müssen.It is noted that in some embodiments, such as sealless pumps, estimates of eddy current losses must be removed from readings at shutdown.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass zum Erhöhen der Genauigkeit für einige Ausführungsbeispiele wie Pumpen mit niedriger Leistung, die für Flüssigkeiten mit einer relativen Dichte ungleich 1,0 eingesetzt werden, mechanische Verluste (zum Beispiel Dichtungen und Lager) in den obigen Abschaltleistungsgleichungen wie folgt ausgeglichen werden können:
- SG
- = relative Dichte,
- N30%
- = Drehzahl bei 30% der Motornenndrehzahl,
- N60%
- = Drehzahl bei 60% der Motornenndrehzahl,
- N100%
- = Drehzahl bei 100% der Motornenndrehzahl.
- SG
- = relative density,
- N 30%
- = Speed at 30% of rated motor speed,
- N 60%
- = Speed at 60% of rated motor speed,
- N 100%
- = Speed at 100% of the rated motor speed.
Bei Pumpen mit höherer Leistung ist es nötig, beim Abstimmen die Drehzahl zu begrenzen, um ein Überhitzen der Pumpe zu verhindern. In diesem Fall kann die Leistung bei einer Drehzahl von 100% berechnet werden aus:
Im abschließenden Schritt der Logik gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Leistung am optimalen Betriebspunkt (BEP) geschätzt. Diese Funktion stützt sich auf die Beobachtung, dass zwar die Istwerte von PBEP und PSO an einer beliebigen Pumpe von der publizierten Leistungskurve stark abweichen können, die Steigung der Leistungskurve aber relativ konstant bleibt. wobei
- PSO
- = Pumpenleistung bei Abschaltung bei 100% Drehzahl von der publizierten Kurve und
- PBEP
- = Pumpenleistung am BEP bei 100% Drehzahl aus der publizierten Kurve.
- P SO
- = Pump power at shutdown at 100% speed of the published curve and
- P BEP
- = Pump power at the BEP at 100% speed from the published curve.
Andere, weniger genaue Näherungen können auch vorgenommen werden, um einen Zerlegungskoeffizienten „KSO” zu erhalten, der mit Hilfe des Verhältnisses des natürlichen Logarithmus des Leistungsverhältnisses zum Drehzahlverhältnis geschätzt werden kann, wie folgt:
- Pso1
- = gemessene Abschaltleistung bei Drehzahl N1 und
- Pso2
- = gemessene Abschaltleistung bei Drehzahl N2.
- P so1
- = measured shutdown power at speed N 1 and
- P so2
- = measured breaking capacity at speed N 2 .
Die Abschaltleistung bei einer beliebigen Drehzahl kann dann bestimmt werden durch:
- PSOxrpm
- = Abschaltleistung bei Drehzahl Nxrpm und
- PSOyrpm
- = Abschaltleistung bei Drehzahl Nyrpm.
- P SOxrpm
- = Shutdown power at speed N xrpm and
- P SOyrpm
- = Shutdown power at speed N yrpm .
Schritt B:Step B:
Um einen berechneten Durchflusswert zu bestimmen, werden normalisierte Leistungskurven auf der Basis des Leistungsverhältnisses der Pumpe berechnet,
wobei
in which
Die Normalisierungskurven sind charakteristisch für das Leistungsverhältnis und die spezifische Drehzahl einer Pumpe.The normalization curves are characteristic of the power ratio and the specific speed of a pump.
Die spezifische Drehzahl ist ein numerischer Wert, der sich auf die hydraulische Leistung einer Kreiselpumpe bezieht.The specific speed is a numerical value related to the hydraulic power of a centrifugal pump.
Die folgende Tabelle zeigt die tatsächlichen gegenüber normalisierten Testdaten für Durchfluss und Leistung der 2×3-13-Pumpe bei 3570 U/min.
Eine polynomische Leistungsgleichung 3. Ordnung wurde unter Verwendung der Koeffizienten aus der normalisierten Kurve für Leistung gegen Durchfluss entwickelt. Korrekturen der Drehzahl und des hydraulischen Wirkungsgrades werden in der Leistungsgleichung vorgenommen.A 3rd order polynomial performance equation was developed using the coefficients from the normalized power versus flow curve. Corrections of the speed and the hydraulic efficiency are made in the power equation.
Die Koeffizienten a, b und c der Kurve für normalisierte Leistung gegen Durchfluss definieren die Form der normalisierten Kurve wie folgt:
PBEPCORR = korrigierte Pumpenleistung am BEP, wie aus der Kurve der abgestimmten Leistung bei Nenndrehzahl bestimmt,
QBEP = Pumpendurchfluss am BEP bei Nenndrehzahl,
ηHBEP_CORR = Korrektur des hydraulischen Wirkungsgrades,
ηHBEP_CORR ≅ 1 – 0,8/QBEP0,25 publizierte Werte reichen meist von 0,7 bis 0,95,
NAct = tatsächliche Betriebsdrehzahl,
NRated = Nenndrehzahl,
PSO_N% = Pumpenabschaltleistung bei tatsächlicher Betriebsdrehzahl (bestimmt aus der Kurve der abgestimmten Leistung),
PACT = tatsächliche Pumpenleistung,
S.G. = relative Dichte und
QAct = berechneter tatsächlicher Durchfluss bei aktueller Betriebsdrehzahl.The coefficients a, b and c of the normalized power vs. flow curve define the shape of the normalized curve as follows:
P BEPCORR = corrected pump power at the BEP, as determined from the curve of the tuned power at rated speed,
Q BEP = pump flow at the BEP at rated speed,
η HBEP_CORR = correction of hydraulic efficiency,
η HBEP_CORR ≅ 1 - 0.8 / QBEP 0.25 published values usually range from 0.7 to 0.95,
N act = actual operating speed,
N Rated = rated speed,
P SO_N% = pump shutdown power at actual operating speed (determined from the curve of the tuned power),
P ACT = actual pump power,
SG = relative density and
Q Act = calculated actual flow at current operating speed.
Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass zum Erhöhen der Genauigkeit für einige Ausführungsbeispiele wie Pumpen mit niedriger Leistung, die für Flüssigkeiten mit einer relativen Dichte ungleich 1,0 eingesetzt werden, mechanische Verluste (zum Beispiel Dichtungen und Lager) in der obigen Leistungsgleichung durch Anpassen von PACT wie folgt ausgeglichen werden können:
Es wird auch noch einmal darauf hingewiesen, dass bei einigen Ausführungsbeispielen wie etwa dichtungslosen Pumpen Schätzungen von Wirbelstromverlusten aus Messwerten der tatsächlichen Leistung in der obigen Leistungsgleichung entfernt werden müssen.It is also pointed out that in some embodiments, such as sealless pumps, estimates of eddy current losses need to be removed from actual power readings in the power equation above.
Dann werden komplexe Wurzeln bestimmt, um die polynomische Gleichung 3. Ordnung mit Hilfe des Müller-Verfahrens oder sonstiger gleichwertiger Verfahren zu lösen. Der berechnete tatsächliche Durchfluss wird dann für den spezifischen Betriebspunkt bestimmt.
Da der Pumpenverschleiß sich auf den Leistungsbedarf der Pumpe auswirken und somit die Durchflussgenauigkeit verringern wird, können die Leistungsberechnungen periodisch durch regelmäßiges Ausführen einer weiteren Kalibrierung, wie in Schritt A umrissen, ausgeglichen werden.Since the pump wear will affect the pump's power requirements and thus reduce the flow accuracy, the power calculations can be periodically balanced by periodically performing a further calibration as outlined in step A.
WEITERE EINSATZMÖGLICHKEITENOTHER APPLICATIONS
Es gibt mindestens folgende weitere Einsatzmöglichkeiten:
Pumpenlastwächter – Pumpenlastwächter stützen sich auf eine genaue Modellierung der Pumpenleistungskurve, um die Minimaldurchfluss- und Abschaltbedingungen zu erkennen. Während die meisten Lastwächter nur die Leistung bei einer Drehzahl überwachen, würde diese Logik genauer arbeitende Lastwächter im drehzahlveränderlichen Betrieb erlauben.
Durchflussberechnungen ohne Sensor – Durchflussschätzungen ohne Sensor stützen sich auf genaue Leistungskurven, um den Pumpendurchfluss zu schätzen. Die Anwendung von einfachen Affinitätsgesetzen kann beim Erhöhen der Drehzahl die Durchflussgenauigkeit beeinträchtigen. Das gilt besonders für kleinere Pumpen, bei denen Verluste zum Beispiel durch Dichtungen und Lager eine größere Rolle spielen und gemäß den Affinitätsgesetzen unberücksichtigt bleiben.
Pumpenschutzalgorithmen – sensorlose Durchflussmessungen können einen zuverlässigen Hinweis auf die Betriebsbedingungen liefern: Auslaufbedingungen (Durchfluss zu hoch), Betrieb unter dem Minimaldurchfluss der Pumpe (Durchfluss zu niedrig) oder Betrieb gegen ein geschlossenes Auslassventil.There are at least the following additional uses:
Pump Load Monitors - Pump Load Monitors rely on accurate modeling of the pump performance curve to detect the minimum flow and shutdown conditions. While most load monitors only monitor power at one speed, this logic would allow more accurate load monitors in variable speed operation.
Sensorless Flow Calculations - Sensorless flow estimates rely on accurate performance curves to estimate pump flow. The application of simple affinity laws can affect flow accuracy as the RPM increases. This is especially true for smaller pumps, where losses, for example, through seals and bearings play a greater role and are disregarded in accordance with the Affinitätsgesetzen.
Pump Protection Algorithms - Sensorless flow measurements can provide a reliable indication of operating conditions: spill conditions (flow rate too high), operation below the pump's minimum flow rate (flow rate too low), or operation against a closed discharge valve.
Es sollte klar sein, dass, wenn hier nichts anderes gesagt wird, jede(s) der Merkmale, Kennzeichen, Alternativen oder Modifikationen, die in Bezug auf ein bestimmtes, hier genanntes Ausführungsbeispiel beschrieben werden, auch mit jedem anderen hier beschriebenen Ausführungsbeispiel angewendet, eingesetzt oder darin einbezogen werden kann. Außerdem sind die Zeichnungen in diesem Dokument nicht maßstabsgerecht.It should be understood that unless otherwise stated herein, any of the features, characteristics, alternatives, or modifications described with respect to a particular embodiment set forth herein are also applied to any other embodiment described herein or can be included therein. In addition, the drawings in this document are not to scale.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf beispielhafte Ausführungsbeispiele davon beschrieben und illustriert worden ist, können die vorgenannten oder verschiedene andere Zusätze und Auslassungen daran vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Although the invention has been described and illustrated with respect to exemplary embodiments thereof, the foregoing or various other additions and omissions may be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
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