TW202219390A - 操作液體流進入液環泵的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種控制系統，其包括：吸入管路(28)；排氣管路(30)；操作液體管路(32)；液環泵(10)，其耦合至該等吸入管路、排氣管路及操作液體管路；調節器件(16)，其經構形以控制操作液體流之進入該液環泵(10)；壓力感測器(22)，其經構形以量測經由該吸入管路(28)進入該液環泵(10)之輸入流體之壓力；第一溫度感測器(24)，其經構形以量測由該液環泵(10)經由該排氣管路(30)輸出之排氣流體之溫度；第二溫度感測器(26)，其經構形以量測由該液環泵(10)經由該操作液體管路(32)接收之操作液體之溫度；及控制器(20)，其經構形以：使用該等感測器量測控制該一或多個調節器件(16)。
Description
本發明係關於操作液體(諸如水)流進入液環泵的控制方法。
液環泵係通常在商業上用作為真空泵及氣體壓縮機之已知類型之泵。液環泵通常包含其中具有腔室之外殼、延伸至腔室中之軸、安裝至軸之葉輪及驅動系統(諸如可操作地連接至軸以驅動軸之馬達)。葉輪及軸偏心地定位於液環泵之腔室內。
在操作中，腔室部分填充操作液體(亦稱為工作液體)。當驅動系統驅動軸及葉輪時，液環形成於腔室之內壁上，藉此提供隔離相鄰動輪葉之間的個別體積之密封件。葉輪及軸偏心地定位至液環，其導致圍封於葉輪之相鄰葉與液環之間的體積之循環變動。
在其中液環較遠離軸之腔室之部分中，相鄰動輪葉之間存在較大體積，其導致其中之較小壓力。此允許其中液環較遠離軸之部分充當進氣區。在其中液環較靠近軸之腔室之部分中，相鄰動輪葉之間存在較小體積，其導致其中之較大壓力。此允許其中液環較靠近軸之部分充當氣體排放區。
液環泵之實例包含單級液環泵及多級液環泵。單級液環泵僅涉及使用單一腔室及葉輪。多級液環泵(例如兩級)涉及使用串聯連接之多個腔室及葉輪。
液環真空泵之吸入能力可藉由調整用於該液環泵中之該操作液體之溫度而受到影響。例如，在高真空位準下，藉由降低該操作液體之溫度，趨向於達成較大液環泵效率。習知地，當水用作為操作液體時，通常藉由提供開放操作液體迴路來達成提供低溫操作液體，其中來自該液環泵之加熱操作液體被排出且由冷卻、新鮮操作液體替換。因此，液環泵可能會消耗大量淡水。
本發明人已意識到期望以最小化功率消耗之方式提供對液環泵之操作液體溫度及/或壓力之控制。此控制有利地趨向於降低該液環泵之操作成本。
本發明人已進一步意識到期望以防止或抵抗該液環真空泵中之孔蝕之方式提供液環泵之控制。孔蝕趨向於係某些液環泵中之磨損及故障之重要原因，尤其係在低壓/高真空條件下操作之液環泵。此控制有利地趨向於減少或消除由孔蝕引起之磨損。
在第一態樣中，提供一種控制系統，包括：吸入管路；排氣管路；操作液體管路；液環泵，其包括耦合至該吸入管路之吸入輸入、耦合至該排氣管路之排氣輸出及耦合至該操作液體管路之液體輸入；一或多個調節器件，其經構形以控制操作液體流進入該液環泵；壓力感測器，其經構形以量測由該液環泵經由該吸入管路接收之輸入流體之壓力；第一溫度感測器，其經構形以量測由該液環泵經由該排氣管路輸出之排氣流體之溫度；第二溫度感測器，其經構形以量測由該液環泵經由該操作液體管路接收之操作液體之溫度；及控制器，其經構形以：使用該排氣流體之該溫度量測，判定或估計該液環泵中之該操作液體之蒸氣壓力；執行第一比較，該第一比較係該輸入流體之該量測壓力之函數與該判定或估計蒸氣壓力之函數之間的比較；回應於滿足一或多個準則之該第一比較，控制該一或多個調節器件以增加進入該液環泵之該操作液體之流率；回應於不滿足該一或多個準則之該第一比較，執行第二比較，該第二比較係該排氣流體之該溫度量測之函數與該操作液體之該溫度量測之函數之間的比較；及基於該第二比較而控制該一或多個調節器件。此控制系統有利地趨向於允許智慧處置否則可引起該泵送系統停機之可變及不確定負載條件，同時達成改良節水及節能。
該操作液體之該蒸氣壓力可判定為：
其中：A係常數值；m係常數值；T
n係常數值；且T
1係排氣流體之溫度量測。
該第一比較可包括判定該輸入流體之該量測壓力與該判定或估計蒸氣壓力之一些函數之間的差值。該一或多個準則可包括該輸入流體之該量測壓力與該判定或估計蒸氣壓力之一些函數之間的該差值小於或等於第一臨限值之該準則。該第一臨限值可為零。
該控制器可經構形以回應於滿足該一或多個準則之該第一比較，控制該一或多個調節器件以將進入該液環泵之該操作液體之該流率增加至最大流率。
該第二比較可包括判定該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測之間的差值。該控制器可經構形以回應於該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測之間的該差值高於第二臨限值，控制該一或多個調節器件以增加進入該液環泵之該操作液體之該流率。該控制器可經構形以回應於該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測之間的該差值低於第二臨限值，控制該一或多個調節器件以降低進入該液環泵之該操作液體之該流率。該控制器可經構形以回應於該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測值之間的該差值等於第二臨限值，控制該一或多個調節器件以維持進入該液環泵之該操作液體之當前流率。該第二臨限值可為可變的(例如可由使用者選擇)。可將該第二臨限值設定為等於濕法(即，濕泵送程序)之第一值。可將該第二臨限值設定為等於乾法(即，乾泵送程序)之第二值。該第一值可不同於該第二值。
該控制器可為選自由比例控制器、積分控制器、微分控制器、比例積分控制器、比例積分微分控制器、比例微分控制器及模糊邏輯控制器組成之控制器之群組之控制器。
該一或多個調節器件可包括選自由以下器件組成之群組之一或多個器件：泵、離心泵、閥、比例閥。
在進一步態樣中，提供一種用於控制系統之方法，該系統包括吸入管路、排氣管路、操作液體管路、液環泵，其包括耦合至該吸入管路之吸入輸入、耦合至該排氣管路之排氣輸出及耦合至該操作液體管路之液體輸入、一或多個調節器件，其經構形以控制操作液體流進入該液環泵、壓力感測器、第一溫度感測器及第二溫度感測器。該方法包括：由該壓力感測器量測由該液環泵經由該吸入管路接收之輸入流體之壓力；使用該排氣流體之溫度量測，判定或估計該液環泵中之該操作液體之蒸氣壓力；執行第一比較，該第一比較係該輸入流體之該量測壓力之函數與該判定或估計蒸氣壓力之函數之間的比較；回應於滿足一或多個準則之該第一比較，控制該一或多個調節器件以增加進入該液環泵之該操作液體之流率；由該第一溫度感測器量測由該液環泵經由該排氣管路輸出之排氣流體之溫度；由該第二溫度感測器量測該液環泵經由該操作液體管路接收之操作液體之溫度；回應於不滿足該一或多個準則之該第一比較，執行第二比較，該第二比較係該排氣流體之該溫度量測之函數與該操作液體之該溫度量測之函數之間的比較；及基於該第二比較而控制該一或多個調節器件。
圖1係展示真空系統2之示意圖(未按比例)。真空系統2耦合至設施4使得在操作中，真空系統2藉由自設施4抽引氣體(例如空氣)而在設施4處建立真空或低壓環境。
在本實施例中，真空系統2包括止回閥6、液環泵10、馬達12、分離器14、泵系統16、控制器20、壓力感測器22、第一溫度感測器24及第二溫度感測器26。
設施4經由吸入或真空管路或管28連接至液環泵10之入口。
止回閥6安置於吸入管路28上。止回閥6安置於設施4與液環泵10之間。
止回閥6經構形以允許流體(例如氣體，諸如空氣)自設施4流動至液環泵10，且防止或抵抗流體在相反方向上流動(即，自液環泵10流動至設施4)。
在本實施例中，液環泵10係單級液環泵。
液環泵10之進氣口連接至吸入管路28。液環泵10之出氣口連接至排氣管路或管30。液環泵10經由第一操作液體管32耦合至泵系統16。液環泵10經構形以經由第一操作液體管32自泵系統16接收操作液體。液環泵10由馬達12驅動。
圖2係實例性液環泵10之橫截面之示意圖(未按比例)。下文將在圖2中所展示之液環泵10之描述之後，更詳細描述真空系統2之其餘部分。
圖2中所繪示之液環泵10包括界定實質上圓柱形腔室102之外殼100、延伸至腔室102中之軸104及固定安裝至軸104之葉輪106。液環泵10之進氣口108 (其耦合至吸入管路28)流體連接至腔室102之進氣口。液環泵10之出氣口(圖2中未展示)流體連接至腔室102之氣體輸出。
在液環泵10之操作期間，操作液體經由第一操作液體管32接收於腔室102中。另外，軸104由馬達12旋轉，藉此旋轉腔室102內之葉輪106。當葉輪106旋轉時，腔室102中之操作液體(圖中未展示)抵靠腔室102之壁，藉此形成密封及隔離相鄰動輪葉之間的個別體積之液環。另外，氣體(諸如空氣)經由進氣口108及腔室102之進氣口自吸入管路28抽引至腔室102中。此氣體流動至形成於葉輪106之相鄰葉片之間的體積中。葉輪106之旋轉引起該體積之大小減小。葉輪106之旋轉壓縮含於體積內之氣體，因為其自腔室102之進氣口移動至腔室102之氣體輸出，其中壓縮氣體離開腔室102。接著，離開腔室102之壓縮氣體經由出氣口及排氣管路30離開液環泵。
現返回圖1之描述，排氣管路30耦合於液環泵10之出氣口與分離器14之入口之間。分離器14經由排氣管路30連接至液環泵10使得排氣流體(即，壓縮氣體，其可包含水滴及/或蒸氣)由分離器14接收。
分離器14經構形以將使自液環泵10接收之排氣流體分離為氣體(例如空氣)及操作液體。
自所接收之排氣流體分離之氣體經由系統出口管34自分離器14及真空系統2排出。
分離器14包括與所接收之排氣流體分離之操作流體經由其自分離器14輸出之操作液體出口及經由排洩或排氣管36自及真空系統2輸出。
在本實施例中，泵系統16包括泵(例如離心泵)及經構形以驅動該泵之馬達。泵系統16經構形以經由第二操作液體管40自操作液體源38泵送操作液體且經由第一操作液體管32將該操作液體泵送至液環泵。
操作液體源38可為任何適當操作液體源。例如，在其中操作液體係水之實施例中，操作液體源38可為自來水供應源、河流、湖泊、儲水槽等。
控制器20可包括一或多個處理器。在本實施例中，控制器20包括可變頻率驅動組(VFD) 42。VFD 42經構形以控制泵系統16之馬達之速度。如下文參考圖3及圖4更詳細地描述，控制器20經構形以自感測器22至26接收感測器量測。控制器20經進一步構形以處理一些或所有此等感測器量測，且基於此感測器資料處理，經由VFD 42控制泵系統16之操作。
控制器20經由其VFD 42及經由第一連接44連接至泵系統16使得用於控制泵系統16之控制信號可自控制器20發送至泵系統16之馬達。第一連接44可為任何適當類型之連接，包含(但不限於)：電線、光纖或無線連接。泵系統16經構形以根據其自控制器20接收之控制信號操作。控制器20對泵系統16之控制稍後將在下文參考圖3及圖4更詳細地描述。
壓力感測器22耦合至設施4與止回閥6之間的吸入管路28。壓力感測器22經構形以量測吸入管路28中流動之氣體之壓力(即，由液環泵10之動作自設施4泵送之氣體之壓力)。壓力感測器22可為任何適當類型之壓力感測器。壓力感測器22經由第二連接46連接至控制器20使得由壓力感測器22進行之量測自壓力感測器22發送至控制器20。第二連接46可為任何適當類型之連接，包含(但不限於)電線或光纖，或無線連接。
第一溫度感測器24耦合至液環泵10與分離器14之間的排氣管路30。第一溫度感測器24經構形以量測在排氣管路30中流動之液環泵10之排氣流體之溫度(即，由液環泵10泵送至分離器14之空氣及水混合物之溫度)。第一溫度感測器24可為任何適當類型之溫度感測器。第一溫度感測器24經由第三連接48連接至控制器20使得由第一溫度感測器24進行之量測自第一溫度感測器24發送至控制器20。第三連接48可為任何適當類型之連接，包含(但不限於)：電線或光纖，或無線連接。
第二溫度感測器26耦合至熱交換器18與液環泵10之間的第一操作液體管32。第二溫度感測器26經構形以量測經由第一操作液體管32流動(即，由泵系統16泵送)至液環泵10中之操作液體之溫度。第二溫度感測器26可為任何適當類型之溫度感測器。第二溫度感測器26經由第四連接50連接至控制器20使得由第二溫度感測器26進行之量測自第二溫度感測器26發送至控制器20。第四連接50可為任何適當類型之連接，包含(但不限於)：電線或光纖，或無線連接。
因此，提供真空系統2之實施例。
可藉由構形或調適任何適合裝置(例如一或多個電腦或其他處理裝置或處理器)及/或提供額外模組來提供用於實施以上配置及執行下文稍後待描述之方法步驟之裝置(包含控制器20)。裝置可包括用於實施指令及使用資料(包含呈儲存於機器可讀儲存媒體(諸如電腦記憶體、電腦磁片、ROM、PROM等或此等之任何組合或其他儲存媒體)中或上之電腦程式或複數個電腦程式之形式之指令及資料)之電腦、電腦之網路或一或多個處理器。
現將參考圖3及圖4描述可由真空系統2執行之控制程序之實施例。應注意圖3及圖4之流程圖中所描繪及下文所描述之某些程序步驟可經省略或此等程序步驟可以不同於下文所呈現及圖3及圖4中所展示之順序執行。此外，儘管為了方便及易於理解，所有程序步驟均已經描述為離散時間順序步驟，但一些程序步驟事實上可同時執行或至少在一定程度上在時間上重疊。
參考圖3及圖4所描述之程序有利地趨向於提供原本可能會引起系統停機之可變及不確定負載條件的智慧處置，同時達成改良節水及節能。
圖3係展示在操作中由真空系統2實施之控制程序之實施例之某些步驟之程序流程圖。圖3之程序可被視為「抗孔蝕控制」程序。
在步驟s2中，第一溫度感測器24量測第一溫度T
1。第一溫度T
1係在排氣管路30中流動之液環泵10之排氣流體之溫度(即，由液環泵10泵送至分離器14之空氣及水混合物之溫度)。第一溫度T
1量測由第一溫度感測器24經由第三連接48發送至控制器20。
在步驟s4中，控制器20使用量測第一溫度T
1判定或估計液環泵10中之操作液體之蒸氣壓力。在本實施例中，操作液體係水且因此，控制器判定第一溫度T
1之水之蒸氣壓力(其在下文中指稱「水蒸氣壓力P
wv」。在本實施例中，使用近似式(特定言之安東尼(Antoine)方程式)，判定水蒸氣壓力P
wv。水蒸氣壓力P
wv之判定為：
其中：A係常數值，例如，A可介於約6.1與約6.2之間，例如A = 6.116441；
m係常數值，例如，m可介於約7.5與約7.6之間，例如m ＝ 7.591306；
T
n係恒定溫度值(以克耳文為單位)，例如，T
n可介於約240克耳文與約241克耳文之間，例如，T
n= 240.7263 K；及
T
1係量測第一溫度。
在一些實施例中，參數A、m及Tn之一或多者針對用於液環泵中之液體而界定及/或可具有不同於上文給出之值。
在步驟s6中，控制器20將所謂之偏移值添加至判定水蒸氣壓力P
wv，藉此判定更新壓力值。因此，在本實施例中，更新壓力值P判定為：
其中：P
offset係偏移值。
偏移值P
offset可被視為安全裕度。偏移值P
offset可為任何適當之壓力值，包含(但不限於)介於1 mbar與10 mbar之間(例如1 mbar、2 mbar、3 mbar、4 mbar、5 mbar、6 mbar、7 mbar、8 mbar、9 mbar或10 mbar)的值。在一些實施例中，省略偏移值P
offset之使用。
在步驟s8中，壓力感測器22量測第一壓力P
1，第一壓力P
1係在吸入管路28中流動之氣體之壓力(即，藉由液環泵10之動作自設施4泵送之氣體之壓力P
1)。第一壓力P
1量測由壓力感測器22經由第二連接46發送至控制器20。
在步驟s10中，控制器20比較量測第一壓力P
1與判定更新壓力值P。特定言之，在本實施例中，控制器20將誤差值判定為量測第一壓力P
1與判定更新壓力值P之間的差值。因此，誤差值ΔP可計算為：
在步驟s12中，控制器20比較判定誤差值ΔP與第一臨限值。第一臨限值可為(例如)零(0)。
若在步驟s12中，控制器判定誤差值ΔP小於或等於第一臨限值(即，若ΔP ≤ 0)，則方法繼續進行至s14。
然而，若在步驟s12中，控制器判定誤差值ΔP大於第一臨限值，則方法繼續進行至s18。下文稍後將更詳細地描述步驟s18。
在步驟s14中，回應於判定誤差值ΔP小於或等於第一臨限值，控制器20調整控制變量v(t)以增加誤差值ΔP。
在本實施例中，控制變量v(t)係泵系統16之馬達之操作速度。控制器20可調整控制變量v(t)以藉由以將引起泵系統16之馬達之操作速度增加之方式調整或變動控制變量v(t)而引起誤差值ΔP增加。
泵系統16之馬達之操作速度之增加將趨向於引起泵系統16將更多操作液體泵入液環泵10中。此可增加液環泵10內之壓力，且因此增加第一壓力P
1。
泵系統16之馬達之操作速度之增加將趨向於引起泵系統16將更多相對較冷之操作流體泵入液環泵10中(在給定時間內)，其將趨向於引起液環泵10中之操作流體之溫度降低(及T
1亦降低)。此將趨向於引起液環泵10中之操作液體之蒸發壓力降低。
因此，控制器20可調整泵送系統16之馬達之操作速度以引起誤差值ΔP增加。
在一些實施例中，在步驟s14中，回應於判定誤差值ΔP小於或等於第一臨限值，控制器20調整控制變量v(t)以將泵系統16之馬達之操作速度增加至其最大速度。
在本實施例中，控制器20係比例積分(PI)控制器。因此，控制器20可基於(例如誤差值ΔP之)比例及積分項將校正/調整應用於控制變量v(t)。控制變量v(t)之調整值可判定為(即，由控制器20判定之比例及積分參數之)控制項之加權和。
在步驟s16中，控制器20使用經調整之控制變量v(t)控制泵系統16之馬達。
特定言之，控制器20基於在步驟s14處判定之經調整之控制變量v(t)而產生用於泵系統16之馬達之控制信號。接著，此控制信號經由第一連接44自控制器20發送至泵系統16之馬達。泵系統16之馬達根據所接收之控制信號操作。特定言之，在本實施例中，泵系統16之馬達之速度增加以導致進入液環泵10之操作液體之流率增加。此趨向於引起誤差值ΔP增加。
增加誤差值ΔP意謂第一壓力P
1與水蒸氣壓力P
wv之間的差值增加。液環泵10內之泵送氣體之壓力移動遠離水蒸氣壓力P
wv。此有利地趨向於降低入口氣體在液環泵10中引起孔蝕之可能性。
在步驟s16之後，重複圖3之程序(例如)直至真空系統2停機。圖3之程序可連續執行，或更佳地在真空系統2之操作期間連續執行。
現返回至其中在步驟s12中，控制器20判定誤差值ΔP大於第一臨限值之情況，方法繼續進行至s18。
在步驟s18中，執行圖4之控制程序。
圖4係展示在圖3之程序之步驟s18處由真空系統2實施之控制程序之某些步驟之程序流程圖。
在步驟s20中，第一溫度感測器24量測第一溫度T
1。第一溫度T
1係在排氣管路30中流動之液環泵10之排氣流體之溫度(即，由液環泵10泵送至分離器14之空氣及水混合物之溫度)。第一溫度T
1量測由第一溫度感測器24經由第三連接48發送至控制器20。
在步驟s22中，第二溫度感測器26量測第二溫度T
2。第二溫度T
2係由液環泵10經由第一操作液體管32接收之操作液體之溫度。第二溫度T
2量測由第二溫度感測器26經由第四連接50發送至控制器20。
在步驟s24中，控制器20將溫差判定為量測第一溫度T
1與量測第二溫度T
2之間的差值。因此，在本實施例中，溫差ΔT計算為：
在步驟s26中，控制器20藉由調整控制變量v
2(t)來減小或最小化溫差ΔT。
在一些實施例中，控制器20試圖使用第二臨限值均衡溫差ΔT，或引起溫差ΔT在第一臨限值範圍內(例如第一臨限值+/-常數)。第二臨限值可為任何適當值，例如1°C、1.5°C、2°C、2.5°C或3°C。第二臨限值可藉由測試來判定(例如判定與高或最佳液環泵效率相關聯之臨限值)。第二臨限值可取決於液環泵10之大小或功率。
在一些實施例中，第二臨限值係(例如)可由系統2之使用者變動之一變量。例如，第二臨限值可由使用者取決於泵送之流體、系統之所要操作等來設定。第二臨限值可設定為等於濕法之第一值。對於乾法，將第二臨限值設定為等於第二值(不同於第一值)。
術語「濕法」可用於係指程序(例如泵送程序)，其中由液環泵系統泵送之程序氣體含有大量蒸氣之程序(例如程序氣體中之蒸氣之百分比高於蒸氣之臨限百分比成分)。在濕法中，程序氣體可含有一些液體。在濕法中，程序氣體之溫度通常較高，例如高於臨限溫度。濕法之實例包含(但不限於)發電站泵送程序、來自渦輪之泵送蒸氣及輪胎硫化程序。
術語「乾法」可用於係指程序(例如泵送程序)，其中由液環泵系統泵送之程序氣體不含有大量蒸氣(例如程序氣體中之蒸氣之百分比低於蒸氣之臨限百分比成分)。在乾法中，程序氣體不含有液體。在乾法中，程序氣體之溫度趨向於低於乾法中之溫度(例如低於臨限溫度)。乾法之實例包含(但不限於)將真空供應至設施(例如藉由泵送空氣)以進行清潔或固持。
在本實施例中，控制器20係比例積分(PI)控制器。因此，控制器20基於溫差Δt之比例及積分項將校正/調整應用於控制變量v(t)。控制變量v(t)之調整值可判定為(即，由控制器20判定之比例及積分參數之)控制項之加權和。
在本實施例中，若溫差ΔT太高(例如ΔT高於臨限值，諸如前述第二臨限值)，則控制器20增加控制變量v(t)。如上所述，增加控制變量v(t)對應於加速泵系統16。
類似地，若溫差ΔT太低(例如ΔT低於臨限值，諸如前述第二臨限值)，則控制器20減小控制變量v(t)。減小控制變量v(t)對應於減緩泵系統16。
在本實施例中，若溫差ΔT等於第二臨限值，則控制器20維持控制變量v(t)。此對應於維持泵系統16之馬達之當前速度。
在步驟s28中，控制器20使用經調整之控制變量v(t)控制(使用VFD)泵系統16。
特定言之，控制器20基於在步驟s8處判定之經調整之控制變量v(t)而產生用於馬達泵系統16之控制信號。接著，此控制信號經由第二連接44自控制器20發送至泵系統16。泵系統16根據所接收之控制信號而操作。
因此，若溫差ΔT太高，則泵系統16將根據增加控制變量v(t)而加速。因此，進入液環泵10之相對較冷之操作液體之流率增加。此趨向於引起由第一溫度感測器24量測之第一溫度T
1降低，藉此減小溫差ΔT。
類似地，若溫差ΔT太低，泵系統16將根據減小控制變量v(t)而減速。因此，進入液環泵10之相對較冷之操作液體之流率降低。此趨向於引起由第一溫度感測器24量測之第一溫度T
1增加，藉此增加溫差ΔT。
在步驟s28之後，重複圖4之程序(例如)直至真空系統2停機。圖4之程序可連續執行，或更佳地，在真空系統2之操作期間連續執行。
因此，提供由真空系統2實施之控制程序之實施例。控制程序包括控制迴路回饋機制，其中執行對泵系統16之連續調變控制。
有利地，上述系統及第一控制程序允許控制液環泵中之操作液體溫度。
上述系統及控制程序有利地趨向於提供液環泵之改良效能及效率。
上述系統及控制程序有利地趨向於降低使液環泵之操作液體超載之可能性。此外，液壓衝擊(亦稱為「水錘」)之可能性及/或嚴重性趨向於降低。此趨向於減少對液環泵之損壞。有利地，上述系統及第一控制程序趨向於提供減少或最小化之操作液體消耗。操作液體趨向於在上述系統及第一控制程序中再循環。此趨向於降低液環泵之操作成本。
上述系統及控制程序有利地趨向於降低液環泵中發生孔蝕之可能性及/或嚴重性。
有利地，若上述系統之熱負荷較低，則泵系統將趨向於減速。因此，能量消耗趨向於減少。
有利地，上述系統及控制程序趨向於允許控制液環泵內之流體溫度及壓力。
上述系統及控制程序有利地趨向於提供液環泵之改良可靠性。
上述系統及控制程序有利地趨向於降低液環泵中發生孔蝕之可能性及/或嚴重性。例如，液環泵中之孔蝕可由入口壓力(即，來自吸入管路之氣體壓力)等於或低於液環泵中之操作液體之蒸氣壓力而引起。上述控制程序有利地趨向於調整液環泵內之壓力以使其移動遠離操作液體之蒸氣壓力，藉此降低孔蝕之可能性。因此，由孔蝕引起之對液環泵之損壞趨向於減少或消除。
在上述實施例中，真空系統包括上文參考圖1所描述之元件。特定言之，真空系統包括止回閥、液環泵、馬達、分離器、泵送系統、控制器、壓力感測器、第一及第二溫度感測器，及其等之間的連接。然而，在其它實施例中，替代或除上述元件之外，真空系統包括其它元件。另外，在其他實施例中，真空系統之一些或所有元件可以不同於上述之適當方式連接在一起。在一些實施例中，可實施多個液環泵。
在一些實施例中，加熱及/或冷卻構件可經配置以加熱及/或冷卻進入液環泵之操作液體。例如，加熱及/或冷卻構件可耦合至第一操作液體管32且經構形以加熱/冷卻其中之操作流體。
在上述實施例中，分離器經由各自輸出管自系統輸出分離之操作液體及分離之氣體。然而，在其它實施例中，分離之操作液體及/或分離之氣體不自系統輸出。例如，在一些實施例中，操作液體自分離器再循環回液環泵。操作液體之再循環有利地趨向於降低操作成本及水之使用。在一些實施例中，可省略分離器。
在上述實施例中，液環泵係單級液環泵。然而，在其它實施例中，液環泵係不同類型之液環泵，例如多級液環泵。
在上述實施例中，操作液體係水。然而，在其它實施例中，操作液體係不同類型之操作液體。
在上述實施例中，控制器係PI控制器。然而，在其他實施例中，控制器係不同類型之控制器，諸如比例(P)控制器、積分(I)控制器、微分(D)控制器、比例-微分控制器(PD)控制器、比例-積分-微分控制器(PID)控制器或模糊邏輯控制器。
在上述實施例中，單一控制器控制多個系統元件(例如馬達)之操作。然而，在其他實施例中，可使用多個控制器，其各控制元件之群組之各自子集。例如，在一些實施例中，各馬達可具有各自專用控制器。
在上述實施例中，溫差判定為
。然而，在其他實施例中，以不同方式(例如使用不同適當公式)判定溫差。例如，溫差可為第一溫度T
1及/或第二溫度T
2之不同函數。例如，可將權重應用於量測溫度T
1及T
2。
在上述實施例中，安東尼方程式用於估計水蒸氣壓力P
wv為
。然而，在其他實施例中，以不同適當方式估計水蒸氣壓力(例如使用不同近似法，諸如奧格斯特-若克-馬格努斯(August-Roche-Magnus)(或馬格努斯-坦登(Magnus-Tetens)或馬格努斯(Magnus))方程式、坦登(Tetens)方程式、巴克(Buck)方程式或戈夫-格雷奇(Goff-Gratch)方程式)。在一些實施例中，水蒸氣壓力P
wv經判定為
。
在上述實施例中，誤差值ΔP經判定為
。然而，在其他實施例中，以不同方式(例如使用不同適當公式)判定誤差值。例如，誤差值可為第一壓力P
1及/或第一溫度T
1之不同函數。在一些實施例中，權重可應用於量測壓力P
1及/或更新壓力值P。
在上述實施例中，控制泵送系統之馬達以調節或調變操作液體流進入液環泵。然而，在其它實施例中，替代或除泵送系統之外，實施一或多個不同類型之調節器件。控制器可經構形以控制一或多個調節器件之操作。例如，在一些實施例中，可省略泵送系統且沿(若干)操作流體管路32、40，可存在用於控制通過其中之操作流體之流量之一或多個閥。在一些實施例中，泵送系統由由控制器控制之比例閥替換。可以相同於泵送系統之方式控制比例閥，如上文參考圖3及圖4更詳細描述，其中打開閥以增加進入液環泵之操作液體之流量，且關閉閥以減少進入液環泵之操作液體之流量。在一些實施例中，在步驟s14中，回應於判定誤差值ΔP小於或等於第一臨限值，控制器控制一或多個閥(例如一或多個比例閥)以敞開至其最大範圍。一或多個閥(例如一或多個比例閥)之使用在其中自操作液體源供應之操作液體具有足夠壓力以引起由液環泵接收之操作液體處於所要壓力之實施例中趨向於有用。在一些實施例中，實施泵送系統及閥系統兩者以調節操作液體至流動至液環泵。
有利地，系統經構形使得最大離心泵速度及最大比例閥開放性均不引起液環泵超載。
2:真空系統
4:設施
6:止回閥
10:液環泵
12:馬達
14:分離器
16:泵系統
20:控制器
22:壓力感測器
24:第一溫度感測器
26:第二溫度感測器
28:吸入管路/真空管路/真空管
30:排氣管路/排氣管
32:第一操作液體管
34:系統出口管
36:排洩管/排氣管
38:操作液體源
40:第二操作液體管
42:可變頻率驅動組(VFD)
44:第一連接
46:第二連接
48:第三連接
50:第四連接
100:外殼
102:腔室
104:軸
106:葉輪
108:進氣口
s2:步驟
s4:步驟
s6:步驟
s8:步驟
s10:步驟
s12:步驟
s14:步驟
s16:步驟
s18:步驟
s20:步驟
s22:步驟
s24:步驟
s26:步驟
s28:步驟
圖1係展示真空系統之示意圖(未按比例)；
圖2係液環泵之示意圖(未按比例)；
圖3係展示由真空系統實施之控制程序之某些步驟之程序流程圖；及
圖4係展示在圖3之控制程序期間執行之某些步驟之程序流程圖。
2:真空系統
4:設施
6:止回閥
10:液環泵
12:馬達
14:分離器
16:泵系統
20:控制器
22:壓力感測器
24:第一溫度感測器
26:第二溫度感測器
28:吸入管路/真空管路/真空管
30:排氣管路/排氣管
32:第一操作液體管
34:系統出口管
36:排洩管/排氣管
38:操作液體源
40:第二操作液體管
42:可變頻率驅動組(VFD)
44:第一連接
46:第二連接
48:第三連接
50:第四連接
Claims (15)
- 一種控制系統，其包括： 吸入管路； 排氣管路； 操作液體管路； 液環泵，其包括耦合至該吸入管路之吸入輸入、耦合至該排氣管路之排氣輸出及耦合至該操作液體管路之液體輸入； 一或多個調節器件，其經構形以控制操作液體流之進入該液環泵； 壓力感測器，其經構形以量測由該液環泵經由該吸入管路接收之輸入流體之壓力； 第一溫度感測器，其經構形以量測由該液環泵經由該排氣管路輸出之排氣流體之溫度； 第二溫度感測器，其經構形以量測由該液環泵經由該操作液體管路接收之操作液體之溫度；及 控制器，其經構形以： 使用該排氣流體之該溫度量測，判定或估計該液環泵中之該操作液體之蒸氣壓力； 執行第一比較，該第一比較係該輸入流體之該量測壓力之函數與該經判定或估計蒸氣壓力之函數之間的比較； 回應於滿足一或多個準則之該第一比較，控制該一或多個調節器件以增加進入該液環泵之該操作液體之流率； 回應於不滿足該一或多個準則之該第一比較，執行第二比較，該第二比較係該排氣流體之該溫度量測之函數與該操作液體之該溫度量測之函數之間的比較；及 基於該第二比較控制該一或多個調節器件。
- 如請求項1之控制系統，其中該操作液體之該蒸氣壓力經判定為：其中：A係常數值； m係常數值； T n係常數值；及 T 1係該排氣流體之該溫度量測。
- 如請求項1或2之控制系統，其中該第一比較包括判定該輸入流體之該量測壓力與該經判定或估計蒸氣壓力之一些函數之間的差值。
- 如請求項3之控制系統，其中該一或多個準則包括該輸入流體之該量測壓力與該經判定或估計蒸氣壓力之一些函數之間的該差值小於或等於第一臨限值之準則。
- 如請求項4之控制系統，其中該第一臨限值係零。
- 如請求項1至5中任一項之控制系統，其中該控制器係經構形以回應於滿足該一或多個準則之該第一比較，控制該一或多個調節器件以將進入該液環泵之該操作液體之該流率增加至最大流率。
- 如請求項1至6中任一項之控制系統，其中該第二比較包括判定該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測之間的差值。
- 如請求項7之控制系統，其中該控制器係經構形以回應於該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測之間的該差值高於第二臨限值，控制該一或多個調節器件以增加進入該液環泵之該操作液體之該流率。
- 如請求項7或8之控制系統，其中該控制器係經構形以回應於該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測之間的該差值低於第二臨限值，控制該一或多個調節器件以降低進入該液環泵之該操作液體之該流率。
- 如請求項7至9中任一項之控制系統，其中該控制器係經構形以回應於該排氣流體之該溫度量測與該操作液體之該溫度量測之間的該差值等於第二臨限值，控制該一或多個調節器件以維持進入該液環泵之該操作液體之當前流率。
- 如請求項8至10中任一項之控制系統，其中該第二臨限值係可變的。
- 如請求項8至10中任一項之控制系統，其中對於濕法，將該第二臨限值設定為等於第一值，且對於乾法，將該第二臨限值設定為等於第二值，該第一值不同於該第二值。
- 如請求項1至12中任一項之控制系統，其中該控制器係選自由比例控制器、積分控制器、微分控制器、比例積分控制器、比例積分微分控制器、比例微分控制器及模糊邏輯控制器組成之控制器之群組之控制器。
- 如請求項1至13中任一項之控制系統，其中該一或多個調節器件包括選自由以下器件組成之群組之一或多個器件：泵、離心泵、閥、比例閥。
- 一種用於控制系統之方法，該系統包括吸入管路；排氣管路；操作液體管路；液環泵，其包括耦合至該吸入管路之吸入輸入、耦合至該排氣管路之排氣輸出及耦合至該操作液體管路之液體輸入；一或多個調節器件，其經構形以控制操作液體流之進入該液環泵；壓力感測器；第一溫度感測器；及第二溫度感測器，該方法包括： 由該壓力感測器量測由該液環泵經由該吸入管路接收之輸入流體之壓力； 使用該排氣流體之溫度量測，判定或估計該液環泵中之該操作液體之蒸氣壓力； 執行第一比較，該第一比較係該輸入流體之該量測壓力之函數與該經判定或估計蒸氣壓力之函數之間的比較； 回應於滿足一或多個準則之該第一比較，控制該一或多個調節器件以增加進入該液環泵之該操作液體之流率； 由該第一溫度感測器量測由該液環泵經由該排氣管路輸出之排氣流體之溫度； 由該第二溫度感測器量測由該液環泵經由該操作液體管路接收之操作液體之溫度； 回應於不滿足該一或多個準則之該第一比較，執行第二比較，該第二比較係該排氣流體之該溫度量測之函數與該操作液體之該溫度量測之函數之間的比較；及 基於該第二比較控制該一或多個調節器件。
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