[发明专利]泵控制系统

说明书

技术领域

[0001]本发明一般涉及泵领域，更特别地，本发明涉及包括可变频驱动装置的泵。此外，本发明还涉及一种操作这种泵的方法。

发明背景和现有技术

[0002]包括可变频驱动装置的泵，例如污水泵、排泄泵和脱水泵以及潜水泵，通常是用于在采矿应用例如矿井、油井中，在建筑工地，或者在其他应用中抽吸流体。通常，当潜水泵工作时和断开时，在较长的时间期间都被整体或部分浸在水中。

[0003]泵一般会遇到特别是潜水泵会遇到的一个问题是所谓打鼾操作，意思是泵吸取的一部分是液体一部分是空气。这是由于液面降到了泵所需要的水平面以下，导致泵开始吸取部分空气。从这时起，泵不再有生产能力，并且多余地消耗能量。积水遗留在矿井或油井中，并且颗粒开始沉淀和累积在泵的水管中。只要泵处于这种打鼾状态，那些颗粒就会逗留在水管中并且导致叶轮、抽吸盖、密封垫等的额外磨损。这种低效率的泵吸导致该泵的整体工作成本显著增加。此外，这种打鼾操作还会导致该泵电动机由于过热而受损。在某些应用中，为了克服该打鼾问题，使用传感器例如液面切换器来探测井内的流体液面。然而，这些液面传感器例如会由于与流体中的物体例如树枝相撞而被妨碍或发生液面变化，从而在这种情况下发送一个错误信号。

[0004]授予Struthers的US 6481973公开了一种针对上述问题的一部分的泵系统。即使这种泵系统包括可变频驱动装置，它利用了另一种控制方法来检测液面是否降到预定水平以下，从而作为对于液面切换器的补充。更准确地，这种泵系统检测是否发生电动机速度的突然增加或者电动机转矩的突然减小。所述电动机的操作由一个传感器监视，该传感器连接到从该可变频驱动装置延伸到电动机的AC输出连接。然而，这种泵系统具有许多缺点。在电动机速度增加较慢的情况下，该系统不会将该变化识别为泵空运行的指示。在另一情况下，该泵系统不能检测到在泵启动时的液面是否足够高以进行泵操作，因为在这种状态下不会存在电动机速度的突然增加或者电动机转矩的突然减小。因而，该泵将会运行相当长的时间直到它由于过热而断电，并且该泵还存在严重受损的风险。

[0005]在许多应用中，例如上述应用中，泵在一个动态环境中工作，从而泵应当能够在一个较大的落差/压力范围内高效工作。泵的落差(head)对应于泵的高度，使用给定的功率，能够提升给定量的液体例如水，参见图3，其中用线30表示一条典型的泵曲线。在低流动(Q)时，泵功率的利用度会减小。因而，泵能够具有较高的(增加的)泵功率利用度同时具有更低的流动将是一个优点。

[0006]另一个经常发生的问题是进风口和/或叶轮堵塞，特别是当泵已经在一个很长时间周期内处于断电状态时，这主要是由于流体中的颗粒引起的，该颗粒沉积在进风口和叶轮中并且形成具有相对较厚或紧密黏稠度的淤泥。这样就相应地使得需要较大的泵电机起动转矩以便起动泵叶轮的旋转。常常需要最大的起动转矩以启动该旋转，并且电机必须在一个很长的时间周期内以最大转矩工作。这就消耗了大量的能量并且磨损了泵叶轮和电机。当泵已经处于断电状态很长时间时，即使是最大起动转矩也不够用，在这种情况下必须对泵进行人工清洁。此外，泵在运转期间也会被例如吸入到叶轮中的颗粒堵塞。从而，在这种环境中工作的泵的可靠性较低。

[0007]上述根据授予Struthers的US 6481973的泵系统也是针对这个问题的。然而，这种方法错误地致力于即使在判断泵被堵塞时仍然保持电机运转。更准确地，如果对于给定的电机速度，检测到了一个不可接受的高电机转矩，该泵系统将降低电机速度，同时增加可接受电机转矩的水平。其目的是得到一种能够克服固体物质的强度的更有力的泵，但是具有严重污染物的更有力的泵将会导致对于叶轮、叶轮座、叶轮外壳等的破坏。

[0008]包括常规可变频驱动装置的泵的另一个已知问题是，该可变频驱动装置通常被安装在远离泵的地上的干燥地点。更准确地，这就需要一条从可变频驱动装置延伸到泵电机的较长的功率电缆，这对于常规的可变频驱动装置来说会导致电磁干扰的严重问题。在上述授予Struthers的US 6481973中，该可变频驱动装置被安装在泵壳体内，更准确地是在连接到电极的板上。然而，在这种情况下，可变频驱动装置的工作会受到电机所发出的热的不利影响，它会导致可变频驱动装置的错误操作。

[0009]因此需要一种改进的泵和相对于能量消耗和泵耐用性以高效方式控制这种泵的改进的控制方法。

发明概述