[发明专利]往复泵系统的相移控制器

说明书

技术领域

本公开通常涉及一种泵装置，更特别涉及处理矿物浆料的多个往复泵。

背景技术

往复泵(reciprocating positive displacement pumps)用于在相对高压的情况下泵送液体，例如与单级离心泵相比。这种往复泵的进一步特征包括高效和精确的流出，但是与离心泵比流量相对要低。当单泵不能满足典型应用的流量要求时，更多往复泵可以并行安装，以使它们的抽吸和/或排放连接与单个的抽吸和/或排放线相连接。这意味着各个泵的总合流量可以满足此应用的总体流量要求。各个泵和相互连接的抽吸和排放线的结合构成泵系统。

在往复泵中，例如活塞或柱塞的移动元件(displacement element)在缸套内做往复运动，使正向移动时液体泵出。在往复泵的特定实施方案中，移动元件的往复运动由机械装置产生，所述机械装置将泵驱动的旋转运动转化为移动元件的往复运动。所述机械装置的特定实施方案可以包括曲轴、偏心轴、凸轮轴或者凸轮盘机械装置。

在如下描述中，只描述曲轴型的实施方案，进一步涉及例如曲轴驱动的往复泵。图1中显示三缸或者三缸单作用曲轴驱动的往复泵的截面示意图。所述移动元件可以直接移动泵出液体或介质液体，该介质液体用于移动泵出液体(如泥浆)的柔性移动元件。本公开适用于往复泵的实施方案，但由于如下描述的泥浆往复泵的改进得到特别的关注，图1具体显示的是使用介质液体和柔性移动元件的实施方案。曲轴驱动往复泵的一个典型特征是移动元件的非恒定往复速度。因而曲轴驱动往复泵固有地产生每个曲轴旋转的非恒定流量或流量脉动。图2显示三缸单作用往复泵在一个曲轴旋转或泵周期中产生的典型流量脉动。决取于所连接系统的液压响应，流量脉动会导致泵出液体的压力脉动，进而导致液体流经的管道和它的支撑结构的震动，并且这种压力脉动会产生管道系统的非平衡负荷。

当多于一个的曲轴驱动往复泵连接至单个的抽吸和/或排放入口或出口，可能出现各个泵产生的流量脉动之间的相互作用。还是取决于所连接系统的液压响应，这种相互作用可以抵消或增加泵系统流量和压力脉动的总体水平。同样，出现在泵系统中的液压共振可由每个泵产生的流量脉动激发。测定给定泵系统总的流量和压力脉动的一个重要参数是各个泵的曲轴之间的相移。因而，在使用曲轴驱动往复泵的给定泵系统中，控制此相移有助于控制流量和压力脉动。

所述相移控制，也涉及到泵同步，以下结合图3所示进行描述。相移控制要求泵配置变速驱动(VSD)，通过对各个驱动的速度调节，变速驱动可以用于调节并保持泵之间的相移。进一步，各个泵和/或它们的驱动配置有相位传感器，相位传感器给出各个泵的泵周期位置，进一步给出各个泵的相位。之后相移计算器用此相位信息计算各个泵之间的相移，然后相移控制器用此相移调节各个泵的速度，以调节或保持所述相移为预期的相移。

在已知的现有技术中，泵系统内一个泵被指定为主泵。主泵跟随泵系统的速度参考设定值进行相移控制，不做任何调节。其它的泵被指定为从泵，必须跟随主泵。相移控制器计算主泵与每个从泵之间的相位差并基于主泵与各个从泵之间的相移产生每个从泵的速度设定值，以得到并保持主泵与从泵之间恒定和预期的相移。

上述方法有几个缺点：

1、在开启泵系统前，系统操作员必须决定哪个泵要作为主泵来操作，之后测定从泵相对于选用主泵的相移。这样会导致复杂的主/从和相移调度程序，并同样决取于特定的系统。

2、当主泵出错或者必须关掉时，相移控制则缺失。由于主泵和从泵的初始化需要启动以重新初始化，取决于特定的相移控制实施方案，有可能需要关掉整个泵系统。因此，整个泵系统的相移控制的可靠性取决于被指定为主泵的单个泵的可靠性。

3、当主泵的运行不稳定，例如抽吸和/或排放阀的故障，主泵可能产生速度震荡。主泵产生的不稳定运行导致泵系统的所有其它泵的不稳定运行，从而导致整个泵系统的不稳定运行。

所述缺点特别涉及用于采矿和矿物处理工业的曲轴驱动往复泵，要泵出非常粗糙的泥浆。采矿与矿物处理工业中的应用需要泵系统无意外停机的持续运行。此外，已知配置的所述缺点在采矿与矿物处理工业中，也是典型的关注高流量的应用中，变得更加严重。

已知和用于现有技术的实施方案，每个泵系统通常限制于三个或四个泵，主/从调度程序相对简单。此外，带有相移控制的现有技术泵系统的总流量受到限制，因此由于压力脉冲产生的失衡负荷相对低，系统仍然可以稳定运行，并且可以被一些应用接受。