[发明专利]用于最优化泵送系统的能量效率的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及控制储存器内的流体水平的泵，尤其涉及优化泵送过程的能量效率。

背景技术

泵广泛地用于工业和市政应用中。泵的典型应用是通过根据对泵送过程设定的要求传送流体来注满或排空储存器例如水箱。通常，这种应用基于感测两个表面水平来进行：高表面水平和低表面水平。

例如，在废水存储系统中，在达到储存器的高表面水平时泵可以启动，并且相应地在处于低表面水平时泵可以停止。储存器的满或空通常借助于安装到储存器中的外部低水平传感器和外部高水平传感器来检测。在这样的应用中通常使用定速泵。

然而，这样的应用的能量效率会很差。出于安全原因定速泵会尺寸过大。这会不必要地增大泵送任务的能量消耗。当尝试遵守泵送过程的安全要求时会难以避免尺寸过大。另外，在泵送任务期间泵送过程的静扬程（static head）会变化。由于上述理由，实际上不可能在泵送系统定速操作的情况下实现最小的能量消耗。

例如，可以通过最优化泵送过程和/或泵送系统部件来提高能量效率。也可以通过使用对泵操作的高能效控制、例如通过使用变速驱动器来提高能量效率。

美国专利公布US 2010/0312400 A1公开了一种用于优化泵装置的能量效率的方法和系统。在该公布中，泵送操作的能量效率以术语“能量消耗”（此术语在文献中也被称为能量消耗率E_s）来量化，术语“能量消耗”表示用于传送单位体积的流体所需要的能量（或功率）的量。所述方法设法求得下述转速，在该转速下所得到的泵送系统的能量消耗为最小。专利公布US 2010/0312400 A1中公开的方法和系统利用了用于确定泵装置的能量消耗特征的临时安装的或永久性的流传感器。

然而，流传感器昂贵并且容易发生故障。该美国专利公布所公开的方法在选择最优转速时也没有考虑变化的过程参数、例如泵送期间变化的静扬程的影响。实际上，系统特征的变化会对泵系统的能量消耗特征和能量消耗最小值的位置有影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和用于实现该方法的设备以减缓上述缺点。本发明的目的通过下述方法和设备实现，所述方法和设备的特征在于独立权利要求中所述的内容。本发明的一些实施方式在从属权利要求中公开。

通过使用所公开的方法可以提高传统定速泵送系统的能量效率。另外，所公开的方法也可以用来改进已配备有变频器的变速驱动泵送系统的操作和能量效率。

在所公开的方法中，首先识别泵送过程。基于所识别的过程，可以形成能量效率最优化特征。泵送系统最优化特征可以例如通过作为泵的转速和泵送系统的静扬程的函数的泵送系统的能量消耗率来表示。在接下来的段落中，术语“静扬程”用于泵为提供流需要克服的系统静扬程。

最优化特征于是可以用于例如通过基于当前静扬程调整泵的转速来使能量消耗最小化。所述方法可以例如用于补偿可能的泵的尺寸过大。此外，该方法可以用于使泵的转速适配于变化的静扬程。

通过使用所公开的方法，可以在不使用任何额外的传感器例如流率（flow rate）传感器或压力差传感器的情况下执行泵送过程识别。因此，所公开的方法的实现可以只需要安装变频器，或可替换地如果变频器已经控制泵送系统操作、则所公开的方法的实现可以只需要在变频器内安装新的固件。泵送系统内的其他变化都不是必须需要的。系统识别和转速最优化两者都可以是全自动的操作。

附图说明

接下来，将参照附图借助于优选实施方式来对本发明进行更详细的描述，在附图中：

图1a和图1b示出泵特征的示例；

图2a和图2b示出用于排空储存器的示例性实施方式；

图3示出仿真的能量消耗率曲线；

图4示出所公开方法的实施方式中使用的转速斜坡曲线图；

图5a和图5b以线性斜坡速度曲线图和一组恒定转速示出示例性储存器排空应用的仿真的能量消耗和持续时间；

图6示出系统特征曲线和泵尺寸过大对操作点位置的影响；

图7a和图7b以不同转速曲线图示出单个储存器排空应用的能量消耗和持续时间；以及

图8a和图8b以不同转速曲线图示出表示为能量消耗率幅度的仿真结果。

具体实施方式