專利名稱：化工流程智能泵及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于泵的控制技術，具體是一種主要使用于石油、化工流程工藝裝置中的 節(jié)能的化工流程智能泵。
背景技術：
泵是耗能大戶，據資料介紹，泵的耗電量約占全國總耗電量的20%，與泵配套的電 動機功率約占全國電動機總容量的45%。在石油和化工廠中，泵的耗電量則更高，分別達到 59%和26%。在我國，過去泵運轉系統(tǒng)的能量損失很大，離心泵的調節(jié)，多采用閥門控制和啟 閉旁通等方法。據一份國外調查資料顯示，在20個工廠運行的1600多臺泵中，其平均能耗 效率只有40%左右，有10%左右的泵的能耗效率甚至只有10%。以上數字顯示，在泵行業(yè)中 蘊藏著巨大的節(jié)能潛力。泵能耗效率的提高包括二個方面(1)泵主機設計能耗效率的提高。由于設計人 員在進行產品設計時，已經千方百計地提高主機在設計工況點的能耗效率，因此提高1%的 能耗效率也是十分困難的；(2)提高整個泵運轉系統(tǒng)的能耗效率。由于，泵的流量、揚程與 裝置流程工藝關系非常密切，在裝置設計時，泵的流量、揚程主要是根據裝置流程管線損 失、裝置壓頭變化最苛刻的情況來計算確定的，這個計算，還須考慮一些其它的因素，如管 線老化損失增加，流態(tài)變化的不可預見性等；因此，在設計時通常會保留15%左右的揚程富 裕量。此富裕量，是造成化工離心泵功率浪費的最大根源。化工流程泵的控制可以分為幾個過程，在八十年代中旬以前，在我國，化工流程泵 的控制基本以壓力表檢測，出口閥門控制或出口多采用閥門控制及啟閉旁通管路控制等方 法來保證離心泵可靠、高效運行，當然，其控制方式主要是以保證化工流程泵能可靠運行為 目的，這種控制方式純粹是以手工控制調節(jié)為主。在八十年代后期，九十年代初，隨著變頻 技術的日益成熟，并且在普通給水領域使用的日益廣泛，主要選擇了二種控制方式，一是在 工藝流程裝置中離心泵之前或之后，安裝流量傳感器8 (參見圖1)，檢測離心泵的實際運行 流量，流量傳感器8信號進入變頻器7后，變頻器自動與離心泵的額定流量(或用戶設定流 量)進行對比，計算出一個電機的運行轉速、頻率，并通過頻率調整，自動把電機轉速調整到 計算轉速，從而實現對離心泵的有效控制。二是在工藝流程裝置中離心泵的前、后分別安裝 壓力傳感器9 (參見圖2)，通過獲得的壓力傳感器信號，變頻器7自動計算出離心泵進出口 壓差及實際使用揚程，并與該泵的額定揚程(或用戶設定揚程)進行比對，計算出一個電機 的運行轉速、頻率，并通過頻率調整，自動把電機轉速調整到計算轉速，從而實現對離心泵 的有效控制。通過傳感器結合變頻器調節(jié)化工流程泵，也能實現有效的節(jié)能，效果也是比較明 顯的。但其最大的缺陷是，一、只能根據事先設定的流量值或壓力值進行定值控制(如按壓 力控制，一般在裝置中還需設置恒流器)，不能隨工藝流程裝置參數變化而自行適應；二、必 須在化工流程泵的進出口工藝流程裝置中，安裝相應的流量傳感器或壓力傳感器。安裝這 些傳感器，不但會使工藝流程裝置復雜化，而且，對現有裝置改造還會改變原工藝裝置的特性(如安裝流量傳感器會增加工藝流程裝置的沿程損失)，造成裝置工藝參數的改變；同 時，由于化工流程泵大多使用于有防爆要求的工作場合，這些傳感器的增加不但加重了用 戶對設備的日常維護工作量，而且，由于電氣設備的增加，也相應地增加了裝置使用的安全 風險。針由于此，傳感器結合變頻器調節(jié)化工流程泵的控制方式雖然是比較節(jié)能的一種控 制方式，但是在化工流程工藝裝置中，這種控制方式的化工流程泵用量還是非常的少。大量 采用的還是圖3所示的以手動調節(jié)閥10調節(jié)化工離心泵的控制方式。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題和提出的技術任務是克服現有傳感器結合變頻器來實 現化工流程泵節(jié)能所導致的工藝流程裝置復雜、改變原工藝裝置的特性的缺陷以及解決現 有傳感器與變頻器控制方法(采用定量、定壓控制)的缺陷，提供一種化工流程智能泵及其 控制方法。為此，本發(fā)明的化工流程智能泵采用的技術方案是其包括泵體及驅動泵體運轉 的電機，其特征是所述電機的電纜經智能控制系統(tǒng)連接動力控制系統(tǒng)，所述智能控制系統(tǒng) 包括用于寫入啟動轉速NO、寫入節(jié)能的流量-功率型譜圖、設定目標流量QO的初始化模 塊；用于測得泵在某一轉速m運轉的實際功率P的測功模塊；用于將測得的實際功率P與 流量_功率型譜圖比對得到泵在轉速m時的實際流量Q并通過公式Q0/Q=N/m計算得到 泵達到目標流量QO的轉速N的控制模塊；將達到目標流量QO的轉速N輸出給電機的輸出 模塊。作為具體實施方式
，所述的初始化模塊為編碼器，所述的測功模塊為測功儀，所述 的控制模塊為控制器，所述的輸出模塊為變頻器，所述電機的電纜經控制模塊連接所述的 動力控制系統(tǒng)。本發(fā)明的化工流程智能泵的控制方法采用的技術方案是通過初始化模塊寫入啟 動轉速NO、寫入節(jié)能的流量-功率型譜圖、設定目標流量QO ；令泵按照啟動轉速NO啟動并 由測功模塊測得泵在某一轉速m運轉的實際功率P ；由控制模塊將測得的實際功率P與流 量_功率型譜圖比對得到泵在轉速m時的實際流量Q并通過公式Q0/Q=N/m計算得到泵 達到目標流量QO的轉速N ；用輸出模塊將達到目標流量QO的轉速N輸出給驅動泵的電機。作為上述方法的優(yōu)選技術手段，將泵達到目標流量QO的轉速N與一設定的轉速范 圍比較，轉速N在該轉速范圍內時令泵工作于該轉速N，轉速N超出該轉速范圍時，令該轉速 N作為啟動轉速重新測得泵運轉的實際功率及計算泵達到目標流量QO的轉速。本發(fā)明的智能化工流程泵，通過對運行狀態(tài)參數與設定值進行比對并計算出泵實 際需要的運行轉速并進行自動調節(jié)，提高能耗效率，不需在工藝流程裝置中增加任何傳感 設備，而自行對化工流程智能泵進行參數檢測和控制，達到期望的運行參數。智能控制器既 可布設在現場，也可放置于控制間，因此不會使工藝流程裝置復雜化，也不會改變原工藝裝 置的特性而造成裝置工藝參數的改變，利于對現有裝置進行改造。
圖1是現有技術通過流量傳感器結合變頻器控制泵的示意圖。圖2是現有技術通過壓力傳感器結合變頻器控制泵的示意圖。
圖3是現有技術通過手工控制閥門調節(jié)泵的示意圖。圖4是本發(fā)明通過智能控制系統(tǒng)控制泵的示意圖。圖5是本發(fā)明的智能控制系統(tǒng)的方框圖。圖中標號說明1_泵體，2-電機，3-電纜，4-智能控制系統(tǒng)，5-動力控制系統(tǒng)， 6-控制柜，7-變頻器，8-流量傳感器，9-壓力傳感器，10-手動調節(jié)閥。
具體實施例方式以下結合說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的化工流程智能泵，如圖4所示，其包括泵體及驅動泵體運轉的電機，電機 的電纜經智能控制系統(tǒng)連接動力控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)(參見圖5)包括
用于寫入(如在產品制造過程中)啟動轉速NO、寫入(如在產品制造過程中)節(jié)能的流 量_功率型譜圖(每種型號的泵具有特定的型譜圖，如流量_功率型譜圖、揚程_流量型譜 圖、效率_流量型譜圖等，根據經驗可以從流量-功率型譜圖中截取節(jié)能的一段)、設定目標 流量QO (—般的是用戶根據需要設定)的初始化模塊；
用于測得泵在某一轉速m運轉的實際功率P的測功模塊；
用于將測得的實際功率P與流量_功率型譜圖比對得到泵在轉速m時的實際流量Q 并通過公式Q0/Q=N/m計算得到泵達到目標流量QO的轉速N的控制模塊； 將達到目標流量QO的轉速N輸出給電機的輸出模塊。具體實施時，初始化模塊為編碼器，所述的測功模塊為測功儀，所述的控制模塊為 控制器，所述的輸出模塊為變頻器，所述電機的電纜經控制模塊連接所述的動力控制系統(tǒng)。按照上述化工流程智能泵，可通過下述方式對化工流程智能泵進行控制通過初 始化模塊寫入啟動轉速NO、寫入節(jié)能的流量-功率型譜圖、設定目標流量Q0;令泵按照啟動 轉速NO啟動并由測功模塊測得泵在某一轉速m運轉的實際功率Ρ ；由控制模塊將測得的 實際功率P與流量-功率型譜圖比對得到泵在轉速m時的實際流量Q并通過公式Q0/Q=N/ Nl計算得到泵達到目標流量QO的轉速N ；用輸出模塊將達到目標流量QO的轉速N輸出給 驅動泵的電機。如此以來，通過反復的測功、比對以及確定轉速可以令泵一直工作于能耗效 率較高的狀態(tài)。測功模塊檢測實際功率P時，該實際功率P對應的轉速m在啟動時為啟動 轉速N0，在達到目標流量QO時的轉速為對應該目標流量QO的轉速N，因此，在泵運轉過程 中可以適時對泵的轉速進行控制以達到較高的能耗效率。進一步的，將泵達到目標流量QO 的轉速N與一設定的轉速范圍比較，轉速N在該轉速范圍內時令泵工作于該轉速N，轉速N 超出該轉速范圍時，令該轉速N作為啟動轉速重新測得泵運轉的實際功率及計算泵達到目 標流量QO的轉速。
權利要求
化工流程智能泵，包括泵體(1)及驅動泵體運轉的電機(2)，其特征是所述電機的電纜(3)經智能控制系統(tǒng)(4)連接動力控制系統(tǒng)(5)，所述智能控制系統(tǒng)包括用于寫入啟動轉速N0、寫入節(jié)能的流量 功率型譜圖、設定目標流量Q0的初始化模塊；用于測得泵在某一轉速N1運轉的實際功率P的測功模塊；用于將測得的實際功率P與流量 功率型譜圖比對得到泵在轉速N1時的實際流量Q并通過公式Q0/Q=N/N1計算得到泵達到目標流量Q0的轉速N的控制模塊；將達到目標流量Q0的轉速N輸出給電機的輸出模塊。
2.根據權利要求1所述的化工流程智能泵，其特征是所述的初始化模塊為編碼器，所 述的測功模塊為測功儀，所述的控制模塊為控制器，所述的輸出模塊為變頻器，所述電機的 電纜經控制模塊連接所述的動力控制系統(tǒng)。
3.化工流程智能泵的控制方法，其特征是通過初始化模塊寫入啟動轉速NO、寫入節(jié) 能的流量_功率型譜圖、設定目標流量QO ；令泵按照啟動轉速NO啟動并由測功模塊測得泵 在某一轉速m運轉的實際功率P ；由控制模塊將測得的實際功率P與流量_功率型譜圖比 對得到泵在轉速m時的實際流量Q并通過公式Q0/Q=N/m計算得到泵達到目標流量QO的 轉速N ；用輸出模塊將達到目標流量QO的轉速N輸出給驅動泵的電機。
4.根據權利要求3所述的化工流程智能泵的控制方法，其特征是將泵達到目標流量 QO的轉速N與一設定的轉速范圍比較，轉速N在該轉速范圍內時令泵工作于該轉速N，轉速 N超出該轉速范圍時，令該轉速N作為啟動轉速重新測得泵運轉的實際功率及計算泵達到 目標流量QO的轉速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化工流程智能泵的控制方法，屬于泵控制技術，現有技術實現化工流程泵節(jié)能的工藝流程裝置復雜，本發(fā)明是通過初始化模塊寫入啟動轉速N0、寫入節(jié)能的流量-功率型譜圖、設定目標流量Q0；令泵按照啟動轉速N0啟動并由測功模塊測得泵在某一轉速N1運轉的實際功率P；由控制模塊將測得的實際功率P與流量-功率型譜圖比對得到泵在轉速N1時的實際流量Q并通過公式Q0/Q=N/N1計算得到泵達到目標流量Q0的轉速N；用輸出模塊將達到目標流量Q0的轉速N輸出給驅動泵的電機。本發(fā)明不需在工藝流程裝置中增加任何傳感設備而能自行對泵進行參數檢測和運行控制，達到期望的泵運行參數，以提高能耗效率，利于對現有裝置進行改造。
文檔編號F04D15/00GK101994704SQ20101052070
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權日2010年10月26日
發(fā)明者錢永康 申請人:浙江佳力科技股份有限公司