专利名称：不使用传统传感器的确定泵流量的方法
技术领域：
本发明涉及具有包括离心泵的泵的泵系统；并且特别涉及不使用传统传感器的确定泵流量的方法。
背景技术：
泵设备在本技术领域内是已知的，与其关联的技术和它们的缺点如下众所周知，泵控制器应用泵切割定律(Pump Affinity Law)，这些定律是对转速和叶轮调整如何影响离心泵的性能(流量，压头，功率)的近似。虽然切割定律对于一般估计是有效的，但功率的因子系数经常导致基于泵的运行转速、大小和特定转速的对功率的估计过高或过低。这种误差直接影响到可处在可编程逻辑控制器(PLC)、集散控制系统(DCS)和变频驱动(VFD)内的泵保护和流量预测的算法。
此外，在建立泵性能映射时，实际的泵性能与标准性能曲线间的偏差显著地降低了流量和/或泵条件估计的准确性。对此最普遍的解决方案是执行在多种转速下的泵性能测试，以确认精确的泵性能。然而，这种解决方案可能是及时的、专用的和高成本的。考虑到这种情况，在本行业中需要有一种技术可以克服切割定律的误差。
授予Moeller的美国专利No.6,715,996 B2公开了一种离心泵的操作方法，这种方法在两种转速上对处在阀关闭的条件下的泵功率进行采样，确定寄生损耗，以及计算在其他频率上的调整功率以确定泵是否操作在阀关闭的条件下。然而，象这样校正处在阀关闭的条件下的功率的方法在电机转速低于额定转速的50％时精度开始降低，因此限制了应用的范围。这种在其他转速的功率值之间进行内插的方法部分基于切割定律，因而不够精确。
授予Witzel、Rolf等人的PCT WO 2005/064167 A1公开了一种技术，这种技术使用了经校准的功率/差压对流量对转速的曲线。经校准的数据存储起来，并且与当前值相比较，以确定泵的流量。这种技术需要差压发送器，并且要求将功率/差压对流量的校准曲线存储在估值设备内。这种方法是对于获得流量来说是专用的，因此降低了在现场设置期间的灵活性。它也不容易为了补偿磨损进行调整。
授予Henyan的美国专利No.6,591,697公开了使用电机转矩测量确定泵的流速的方法，其阐明了转矩和转速对泵流速的关系和使用变频驱动(VFD)调整离心泵转速来调节泵流量的能力。然而，这种技术利用在为若干专用的转速上校准的流量对转矩曲线，因此降低了在现场设置期间的灵活性。它也不容易为补偿磨损进行调整。
授予Sabini等人的美国专利No.6,464,464 B2公开了一种用于基于使用VFD调节离心泵的流量、压力或转速的控制和泵保护算法的控制泵系统的设备和方法。然而，这种技术需要使用辅助的测量仪表，这增加了驱动系统的成本和复杂性，而且添加了可能的故障点和不必要的成本。它也利用在若干专用的转速上校准的流量对TDH曲线，因此降低了在现场设置期间的灵活性。
此外，在对本发明进行专利性搜索中发现有以下专利。这些专利的概要如下。
专利No.4,358,821公开了一种在过程量控制中结合变化流量的方法和设备，其中对通过的流量进行测量，通过对测量结果积分确定流过过程的物质的量。
专利No.5,213,477公开了一种用于泵传送流速控制的设备，其中最大允许流量基于可得到的与所需要的净正吸入压头(NPSH)之间的关系确定。
专利No.6,424,873公开了一种方法和系统，用于基于在PID计算中不包括主PID控制器的积分计算组件或者只包括其一部分的技术，限制PID控制器内的积分计算组件。
专利No.6,546,295公开了一种在工业过程中调谐过程控制回路的方法，其中通过确定相互作用的控制器的控制参数细调现场设备和过程控制器，以提供所希望的过程可变性。
专利No.6,554,198公开了一种用于基于涉及计算气流给定值与所测量的气流之间的误差的技术，在与压力无关的变风量(VAV)温度控制系统内控制VAV盒的斜率预测控制和数字PID控制。
专利公开No.2004/0267395公开了一种系统和方法，用于基于某种技术，对机器选择、整合和使用进行动态多对象的优化，其中在所述技术中基于所分析的诊断和机器数据的函数修改工业自动化系统内的资源利用。
专利公开No.2005/0237021公开了一种以恒定平均流速抽吸流体的方法和设备的施工机械的旋转驱动设备。
上面所提到的专利或公开都没有提示或建议在这里所说明的不使用传统传感器的确定泵流量的技术。
发明内容
本发明提供了一种新颖独特的不使用传统传感器的确定离心泵、离心搅拌机、离心鼓风机或离心压缩机内泵流量的方法，这种方法的特征步骤是创建在若干转速下处在阀关闭的条件的校准的功率曲线；根据泵的功率比从功率对流量曲线计算系数；以及为在当前操作点的流量解功率方程。
可以通过在使泵在关闭泄放阀的情况下操作时将泵的转速从最小转速递增到最大转速和采集在若干转速下的转速和功率数据来创建校准的功率曲线。该数据用来校正在额定转速时对于关闭功率和最佳效率点功率的所公布的性能，以确定泵的功率比。它还用来精确地确定在当前操作转速时的阀关闭的功率。这是必需的，因为所公布的性能数据通常由于密封损耗、磨损、浇铸偏差等与实际数据不同。
泵的功率比用下式计算Pratio＝Pshutoff@100％/PBEP_corr。
功率方程例如可以包括使用来自归一化的功率对流量曲线的系数形成的三阶多项式方程，并且可以为多项式功率方程内的转速和液压效率进行校正。此外，可以确定复数根，以用Muller方法或某些其他适当的方法解三阶多项式方程，并且可以确定在特定操作点的所计算的实际流量。
这种方法的各个步骤可以在具有一个或多个实现在这里所提出的功能的模块的变频驱动(VFD)以及可编程逻辑控制器(PLC)上执行。
本发明还可以包括具有一个或多个配置成实现在这里所提出的功能的模块的控制器以及具有这样的控制器的泵系统。
本说明书包括以下附图，其中图1为按照本发明的基本泵系统的方框图；图2为按照本发明由图1所示的控制器执行的基本步骤的流程图；图3为图1中所示的用于执行图2所示的基本步骤的控制器的方框图；图4为使用诸如三次内插、方法X和切割定律之类的各种方法的％误差(HP)对转速(RPM)的曲线图；图5为在阀关闭的条件下对于实际驱动功率、调谐功率和切割方法的功率(HP)对转速(RPM)的曲线图；图6为对于实际驱动功率的功率(BHP)对流量(GPM)的曲线图，其中还为每个数据组示出了报价书(pricebook)(带密封的)公布的数据和用多项式曲线拟合的调谐功率校正的数据；图7为在RPM为1700、2200、2800、3570时实际的和作为所计算的％功率(HP)对％流量(RPM)的归一化曲线图；以及图8为对于实际流量和所计算流量的调谐功率(BHP)对流量(GPM)的曲线图。
具体实施例图1示出了总体指示为2的按照本发明的基本泵系统，它具有控制器4、电机6和泵8。在操作中，按照本发明，控制器4用来在不使用传统传感器的情况下，基于与在此所示和所说明的一致的某种技术确定泵流量，其中所述技术创建在若干转速下的处在阀关闭的条件校准的功率曲线；基于泵的功率比从功率对流量曲线计算系数；以及为在当前操作点的流量解功率方程。
图2以实例的方式示出了总体指示为10的流程图，它具有可以由控制器4按照本发明实现的泵流量确定算法的基本步骤10a、10b、10c。所确定的流量值还可以用作给PID控制回路的输入来控制流量，而不需要外部流量计或传统的测量仪表。流量确定算法可以嵌入变频驱动或可编程逻辑控制器，如以上对图1中的控制器4所说明的那样。
按照本发明，可以通过在使泵在关闭泄放阀的情况下操作时将泵的转速从最小转速递增到最大转速来创建校准的功率曲线。这数据用来校正所公布的在额定转速的关闭功率和最佳效率点功率的性能，以确定泵的功率比。它还用来精确确定在当前操作转速的阀关闭的功率。
泵的功率比可以用下式计算Pratio＝Pshutoff@100％/PBEP_corr.
功率方程例如可以包括使用来自归一化的功率对流量曲线的系数形成的三阶多项式方程，可以为多项式功率方程内的转速和液压效率进行一些校正。此外，可以确定复数根，以用Muller方法或某些其他适当方法解这个三阶多项式方程，从而可以确定在特定操作点的所计算的实际流量。
本发明的一个优点是通过在阀关闭的条件下对各转速的功率进行采样克服了切割定律的误差，从而能生成精确的处在关闭条件的功率曲线。通过使用独有的三次内插方法，就能在宽的速率范围内精确地确定处在阀关闭的条件的泵功率。见图4和5中所示的曲线。
由于线性改变的泵密封损耗，使用所公布的泵性能曲线数据的功率通常与实际功率不同。在关闭条件的实际功率与所公布的功率之差可用来偏置(调整)所公布的曲线在泵的最佳效率点(BEP)处的功率，因为密封损耗对于给定的转速是不变的。这个途径消除了对高度精确的泵性能曲线(例如，工厂测试)或较为复杂的现场校准过程的需要。这个过程创建了较精确的对PBEP和PSO在不同的转速的估计。该数据于是能用来根据最少的外部数据对泵性能进行较先进的建模。
在三阶功率方程内整合归一化功率系数的方法消除了对在不同转速针对诸如转矩、功率或压力之类的参数执行流量校准的需要，消除了对外部发送器的需要，并且提供了现场设置期间的应用灵活性。本发明能通过周期性地执行下面在步骤A中所说明的调谐提供磨损补偿。
图3控制器4图3示出了控制器4的基本模块4a、4b、4c、4d。在该技术领域内已知有许多不同类型和种类的控制器和控制模块可以用来对泵进行控制。基于对这样的已知控制器和控制模块的了解，按照本发明，本领域的技术人员将能实现诸如4a、4b、4c之类的控制模块和将它们配置成执行与在这里所说明的一致的功能，包括创建在若干转速下处在阀关闭的条件的校准的功率曲线；根据泵的功率比计算归一化功率曲线系数；以及为在当前操作点的流量解多项式功率方程，诸如图2所示和以上所说明的那样。举例来说，模块4a、4b、4c的功能可以用硬件、软件、固件或它们的组合实现，虽然本发明的范围并不局限于本发明的任何具体实施例。在典型的软件实现中，这样一种模块会是一个或多个基于微处理器的具有微处理器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出设备和连接它们的控制、数据和地址总线的体系结构。本领域的技术人员不需要有太多的经验就能对这样的基于微处理器的实现进行编程以执行在这里所说明的功能。本发明的范围不局限于使用已知的或将来开发的技术的任何具体实施例。
控制器还具有在本技术领域内已知的其他控制器模块4d，这些模块并不形成本发明的基本部分，因此在这里就不对它们进行详细说明。
电机6和泵8电机6和泵8在本技术领域内是众所周知的，在这里不作详细说明。此外，本发明的范围并不局限于现在已知的或将来开发的任何具体类型或种类的电机和泵。此外，本发明的范围还应包括使用按照本发明与控制离心泵、离心搅拌器、离心鼓风机或离心压缩机的操作有关的技术。
实现方式这种流量计算方法具有两个基本步骤步骤A为创建在若干转速下处在阀关闭的条件的校准的功率曲线。
步骤B为根据泵的功率比计算归一化功率曲线系数和为在当前操作点的流量解三阶多项式功率方程。
步骤A按照本发明的逻辑使得在泵在泄放阀关闭的情况下运行时将泵的转速从预定的最小转速(例如最大转速的30％)递增到较高转速(例如最大转速的60％)。转速比应该是2∶1左右。然后，在这些转速和在100％的最高转速下测量功率，并且对于比重＝1的情况予以校正。
在任何转速的关闭功率于是能用独有的三次内插方法确定系数A-F计算如下A＝(PSO_30％)/(N30％)B＝(PSO_60％-PSO_30％)/(N60％-N30％)C＝(B-A)/(N60％-N30％)D＝(PSO_100％-PSO_60％)/(N100％-N60％)E＝(D-B)/(N100％-N30％)F＝(E-C)/(N100％)在任何转速的关闭功率计算如下PSO_N％＝A(NACT)+C(NACT)(NACT-N30％)+F(NACT)(NACT-N30％)(NACT-N60％)，其中PSO_30％＝PMeas_30％/SG为在经按比重＝1校正的在30％的电机额定转速下测量的功率，PSO_60％＝PMeas_60％/SG为在经按比重＝1校正的在60％的电机额定转速下测量的功率，以及PSO_100％＝PMeas_100％/SG为在经按比重＝1校正的在100％的电机额定转速下测量的功率。
要指出的是，对于某些实施例，例如无密封泵，必须从所测量的关闭功率值中扣除涡流损耗估计。
还应指出的是，对于某些实施例，诸如作用于比重不是1.0的液体的小的hp泵，在上面的关闭功率方程中可以对机械损耗(MechLoss)(例如密封和轴承)作如下补偿
PSO_N＝[(PMeas_N％-(Mech Loss×NAct/NRated))/SG]+(Mech Loss×NAct/NRated)，其中SG＝比重，N30％＝30％的电机额定转速的转速，N60％＝60％的电机额定转速的转速，以及N100％＝100％的电机额定转速的转速。
图5为示出调谐功率对转速曲线与在阀关闭的(关闭)条件的切割定律功率校正对实际功率的相比较的情况的曲线图。
在功率较高的泵中，在调谐期间必须限制转速，以防止泵过热。在这种情况下，在100％的转速的功率可以用下式计算PSO_100％＝(N100％/N60％)KSO×PSO_60％，其中，KSO为关闭指数，典型值为3.0。
按照本发明的逻辑的最后一个步骤是估计在最佳效率点(BEP)的功率。这个函数依赖于虽然任何给定的泵的PBEP和PSO的实际值可能显著偏离所公布的性能曲线但功率曲线的斜率保持相对不变的观察。
PBEP corr=(PSO100%-PSO)+PBEP]]>其中PSO＝来自所公布的曲线的处在100％转速时的关闭条件的泵功率，以及PBEP＝来自所公布的曲线的处在100％转速时的BEP的泵功率。
图6为示出调谐功率对流量的曲线与所公布的报价书曲线的关系的示图。注意，这两个曲线的斜率是相同的。
还可以采用其他较为不精确的近似，以获得因子系数″KSO″，它可以通过如下地取功率比的自然对数与转速比的自然对数之比加以估计KSO＝LN(Pso1/Pso2)/LN(N1/N2)其中
Pso1＝转速为N1时所测量的关闭功率，以及Pso2＝转速为N2时测量的关闭功率。
在任何转速时的关闭功率于是能确定为PSOxrpm＝PSOyrpm×(Nxrpm/Nyrpm)KSO其中PSOxrpm＝转速为Nxrpm时的关闭功率，以及PSOyrpm＝转速为Nyrpm时的关闭功率。
步骤B为了确定所计算的流量值，根据泵的功率比计算归一化功率曲线，其中PRatio＝PSO_100％/PBEPcorr.
归一化曲线对于泵的功率比和具体转速是特定的。具体转速为与离心泵的液压性能有关的数值。
图7以示例的方式示出具有PRatio＝0.45和具体转速为836的2×3-13端部抽吸泵的对于若干转速所绘制的归一化曲线的曲线图。
下表示出了2×3-13泵在3570rpm时的流量和功率的实际的对归一化的测试数据。
三阶多项式功率方程用来自归一化的功率对流量曲线的系数导出。在功率方程中为转速和液压效率作了校正。
归一化的功率对流量曲线的系数a、b和c如下定义了归一化曲线的形状0＝[(PBEPCORR(a))/((QBEP)3(ηHBEP_CORR))](QAct)3+[((NAct)(PBEPCORR)(b))/((NRated)(QBEP)2(ηHBEP_CORR))](QAct)2+[((NAct)2(PBEPCORR)(c))/((NRated)2(QBEP)(ηHBEP_CORR))](QAct)+(PSO_N％-(PACT/S.G.))，其中PBEPCORR＝如在额定转速从调谐功率曲线所确定的处在BEP的经校正的泵功率，QBEP＝在额定转速时处在BEP的泵流量，ηHBEP_CORR＝液压效率校正，ηHBEP≅1-0.8/QBEP0.25,]]>所公布的值通常在0.7-0.95的范围内，NAct＝实际操作转速，NRated＝额定转速，PSO_N％＝在实际操作转速时的泵关闭功率(根据调谐功率曲线确定)，PACT＝实际泵功率，S.G.＝比重，以及QAct＝在当前操作转速时所计算的实际流量。
还应注意的是，对于某些实施例，例如用于比重为1.0之外的液体的小的hp泵，为了改善精度，在上面的功率方程中可以通过如下调整PACT对机械损耗(诸如密封和轴承)进行补偿PACTCORR＝[((PACT-(Mech Loss×NAct/NRated))/S.G.)+(Mech Loss×NAct/NRated)]再次还要指出的是，对于有些诸如无密封泵之类的实施例，在上面的功率方程中必须从实际功率读数中扣除涡流损耗估计。
然后，确定复数根，以便使用Muller方法或其他等效方法解三阶多项式。然后，对于具体操作点确定所计算的实际流量。图8示出了为三阶多项式功率方程所绘制的计算的功率对流量曲线与由流量计读数得到的实际流量数据的比较。
由于泵磨损将影响泵功率要求，从而降低流量精度，因此功率计算可以定期通过执行如在步骤A所示的另一种校准来加以补偿。
其他可能的应用其他可能的应用包括至少以下所列泵负载监视泵负载监视取决于对泵功率曲线的精确建模，以识别最小流量和关闭条件。虽然大多数负载监视只是监视在一种转速时的功率，但该逻辑能为可变转速操作提供较为精确的负载监视。
无传感器的流量计算无传感器的流量估计取决于精确的功率曲线以估计泵的流量。使用基本的切割定律可能损害在转速降低时流量的精度。对于例如密封和轴承的损耗变得更为突出而不能根据切割定律化为因子的小型泵来说特别是如此。
泵保护算法无传感器的流量测量可以给出操作条件的可靠指示，指出是在过载(流量过高)的条件下操作、低于最小泵流量(流量过低)的条件下操作，还是在关闭泄放阀的条件下操作。
本发明的范围应该理解的是，除非在这里另有说明，在这里对特定实施例所说明的任何特征、特性、替代或修改也可以应用于或用于在这里所说明的任何其他实施例或与这些实施例结合。此外，这些附图在这里没有按比例绘制。
虽然本发明是关于其示例性实施例进行说明的，但可以在这些示例性实施例中进行前述和各种其他增添和省略，而不背离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种确定离心泵、离心搅拌器、离心鼓风机或离心压缩机内的泵流量的方法，包括创建在若干转速下处在阀关闭的条件的校准的功率曲线；根据泵的功率比从功率对流量曲线计算系数；以及为在当前操作点的流量解功率方程。
2.按照权利要求1所述的方法，其中该校准的功率曲线是通过在使该泵在关闭泄放阀的情况下操作时将该泵的转速从最小转速递增到最大转速和采集在若干转速下的转速和功率数据来创建的。
3.按照权利要求2所述的方法，其中该阀关闭的功率数据按比重等于1进行校正。
4.按照权利要求2所述的方法，其中对于应用于比重不是1.0的液体的小的hp泵，在测量的阀关闭的功率读数中可以如下对机械损耗(例如密封和轴承)进行补偿PSO_N＝[(PMeas_N％-(Mech Loss×NAct/NRated))/SG]+(Mech Loss×NAct/NRated)，其中SG＝比重。
5.按照权利要求2所述的方法，其中对于无密封泵必须从实际阀关闭的功率读数中扣除涡流损耗估计。
6.按照权利要求2所述的方法，其中对于功率较高的泵，为了使对受该泵作用的液体的加热最小可以从下式计算在100％转速时的关闭功率PSO_100％＝(N100％/N60％)KSO×PSO_60％，其中，KSO为关闭指数，典型值为3.0。
7.按照权利要求2所述的方法，其中在任何转速时的阀关闭的功率可以由以下三次内插方法精确地确定A＝(PSO_30％)/(N30％)，B＝(PSO_60％-PSO_30％)/(N60％-N30％)，C＝(B-A)/(N60％-N30％)，D＝(PSO_100％-PSO_60％)/(N100％-N60％)，E＝(D-B)/((N100％-N30％)，以及F＝(E-C)/(N100％)；以及其中，在任何转速时的关闭功率计算如下PSO_N％＝A(NACT)+C(NACT)(NACT-N30％)+F(NACT)(NACT-N30％)(NACT-N60％)，其中PSO_30％＝PMeas_30％/SG为按比重＝1校正的在30％的电机额定转速时测量的关闭功率，PSO_60％＝PMeas_60％/SG为按比重＝1校正的在60％的电机额定转速时测量的关闭功率，以及PSO_100％＝PMeas_100％/SG为按比重＝1校正的在100％的电机额定转速时测量的关闭功率。
8.按照权利要求2所述的方法，其中在额定转速时处在该最佳效率点的该所公布的功率根据实际阀关闭的功率数据进行校正。
9.按照权利要求8所述的方法，其中处在最佳效率点的该所公布的功率按照下式进行校正PBEPcorr=(Pso100%-Pso)+PBEP,]]>其中PSO＝来自所公布的曲线的在100％转速时处在关闭的泵功率，PBEP＝来自所公布的曲线的在100％转速时处在BEP的泵功率，以及
10.按照权利要求1所述的方法，其中该泵的功率比由下式确定Pratio＝Pshutoff@100%/PBEP_corr。
11.按照权利要求1所述的方法，其中该功率方程是使用来自该功率对流量曲线的系数导出的多项式方程。
12.按照权利要求11所述的方法，其中该多项式功率方程为0＝[(PBEP CORR(a))/((QBEP)3(ηHBEP_CORR))](QAct)3+f((NAct)(PBEP CORR)(b))/((NRated)(QBEP)2(ηHBEP_CORR))](QAct)2+[((NAct)2(PBEP CORR)(c))/((NRated)2(QBEP)(ηHBEP_CORR))](QAct)+(PSO_N％-(PACT/S.G.))，其中PBEP CORP＝如在额定转速从调谐功率曲线所确定的处在BEP的经校正的泵功率，QBEP＝在额定转速时处在BEP的泵流量，ηHBEP_CORR＝液压效率校正，ηHBEP≅1-0.8/QBEP0.25,]]>所公布的值通常在0.7-0.95的范围内，NAct＝实际操作转速，NRated＝额定转速，PSO_N％＝在实际操作转速时的泵关闭功率(根据调谐功率曲线确定)，PACT＝实际泵功率，S.G.＝比重，以及QAct＝在当前操作转速时所计算的实际流量。
13.按照权利要求12所述的方法，其中对于用于比重为1.0之外的液体的小的hp泵的精度，可以在该多项式功率方程中通过如下调整PACT对机械损耗(例如密封和轴承)进行补偿PACT CORR＝[((PACT-(Mech Loss×NAct/NRated))/S.G.)+(Mech Loss×NAct/NRated)]。
14.按照权利要求12所述的方法，其中对于无密封泵必须从该多项式功率方程内的该实际功率读数中扣除涡流损耗估计。
15.按照权利要求11所述的方法，其中对该多项式功率方程内的转速、液压效率和比重进行校正。
16.按照权利要求15所述的方法，其中确定复数根，以使用Muller方法或某些其他适当的方法解该多项式方程。
17.按照权利要求16所述的方法，其中为特定操作点确定该所计算的实际流量。
18.按照权利要求1所述的方法，其中该方法的各个步骤在变频驱动(VFD)或可编程逻辑控制器(PLC)上执行。
19.按照权利要求1所述的方法，其中该所确定的流量值可以用作给PID控制器的输入来控制流量，而不需要流量计或其他外部测量仪表。
20.一种用于确定离心泵、离心搅拌器、离心鼓风机或离心压缩机内的泵流量的控制器，包括配置成创建在若干转速下处在阀关闭的条件的校准的功率曲线的模块；配置成根据泵的功率比从功率对流量曲线计算系数的模块；以及配置成为在当前操作点的流量解功率方程的模块。
21.按照权利要求20所述的控制器，其中该校准的功率曲线是通过在使该泵在关闭泄放阀的情况下操作时将该泵的转速从最小转速递增到最大转速和采集在若干转速下的转速和功率数据来创建的。
22.按照权利要求21所述的控制器，其中该阀关闭的功率数据按比重等于1进行校正。
23.按照权利要求21所述的控制器，其中对于应用于比重为1.0之外的液体的小的hp泵，在测量的阀关闭的功率读数中可以如下对机械损耗(诸如密封和轴承)进行补偿PSO_N＝[(PMeas_N％-(Mech Loss×NAct/NRated))/SG]+(Mech Loss×NAct/NRated)，其中SG＝比重。
24.按照权利要求21所述的控制器，其中对于无密封泵必须从实际阀关闭的功率读数中扣除涡流损耗估计。
25.按照权利要求21所述的控制器，其中对于功率较高的泵，为了使对受该泵作用的液体的加热最小可以从下式计算在100％转速时的该关闭功率PSO_100％＝(N100％/N60％)KSO×PSO_60％，其中，KSO为关闭指数，典型值为3.0。
26.按照权利要求21所述的控制器，其中在任何转速时的该阀关闭的功率可以由以下三次内插方法精确地确定A＝(PSO_30％)/(N30％)，B＝(PSO_60％-PSO_30％)/(N60％-N30％)，C＝(B-A)/(N60％-N30％)，D＝(PSO_100％-PSO_60％)/(N100％-N60％)，E＝(D-B)/(N100％-N30％)，以及F＝(E-C)/(N100％)；以及其中，在任何转速时的该关闭功率计算如下PSO_N％＝A(NACT)+C(NACT)(NACT-N30％)+F(NACT)(NACT-N30％)(NACT-N60％)，其中PSO_30％＝PMeas_30％/SG为按比重＝1校正的在30％的电机额定转速时测量的关闭功率，PSO_60％＝PMeas_60％/SG为按比重＝1校正的在60％的电机额定转速时测量的关闭功率，以及PSO_100％＝PMeas_100％/SG为按比重＝1校正的在100％的电机额定转速时测量的关闭功率。
27.按照权利要求21所述的控制器，其中在额定转速时处在该最佳效率点的该所公布的功率根据实际阀关闭的功率数据进行校正。
28.按照权利要求27所述的控制器，其中处在最佳效率点的该所公布的功率按照下式进行校正PBEPcorr=(Pso100%-Pso)+PBEP,]]>其中PSO＝来自所公布的曲线的在100％转速时处在关闭的泵功率，PBEP＝来自所公布的曲线的在100％转速时处在BEP的泵功率，以及
29.按照权利要求20所述的控制器，其中该泵的功率比由下式确定Pratio＝Pshutoff@100％/PBEP_corr。
30.按照权利要求20所述的控制器，其中该功率方程是使用来自该功率对流量曲线的系数导出的多项式方程。
31.按照权利要求30所述的控制器，其中该多项式功率方程为0＝[(PBEP CORR(a))/((QBEP)3(ηHBEP_CORR))](QAct)3+[((NAct)(PBEP CORR)(b))/((NRated)(QBEP)2(ηHBEP_CORR))](QAct)2+[((NAct)2(PBEP CORR)(c))/((NRated)2(QBEP)(ηHBEP_CORR))](QAct)+(PSO_N％-(PACT/S.G.))，其中PBEP CORR＝如在额定转速从调谐功率曲线所确定的处在BEP的经校正的泵功率，QBEP＝在额定转速时处在BEP的泵流量，ηHBEP_CORR＝液压效率校正，ηHBEP≅1-0.8/QBEP0.25,]]>所公布的值通常在0.7-0.95的范围内，NAct＝实际操作转速，NRated＝额定转速，PSO_N％＝在实际操作转速时的泵关闭功率(根据调谐功率曲线确定)，PACT＝实际泵功率，S.G.＝比重，以及QAct＝在当前操作转速时所计算的实际流量。
32.按照权利要求30所述的控制器，其中对于用于比重为1.0之外的液体的小的hp泵的精度，可以在该多项式功率方程中通过如下调整PACT对机械损耗(例如密封和轴承)进行补偿PACT CORR＝[((PACT-(Mech Loss×NAct/NRated))/S.G.)+(Mech Loss×NAct/NRated)]。
33.按照权利要求30所述的控制器，其中对于无密封泵必须从该多项式功率方程内的该实际功率读数中扣除涡流损耗估计。
34.按照权利要求30所述的控制器，其中对该多项式功率方程内的转速、液压效率和比重进行校正。
35.按照权利要求34所述的控制器，其中确定复数根，以使用Muller方法或某些其他适当的方法解该多项式方程。
36.按照权利要求35所述的控制器，其中为特定操作点确定该所计算的实际流量。
37.按照权利要求20所述的控制器，其中该控制器包括变频驱动(VFD)或可编程逻辑控制器(PLC)或者形成该变频驱动或该可编程逻辑控制器的一部分。
38.按照权利要求20所述的控制器，其中该所确定的流量值可以用作给PID控制器的输入来控制流量，而不需要流量计或其他外部测量仪表。
39.一种具有用于确定离心泵、离心搅拌器、离心鼓风机或离心压缩机内的泵流量的控制器的泵系统，所述控制器包括配置成创建在若干转速下处在阀关闭的条件的校准的功率曲线的模块；配置成根据泵的功率比从功率对流量曲线计算系数的模块；以及配置成为在当前操作点的流量解功率方程的模块。
40.按照权利要求39所述的泵系统，其中该校准的功率曲线是通过在使该泵在关闭泄放阀的情况下操作时将该泵的转速从最小转速递增到最大转速和采集在若干转速下的转速和功率数据来创建的。
41.按照权利要求40所述的泵系统，其中该阀关闭的功率数据按比重等于1进行校正。
42.按照权利要求40所述的泵系统，其中对于应用于比重为1.0之外的液体的小的hp泵，在测量的阀关闭的功率读数中可以如下对机械损耗(诸如密封和轴承)进行补偿PSO_N＝[(PMeas_N％-(Mech Loss×NAct/NRated))/SG]+(Mech Loss×NAct/NRated)，其中SG＝比重。
43.按照权利要求40所述的泵系统，其中对于无密封泵必须从实际阀关闭的功率读数中扣除涡流损耗估计。
44.按照权利要求40所述的泵系统，其中对于功率较高的泵，为了使对受该泵作用的液体的加热最小可以从下式计算在100％转速时的该关闭功率PSO_100％＝(N100％/N60％)KSO×PSO_60％，其中，KSO为关闭指数，典型值为3.0。
45.按照权利要求40所述的泵系统，其中在任何转速时的该阀关闭的功率可以由以下三次内插方法精确地确定A＝(PSO_30％)/(N30％)，B＝(PSO_60％-PSO_30％)/(N60％-N30％)，C＝(B-A)/(N60％-N30％)，D＝(PSO_100％-PSO_60％)/(N100％-N60％)，E＝(D-B)/(N100％-N30％)，以及F＝(E-C)/(N100％)；以及其中，在任何转速时的该关闭功率计算如下PSO_N％＝A(NACT)+C(NACT)(NACT-N30％)+F(NACT)(NACT-N30％)(NACT-N60％)，其中PSO_30％＝PMeas_30％/SG为按比重＝1校正的在30％的电机额定转速时测量的关闭功率，PSO_60％＝PMeas_60％/SG为按比重＝1校正的在60％的电机额定转速时测量的关闭功率，以及PSO_100％＝PMeas_100％/SG为按比重＝1校正的在100％的电机额定转速时测量的关闭功率。
46.按照权利要求40所述的泵系统，其中在额定转速时处在最佳效率点的该所公布的功率根据实际阀关闭的功率数据进行校正。
47.按照权利要求46所述的泵系统，其中处在最佳效率点的该所公布的功率按照下式进行校正PBEPcorr=(Pso100%-Pso)+PBEP,]]>其中PSO＝来自所公布的曲线的在100％转速时处在关闭的泵功率，PBEP＝来自所公布的曲线的在100％转速时处在BEP的泵功率，以及
48.按照权利要求39所述的泵系统，其中该泵的功率比由下式确定Pratio＝Pshutoff@100％/PBEP_corr。
49.按照权利要求39所述的泵系统，其中该功率方程是使用来自该功率对流量曲线的系数导出的多项式方程。
50.按照权利要求49所述的泵系统，其中该多项式功率方程为0＝[(PBEP CORR(a))/((QBEP)3(ηHBEP_CORR))](QAct)3+[((NAct)(PBEP CORR)(b))/((NRated)(QBEP)2(ηHBEP_CORR))](QAct)2+[((NAct)2(PBEP CORR)(c))/((NRated)2(QBEP)(ηHBEP_CORR))](QAct)+(PSO_N％-(PACT/S.G.))，其中PBEP CORR＝如在额定转速从调谐功率曲线所确定的处在BEP的经校正的泵功率，QBEP＝在额定转速时处在BEP的泵流量，ηHBEP_CORR＝液压效率校正，ηHBEP≅1-0.8/QBEP0.25,]]>所公布的值通常在0.7-0.95的范围内，NAct＝实际操作转速，NRated＝额定转速，PSO_N％＝在实际操作转速时的泵关闭功率(根据调谐功率曲线确定)，PACT＝实际泵功率，S.G.＝比重，以及QAct＝在当前操作转速时所计算的实际流量。
51.按照权利要求49所述的泵系统，其中对于用于比重为1.0之外的液体的小的hp泵的精度，可以在该多项式功率方程中通过如下调整PACT对机械损耗(例如密封和轴承)进行补偿PACT CORR＝[((PACT-(Mech Loss×NAct/NRated))/S.G.)+(Mech Loss×NAct/NRated)]。
52.按照权利要求49所述的泵系统，其中对于无密封泵必须从该多项式功率方程内的该实际功率读数中扣除涡流损耗估计。
53.按照权利要求49所述的泵系统，其中对该多项式功率方程内的转速、液压效率和比重进行校正。
54.按照权利要求53所述的泵系统，其中确定复数根，以使用Muller方法或某些其他适当的方法解该多项式方程。
55.按照权利要求54所述的泵系统，其中为特定操作点确定该所计算的实际流量。
56.按照权利要求39所述的泵系统，其中该控制器包括变频驱动(VFD)或可编程逻辑控制器(PLC)或者形成该变频驱动或该可编程逻辑控制器的一部分。
57.按照权利要求39所述的泵系统，其中该所确定的流量值可以用作给PID控制器的输入来控制流量，而不需要流量计或其他外部测量仪表。
全文摘要
一种用于不使用传统传感器的确定泵流量的方法，包括下列步骤用于创建在若干转速下处在阀关闭的条件的校准的功率曲线；用于根据泵的功率比从归一化的功率曲线计算系数；以及用于为在当前操作点的流量解多项式功率方程。可以通过在使泵在关闭泄放阀的情况下操作时将泵的转速从最小转速递增到最大转速来创建校准的功率曲线。该数据用来校正在额定转速时的关闭功率和最佳效率点功率的所公布的性能，以确定泵的功率比。它还用来精确地确定在当前操作转速时的阀关闭的功率。多项式的功率方程例如可以包括使用来自归一化功率对流量曲线的系数形成的三阶多项式方程，并且可以对多项式功率方程内的转速、液压效率和比重进行校正。
文档编号F04D15/00GK101033748SQ20071000829
公开日2007年9月12日 申请日期2007年1月29日 优先权日2006年3月8日
发明者丹尼尔·J·克南, 尤金·P·萨比尼, 尼古拉斯·W·甘宗, 安东尼·E·斯塔瓦莱 申请人:Itt制造企业公司