專利名稱：改進的離心泵性能惡化檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及離心泵，以及更確切的，涉及用來確定一個離心泵惡化的一個被改進的方法和裝置。
背景技術(shù)：
如人們所知，一個離心泵具有配有葉片的一個輪子，并且被稱為一個葉輪。所述葉輪對經(jīng)過所述泵的流體給予運動。一個離心泵提供了一個相對穩(wěn)定的流體流。用來實現(xiàn)所需的水頭的壓力通過在所述旋轉(zhuǎn)葉輪中流體的離心加速來產(chǎn)生。所述流體從軸向流向所述葉輪，被它偏轉(zhuǎn)，然后通過所述葉片之間的孔流出。這樣，所述流體就經(jīng)歷了一個方向的變化并被加速。這在所述泵的出口產(chǎn)生了壓力的提高。當(dāng)離開所述葉輪時，所述流體可以首先通過一個固定葉片環(huán)，其圍繞著所述葉輪，并且一般被稱為一個擴散器。在該設(shè)備中，由于漸漸變寬的通道，所述流體的速度被減小，它的動能被轉(zhuǎn)換成壓力能量。當(dāng)然需要注意，在一些離心泵中沒有擴散器，以及所述流體直接從葉輪通過到所述渦旋。所述渦旋是所述泵的一個逐漸變寬的螺旋外殼。離心泵是被熟知的，并且被廣泛運用在許多不同的環(huán)境和應(yīng)用中。
所述現(xiàn)有技術(shù)也將離心泵稱為速度機器，這是因為所述泵操作需要，第一，所述液體速度的產(chǎn)生；第二，從速度水頭到一個壓力水頭的轉(zhuǎn)換。所述速度由所述旋轉(zhuǎn)葉輪給出，所述轉(zhuǎn)換在渦輪類型中通過擴散引導(dǎo)葉片完成，在所述渦旋類型泵中在圍繞所述葉片的渦旋外殼中產(chǎn)生。除了一些例外，所有的單級泵通常都是所述渦旋型的。離心泵的比速度Ns是NQ1/2/H3/4。一般的，N用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)來表達，Q用每分鐘加侖來表達，水頭(H)用英尺來表達。一個葉輪的比速度(specific speed)是它的類型的一個指標。用于高水頭的葉輪通常具有低的比速度，而用于低水頭的那些則具有高的比速度。所述比速度在確定所述最大吸入水頭中是一個有價值的指標，其可以被采用而沒有形成空洞或振動的危險，這兩者都對能力和效率有負面影響。離心泵的工作點是極其重要的。
現(xiàn)有技術(shù)中采用了多種普通方法來在所述離心泵的性能惡化時進行監(jiān)控和檢測。一個這樣的技術(shù)工作在固定速度的泵上。當(dāng)所述泵是新的時，所述流和總動態(tài)水頭(TDH)被測量。該信息被存儲為一個圖、表格或多項式曲線。隨著所述泵的老化，所述流和TDH被周期性的測量，并被與所述新的流和TDH相比較。如果在一個給定流的所述TDH降到低于一個預(yù)設(shè)的百分數(shù)，那么所述泵就已經(jīng)惡化到了一個水平，從而所述泵就需要被替換或改造。
一個第二技術(shù)工作在一個固定速度的泵上。所述流和剎車馬力(BHP)在所述泵是新的時候被測量。所述信息同樣被存儲為一個圖、表格或者多項式曲線。隨著所述泵的老化，所述流和BHP被周期性的測量，并且與原來的流和BHP相比較。如果在一個給定流和相同速度的BHP已經(jīng)提高到高于一個預(yù)設(shè)的百分數(shù)，那么所述泵和/或馬達就已經(jīng)惡化。需要進行進一步的調(diào)查來確定設(shè)備的哪個旋轉(zhuǎn)零件需要被修理或替換。這適用于比重或粘度不隨時間變化的抽運量。
在第三種情況中，對一個可變速度泵，所述流和TDH在所述泵是新的時候被測量。該信息還是被存儲為一系列圖、表格或多項式曲線。隨著所述泵的惡化，所述速度、流和TDH被周期性測量，并且與原來的流和TDH相比較，其使用了親和法則(Affinity Law)來將所述測量轉(zhuǎn)換成最近速度曲線。如果在一個給定流的TDH降到一個預(yù)設(shè)的百分數(shù)以下，那么所述泵就已經(jīng)惡化到了一個不期望的水平。該水平將意味著需要一個被改造的泵，或者所述泵必須被替換。
關(guān)于上文，可以看到某些方法需要購買和在所述泵上永久安裝四個分立傳感設(shè)備(傳感器)。這些設(shè)備將要來測量吸入壓力、排放壓力、溫度和流。所以，人們可以斷定，所述壓力測量設(shè)備是典型的壓力傳感器，而溫度設(shè)備可以是溫度敏感元件，例如電熱調(diào)節(jié)器等等，以及流測量設(shè)備也是人們熟知的。在安裝和維護這些傳感器中所涉及的資本支出是昂貴的，并且很大程度上提高了所述元件的成本。
從而，正如人們能斷言的，所述現(xiàn)有技術(shù)是昂貴的，并且需要使用附加的傳感設(shè)備，其被永久安裝并且成為所述泵的一部分。
一個解決辦法利用一個可變速度驅(qū)動(VSD)以用于所述馬達。所述驅(qū)動必須能夠描述所述馬達來獲得所述馬達提供的扭矩以及真實馬達運行速度。該特征一般被包含在現(xiàn)在大多數(shù)VSD中。還需要安裝一個附加的泵傳感器(跨所述泵的差分壓力、泵排出壓力或流)。需要注意，該方法明顯具有超過現(xiàn)在使用的現(xiàn)有方法的優(yōu)點來確定泵性能惡化。與其它一些系統(tǒng)需要四個相反，它只需要一個泵傳感器。盡管對它的專有目的非常適合，并且優(yōu)于現(xiàn)在正在使用的任何設(shè)備或例程來確定泵性能惡化，但該解決方法需要知道所述泵的性能，并且該信息必須被輸入到所述設(shè)備中。邏輯上，每個設(shè)備將具有對一個泵唯一的信息。該設(shè)備將只正常工作于所述的那個泵，或者最好情況下，所述的那個泵型號和尺寸。為了將所述設(shè)備附于其它泵將需要把所述新泵的水力數(shù)據(jù)編程到所述設(shè)備中。
所以本發(fā)明的一個目標就是要提供一個改進的方法和裝置，以檢測一個離心泵的惡化性能，而不需采用額外附加的傳感器設(shè)備并且無需泵水力信息。

發(fā)明內(nèi)容
用來確定一個離心泵裝置的性能惡化的一種系統(tǒng)，所述離心泵裝置包括由一個可變速度驅(qū)動馬達驅(qū)動的一個泵。所述系統(tǒng)包括在軟件控制下的一個處理器，所述軟件包括一個例程以描述相對于一個過程變量設(shè)定點的所述泵扭矩和速度。所述軟件還包括一個例程來相對所述被描述的泵扭矩和速度對所述泵性能的惡化作測試。


本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點以及新穎特征將在考慮附圖的同時從下面對本發(fā)明的詳細描述中變得更加清楚，在所述附圖中圖1中的示意圖表示了根據(jù)本發(fā)明一個方面由具有一個可變速度驅(qū)動的一個馬達所驅(qū)動的一個離心泵；圖2表示了速度對扭矩比的一個基線斜率的計算；圖3表示了圖2的所述基線斜率與一個測試斜率的比較；圖4是一個惡化測試過程的流程圖；圖5是在進行圖4所示過程時的測試數(shù)據(jù)結(jié)果的框圖；圖6是一個惡化測試過程的可替換流程圖；圖7是一個可替換示意圖，其表示了根據(jù)本發(fā)明一個方面具有一個可變速度驅(qū)動的一個離心泵；以及圖8是一個可替換示意圖，其表示了根據(jù)本發(fā)明一個方面具有一個可變速度驅(qū)動的一個離心泵。
具體實施例方式
參考圖1，其表示有一個典型的離心泵10的一個示意圖。所述離心泵10具有一個外殼11，它通過一個中心驅(qū)動軸14連接到一個泵馬達12。所述泵馬達12被連接到一個可變速度驅(qū)動16，它反過來被一個處理器18所控制。根據(jù)本發(fā)明，一個過程變量傳感器19被包含到所述離心泵的輸出以對至少一個泵參數(shù)進行傳感。正如本申請剩下部分所要討論的，所述過程變量傳感器是一個用來檢測所述泵的排出壓力的壓力傳感器。然而，本領(lǐng)域中熟悉技術(shù)的人將理解諸如差分壓力或流傳感器這樣的傳感器可以被使用，而不從本發(fā)明的原理偏移。
本質(zhì)上，箭頭線20代表了通過所述離心泵10的流體流。所述離心泵提供了一個相對穩(wěn)定的流。用來實現(xiàn)所需的傳送水頭的壓力被所述流體在旋轉(zhuǎn)葉輪(未示出)中的離心加速度所產(chǎn)生。本領(lǐng)域中熟悉技術(shù)的人將理解，所述泵的最優(yōu)操作是由所述流過程的特性規(guī)定的，在此特性，輸出壓力以及流速被設(shè)定來維持所述被驅(qū)動材料的液化。換句話說，如果所述壓力涉及諸如材料組分或操作溫度這樣的其它因素變得太高，那么所述材料可能蒸發(fā)，導(dǎo)致所述流的惡化，并且可能需要停止所述過程。
期望的壓力水平可以通過為所述泵設(shè)定一個壓力設(shè)定點來維持，并且可以被所述可變速度驅(qū)動所控制。用于馬達控制的可變驅(qū)動電路是被人們熟知的，以及，本質(zhì)上，一個可調(diào)變速馬達是速度能夠被調(diào)節(jié)的一種馬達。存在控制電路，它通過提供一個可變寬度和可變頻率的信號來控制所述馬達的速度，所述信號例如具有依賴于通過所述馬達的電流的一個占空比和一個頻率。這樣的控制設(shè)備被實施為利用電流反饋探測馬達速度。這樣的電路能夠通過改變所述脈寬以及脈沖頻率來控制所述馬達的速度。
一個可變速度驅(qū)動(VSD)，也被稱為一個可變頻率驅(qū)動(VFD)或可調(diào)速度驅(qū)動(ASD)，它是一個改變?nèi)喔袘?yīng)馬達的速度的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備。所述VSD采用的基本原理是改變它的輸出的頻率，其隨即改變了所述馬達的速度。
從節(jié)約能源的觀點，VSD已經(jīng)變成構(gòu)建功率系統(tǒng)中的重要部件。離心泵，以及離心和葉片軸風(fēng)扇具有可變扭矩負載。驅(qū)動所述風(fēng)扇或泵所需的扭矩正比于所述速度的平方。由于扭矩和馬力(hp)按照一個速度的函數(shù)彼此相關(guān)，所以hp需求正比于所述速度的立方。
該關(guān)系指示了，如果所述風(fēng)扇或泵的速度能夠被調(diào)制，那么驅(qū)動所述風(fēng)扇或泵的hp就以所述速度的立方增加或減小。所以，一個VSD的使用能夠向所述馬達僅僅傳送在所述期望水平驅(qū)動所述負載所需的功率。
如圖1所示，有一個處理器18，它本質(zhì)上可以被包括在所述可變速度驅(qū)動電路(VSD)中，并且對馬達旋轉(zhuǎn)或扭矩作響應(yīng)。有利的，正如將要解釋的，所述處理器的功能是提供一個裝置，所述泵可以通過其被進行惡化測試，而不需對所述處理器預(yù)先下載對應(yīng)所述泵性能歷史的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的該過程一般是在被調(diào)整來操作所述VSD的處理器的軟件形式中，或者在與一個VSD進行信號通信的一個處理器中，所述VSD類型被調(diào)整來從一個遠程處理器接收指令。此外，所述軟件還能夠在任何可編程邏輯控制器、計算機或者其它設(shè)備，所述這些設(shè)備能夠測量一個可調(diào)整速度驅(qū)動(馬達、渦輪變速箱等)與泵之間的扭矩和速度，一個過程變量(例如排出壓力或流)，并且能夠改變所述VSD的速度。
參考圖2，所述軟件在初始啟動或在要求啟動之后開始，以通過讀取和記錄一個過程變量(Pv)來描述所述泵的性能，所述過程變量例如壓力、驅(qū)動器對泵扭矩(Tq)和泵速(Nr)。本說明書全文中使用的扭矩指的是在所述驅(qū)動器和泵之間的機械連接中所測量的扭矩。這是在特定的速度間隔進行的，直到所述過程變量設(shè)定點已經(jīng)到達，或者所述馬達的最大速度被實現(xiàn)。最少四個數(shù)據(jù)組被希望以用于充足的泵基線信息；然而，附加的數(shù)據(jù)組是期望的。例如，圖2表示了一個過程變量對扭矩的關(guān)系圖22，以及過程變量對速度24的關(guān)系圖(數(shù)據(jù)點26-32為扭矩，以及，數(shù)據(jù)點34-40為速度)，其中七個數(shù)據(jù)組從600rpm到大約1800rpm按200rpm的速度間隔被記錄。利用從啟動的列表數(shù)據(jù)，曲線擬和例程被用于所述數(shù)據(jù)來確定一個描述了扭矩和速度數(shù)據(jù)隨過程變量的曲線函數(shù)。例如，所述過程變量對扭矩是一個直線函數(shù)，其中排出壓力是所述過程變量。
Tq＝A*Pv+B本領(lǐng)域中熟悉技術(shù)的人將理解，當(dāng)所述過程變量被改變時，其它曲線擬和技術(shù)可以被使用。
對于所述過程變量(Pv)對速度(Nr)，一個二階多項式函數(shù)被計算，其使用了諸如多項式迭代的多項式曲線擬和技術(shù)。
Nr＝A*Pv^2+B*Pv+C利用決定了Pv對Tq以及Pv對Nr的所述函數(shù)，在所述過程設(shè)定點(Pvset)的所述扭矩(Tqset)以及速度值(Nrset)被認為是基數(shù)據(jù)。同樣，在Pvset正/負百分之五處的扭矩值(Tqset@±5％Pvset)以及速度值(Nrset@±5％Pvset)被導(dǎo)出來產(chǎn)生下列基數(shù)據(jù)表格。
Pvset-5％ Tqset@-5％PvsetNrset@-5％PvsetPvset Tqset NrsetPvset+5％ Tqset@+5％PvsetNrset@+5％Pvset通過參考圖3，扭矩對速度的百分變化(％Tq對％Nr)被繪制出，其使用了用下列關(guān)系計算的在Pvset正/負百分之5處的扭矩和速度的百分比變化值％Tqset＝(Tqset-Tqset@±5％Pvset)/Tqset*100％Nrset＝(Nrset-Nrset@±5％Pvset)/Nrset*100百分比變化高值的坐標(Tqset@+5％Pvset，Nrset@+5％Pvset)42和百分比變化低值的坐標(Tqset@-5％Pvset，Nrset@-5％Pvset)44被繪出，以及延伸于這兩點之間的一條基線46被計算。
速度百分比變化除以扭矩百分比變化得到的比值是基線斜率。同樣，所述基線與所述y軸的截點48被計算，并且已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)一般位于速度百分比變化的零值或附近，所述y軸代表速度百分比變化。對于在一個給定處理設(shè)定點的一個給定泵，所述泵具有變化的吸入壓力條件(假設(shè)可以有足夠的凈正吸入水頭(NPSHa)的條件)和變化的系統(tǒng)條件，所述基線斜率對于一個適當(dāng)工作的泵被假定不變。
一旦所述初始基線已經(jīng)被收集，并且通過繼續(xù)參考圖3，所述泵通過抖動所述泵來被周期性的測試惡化程度(速度被提高然后降低到所述設(shè)定點值的一個選定的上下百分比)，并且扭矩、速度和過程變量數(shù)據(jù)在所述過程變量設(shè)定點以及高和低抖動速度點被收集。被收集的數(shù)據(jù)示于下表
PvtestLOWTqtestLOWNrtestLOWPvtestSPTqtestSPNrtestSPPvtestHIGHTqtestHIGHNrtestHIGH用于扭矩(Tqset)和速度(Nrset)的基數(shù)據(jù)被用作參考，來分別按照下列關(guān)系計算在所述高和低抖動點的所述測試扭矩和速度的百分比改變％Tqset＝(Tqset-TqsetLOW/HIGH)/Tqset*100％Nrset＝(Nrset-NrsetLOW/HIGH)/Nrset*100百分比變化高值的坐標(TqsetHIGH，NrsetHIGH)50和百分比變化低值的坐標(TqsetLOW，NrsetLOW)52被繪出，以及延伸于這兩點之間的一條基線54被計算。
一個斜率和對所述y軸56的截點被計算以用于所述測試線54。所述測試線的斜率必須在所述基線斜率的θ＝5度以內(nèi)，否則所述數(shù)據(jù)就被假設(shè)在系統(tǒng)或吸入改變中已經(jīng)獲得，并且不是有效的。所述基線y軸截點值與所述測試線y軸截點的值的差別(Δ)是將要決定所述泵是否惡化的值。對于流作為所述過程變量，所述過程傳感器是一個流傳感器，一般一個Δ＝3％或更大的截點代表了一個惡化的泵。當(dāng)壓力被作為所述過程變量，所述過程傳感器是一個壓力傳感器，一般一個Δ＝6％或更大的截點代表了一個惡化的泵。上述的百分數(shù)能夠根據(jù)所述整體系統(tǒng)的操作條件來被增加，以識別泵惡化的更高的值。需要注意，如果存在一個新的過程設(shè)定點值，那么所述設(shè)備需要被命令來重新計算所述扭矩和速度基數(shù)據(jù)值連同一個新的基線斜率值。這些值是在啟動期間從所述列表數(shù)據(jù)中獲得的。然后，所述設(shè)備使用所述新設(shè)定點值以用于所述過程變量、扭矩和速度，并且在惡化測試中將它們與所述泵的真實扭矩和速度測量相比較。
通過參考圖4，一個示例流程圖按下文被闡述，其表示了所述處理器相對所述泵、馬達和可變速度驅(qū)動的操作。所述例程本質(zhì)上包括兩個例程，一個“描述泵”例程以及“惡化測試”例程。所述例程最好在泵操作的開始在步驟60被啟動。在步驟62作一個檢查，以確定一個啟動數(shù)據(jù)文件是否已經(jīng)被創(chuàng)建。如果所述文件存在，那么就在步驟64作一個檢查，以確定是否已經(jīng)作出了一個用戶請求來獲得新的啟動數(shù)據(jù)，如果沒有作出請求，那么所述例程就跳過所述“描述泵”例程，然后跳到步驟74。否則，所述例程就在步驟66收集數(shù)據(jù)來建立一個操作基線。
“描述泵”例程在步驟66，所述例程在規(guī)則的預(yù)定間隔收集驅(qū)動器對泵扭矩(Tq)，泵速度(Nr)以及過程變量(Pv)數(shù)據(jù)。為了說明的目的，所述過程變量是壓力，并且所述數(shù)據(jù)在所述泵速度每提高200RPM的間隔被收集。所述間隔速率必須被設(shè)定，從而使得在一般在所述操作速度的至少50％上最好可以收集四個數(shù)據(jù)組。這是操作速度要么是所述泵的最大速度、要么在所述壓力設(shè)定點值。關(guān)于要測試到最大速度還是所述過程變量設(shè)定點的決定可以是一個因應(yīng)用而具體的決定。例如，當(dāng)希望保持液化時，可能最好測試到所述過程變量設(shè)定點。在完成數(shù)據(jù)收集后，用來計算相對所述過程變量的扭矩和速度的函數(shù)在步驟68通過曲線擬和例程被導(dǎo)出。
在步驟70，利用所述函數(shù)來計算扭矩和速度，所述扭矩和速度是作為參考的所述過程變量和所述過程設(shè)定點的一個函數(shù)，作為參考，一個基數(shù)據(jù)表被計算。從所述基數(shù)據(jù)表格，扭矩的百分比變化和速度的百分比變化的值被計算，繪制，并且?guī)в衴軸截點48的一個基線46基線斜率如上所述參考圖2被得到。繼續(xù)參考圖4，在步驟72，在所述過程變量設(shè)定點的速度和扭矩值被存儲，以用于“惡化測試”例程。在步驟74，所述例程進入一個DO循環(huán)，或者執(zhí)行其它任務(wù)，與此同時等待一個中斷信號來指示一個“惡化測試”例程已經(jīng)被請求或必須被啟動。所述“惡化測試”例程可以出現(xiàn)在預(yù)定的間隔或者可以由用戶手動啟動。
“惡化測試”例程在步驟74，所述“惡化測試”例程開始于首先在步驟76進行檢查，以確保所述過程變量設(shè)定點沒有改變。所述過程變量設(shè)定點的一個變化會帶來一個錯誤的惡化指示。如果所述過程變量已經(jīng)改變，那么所述例程返回到步驟70來從所述新過程變量設(shè)定點計算新的速度和扭矩值。否則，所述例程繼續(xù)到步驟78來收集在高和低抖動點的測試扭矩和速度數(shù)據(jù)，并計算一個平均扭矩和速度值。如果在步驟80，所述平均扭矩和速度值偏離所述扭矩和速度設(shè)定點不大于5％，那么所述泵性能就沒有充分改變來證實一個惡化評價，并且所述例程回到步驟74。否則，抖動被改變到相對于所述過程變量設(shè)定點的速度(Nrset)的高和低值。例如，圖4示出了所述高和低值是在所述過程變量設(shè)定點的速度的+/-5％。然后，數(shù)據(jù)在步驟82被收集以用于高、低以及過程變量設(shè)定點值處的過程變量(Pvtest)、扭矩(Tqtest)以及速度(Nrtest)。本領(lǐng)域中熟悉技術(shù)的人將明白，根據(jù)一個特定過程的需要，步驟82的抖動數(shù)據(jù)收集可以被重復(fù)，并且被收集的數(shù)據(jù)的量可以是根據(jù)所述總體系統(tǒng)特性而具體確定的。在收集完所述數(shù)據(jù)之后，在步驟84，在高和低測試點，通過參考基線值，利用參考上述圖2的所述公式，扭矩相對于速度的百分比變化被計算。在步驟86，被收集的測試數(shù)據(jù)的斜率連同到所述y軸的截點(圖3)被計算。繼續(xù)參考圖4，在步驟88，所述測試斜率對所述基線斜率被作檢查，以及，如果所述差別大于θ＝5度，那么系統(tǒng)或吸入改變就被假設(shè)已經(jīng)發(fā)生，所述數(shù)據(jù)無效，并且所述例程返回到步驟74。否則，如果所述數(shù)據(jù)是有效的，那么所述基線和測試線對所述y軸的截點就在步驟90被比較。如果當(dāng)所述過程變量是流時，所述基線和所述測試線的y軸截點差別大于Δ＝3％，或者當(dāng)所述過程變量是壓力時，所述差別大于Δ＝6％，那么泵惡化就被假設(shè)已經(jīng)發(fā)生，并且在步驟92一個警告或報告就被產(chǎn)生給所述用戶。給定所述基線斜率對y軸的截點在零或其附近，該計算可以通過計算所述測試斜率在y軸的截點距離零的差別來得到簡化，而沒有流和壓力百分比差值閾值的任何改變。需要注意，在泵惡化被認為一般不重要的系統(tǒng)中，所述百分比差值可被提高，或者可以根據(jù)總體系統(tǒng)操作參數(shù)來改變。如果沒有發(fā)現(xiàn)惡化，那么所述扭矩和速度設(shè)定點就被設(shè)定到在步驟94獲得的扭矩和速度的平均值，并且所述例程返回步驟74。
示例結(jié)果通過參考圖5，利用一個壓力傳感器作為所述過程變量的一個惡化VSD泵的示例結(jié)果在圖4的軟件例程的不同階段被得出。所述“描述泵”例程從“A”所代表的地方開始，并且所述例程確定了測量要被進行，所述表格96代表了在啟動過程中測量的Pv、Tq和Nr值，其中數(shù)據(jù)從600到～1800rpm按200rpm的增量在步驟66(圖4)被記錄。然后，所述結(jié)果在步驟68(圖4)通過曲線擬和例程被處理。圖表98(圖5)代表了所述曲線擬和例程的結(jié)果，其確定了定義速度100和扭矩102相對于壓力的函數(shù)。所述扭矩和速度線利用傳統(tǒng)的曲線擬和技術(shù)被計算。在步驟70(圖4)計算的所述基數(shù)據(jù)表格102被示于框106，其中所述壓力設(shè)定點108被定義為75psi，并且壓力的正/負百分之5的值分別為78.8和71.3。作為所述過程變量設(shè)定點函數(shù)的扭矩(Tqset)和速度(Nrset)的值110、112，以及所述過程變量的正或負百分數(shù)同樣被記錄在所述表格中。然后，從該數(shù)據(jù)，表示了扭矩116和速度118的百分比差別的表格114在步驟70(圖4)從下列公式被計算％Tqset＝(Tqset-Tqset@±5％Pvset)/Tqset*100％Nrset＝(Nrset-Nrset@±5％Pvset)/Nrset*100對所述壓力設(shè)定點正/負百分之5的扭矩和速度的百分比差別被繪制120、122，并且一條基線124被畫在所述兩點之間。然后，所述基線斜率以及y軸截點126被計算。
在所述“惡化測試”例程中，所述壓力測量被進行在所述值為75psi的壓力設(shè)定點130，以及在所述壓力設(shè)定點值的正/負百分之5的抖動率處。由于抖動被描述在速度的正/負百分之5，所以這些結(jié)果與圖4流程圖步驟82稍有不同。讀者將會理解，過程變量、扭矩或速度的任何測量結(jié)果都可以在數(shù)據(jù)收集中被用來確定高和低抖動點，而不從本發(fā)明偏離。所述被收集的數(shù)據(jù)被制成表132，然后被用來在步驟84(圖4)從下列公式確定扭矩134和速度136的百分比差別
％Tqset＝(Tqset-TqsetLOW/HIGH)/Tqset*100％Nrset＝(Nrset-NrsetLOW/HIGH)/Nrset*100對高和低測量值的扭矩和速度的百分比差別被繪制138、140，以及一條測試線142被畫在所述兩點之間。然后，所述基線斜率和y軸截點144在步驟86(圖4)被計算。在本例中，所述基線斜率的差別在步驟88(圖4)低于θ＝5度，但所述y軸截點146的差別(Δ)在步驟90(圖4)被發(fā)現(xiàn)高于6％，從而所述例程將在步驟92(圖4)報告148所述泵已經(jīng)惡化。
如圖2、3和5所示的數(shù)據(jù)可以自動獲取或存儲在每個泵的處理器的存儲器中。讀者將理解，手動配置所述處理器來操作一個特定泵的成本已經(jīng)被去除。所述技術(shù)能夠被用作任何類似泵設(shè)備的冗余檢查，從而進一步減少了由錯誤或未連接傳感器所產(chǎn)生的錯誤報警。
通過參考圖6，一個可替換實施例的流程圖如下被闡述，其表示了所述處理器相對所述泵、馬達以及可變速度驅(qū)動的操作。與圖4的流程圖類似，圖6所示的例程包括兩個例程，也就是一個“描述泵”例程以及“惡化測試”例程。該可替換例程在所述“描述泵”例程中提供了不同的數(shù)據(jù)收集例程，并且允許所述用戶選擇性的將該特性關(guān)閉。所述例程最好在步驟150在泵操作的開始處啟動。在步驟152作一個檢查，以確定所述用戶是否已經(jīng)將泵惡化選擇為一個選項。所述用戶選擇可以是一個標記的形式，或者其它傳統(tǒng)的編程開關(guān)。在一個實施例中，所述用戶可能被請求來輸入一個泵惡化的百分數(shù)，其被作為應(yīng)用于其中包含泵的系統(tǒng)的一個具體閾值。如果所述惡化選項沒有被選擇，那么所述例程就中止在步驟154。否則，一個小時計變量就在步驟156被設(shè)定，以建立“惡化測試”例程之間的時間間隔。該變量可以由所述用戶輸入，或者可以是所述軟件提供的一個默認值。在步驟158作一個檢查來確定一個啟動數(shù)據(jù)文件是否已經(jīng)被建立。如果沒有文件存在，那么所述例程就跳到步驟162。否則，如果所述文件存在，那么就在步驟160作一個檢查，以確定是否已經(jīng)作出了一個獲得新啟動數(shù)據(jù)的用戶請求，如果沒有作出請求，那么所述例程就跳過所述“描述泵”例程，并且跳到步驟168。否則，所述例程就在步驟162收集啟動數(shù)據(jù)來建立一個操作基線。
“描述泵”例程在步驟162，所述例程將所述馬達速度穩(wěn)定在最大速度的25％，其中安裝在系統(tǒng)中的VFD的最大速度一般被設(shè)定為運行所述泵的系統(tǒng)參數(shù)所能忍受的最大速度。然后，所述例程測量并記錄所述過程變量(Pv)、速度(Nr)以及驅(qū)動器對泵扭矩(Tq)。然后，所述速度被增加所述最大速度的15％，并且所述測量被重復(fù)。這一流程被重復(fù)到在所述最大速度的100％作出測量為止。讀者將理解，該數(shù)據(jù)收集方法允許所述例程在不考慮最大速度變化的情況下每次收集六個測量。圖4的例程依賴于諸如200rpm這樣的恒定值來提高速度，并且，對于低最大速度，其會有收集少于四個測量的危險。這一個問題在圖6的本實施例中已經(jīng)被消除。在完成數(shù)據(jù)收集后，在步驟164對每個數(shù)據(jù)組，所述扭矩和速度被分別對所述收集的過程變量數(shù)據(jù)制表。
在步驟166，利用所述函數(shù)來計算扭矩和速度，所述扭矩和速度是作為所述過程變量和所述過程設(shè)定點的一個函數(shù)，作為參考，一個基數(shù)據(jù)表被計算。然后，扭矩百分比變化關(guān)于速度值百分比變化的關(guān)系被計算、繪制，并且一個基線46、基線斜率與y軸48截點按照上文參考圖2所描述的被獲得。所述基數(shù)據(jù)以及基線信息被存儲，以用于所述“惡化測試”例程。在步驟168，所述例程進入一個DO循環(huán)，或者執(zhí)行其它任務(wù)，并且等待一個中斷來指示逝去時間等于或大于所述小時計變量中所定義的時間間隔。在完成所述循環(huán)或者在接收到一個中斷信號后，所述“惡化測試”例程就被啟動。
“惡化測試”例程一旦所述處理已經(jīng)在步驟168觸發(fā)了所述“惡化測試”例程，那么所述“惡化測試”例程就首先在步驟170檢查來確保所述過程變量設(shè)定點沒有改變。過程變量設(shè)定點的一個改變將提供惡化已經(jīng)發(fā)生的一個錯誤指示。如果所述過程變量已經(jīng)改變，那么所述例程返回到步驟166來用新的過程變量設(shè)定點(Pvset)計算新的速度(Nrset)和扭矩(Tqset)的值。否則，所述例程繼續(xù)到步驟172來收集在所述過程變量設(shè)定點的扭矩和速度數(shù)據(jù)，并且一個平均速度值被確定。然后，所述泵在所述平均速度值的±百分之5抖動。所述過程變量(Pvtest)、扭矩(Tqset)和速度(Nrtest)在三個速度被測量，所述三個速度也就是所述過程變量設(shè)定點平均速度、百分之+5的平均速度(高)和百分之-5的平均速度(低)。在步驟174，通過參考在高和低測試點的基線值，利用上述公式，扭矩相對于速度數(shù)據(jù)的百分比變化被計算。然后，所述高和低測試點被繪制以建立一條測試線，并且所述測試線的斜率連同對y軸的截點(圖3)一起被計算。繼續(xù)參考圖6，在步驟176對所述測試線斜率到基線斜率作一個檢查，如果在步驟178所述差別(Δ)大于5度(20％)，那么系統(tǒng)或吸入改變就被假設(shè)已經(jīng)發(fā)生，所述數(shù)據(jù)無效，并且在步驟180所述小時計變量被復(fù)位，以及所述例程返回到步驟168。否則，如果所述數(shù)據(jù)是有效的，那么所述基線和測試線的y軸截點差別就在步驟182被計算。如果當(dāng)所述過程變量是流，所述差別離開所述設(shè)定點大于Δ＝3％，或者當(dāng)所述過程變量是壓力，所述差別離開所述設(shè)定點大于Δ＝6％，那么一個10％的泵惡化就被假設(shè)已經(jīng)發(fā)生，并且一個警告或報告在步驟184被產(chǎn)生給所述用戶。這里在步驟184所給的值對末端抽入類型泵是典型的。需要注意，在泵惡化被一般認為不重要的情況下，所述百分比差別可以被提高，或者根據(jù)總體系統(tǒng)操作參數(shù)來變化。否則，所述小時計變量在步驟180被復(fù)位，并且所述例程返回到步驟168。
參考圖7，一個可替換實施例被表示，其中所述處理器18可以被置于所述泵裝置的遠程地點，所述泵裝置具有一個泵10、馬達12以及可變速度驅(qū)動16，其中所述處理器18與所述可變速度驅(qū)動之間進行由線190代表的信號通信。所述信號通信裝置190可以包括一條數(shù)據(jù)電纜或無線通信，以及通過一條電話線的遠程撥入通信。
參考圖8，一個可替換實施例被表示，其中所述處理器18可以被置于多個泵裝置的遠程地點，所述多個泵裝置具有一個泵10、馬達12和可變速度驅(qū)動。所述處理器18與每個所述泵裝置之間進行由線192-194代表的信號通信。讀者將理解，所述處理器可以被用來對每個泵進行惡化測試，其通過自動獲取泵操作特性來實現(xiàn)而無需手動輸入數(shù)據(jù)。所述信號通信裝置可以包括上文對圖7討論的裝置的任何組合，或者后來想到的其它信號通信裝置。
盡管本發(fā)明已經(jīng)通過實施例來得到描述，但它不被限制于此。而是所附的權(quán)利要求應(yīng)該被廣義理解，來包括本發(fā)明的其它變化和實施例，這可以由本領(lǐng)域熟悉技術(shù)的人來完成，而不偏離本發(fā)明等價的范圍和領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.由一個處理器實施的、確定一個離心泵裝置性能惡化的一種方法，所述離心泵裝置具有一個泵，所述泵被帶有一個可變速度驅(qū)動的馬達所驅(qū)動，所述方法包括步驟在泵啟動后，自動描述相對于一個過程變量設(shè)定點的所述泵扭矩和速度；以及相對于所述被描述的泵扭矩和速度，對所述泵性能的惡化作測試。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述描述步驟在所述泵的啟動之后開始。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述描述步驟包括測量泵扭矩、速度以及至少一次過程變量來獲得一個數(shù)據(jù)組的步驟。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述測量步驟被重復(fù)。
5.權(quán)利要求3所述的方法，其中所述測量步驟至少被重復(fù)三次。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中測量步驟在泵速的等值增大變化時被重復(fù)。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述描述步驟包括確定相對于所述過程變量設(shè)定點的一個扭矩和速度設(shè)定點。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述過程變量從包括壓力和流的組中被選擇。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述測試步驟包括抖動所述泵。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述測試步驟包括在抖動期間測量泵扭矩和速度，并且比較所述被測量的扭矩和速度與被描述扭矩和速度以確定惡化。
11.權(quán)利要求9所述的方法，其中所述測試步驟包括在抖動期間測量泵扭矩和速度，并且將相對于被描述速度和扭矩的被測量速度對扭矩的一個百分比變化與被描述速度對扭矩的一個百分比變化相比較，以確定惡化。
12.用來確定一個離心泵惡化的一種方法，所述方法獨立地利用與所述泵相關(guān)的水壓信息，所以就獨立于所述泵，所述方法包括步驟通過在所述泵的啟動期間在規(guī)則的間隔測量和記錄泵扭矩、泵速和所述過程變量，來自動描述相對于一個過程變量設(shè)定點的所述泵扭矩和速度，并且從所述被記錄的泵扭矩、泵速和過程變量，確定在所述過程變量設(shè)定點的一個泵扭矩和速度；以及當(dāng)進行抖動所述泵的操作時，通過測量和記錄泵扭矩和速度以及所述過程變量，相對于所述被描述的扭矩和速度對所述泵的性能作惡化測試，以及，在完成所述泵的抖動后，將抖動中的所述被記錄的泵扭矩和速度與所述被描述的扭矩和速度相比較，以確定惡化。
13.用來監(jiān)控具有一個可變速度驅(qū)動馬達的泵裝置的一個設(shè)備包括傳感器，所述傳感器被用來監(jiān)控泵速度、扭矩以及至少一個過程變量；一個處理器，所述處理器與所述傳感器和所述可變速度驅(qū)動馬達進行信號通信；軟件，所述軟件被所述處理器用來在泵啟動時相對于一個操作閾值描述泵扭矩和速度。
14.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述軟件還被調(diào)整來相對所述被描述的泵扭矩和速度對所述泵性能作惡化測試。
15.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述操作閾值是一個過程變量設(shè)定點。
16.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述操作閾值是一個過程變量閾值，其被從包括壓力和流的所述組中選出。
17.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述處理器被包括在所述可變速度驅(qū)動馬達中。
18.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述處理器位于所述泵裝置的遠程位置，并且通過通信裝置被連接。
19.權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述處理器被連接到多個泵裝置。
20.權(quán)利要求14所述的設(shè)備包括用來報告泵惡化的裝置。
全文摘要
一個用來確定一個離心泵裝置是否惡化的裝置，所述惡化是指工作在可接受的操作極限以外，以及包括一個處理器，其被軟件調(diào)整來進行在預(yù)定的操作水平自動描述所述泵的特征的步驟，以及利用所述自動獲取的泵特征進行惡化測試的步驟。
文檔編號G06F19/00GK1777738SQ200380109326
公開日2006年5月24日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者尤金·P·薩賓尼, 耶羅默·A·洛倫茨 申請人:Itt制造企業(yè)公司