Способ, устройство и средство привода возвратно-поступательного линейного насоса двустороннего действия - RU2554703C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к способу управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

Изобретение также относится к устройству управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательный насосом двустороннего действия.

Наконец, изобретение относится к средству привода, механически соединенному с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

Известны возвратно-поступательные линейные насосы двустороннего действия для жидких или тестообразных продуктов, механически соединенные с системами управления электродвигателем. Принцип действия таких линейных насосов основан на использовании заданного хода поршня, после чего его направление изменяется на обратное, и такой же заданный ход поршня происходит в обратном направлении. Перемещение поршня насоса может изменяться с направления вытеснения компонента на направления всасывания и вытеснения компонента и наоборот. В контур накачки входят впускной клапан и нагнетательный клапан, которые в обоих случаях соединены с насосом.

В результате изменения направления хода на обратное происходит резкое снижение давления, за которым сразу следует всплеск давления потока жидкого или тестообразного продукта, нагнетаемого насосом. Когда направление хода насоса изменяется на обратное, клапаны, которые сдерживают жидкий или тестообразный продукт в возвратно-поступательном насосе, также могут способствовать происходящим при этом колебаниям давления.

Известны системы привода линейных возвратно-поступательных насосов посредством электрических двигателей и электрических регуляторов для регулирования частоты вращения двигателя в зависимости от давления или нагнетания жидкого или тестообразного продукта, оснащенные выключателями для прекращения подачи энергии в двигатель, если имеет место блокирование давления.

Тем не менее эффект изменения направления на обратное усиливается инерцией электропривода, механически соединенного с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, в результате чего во время изменения направления на обратное происходит более длительное падение давления и более сильный всплеск давления.

Первой задачей изобретения является усовершенствование известного уровня техники за счет нового способа управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

Второй задачей изобретения является создание нового устройства управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

Третьей задачей изобретения является создание нового средства привода, механически соединенного с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

В изобретении предложен способ управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, включающий стадии, на которых:

а) осуществляют регулирование частоты вращения на стадиях хода поршня вверх или вниз,

б) осуществляют регулирование крутящего момента сразу после изменения направления хода на обратное с целью обеспечения преимущественно постоянной скорости потока перекачиваемого жидкого или тестообразного продукта и одновременного ослабления импульсов давления во время работы насоса. Согласно другим альтернативным признакам изобретения:

регистрируют крутящий момент на стадиях хода поршня вверх или вниз, чтобы вывести, исходя из него, заданное значение крутящего момента для регулирования крутящего момента на следующей стадии изменения направления на обратное,

ускоряют средство привода сразу после изменения направления хода на обратное,

переводят переключатель из режима регулирования крутящего момента в режим регулирования частоты вращения, когда значение какого-либо физического параметра превышает величину, отражающую величину крутящего момента.

Физическим параметром, отражающим величину крутящего момента, может являться измеренное давление жидкого или тестообразного продукта, нагнетаемого возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

В изобретении также предложено устройство управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, содержащее средство регулирования частоты вращения на стадии хода поршня вверх или вниз, средство регулирования крутящего момента сразу после изменения направления хода на обратное, средство измерения физического параметра, отражающего величину крутящего момента, и(или) регистрации крутящего момента на стадии хода поршня вверх или вниз и средство ускорения средства привода после изменения направления хода на обратное.

Согласно одному из выгодных признаков изобретения средство измерения физического параметра, отражающего величину крутящего момента, представляет собой датчик давления жидкого или тестообразного продукта, нагнетаемого возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

Наконец, в изобретении предложено средство привода, механически соединенное с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия и содержащее редукторный электродвигатель с датчиком положения, соединенным с механической трансмиссией, связанной с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, и датчик давления для определения давления жидкого или тестообразного продукта, нагнетаемого возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия.

Согласно другим альтернативным признакам изобретения:

механическая трансмиссия имеет роликовый или шариковый ходовой винт, который преобразует вращательное движение редукторного электродвигателя в прямолинейное движение, сообщаемое возвратно-поступательному линейному насосу двустороннего действия,

средство привода имеет регулятор, регулирующий частоту вращения двигателя в том или ином направлении в зависимости от положения двигателя согласно показаниям датчика положения и обеспечивающий регулирование частоты вращения на стадии хода только в одном направлении и регулирование крутящего момента сразу после изменения направления на обратное, и средство запоминания рабочего крутящего момента двигателя на стадии хода только в одном направлении.

Изобретение будет лучше понято из следующего далее описания не ограничивающего примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

на фиг.1 показана блок-схема способа управления согласно изобретению,

на фиг.2 показана временная диаграмма шагов способа управления согласно изобретению, проиллюстрированного на фиг.1,

на фиг.3 показана блок-схема способа средства привода согласно изобретению.

Как показано на фиг.1, способ управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, включает шаги 100-119 и 201-203.

Способ начинается на шаге 100 начала рабочего цикла.

На шаге 101 регистрируют заданное значение нагнетания, введенное оператором посредством человеко-машинного интерфейса, и преобразуют его в абсолютное заданное значение частоты вращения для регулирования частоты вращения приводного электродвигателя на стадии хода только в одном направлении.

На шаге 102 осуществляют регулирование частоты вращения электродвигателя только в одном направлении с преобразованием в прямолинейное движение, например, в ход вниз поршня насоса двустороннего действия, механически соединенного с электродвигателем.

При выполнении шага 102 на параллельном шаге 202 регистрируют крутящий момент электродвигателя в человеко-машинном интерфейсе или каком-либо ином запоминающем устройстве.

На шаге 103 проверяют, не приближается ли нижнее положение или положение окончания хода поршня.

Если не требуется изменять интенсивность нагнетания, способ возвращается к шагу 102 после шага 118, на котором проверяют, поддерживается ли интенсивность нагнетания или заданная частота вращения.

Если на шаге 118 обнаружено изменение интенсивности нагнетания или заданной частоты вращения, регистрируют эту новую интенсивность нагнетания или заданную частоту вращения, и на шаге 119 вносят соответствующее изменение в крутящий момент с помощью регулятора, который регулирует работу электродвигателя. Затем способ возвращается к шагу 102, на котором используют эти новые значения заданной частоты вращения и крутящего момента.

Если на шаге 103 обнаружено нижнее положение или положение окончания хода поршня, способ переходит к шагу 104, на котором снижают частоту вращения электродвигателя, а затем к шагу 105, на котором изменяют направление вращения электродвигателя на обратное, соответствующее изменению направления линейного перемещения возвратно-поступательного линейного насоса двустороннего действия на обратное.

На шаге 106 сразу после изменения направления хода насоса и направления вращения электродвигателя на обратное осуществляют ускорение путем регулирования крутящего момента с целью компенсации падения давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта, которое вызвано изменением направления на обратное. Таким образом, это регулирование крутящего момента после изменения направления на обратное позволяет обеспечивать постоянную интенсивность нагнетания и лучше осуществлять рекомпрессию, например, во время хода вверх поршня насоса двустороннего действия, механически соединенного с электродвигателем.

Регулирование крутящего момента осуществляют по замкнутому циклу преимущественно с использованием в качестве параметра обратной связи давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта, поскольку зависимость между крутящим моментом двигателя и давлением нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта позволяет использовать давление нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта в качестве физического параметра, отражающего крутящий момент двигателя.

За счет этой зависимости можно имитировать или заменять непрерывное измерение крутящего момента непрерывным измерением давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта на стадии хода только в одном направлении.

Значения крутящего момента двигателя или давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта, зарегистрированные на шаге 203 хода только в одном направлении предыдущего цикла, используют, например, во время хода вверх поршня насоса двустороннего действия, механически соединенного с электродвигателем, в качестве заданного значения регулирования крутящего момента на шаге 107.

На шаге 108, когда давление на выходе насоса сравнивается с давлением, измеренным во время движения только в одном направлении на предыдущем шаге, или превышает его, или, когда крутящий момент двигателя превышает крутящий момент, измеренный во время движения только в одном направлении на шаге 203 движения только в одном направлении предыдущего цикла, например, при ходе поршня вверх, способ переходит к шагу 109 регулирования частоты вращения.

Если это значение не достигнуто, способ возвращается от шага 108 к шагу 107, пока не будет достигнуто соответствующее значение или значения.

На шаге 109 насос работает в режиме только одного направления хода, например, хода вверх поршня, пока на шаге 110 не будет обнаружено, что достигнуто верхнее положение или положение окончания хода поршня.

Если на шаге 110 не обнаружено это верхнее положение или положение окончания хода поршня, способ возвращается к шагу 109 посредством шага 116, на котором проверяют, не изменилось ли заданное значение нагнетания жидкого или тестообразного продукта, и, возможно, шага 117, на котором регистрируют новое заданное значение, преобразованное в частоту вращения двигателя с соответствующим изменением крутящего момента.

Если на шаге 110 обнаружено это верхнее положение или положение окончания хода поршня, способ продолжается на шаге 111, на котором замедляют частоту вращения двигателя и останавливают его.

Затем способ продолжается на шаге 112, на котором изменяют направление на обратное, после чего сразу переходят к регулированию крутящего момента двигателя, и на шаге 113, на котором осуществляют ускорение с целью компенсации падения давления при регулировании крутящего момента двигателя.

На шаге 114 осуществляют регулирование крутящего момента с использованием заданного значения, зарегистрированного во время движения только в одном направлении на предыдущем шаге 202 движения только в одном направлении предыдущего цикла, например, во время хода поршня вниз, при этом упомянутым заданным значением может являться непосредственное значение крутящего момента двигателя или значение крутящего момента двигателя, определенное путем преобразования характерного физического параметра, такого как давление нагнетаемого насосом жидкого или тестообразного продукта.

На шаге 115 проверяют, не превышает ли значение крутящего момента двигателя значение, зарегистрированное на предыдущем шаге 202 хода только в одном направлении предыдущего цикла, например хода поршня вниз.

Если получен отрицательный результат, способ возвращается к шагу 114.

Если получен положительный результат, способ возвращается к шагу 102, и начинается новый цикл.

Крутящие моменты при ходе поршня вверх и ходе поршня вниз или значения их характерных параметров, например, давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта или его эквивалента, зарегистрированные на шагах 202 и 203, регистрируют, соответственно, во время описанного регулирования частоты вращения только в одном направлении хода на шаге 102 хода поршня вниз и шаге 109 ход поршня вверх.

Шаги 202 и 203 регистрации позволяют сохранять значения крутящего момента при ходе поршня вверх или вниз и одновременно проверять, не являются ли аномальными их колебания от одного цикла к другому.

Шаг 201 преимущественно осуществляется оператором, а шаги 202 и 203, которые может рекомендовать оператор, осуществляются в человеко-машинном интерфейсе, который входит в предложенное в изобретении устройство для реализации предложенного в изобретении способа.

Цикл, отражающий предложенный в изобретении способ, может быть остановлен в любое время путем вмешательства оператора. Регулирование частоты вращения осуществляется, как только оператор посредством человеко-машинного интерфейса вводит заданное значение нагнетания, которое затем на шаге 101 преобразуется в абсолютное заданное значение частоты вращения.

Ускорения и замедления могут регулироваться в определенных безопасных пределах оператором непосредственно через человеко-машинный интерфейс.

С помощью настоящего изобретения можно ослаблять пульсацию давления, вызываемую изменением направления на обратное, с использованием лишь одного датчика давления, в результате чего крутящий момент двигателя можно изменять путем ускорения и замедления сразу после изменения направления на обратное, чтобы компенсировать пульсацию давления и обеспечивать практически постоянное нагнетание жидкого или тестообразного продукта.

Прямая зависимость между крутящим моментом двигателя и измеренным давлением означает, что можно обеспечивать постоянное нагнетание разнообразных продуктов в широком интервале интенсивностей нагнетания.

Таким образом, изобретение позволяет создать "самоприспосабливающийся способ", способный адаптироваться к изменениям вещества, вязкости, температуры и изменениям темпа, частоты, нагнетания и других физических или механических параметров.

На фиг.2 показана временная диаграмма реализации описанного со ссылкой на фиг.1 способа согласно изобретению, на которой проиллюстрированы пять кривых, отображающих изменение результатов различных измерений в зависимости от времени:

давление Р жидкого или тестообразного продукта,

скорость V прямолинейного движения насоса,

крутящий момент С приводного электродвигателя и

нагнетание D жидкого или тестообразного продукта возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, управляемым способом согласно изобретению.

Временная диаграмма соответствует циклу, начинающемуся с временного интервала d₁, продолжающегося временным интервалом d₂, затем временным интервалом d₃, далее временным интервалом d₄ и, наконец, временным интервалом d₅, который соответствует началу временного интервала d₁ следующего цикла.

Временной интервал d₁ соответствует нагнетанию продукта во время хода поршня вниз и шагам 102 и 103, на которых приводным электродвигателем управляют путем регулирования частоты вращения.

Временной интервал d₂ соответствует регулированию крутящего момента и шагам 106 и 107 способа, описанного со ссылкой на фиг.1.

Временной интервал d₃ соответствует движению в обратном направлении или ходу поршня вверх, иными словами всасыванию и подаче жидкого или тестообразного продукта и шагам 108 и 109, на которых регулируют частоту вращения.

Временной интервал d₄ соответствует замедлению и останову двигателя, изменению направления на обратное и регулированию крутящего момента на шагах 111-114 способа, описанного со ссылкой на фиг.1.

Временной интервал d₅ соответствует шагам 102 и 103 следующего цикла способа, описанного со ссылкой на фиг.1.

Изобретение позволяет компенсировать пульсацию давления вследствие изменения направления хода насоса двустороннего действия на обратное за счет колебаний крутящего момента приводного электродвигателя и тем самым обеспечивать практически постоянное нагнетание, любые пренебрежимо малые колебания которого невозможно обнаружить при проведении испытаний.

Использование давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта в качестве физического параметра, отражающего величину крутящего момента, является особо выгодным для упрощения устройств управления согласно изобретению и обеспечения непрерывного регулирования в реальном времени жидкого или тестообразного продукта, нагнетаемого возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, приводимым в действие средством привода, управляемым согласно изобретению.

Один датчик давления для определения давления нагнетаемого насосом жидкого или тестообразного продукта обеспечивает постоянный контроль зависимости крутящего момента электродвигателя и значения давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта.

Как показано на фиг.3, функциональная схема предложенного в изобретении устройства содержит средство привода, которое входит в устройство, обозначенное прямоугольником 1 с пунктирными линиями, насос 2, соединенный с емкостью 3 с продуктом соответствующей линией, и нагнетатель 4, соединенный линией 5 с насосом 2.

Насос 2 механически приводится в действие двигателем или редукторным электродвигателем 10 посредством шарикового ходового винта, роликового ходового винта или любой иной трансмиссии, способной преобразовывать вращательное движение в прямолинейное движение.

Двигатель или редукторный электродвигатель 10 предпочтительно имеет датчик 11 положения, который определяет положение ротора электродвигателя в каждый момент времени и тем самым позволяет программировать рабочие циклы в одном направлении, в другом направлении или изменения направления на обратное или, в качестве альтернативы, останов электродвигателя и, соответственно, возвратно-поступательного линейного насоса 2 двустороннего действия.

Датчик 11 положения передает регулятору 12 касающиеся двигателя 10 данные, позволяющие регулировать его работу на протяжении все шагов способа согласно изобретению.

Регулятор 12 соединен с человеко-машинным интерфейсом 13, который отдает команды начала и прекращения рабочих циклов, передачи заданных значений и параметров, определенных оператором, и регистрации или сохранения данных, касающихся работы двигателя, в частности, регистрации крутящего момента электродвигателя 10 во время работы в циклическом режиме.

Для этого электродвигатель 10 предпочтительно соединен с регулятором 12 с возможностью передачи данных, касающихся характеристик частоты вращения, крутящего момента и силы тока и других рабочих параметров двигателя.

С регулятором 12 предпочтительно соединен датчик 14 давления, который определяет давление нагнетаемого насосом 2 жидкого или тестообразного продукта для постоянного применения зависимости между крутящим моментом электродвигателя 10 и значением давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта.

Когда электродвигатель или редукторный электродвигатель 10 поворачивает механическую трансмиссию, такую как шариковой или роликовый ходовой винт, механическая трансмиссия сообщает прямолинейное движение поршню насоса 2, который всасывает жидкий или тестообразный продукт из емкости в нагнетатель 4.

После всасывания жидкого или тестообразного продукта оператор может ввести и постоянно контролировать на экране человеко-машинного интерфейса 13 команды начала и завершения рабочих циклов, заданные значения и установленные параметры рабочих циклов и одновременно проверять, правильно ли работает двигатель, и видеть какой режим регулирования, частоты вращения или крутящего момента, использует регулятор 12 в этот заданный момент времени.

Регулятор 12 обеспечивает возвратно-поступательный цикл поршня насоса двустороннего действия в зависимости от частоты вращения двигателя. Регулятор 12 запрограммирован на регулирование частоты вращения на стадиях прямолинейного движения только в одном направлении и регулирование крутящего момента сразу после изменений направления вращения на обратное.

Регулятор 12 автоматически выбирает крутящий момент, необходимый для обеспечения постоянного нагнетания жидкого или тестообразного продукта. Входные и выходные данные известного типа обеспечивают непрерывность регулирования, контроль работы двигателя и выполнение функций безопасности путем ограничения работы двигателя в разрешенном интервале параметров.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на один частный вариант осуществления, оно никоим образом не ограничено им, и напротив, включает любую модификацию по форме и любую альтернативную форму осуществления, которая входит в пределы объема и существа изобретения.

В частности, регулятор 12 может быть заменен упрощенным регулятором, способным осуществлять регулирование частоты вращения и регулирование крутящего момента с использованием в качестве параметра обратной связи только давления нагнетаемого жидкого или тестообразного продукта, которое измеряется всего одним датчиком 14 давления.

За счет использования давления жидкого или тестообразного продукта в качестве параметра обратной связи в изобретении значительно усовершенствовано регулирование по замкнутому циклу, используемое для регулирования крутящего момента.

Давление жидкого или тестообразного продукта, в действительности, может измеряться с более высокой точностью, чем крутящий момент двигателя, что обеспечивает параметр, отражающий крутящий момент двигателя, независимо от нагнетаемого насосом вещества, его вязкости или температуры или других его физических параметров. Таким образом, давление, используемое в изобретении в качестве параметра обратной связи, позволяет обеспечивать саморегулирование работы с тем, чтобы гарантировать постоянную среднюю интенсивность нагнетания жидкого или тестообразного продукта.

Реферат

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для перекачивания жидких и тестообразных продуктов. Способ управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, заключается в том, что осуществляют регулирование частоты вращения на стадии, на которой поршень движется только в одном направлении вверх (109) или вниз (102), и осуществляют регулирование крутящего момента сразу после изменения (107, 114) направления хода на обратное. Также описано устройство управления и средство привода, механически соединенное с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия. За счет использования давления жидкого или тестообразного продукта в качестве параметра обратной связи в изобретении значительно усовершенствовано регулирование по замкнутому циклу, используемое для регулирования крутящего момента. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула