Способ эксплуатации циркуляционного насоса, а также циркуляционный насос для осуществления этого способа
Группа изобретений касается способа эксплуатации циркуляционного насоса, в частности, в системе отопления с приводом насоса с переменной скоростью. В способе система управления насосом модифицирует текущую рабочую точку насоса так, чтобы снизить шумовыделение насоса. Система управления имеет доступ к по меньшей мере одному эталонному полю звуковых характеристик, предпочтительно к сохраненному в запоминающем устройстве системы. Это эталонное поле звуковых характеристик представляет соответствующий уровень шумовыделения насоса для множества рабочих точек насоса. Система управления насосом повышает частоту вращения текущей рабочей точки насоса до тех пор, пока не будет достигнута акустически более благоприятная рабочая точка. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.
Данное изобретение касается способа эксплуатации циркуляционного насоса, в частности, циркуляционного насоса в системе отопления, который отличается приводом насоса с переменной скоростью.
Акустические свойства циркуляционного насоса в системе отопления играют большую роль при покупке. В самом неблагоприятном случае эксплуатационные шумы насоса могут через сеть трубопроводов передаваться в жилые помещения, что воспринимается жильцами как помеха. По этой причине желательно минимальное шумовыделение насоса в рабочем режиме.
Однако шумовыделение насоса является переменным и зависит от текущей рабочей точки насоса. Эта рабочая точка представляет собой точку пересечения регулировочной характеристики и характеристической кривой установки. Насос перекачивает в этой рабочей точке определенный поток транспортируемого материала с определенным напором. Рабочая точка насоса может варьироваться путем регулирования скорости вращения двигателя. Однако результирующее шумовыделение не обязательно возрастает с увеличением числа оборотов, поскольку собственные колебания насоса способствуют шумообразованию в сочетании с колебаниями в системе трубопроводов. По этой причине может случиться, что насос в известных рабочих точках работает сравнительно бесшумно, тогда как другие рабочие точки, в том числе и при низком числе оборотов могут привести к вызывающему дискомфорт шумовыделению.
В заявке DE 35 20 734 А1 описан способ эксплуатации циркуляционного насоса рассматриваемого рода. В заявке US 2006/0237044 А1 раскрыт насос посудомоечной машины. Заявка DE 35 03 741 А1 описывает способ регулирования мощности насоса при переменных объемных потоках в системе отопления.
Поэтому стремятся найти решение, которое снизит результирующее шумообразование насоса по меньшей мере при необходимости, так что дискомфортные шумы в жилом помещении будут подавляться насколько это возможно.
Эта задача решается посредством способа с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления способа являются предметом зависимых пунктов.
Согласно изобретению, предлагается способ эксплуатации циркуляционного насоса, при котором система управления насосом модифицирует актуально установленную рабочую точку системы таким образом, чтобы снизить шумовыделение насоса.
Под таким циркуляционным насосом обычно понимается центробежный насос. Система регулирования насоса сначала устанавливает необходимую регулирующую величину для скорости вращения двигателя в зависимости от требуемого заданного значения напора. Затем система управления насосом проверяет определенную сначала рабочую точку на результирующее шумовыделение насоса и при необходимости осуществляет подгонку этой рабочей точки, чтобы снизить шумовыделение насоса. Вследствие этого происходит незначительное смещение рабочей точки насоса.
В частности, предпочтительно, если система управления насосом модифицирует частоту вращения для определенной рабочей точки насоса так, чтобы снизить шумовыделение. Как правило, частота вращения повышается. Особенно предпочтительно повышать ее до тех пор, пока не установится желаемое шумовыделение, соответственно, пока не будет достигнуто достаточное снижение интенсивности шума при работе. Повышение частоты вращения целесообразно, поскольку благодаря этому дополнительно обеспечивается достаточное заданное значение напора. В плане уменьшения шумовыделения приходится мириться с увеличением энергопотребления, обусловленным повышением частоты вращения.
Для оценки шумовыделения в текущей рабочей точке предусмотрено, что система управления насосом имеет доступ по меньшей мере к одному эталонному полю звуковых характеристик, которое содержит привязку шумовыделения насоса к множеству различных рабочих точек. Из этого поля характеристик система управления насосом соответственно получает теоретическое шумовыделение для конкретной рабочей точки. Такой подход целесообразен, так как на практике фактическое шумовыделение нельзя измерить, или можно, но с огромными издержками, однако, привлечение необходимых для этого датчиков является экономически неэффективным. Однако данное изобретение не исключает использование решения с прямым измерением шумовыделения с помощью интегрированных сенсоров.
Указанное эталонное поле звуковых характеристик должно сохраняться предпочтительно в локальном запоминающем устройстве системы управления насосом. Возможен также доступ к внешнему запоминающему устройству с помощью подходящего коммуникационного интерфейса.
На основании эталонного поля звуковых характеристик система управления насосом может оценить результирующее шумовыделение насоса и - если оно признано слишком высоким, например, лежит выше задаваемого предельного значения - путем повышения частоты вращения вызвать улучшение ситуации с шумовыделением. Согласно изобретению, частоту вращения насоса повышают до тех пор, пока не будет достигнута рабочая точка эталонного поля звуковых характеристик с небольшим или, соответственно, достаточно низким шумовыделением.
Возможно, что эталонное поле звуковых характеристик исключительно или в основном содержит рабочие точки с неблагоприятным шумовыделением. В таком случае система управления насосом предпринимает модификацию частоты вращения только тогда, когда первоначально установленная рабочая точка совпадет с рабочей точкой, содержащейся в эталонном поле характеристик.
Необходимое эталонное поле звуковых характеристик определяется, например, изготовителем насоса с помощью контрольного насоса и перед поставкой насосов сохраняется в локальном запоминающем устройстве системы управления насосом. Поскольку на практике зачастую имеют место производственные допуски и тем самым отклонения рабочей характеристики между отдельными насосами одних и тех же рядов типоразмеров, то используемое эталонное поле звуковых характеристик недостаточно точно отражает фактическое звуковое поведение соответствующего насоса в конкретных обстоятельствах. Кроме того, конкретные условия монтажа в месте установки насоса могут оказывать влияние на точность эталонного поля характеристик.
Для того чтобы системе управления насосом предоставить индикатор точности эталонного поля звуковых характеристик в отношении реального акустического поведения насоса, особенно предпочтительно, если эта система управления насосом будет иметь доступ к так называемому справочному эталонному полю характеристик (Vergleichsreferenzkennfeld), которое для множества рабочих точек насоса предоставляет эксплуатационный параметр насоса, измеряемый и зависящий от рабочей точки. Этот эксплуатационный параметр насоса может точно определяться во время работы насоса метрологическими средствами. Отклонения измеренных эксплуатационных параметров насоса относительно эксплуатационных параметров насоса, полученных из справочного эталонного поля характеристик в соответствующей рабочей точке, служат индикатором для возможного отклонения или, соответственно, смещения эталонного поля звуковых характеристик относительно реальных акустических характеристик насоса.
В качестве подходящего эксплуатационного параметра может использоваться результат измерения ускорения перекачиваемой среды и/или приводного рабочего колеса насоса, и/или корпуса насоса. Это ускорение с помощью подходящего сенсора насоса может быть установлено метрологически либо непосредственно, либо опосредованно с привлечением иных измеряемых величин. Если измеряется ускорение корпуса насоса, то оно должно определяться максимально близко к рабочему колесу насоса.
Величина значения расхождения между измеренным ускорением и контрольным ускорением указывает на смещение эталонной звуковой характеристики относительно реальной звуковой характеристики насоса во время работы насоса. Эта степень смещения учитывается системой управления насосом при модификации рабочей точки, т.е. при повышении частоты вращения насоса.
Как уже пояснялось выше, благодаря осуществлению указанного способа обеспечивается оптимизация шумовыделения вследствие повышения частоты вращения, однако, ценой большего энергопотребления. Для того, чтобы потребитель мог выбирать между энергетическим балансом и шумовыделением, осуществление данного способа может активироваться и деактивироваться потребителем вручную с помощью устройства ввода данных. Можно также привязать осуществление способа к определенным внешним обстоятельствам, например, к времени суток или к другому автоматическому блоку управления системы отопления.
Помимо предлагаемого изобретением способа данная задача решается также посредством циркуляционного насоса, в частности, циркуляционного насоса в системе отопления, с соответствующей системой управления насосом для осуществления способа согласно данному изобретению. Для циркуляционного насоса сообразно с этим получаются те же преимущества и свойства, которые уже указывались выше в связи с предлагаемым изобретением способом. По этой причине здесь опускается повтор описания.
Под таким циркуляционным насосом обычно понимается центробежный насос. Предлагаемый данным изобретением циркуляционный насос предпочтительно содержит сенсор, подходящий для определения эксплуатационного параметра насоса из справочного эталонного поля характеристик, в частности, датчик ускорения, который помещен в подходящей позиции на корпусе насоса и который определяет полученное ускорение рабочей среды и/или рабочего колеса во время работы насоса. Если измеряется ускорение корпуса насоса, то оно должно определяться как можно ближе к рабочему колесу насоса, т.е. сенсор должен располагаться в непосредственной близости от рабочего колеса насоса.
Другие преимущества и свойства изобретения будут подробнее рассмотрены в дальнейшем на примере выполнения, представленном на чертежах. На чертежах показано следующее.
Фиг. 1: приведенное в качестве примера эталонное поле звуковых характеристик предлагаемого изобретением циркуляционного насоса с различными рабочими точками, и Фиг.2: блок-схема для разъяснения принципа режима с пониженной частотой вращения предлагаемого изобретением циркуляционного насоса.
Данное изобретение предлагает реализацию режима с пониженной частотой вращения для циркуляционного насоса в системе отопления. Эту функцию конечный потребитель может при необходимости активировать через доступный дисковый переключатель насоса.
Для реализации режима с пониженной частотой вращения, соответственно, для его реализации в системе управления насосом еще на стадии конструирования циркуляционного насоса на подходящем испытательном стенде определяется его акустическая эмиссия в различных рабочих точках. Целесообразно применение контрольного насоса для создания эталонных полей характеристик. На этом испытательном стенде осуществляется эксплуатация во многих рабочих точках, и определяется интенсивность шума при работе контрольного насоса в соответствующих рабочих точках. Привязка между рабочими точками и значениями интенсивности шума запоминается в виде матрицы, и в дальнейшем называется эталонным полем звуковых характеристик.
На Фиг. 1 показан пример созданного эталонного поля звуковых характеристик. Каждая рабочая точка насоса определяется потоком Q транспортируемого материала и соответствующим напором Η насоса. Эти измеренные в качестве примера рабочие точки на диаграмме отмечены нанесенными кругообразными точками. Измеренное в этих рабочих точках шумовыделение насоса указано посредством различного окрашивания в серый цвет этих точек согласно приведенной справа на изображении шкале серых тонов.
С помощью записанной акустической характеристики насоса детектируются особенно неблагоприятные рабочие точки и запоминаются в системе управления насосом. Если во время работы насоса активирован режим с пониженной частотой вращения, то не допускается работа насоса в сохраненных в памяти критических рабочих точках. Это происходит за счет повышения частоты вращения до тех пор, пока не будет достигнута акустически более благоприятная рабочая точка.
Эффект от предлагаемого изобретением способа будет разъяснен ниже на двух приведенных в качестве примера рабочих точках на Фиг. 1. Если насос находится, например, в рабочей точке ВР1а, которая, как видно по степени окрашенности серым этой рабочей точки, является акустически неблагоприятной рабочей точкой, то частота вращения насоса повышается до тех пор, пока не будет достигнута рабочая точка BP1b, которая отличается меньшим шумовыделением насоса по сравнению с рабочей точкой ВР1а. Хотя энергопотребление циркуляционного насоса за счет этого слегка повышается, однако, с этим можно мириться в свете пониженного шумовыделения. Аналогично этому может рассматриваться предлагаемая данным изобретением модификация рабочей точки ВР2а в направлении новой рабочей точки BP2b.
Представленный способ предусматривает, что точно известна акустическая характеристика насоса в любой рабочей точке. Однако реальное поле звуковых характеристик обычного насоса может слегка смещаться по сравнению с контрольным насосом. Причина этого лежит в допусках на изготовление и монтаж. Для того, чтобы насос был в состоянии самостоятельно определить влияние этих допусков на свое поле звуковых характеристик, предлагается установка на корпусе насоса датчика ускорения, который определяет полученное ускорение корпуса насоса.
В рамках контрольных измерений для эталонного поля звуковых характеристик, помимо этого, дополнительно записывается еще одно, справочное эталонное поле характеристик, которое отражает сигналы датчика ускорения в зависимости от достигнутых рабочих точек. В дальнейшем это дополнительное поле характеристик называется эталонным полем характеристик ускорения.
Во время работы серийный насос может в таком случае сравнивать данные своего датчика ускорения с этим эталонным полем характеристик ускорения. По смещению между измеренным ускорением и ускорением из этого эталонного поля характеристик ускорения можно сделать вывод и о смещении между эталонным полем звуковых характеристик и реальным (не измеряемым) полем звуковых характеристик.
На Фиг. 2 показан пример такого подхода. При этом ссылочной позицией 10 обозначен контрольный насос. С помощью контрольного насоса 10 в ходе испытательных прогонов записывается эталонное поле 11 звуковых характеристик. Тут же определяется эталонное поле 12 характеристик ускорения, причем затем устанавливаются возможные корреляции между обоими различными эталонными полями 11, 12 характеристик. Эта информация затем хранится в локальном запоминающем устройстве этих серийных насосов 20, так что соответствующая система управления насосом для таких серийных насосов 20 может использовать ее для осуществления указанного способа. С помощью интегрального датчика ускорения определяется реальное поле 13 характеристик ускорения и сравнивается с его эталонным полем 12 характеристик. Получаемые при этом сведения тоже привлекаются для того, чтобы определить отклонения эталонного поля 11 звуковых характеристик от фактически получаемого на практике поля 14 характеристик насоса 20. На основании такого подхода может достаточно точно определяться имеющее место шумовыделение насоса для соответствующего серийного насоса 20 при его работе, и в соответствии с этим может осуществляться подгонка управления.
Вследствие незначительно повышенного энергопотребления такой режим с пониженной частотой вращения, т.е. такое осуществление способа по умолчанию деактивированы, однако, в случае необходимости могут быть активированы пользователем путем соответствующего ввода данных.
1. Способ эксплуатации циркуляционного насоса, например, циркуляционного насоса в системе отопления, имеющего привод насоса с переменной скоростью, причём система управления насосом модифицирует текущую рабочую точку насоса так, чтобы снизить шумовыделение насоса, отличающийся тем, что система управления насосом имеет доступ к, по меньшей мере, одному эталонному полю звуковых характеристик, например, к сохраненному в запоминающем устройстве системы управления насосом эталонному полю звуковых характеристик, которое предоставляет соответствующий уровень шумовыделения насоса для множества рабочих точек насоса, причём система управления насосом имеет также доступ к справочному эталонному полю характеристик, которое для множества рабочих точек насоса предоставляет эксплуатационный параметр насоса, измеряемый и зависящий от рабочей точки, причём отклонение измеренных эксплуатационных параметров насоса от эксплуатационных параметров насоса, полученных из справочного эталонного поля характеристик в соответствующей рабочей точке, служит индикатором смещения эталонной звуковой характеристики относительно реальной звуковой характеристики насоса во время работы насоса, и система управления насосом в зависимости от этого смещения модифицирует частоту вращения в текущей рабочей точке до тех пор, пока не будет достигнута акустически более благоприятная рабочая точка.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что система управления насосом для снижения шумовыделения повышает частоту вращения предпочтительно до тех пор, пока не установится желаемое шумовыделение.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное поле звуковых характеристик содержит главным образом неблагоприятные в отношении шумовыделения рабочие точки.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что таким эксплуатационным параметром насоса является ускорение рабочей среды и/или рабочего колеса насоса, и/или корпуса насоса, которое может измеряться посредством подходящего сенсора насоса.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что система управления насосом в соответствующей рабочей точке определяет указанный измеряемый эксплуатационный параметр насоса из указанного справочного эталонного поля характеристик непосредственно или опосредованно и сравнивает с указанным в справочном эталонном поле характеристик значением параметра насоса в данной рабочей точке, в частности, рассчитывает расхождение.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что система управления насосом по вычисленному расхождению определяет смещение между запомненным эталонным полем звуковых характеристик и фактическим эталонным полем звуковых характеристик насоса и учитывает его при модификации рабочей точки насоса.
7. Циркуляционный насос, в частности, циркуляционный насос в системе отопления, содержащий систему управления насосом, которая запрограммирована на осуществление способа согласно любому из пп. 1-6.
8. Циркуляционный насос по п. 7, отличающийся тем, что этот насос содержит, по меньшей мере, один датчик ускорения, в частности, смонтированный на корпусе насоса датчик ускорения, причём этот датчик системы управления насосом при работе насоса передаёт актуальные измеренные значения в отношении определяемого ускорения рабочей среды и/или рабочего насоса, и/или корпуса насоса в соответствующей рабочей точке.
