一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法及控制裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法及控制裝置，是通過實時檢測大氣壓力Pa，然后經過安全補償設定Sx修正得出控制基準。控制基準與水泵入口Ps的吸入壓力比較運算得出差值Px，將該變量Px通過PID控制器，產生調節控制量Kx，Kx作為柴油機的油門控制量自動調整設備的轉速。柴油機變速導致水泵的流量/流速/吸入壓力的變化，水泵吸入壓力Ps傳感器則連續反饋該變化的信號至PID控制器，PID控制器閉環控制柴油機水泵組以最佳的轉速/流量運行。該方法不但有效避免氣蝕的現象發生，而且能自適應許用吸程，滿足了應急場合的快速與安全救援。
【專利說明】一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法及控制裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及內燃機拖動凸輪轉子泵用于應急搶險的技術。
【背景技術】
[0002]自動控制裝置已廣泛用于柴油機水泵機組。發明專利ZL03114007.6公開了一種柴油機水泵流量檢測和防止超載的方法及其裝置，所述方法是用儀器測出柴油機水泵的轉速及水泵出口的揚程兩個參數，并將這兩個參數傳送到控制計算機，控制計算機根據這兩個參數計算出柴油機水泵的實時流量，并判斷其是否超載，該發明測量精度高、準確預警、適用范圍廣、結構簡單、體積小、安裝方便、成本低，可廣泛應用于普通低價的柴油機水泵及其他供水系統的計量及保護。發明專利ZL200910062200.9公開了一種柴油機水泵機組綜合控制與保護裝置及控制與保護方法，其適用于應急/消防柴油機水泵機組的綜合控制與保護。該裝置包括核心運算單元、信號輸出單元、信號輸入及處理單元以及通訊協議轉換單元；第一單片機與柴油機、上位機、液晶顯示屏聯接；第一單片機與第二單片機聯接。該發明控制系統的準確度、精確度高、及時控制報警的應急處理能力強，成本低，性價比高，體積小；還具有結構簡單、使用方便、自動化程度高的優點；控制與保護方法能及時對機組運行過程中發生的各種故障及時、準確判斷和報警、實施自動精確控制，控制程序合理、簡便、可靠。實用新型專利ZL201220446129.1公開了一種柴油機泵組，包括外殼、柴油機、水泵、安裝在所述外殼上的車輪及用于檢測柴油機轉速的速度檢測器；所述水泵及柴油機均設于所述外殼內，所述柴油機的輸出軸安裝所述水泵；所述水泵包括進水硬管及出水硬管，所述進水硬管及出水硬管均穿過所述外殼延伸至外 殼體外；所述速度檢測器與外接控制器電連接。通過速度檢測器檢測水泵的轉速，并在水泵負荷最大的時候向外接控制器反饋一報警信號，外接控制器控制調速器來調節柴油機的轉速，保證在水泵轉速安全范圍內維護柴油機的額定轉速，從而實現柴油機的轉速可控。
[0003]凸輪轉子泵由于自吸性能優異，流道可通過氣體、油污、砂石、纏繞物等各種雜物而適用于農用排澇、抗旱與城市應急排污。采用柴油機拖動的凸輪轉子泵的移動泵組由于效率高、流量大、使用靈活而在應急搶險與救援領域得到廣泛的應用。
[0004]然而凸輪轉子泵具有下面的特點(見后面的附圖、公式與代號):
1.凸輪轉子泵是容積泵，可以通過改變水泵的轉速而線性改變水泵的流量從而改變水泵進口的流速見圖2的Q/n曲線；
2.移動的搶險設備與固定設備最大的區別:固定設備的/^、久是定值，設計可充分考慮乙的最大變化而選擇&可以滿足某流量而又確保設備安全的一個定值。而移動的搶險設備若采用固定的&，則效率降低并存在設備損壞的風險；
3.移動設備，特別是搶險設備，操作者首先想到的是如何以設備的最大流量盡快排險，所以如果設備允許用戶改變轉速，則有可能讓設備以最高允許的轉速運行。倘若/^、hs、Zs條件良好且發動機的功率余量充足，則設備能以最大的流量工作。但工作一段時間有可能水位下降而乙升高，如仍運行較高的轉速/流量/流速可使慫而發生氣蝕。此時，若馬上降速，減低流量/流速至及《.?>/~，氣蝕也就可避免了。但現場操作的往往是非專業的工程師，靠人為判斷實施調速，實現設備最佳慫_稍大于八的速度控制流量/流速控制)是不具可操作性。
[0005]4.以圖2的柴油機凸輪轉子泵為例，其轉速可調范圍是25(T800rpm，有三倍多的流量調節范圍。但設備生產廠家首先是為了保證設備的安全，而將其設備的轉速固定在一個安全而又保守的1000m3/h、600r/min工作點上。當用戶要求較高的吸程，就設計降低設備的轉速相應減少流量。若需求較大的流量，則提高轉速而減少許用吸程。這樣的設計，如果用戶自己隨意改變了規定的使用條件，氣蝕就不可避免地發生了(雖然轉子泵的抗氣蝕性能比離心泵優異，但仍然會發生密封及轉子損壞)。
[0006]根據上述的幾個特點，現有技術生產的柴油機凸輪轉子泵，廠家嚴格要求用戶時刻關注現場被抽的水位變化并及時調整泵組的吸高。但當設備是用于搶險救災，那么用戶的關注重點是如何快速排險，而往往忽略了設備的安全，所以難免發生設備事故。另外設備出廠時已經鎖定了該設備的額定工況點，如圖2曲線上的Λ點對應的轉速。因此當水位較高而吸程短時并不能充分利用設備最大至1350m3的潛力加大流量排水、而水位下降低至額定工況的“極限點”(其“極限點”是要靠人為觀察水泵的出水量突然減少、設備的震動與噪聲增加后才發現。實際上水泵因氣蝕而增加的震動與噪聲，相比柴油機的運行噪聲與產生的震動量值較大而并不明顯)，此時，險情可能還沒有排除，而機組就必須馬上退出運行。另外一些在沿海地區生產，出廠試驗合格的產品，當被應急拉到高海拔地區使用，由于設備沒有大氣壓力慫的自適應能力，往往不能正常運行而耽誤救援。
[0007]當今，隨著社會文明的發展與全民抗災、減災意識的提高，應急搶險設備的需求不斷增加，從而成就了應急救援裝備行業的高速發展。但如何能使應急搶險用的柴油機凸輪轉子泵得到安全與高效的運用:既能滿足大流量快速排水，又能讓設備持久安全運行？已成為業內迫切解決的問題。
【發明內容】
[0008]本發明針對現有技術的不足，提供一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法。該方法可以使移動柴油機凸輪轉子泵，實現設備最佳及-稍大于八的速度/流量控制，如圖2的設備在可用的速度范圍內自動適應最佳的工作點，不但滿足低吸程時大流量工作，高吸程時小流量運行。而當吸程接近最大極限時，發動機自動轉入怠速運行。
[0009]本發明還提供一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的控制裝置。
[0010]本發明的技術方案如下:一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法，其特征在于通過實時檢測大氣壓力慫，然后經過安全補償設定值5；修正得出控制基準，控制基準與水泵入口的吸入壓力夂比較運算得出差值匕，將該變量A通過控制器，產生調節控制量作為柴油機的油門控制量自動調整設備的轉速，柴油機變速運行導致水泵的流量/流速/吸入壓力的變化，水泵吸入壓力傳感器則連續反饋吸入壓力Ps至控制器，控制器閉環控制柴油機水泵組以凸輪轉子泵不產生氣蝕的最大轉速/流量運行。 [0011]所述柴油機是通用可變速控制的柴油發動機，所述凸輪轉子泵是通用容積式凸輪轉子泵，所述控制器是通用PID調節控制器或其它控制器。
[0012]一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的控制裝置，凸輪轉子泵由柴油機提供動力，其特征在于:包括控制器、大氣壓力傳感器以及水泵吸入壓力傳感器，大氣壓力傳感器和水泵吸入壓力傳感器均與控制器電連接，水泵吸入壓力傳感器設置于凸輪轉子泵的入口，控制器根據大氣壓力傳感器得到的大氣壓力A以及水泵吸入壓力傳感器得到的吸入壓力慫得到柴油機的油門控制量尤，油門控制量尤用于自動調整柴油機的轉速，從而防止凸輪轉子泵氣蝕。
[0013]進一步的，所述控制裝置還包括安全補償設定裝置，安全補償設定裝置用于設定安全補償設定值X，安全補償設定裝置與控制器電連接，油門控制量尤還與安全補償設定值5；相關聯。
[0014]泵的原理簡述如下:泵必須能造成足夠低的吸入壓力慫，其值由吸入條件所決定。它主要取決于吸入液面壓力/^、吸高乙、吸入流速^和管路阻力久。
【權利要求】
1.一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法，其特征在于通過實時檢測大氣壓力A，然后經過安全補償設定值5；修正得出控制基準，控制基準與水泵入口的吸入壓力夂比較運算得出差值Λ.，將該變量通過控制器，產生調節控制量作為柴油機的油門控制量自動調整設備的轉速，柴油機變速運行導致水泵的流量/流速/吸入壓力的變化，水泵吸入壓力傳感器則連續反饋吸入壓力慫至控制器，控制器閉環控制柴油機水泵組以凸輪轉子泵不產生氣蝕的最大轉速/流量運行。
2.根據權利要求1所述柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法，其特征在于:柴油機是通用可變速控制的柴油發動機。
3.根據權利要求1所述的柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法，其特征在于:凸輪轉子泵是通用容積式凸輪轉子泵。
4.根據權利要求1所述的柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的方法，其特征在于:控制器是通用PID調節控制器。
5.一種柴油機凸輪轉子泵防止氣蝕的控制裝置，凸輪轉子泵由柴油機提供動力，其特征在于:包括控制器、大氣壓力傳感器以及水泵吸入壓力傳感器，大氣壓力傳感器和水泵吸入壓力傳感器均與控制器電連接，水泵吸入壓力傳感器設置于凸輪轉子泵的入口，控制器根據大氣壓力傳感器得到的大氣壓力慫以及水泵吸入壓力傳感器得到的吸入壓力及得到柴油機的油門控制量尤，油門控制量尤用于自動調整柴油機的轉速，從而防止凸輪轉子泵氣蝕。
6.根據權利要求5所述的控制裝置，其特征在于還包括安全補償設定裝置，安全補償設定裝置用于設定安全補償設定值X，安全補償設定裝置與控制器電連接，油門控制量Zr還與安全補償設定值X相關聯。
7.根據權利要求5所述的控制裝置，其特征在于:控制器是通用PID調節控制器。
【文檔編號】F02B63/06GK104005866SQ201410259468
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】鄭建偉, 鄭浩, 鄭全 申請人:廣州三業科技有限公司