用于通过使用速度参考计算和补偿摩擦损失而提供能量节约的变速多泵应用

摘要

一种设备，其以信号处理器或处理模块为特征，信号处理器或处理模块被配置为：对包含关于与以基本上恒定的排放压力操作的泵系统中的一个或多个泵有关的设定点和速度的信息的信号做出响应，泵系统例如包括变速多泵升压器系统；以及至少部分地基于接收的信号确定对设定点的调节，以补偿系统摩擦损失并且针对流量变化维持变速多泵升压器系统的基本上恒定的排放压力。信号处理器或处理模块10a提供包含用于控制变速多泵升压器系统中的一个或多个泵的信息的对应的信号。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年1月7日提交的名称为“Additional Energy Saving in the Variable Speed Multi-Pump Application through the Calculating and Compensation the Friction Loss by Using Speed Reference”、申请号为61/924,393(代理号为911-019.013-1//F-B&G-X0011US)的美国临时申请的权利，其通过整体引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于控制泵系统中的泵的操作的技术；更具体地，本发明涉及一种用于控制和/或监测例如包括针对本地用水系统的变速多泵升压器应用中的一个或多个泵的方法和设备。

背景技术

在变速多泵升压器应用中，在其测量和维持恒定排放压力的升压器封装(package)的排放线处使用和连接压力传感器。由于系统中的摩擦损失随流量改变而变化，通常，系统在低流量需求处将具有过度的压力。因此，系统使用比其需要的更多的能量。当流量计可用时，摩擦损失可以通过使用流量值来确定。

发明内容

总之，在根据本发明的变速多泵应用中，可以使用速度参考来计算系统摩擦损失，例如，代替用于现有技术设计中的流量计。实际上，这种方法或技术提供一种补偿升压器系统摩擦损失而无需附加的流量计的新的并且独特的方式。

具体实施例

根据一些实施例，本发明可以包括或采用以下形式：一种设备，设备以信号处理器或处理模块为特征，信号处理器或处理模块被配置为至少：

对包含关于与以基本上恒定的排放压力操作的泵系统中的一个或多个泵有关的设定点和速度的信息的信号做出响应，泵系统包括变速多泵升压器系统；以及

至少部分地基于接收的信号确定对设定点的调节，以补偿系统摩擦损失并且针对流量变化维持泵系统的基本上恒定的排放压力。

设备可以包括泵系统控制器或采用泵系统控制器的形式，泵系统控制器具有在其中配置的信号处理器或处理模块，以及具有与本文阐述一致的在其中配置有信号处理器或处理模块的这种泵系统控制器的泵系统，诸如变速多泵升压器系统。

本发明的实施例还可以包括下列特征中的一个或多个特征：

信号处理器或处理模块可以被配置为提供包含用于控制泵系统诸如变速多泵升压器系统中的一个或多个泵的信息的对应的信号。

信号处理器或处理模块可以被配置为至少部分地基于针对最小速度的最小设定点与针对最大速度的最大设定点之间的关系使用插值确定对设定点的调节以便找到针对速度的经调节的设定点的值。

信号处理器或处理模块可以形成一个或多个逻辑模块的一部分、或比较器、或比例积分微分(PID)控制器。

信号处理器或处理模块可以被配置为确定在变速多泵升压器系统中运行的一个或多个泵的数量以及与运行的一个或多个泵有关的定义的控制区域。

信号处理器或处理模块可以被配置为至少部分地基于变速多泵升压器系统中运行的一个或多个泵的数量以及与运行的一个或多个泵有关的定义的控制区域来确定调节。

通过示例，信号处理器或处理模块可以包括或采用以下形式：至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器，并且至少一个存储器和计算机程序代码被配置为通过至少一个处理器使得信号处理器或处理模块至少接收信号并且确定对设定点的调节。信号处理器或处理模块可以通过适当的计算机程序代码而被配置以便执行适当的信号处理算法和/或功能，与本文阐述的一致。

可以在不使用流量计的情况下确定对设定点的调节，例如包含基于泵的速度的信息。

信号处理器或处理模块还可以被配置为确定泵系统的最大压力损失和每个泵的定义的控制区域；以及基于泵系统的最大压力损失和每个泵的定义的控制区域来确定一个或多个泵的最大损失。信号处理器或处理模块还可以被配置为确定可以被用于定义设定点控制曲线的形状的一个或多个泵的最大损失的值。

根据一些实施例，本发明可采用以下形式：一种方法，其包括以下步骤：通过信号处理器或处理模块对包含关于与以基本上恒定的排放压力操作的泵系统中的一个或多个泵有关的设定点和速度的信息的信号做出响应，泵系统例如包括变速多泵升压器系统；以及通过信号处理器或处理模块至少部分地基于接收的信号来确定对设定点的调节以补偿系统摩擦损失并且针对流量变化维持变速多泵升压器系统的基本上恒定的排放压力。

本发明还可以例如采用以下形式：一种具有计算机可读介质的计算机程序产品，计算机可读介质具有在嵌入在其中的计算机可执行代码以用于执行方法，例如当运行在形成这种泵系统的一部分的信号处理装置上时。通过示例，计算机程序产品可以例如采用以下形式：CD、软盘、记忆棒、记忆卡以及可以在这种计算机可读介质上存储这种计算机可执行代码的当前已知或将来随后被开发的其它类型或种类的存储装置。

附图说明

附图包括以下附图，附图不必须按比例绘制：

图1是根据本发明的一些实施例的例如具有被配置为用于执行信号处理功能的信号处理器或处理模块的设备的框图。

图2是流速Q(例如，以gpm为单位)对比头压力H(例如，以Ft或psi单位)的曲线图，示出与最小和最大设定点有关的针对三个泵1、2、3的100％速度和最小％速度。

图3是具有用于执行根据本发明的一些实施例的方法的步骤的三(3)泵系统的流量补偿流程图。

图4示出了根据本发明的一些实施例的呈泵系统的形式的设备的框图。

具体实施方式

图1：

通过示例，图1示出了根据本发明的一些实施例的设备10，设备例如以信号处理器或处理模块10a为特征，信号处理器或处理模块10a被配置为至少：

对包含关于与以基本上恒定的排放压力操作的泵系统50(图4)中的一个或多个泵12有关的设定点(SP)和速度的信息的信号做出响应，泵系统50例如包括变速多泵升压器系统；以及

至少部分地基于接收的信号来确定对设定点的调节，以补偿系统摩擦损失并且针对流量变化维持泵系统(例如，诸如变速多泵升压器系统)的基本上恒定的排放压力。

信号处理器或处理模块10a可以被配置为提供包含用于控制例如变速多泵升压器系统中的一个或多个泵12的信息的对应的信号。

通过示例，设备10可以包括泵系统控制器或采用泵系统控制器的形式，泵系统控制器具有在其中配置的用于控制一个或多个泵12的操作的信号处理器或处理模块10a，以及类似泵系统的元件50(图4)，诸如变速多泵升压器系统，其具有与本文阐述的一致的在其中配置有信号处理器或处理模块10a的这种泵系统控制器。通过另外示例的方式，泵系统可以包括泵系统或采用泵系统的形式，例如，像图4中示出的那样。

针对诸如以基本上恒定排放压力操作的变速多泵升压器系统的泵系统来描述本发明；然而，本发明的范围旨在包括当前已知或将来随后被开发的以基本上恒定排放压力操作的其它类型或种类的泵系统。

信号处理器10a可以被配置为结合其它信号处理器电路或组件10b一起操作。

图2-3

如本领域技术人员将理解的，根据相似定律，将泵中的流量理解为与速度成比例。但是在变速多泵升压器系统中，具有挑战的是使用速度参考来评估系统流量，因为它还取决于在任意给定时间运行的泵的数量。在变速多泵升压器应用中，最优的进入(staging)和离开(staging)方法确定操作中的泵的数量及其整个控制区域，例如，参见图2中示出的图表。基于定义的控制区域和泵的数量，系统可以能够进行设定点调节以补偿系统摩擦损失并且针对流量变化维持系统中的恒定压力，例如，与本文阐述的相一致。

设定点(最小值)：

设定点(最小值)是在最小流量时(或在没有流量时)应当传送的压力值。理论上，在没有流量时(或在极度最小流量时)压力损失将为零。所以换言之，可以说设定点为在用户端处需要维持期望恒定的压力值。

最大压力损失：

最大压力损失是最大流量时系统中的压力损失(例如，来自管或分配网络中的系统摩擦损失)。

至少存在两种方法找到该值。

1.基于管或分配网络中使用的管和适配组件计算针对最大流量的系统摩擦损失。

2.允许系统在满流量需求状态下运行，然后测量在泵排放点处和在用户端处的压力，其中这两个值之间的差应当为最大压力损失。

速度最小值：

速度最小值为一个泵在没有流量(或极度最小流量)需求状态下运行并且仍实现设定点(最小值)之上的排放压力的速度。理想地，该值应该与可变频率驱动(VFD)最小速度相同。操作中，控制器通常被实施为不接受小于VFD最小速度的值。

通过示例，图3示出根据本发明的一些实施例的针对用于执行方法或过程的通常指示为具有步骤100a、100b、100c、…、100k的100的三(3)泵系统的流量补偿流程图。与本文已描述的一致，步骤100a、100b、100c、…、100k可以例如使用与处理器电路或组件10b相结合的信号处理器或处理模块10a执行。

通过示例，在步骤100a，方法开始，其例如可以包括如本领域技术人员将会理解的一些引导步骤和初始化，以及启动与本文阐述相一致的流量补偿技术。

在步骤100b中，信号处理器或处理模块10a确定流量补偿是否被启用。如果没有，则开始步骤100a被重新实施。

在步骤100c中，通过流量补偿启用的信号处理器或处理模块10a来确定运行的泵的数量是否大于0。如果不是(即，运行的泵的数量为0)，则在步骤100d中信号处理器或处理模块10a设定：

当前SP＝最小SP。

在步骤100e中，信号处理器或处理模块10a确定运行的泵的数量是否大于1。如果不是(即，运行的泵的数量为1)，则在步骤100f中信号处理器或处理模块10a设定：

比例化的速度＝(运行速度-最小速度)/(100-最小速度)，

计算的SP＝比例化的速度*针对泵1的最大损失，以及

当前SP＝最小SP+计算的SP。

在步骤100g中，信号处理器或处理模块10a确定运行的泵的数量是否大于2。如果不是(即，运行的泵的数量为2)，则在步骤100h中信号处理器或处理模块10a设定：

比例化的速度＝(运行速度-离开速度)/(100-离开速度)，

计算的SP＝比例化的速度*针对泵2的最大损失，以及

当前SP＝最小SP+计算的SP+针对泵1的最大损失。

在步骤100i中，信号处理器或处理模块10a确定运行的泵的数量是否大于3。如果不是(即，运行的泵的数量为3)，则在步骤100j中信号处理器或处理模块10a设定：

比例化的速度＝(运行速度-离开速度)/(100-离开速度)，

计算的SP＝比例化的速度*针对泵2的最大损失，以及

当前SP＝最小SP+计算的SP+针对泵1的最大损失+针对泵2的最大损失。

在步骤100k处，方法结束。

一个或多个泵1、2和3的最大损失：

信号处理器或处理模块10a还可以被配置为例如基于泵系统的最大压力损失和每个泵的定义的控制区域来确定一个或多个泵1、2和3的最大损失。如本领域技术人员将理解的，一个或多个泵1、2和3的最大损失值可以被用于定义设定点控制曲线的形状，例如，与图2中示出的相一致。

图4

图4根据本发明的一些实施例示出呈泵系统50(例如包括变速多泵升压器系统)形式的设备，泵系统50可以包括恒定压力控制模型52并结合ASHRAE(美国加热冷冻及空调工程师协会)逻辑模块54。恒定压力控制模型52可以包括与逻辑、或比较器、或PID控制器模块52b结合的泵模型52a。泵模型52a可以包括、包含或采用以下形式：运行的一个或多个泵12(图1)，以及可以在泵系统的操作期间进入和离开的多泵系统中运行的多个泵。ASHRAE逻辑模块54可以包括插值设定点模块54a和低通滤波器模块54b。

在操作中，恒定压力控制器模块52可以被配置为从管或分配网络接收流量，其可以被处理或泵送回到管或分配网络中；并且恒定压力控制器模块52还可以被配置为对来自ASHRAE逻辑模块54的设定点信号做出响应，以基本上恒定排放压力泵送流量，并且提供包含关于与恒定压力控制器模块52有关的速度的信息的速度信号。ASHRAE逻辑模块54可以被配置为接收用户输入56，例如，包含关于设定点(最小值)、最大压力损失(例如，其中最大压力值＝设定点+最大压力损失)和速度最小值的信息，并且还可以被配置为从恒定压力控制模型52接收速度信号，并且将设定点信号提供给恒定压力控制模型52。

特别地，插值设定点模块54a可以被配置为对包含关于用户输入的信息的用户输入信号做出响应，并且还对来自恒定压力控制模型52的速度信号做出响应，使用插值找到针对速度X的设定点Y的值，并且提供包含关于针对速度X的设定点Y的值的信息的插值信号，与图4中示出的一致。图4中示出的插值设定点模块54a包括具有沿X轴的速度和沿Y轴的设定点的图表的示图，其形成对于其中执行的插值确定过程的基础并且视觉上表征其中执行的插值确定过程。低通滤过器模块54b可以被配置为对插值信号做出响应并且提供包含关于与针对速度X的设定点Y的值有关的插值的低通滤波信息的低通滤波器插值信号，其采用提供给恒定压力控制模型52的设定点信号的形式，与图4中示出的一致。

逻辑、或比较器、或PID控制器模块52b可以被配置为对设定点信号做出响应、确定速度信号(例如，至少部分地基于针对速度X的设定点Y的值)、将速度信号提供/馈送回ASHRAE逻辑模块54，并且还将速度信号提供给泵模型52a以控制泵模型52a中操作的一个或多个泵的速度。泵模型52a被配置为从管或分配网络接收流量并且还被配置为对设定点信号做出响应并且以基本上恒定的排放压力泵送流量。在图4中，泵模型52a还被示出包括虚线，虚线视觉上指示关于排放压力的一些信息，例如，包含在适当的排放压力信号中的一些信息可以被馈送回逻辑、或比较器、或PID控制器模块52b。在这种情况下，逻辑、或比较器、或PID控制器模块52b还可以被配置为对这种适当的排放压力信号做出响应并且例如至少部分地基于接收的排放压力信号确定速度信号。

通过示例，信号处理器或处理模块10a的功能可以使用由与产生速度信号有关的逻辑、或比较器、或PID控制器模块52b实施的功能的一部分与由插值设定点模块54a实施的功能的一部分结合而被执行，由插值设定点模块54a实施的功能的一部分是与适配/调节设定点以补偿变速多泵升压器系统中的管或分配网络中的系统摩擦损失有关的。换言之，根据本发明的一些实施例，逻辑、或比较器、或PID控制器模块52b和插值设定点模块54a的功能可以在一个处理模块中实施，以便包括并且实施根据本发明的一些实施例的信号处理器或处理模块10a的功能。

信号处理器或处理模块10a

通过示例，信号处理器或处理模块的功能可以使用硬件、软件、固件或其组合而实施。在典型的软件实施方式中，信号处理器或处理模块10a将包括一个或多个基于微处理器的架构，其具有例如至少一个信号处理器或类似微处理器的元件10a。本领域技术人员将能够对这种基于微控制器、或基于微处理器的实施方式进行编程以执行本文描述的功能而不需过度试验。例如，信号处理器或处理模块10a可以例如由本领域技术人员在不需过度试验的情况下配置为对包含关于与以基本上恒定排放压力操作的泵系统中的一个或多个泵有关的设定点和速度的信息的信号做出响应，泵系统例如包括变速多泵升压器系统，与本文公开的一致。

此外，信号处理器或处理模块10a可以例如由本领域技术人员在不需过度试验的情况下配置为至少部分地基于接收的信号来确定对设定点的调节以补偿系统摩擦损失并且针对流量变化维持变速多泵升压器系统的基本上恒定的排放压力，与本文公开的一致。

本发明的范围不旨在局限于使用当前已知或将来随后开发的技术的任何特定实施方式。本发明的范围旨在包括将处理器10a的功能实施作为独立处理器或处理器模块、作为分开的处理器或处理器模块以及其一些组合。

设备10还可以包括例如其它信号处理器电路或组件10b，包括随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)、输入/输出设备和控制、数据和连接到其的地址总线、和/或至少一个输入处理器和至少一个输出处理器。

其它模块如52b、54a和54b

逻辑、或比较器、或PID控制器模块52b、插值设定点模块54a和低通滤波模块54b都可以通过信号处理器或信号处理模块使用硬件、软件、固件或其组合而被实施，与关于信号处理器或处理模块10a阐述的一致。

本发明的范围

将理解的是，除非本位另外陈述，否则也可以应用、使用关于本文的特定实施例描述的任何特征、特点、替代或变型，或与本文描述的任何其它实施例合并。另外，本文的附图并未按照比例绘制。

尽管通过示例关于离心泵描述了本发明，但是本发明的范围旨在包括使用关于当前已知或将来随后开发的其它类型或种类的那些离心泵。

尽管已经针对其示例性实施例描述和示出了本发明，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行在本发明中或针对本发明做出前述和各种其它添加和省略。