流體機械的製作方法
2023-05-25 13:04:31
專利名稱：流體機械的製作方法
技術領域：
本發明涉及流體機械，尤其涉及包括以下兩種泵的流體機械一種是離心泵，它對於循環用泵來說，容易獲得最佳恆定流量特性；另一種是軸流泵，它對於給水用泵來說容易獲得最佳恆定揚程特性。
背景技術：
過去，暖氣、冷氣用的冷水·溫水循環泵，採用了離心泵。在該用途中，重要的事項如下。
①即使已知道所需的流量，也還必須在現場用閥門來調節流量，因為計算上的管道損失和實際的管道損失有難於估計的差異。在此情況下，出現的能量損耗量正好相當於閥門的損耗量。
②若由於管道常年使用過程中發生變化以及異物堵塞閥門等原因而使管道損失增大，則流量減小。所以，需要定期地用閥門等來調整流量。
③由於現場一般沒有測量流量的手段，所以，必須用壓力計等來掌握壓力，根據泵特性曲線來推算流量。然而，這種方法精度很低。
解決這些問題的現有技術有以下幾種①利用控制盤來對電磁流量計的信號進行處理，對電磁閥的開度進行控制。這種方法，其缺點是成本高，而且造成閥門損失，所以，省能量效率低。
②把電磁流量計的信號輸入到變頻器內，進行變速運轉。這種方法省能源，但成本高。
③在泵上設置轉速切換旋鈕，在改變泵的Q-H特性的同時還利用閥門根據所需流量進行調節。這種方法能減小閥門阻力所造成的能量損耗，但不能穩定流量。所以，在管道損失增大等情況下，必須隨時調整流量。
發明的公開鑑於上述問題，本發明是要解決以下技術課題，其目的是提供一種不需要特別附助設備就能不受管道阻力變化的影響，始終保持流量穩定的離心泵等的流體機械。
再者，本發明是要解決以下技術課題，其目的是提供一種即使流量發生變化也能保證揚程一定的、作為最佳給水泵的軸流泵等流體機械。
為了解決上述課題，本發明是用電動機來驅動使葉輪旋輪旋轉，從而產生壓力的流體機械，其特徵在於具有在由馬達供應電力的變頻器、頻率和電流值的檢測裝置、以及預先規定頻率和電流值的關係的程序，使變頻器的發生頻率進行變化，以便對實際運轉時的頻率和電流與上述規定程序進行比較，使流體機械的運轉點接近於上述規定程序。
在本發明的一個實施形態中，使用了在同一轉速條件下軸動力隨流量的增加而增加的流體機械，即使發生壓力出現變化，也能使流量大體保持一定。
在本發明的一個實施形態中，在相同轉速條件下，使用軸動力隨流量的增加而減小的流體機械，即使流量發生變化，也能使發生壓力大體上保持一定。
在本發明的一個實施形態中，使頻率(Hz)和電流值(A)之間建立起某唯一的函數關係，進行程序編制。
例如，用A＝KHzn(K和n為正的常數)來表示。並且，在變頻器上設置用於切換K和n值的裝置。
再者，本發明，其泵裝置具有由三相感應電動機驅動的離心泵、向該三相感應電動機供應電力的變頻器、設置在變頻器上的頻率和電流檢測裝置、以及對變頻器所存儲的頻率和電流值的關係進行規定的程序；其特徵在於使變頻器的發生頻率進行變化，以便對實際運轉時的頻率和電流值與上述規定程序進行比較，使泵的運轉點接近於上述規定程序，這樣，即使泵揚程發生變化，也能使流量大體保持一定。
在本發明的一個實施形態中，對變頻器輸出時間和上述一定流量值進行乘法計算，使其具有對流量進行累計的功能。並且在變頻器上設置了流量顯示部分。
附圖的簡單說明
圖1A和圖1B是對涉及本發明的流體機械的基本概念進行說明的說明圖。
圖2是對涉及本發明的流體機械的基本概念進行說明的說明圖。
圖3是表示實施本發明的最佳泵裝置的斷面圖。
圖4是本發明的變頻器的電路圖。
實施本發明的最佳實施例以下詳細說明涉及本發明的流體機械實施例。
圖1A和圖1B是對本發明的基本概念進行說明的說明圖。圖1A是表示作為流體機械的一例的離心泵的流量(Q)和揚程(H)的關係的圖；圖1B是表示圖1A的I(b)部分的放大圖。在圖1A中橫坐標表示流量比；縱坐標表示揚程比。驅動本發明的離心泵的馬達具有變換器。而且具有用於選擇所需流量的許多個旋鈕(選擇裝置)。馬達，例如由三相感應電動機構成。
在圖1A和圖1B中，變換器頻率(Hz)和電流值(A(安培))，以旋鈕A A＝0.001×Hz2……流量比0.7旋鈕B A＝0.0014×Hz2……流量比1.0這兩種方式進行存儲時為例進行說明。
現假定選擇了旋鈕B，進行說明這時管道的阻力曲線假定為圖1A的②。
若對泵進行起動，則按預先存儲的頻率100Hz(6000轉/分)進行運轉。運轉點在與阻力曲線②的交點α1(100Hz-15A)上。該運轉點與預先存儲器的A＝0.0014Hz2(A＝0.0014×1002＝14A)相比，電流值較大。也就是說，這表示對於頻率100Hz，電流值過大。
因此，變換器進行使頻率和電流值與A＝0.0014Hz2相符合的減速運轉。也就是說降低頻率進行運轉。
然後，泵減速的結果，在90Hz下進行轉運。運轉點成為與阻力曲線②的交點β1(90Hz-10A)。該運轉點成為與預先存儲的A＝0.0014Hz2(A＝0.0014×902＝11.34A)相比較，電流值小。也就是說，這表示對於頻率90Hz，電流值過小。
因此，變換器進行使頻率和電流值與A＝0.0014Hz2相符合的加速運轉。即提高頻率進行運轉。
上述結果是，泵在A＝0.0014×95212.5(95Hz-12.5A)的點γ1上運轉。
也就是說，根據已選擇的旋鈕B的流量進行運轉。若採用此法，則與管道阻力的大小和變動無關，能按一定的流量進行運轉，而且能以所需的最小功耗進行運轉，所以，對循環用泵來說是最合適的。
而且，在圖1A和圖1B中作為真正的重要事項而標註出的點δ，是在例如用於溫水循環時能供給最佳熱量的運轉點。該點有時與預先計算出的運轉熱量稍有不同。這是因為在計算上留有餘量。
為了解決這一問題，也可以增加用變換器的流量選擇旋鈕能夠選擇的種類(如圖1A所示，不是A、B兩種，而是例如8種)。
以上是在一定轉速(一定頻率(Hz))條件下流量越大軸動力(功耗和電流值)越大的離心泵事例。
圖2是說明圖，它表示用壓力一定的方法來對在一定轉速(一定頻率(Hz))條件下流量越大軸動力越小的軸流泵進行控制的事例。在圖2中橫坐標表示流量比；縱坐標表示揚程比。
在圖2中變換器的頻率(Hz)和電流值(A(安))以A＝0.0012×Hz2…………揚程比0.75這一種方式進行存儲時為例進行說明。
這時管道的阻力曲線定為圖2的①。
若對泵進行起動，則按預先存儲的頻率100Hz(6000轉/分)進行運轉。運轉點是與阻力曲線①的交點α2(100Hz-14A)。該運轉點與預先存儲的A＝0.0012×Hz2(A＝0.0012×1002＝12A)相比較，電流值大。也就是說，它表示對頻率100Hz來說電流值過大。
因此，變換器進行使頻率和電流值與A＝0.0012Hz2相符合的減速運轉。也就是說，降低頻率進行運轉。
然後，泵減速的結果，按90Hz進行運轉。運轉點是與阻力曲線①的交點β2(90Hz-9A)。該運轉點與預先存儲的A＝0.0012Hz2(A＝0.0012×902＝9.72A)相比較，電流值小。也就是說，它表示對頻率90Hz來說電流值過小。
因此，變換器進行使頻率和電流值與A＝0.0012Hz2相符合的加速運轉。也就是說，提高頻率進行運轉。
上述結果是，泵按照A＝0.0012×95211A(95Hz-11A)的點進行運轉。也就是說，用已選擇的壓力進行運轉。若採用此法，則與管道阻力的大小和變動無關，能按一定的壓力(揚程)進行運轉，而且按所需最小功耗進行運轉，所以，作為給水用泵是最佳狀態。
如圖1A、圖1B和圖2所示，若按照本發明，則不使用電磁流量計和壓力計(或壓力傳感器)等，僅靠泵本身即可使流量或壓力保持一定。所以用戶不需要特別的附助設備，並且也不需要調節閥門等操作。
圖3表示為實施本發明所使用的最佳泵裝置。該泵裝置是處理液在馬達周圍流動的全周流型屏蔽電動泵。
本實施例所示的全周流型屏蔽電動泵具有泵殼1、裝在該泵殼1內的屏蔽電動機6、以及固定在該屏蔽電動機6的主軸7的端部上的葉輪8。泵殼1由泵殼外筒2、分別連接在該泵殼外筒2的兩端上的吸入殼3和排出殼4構成。吸入殼3被焊接在外筒2上；排出殼4被法蘭盤61、62連接在外筒2上。泵殼外筒2、吸入殼3和排出殼4是用不鏽鋼等板金加工製成的。
另一方面，屏蔽電動機6具有定子13、設置在該定子13的外周部分上的電動機框外筒體14、焊接固定在電動機框外殼體14的兩個開口端上的電動機框側板15、16、以及嵌合在定子13的內周部分上焊接固定在上述電動機框側板15、16上的殼17。並且，以能夠旋轉的狀態安裝在定子13內的轉子18被熱裝固定在主軸7上。在電動機框外筒體14和外筒2之間形成了環狀空間(流路)40。變換器(變頻器)F被固定在外筒2的外面，在該外筒2內電動機的周圍裝有處理液。變換器F被安裝在外殼20內，流量顯示儀和流量設定旋鈕也裝在該外殼20內。
再者，用於把流體從半徑方向外側引入到內側的導向構件11由屏蔽電動機6的電動機框側板15進行支承。並且，用於存放葉輪8的外殼12被固定在導向構件11上。再者，密封構件13被安裝在導向構件11的外周部分上。
襯環51被設置在導向構件11的內端上，使該襯環51與葉輪8的前面部分(吸入口側)進行磨擦滑動。內殼12大體上呈半園形，把屏蔽電動機泵6的主軸7的軸端掩蓋起來。該內殼12具有導向裝置12a，該導向裝置12a由導流葉片和螺旋構成，用於對從葉輪8排出的流體進行導向。並且內殼12在前端部分具有排氣孔12b。
軸承是碳化矽制的滑動軸承，全部軸承均安裝在電動機轉子18和葉輪8之間的空間內。軸承由自液進行潤滑。
軸承架21由不鏽鋼鑄件製成，在軸向兩側用熱裝法固定了固定側徑向軸承22、23，再從外周部分注入樹脂，以便從周圍進行固定。並且，固定側徑向軸承22、23的軸向端部，在結構上與旋轉側推力軸承24、25進行磨擦滑動。旋轉側推力軸承24、25和旋轉側徑向軸承26、27，適當通過葉輪8和定距塊28被葉片固定螺母29固定到主軸7上。
以下簡單地說明圖3所示的全周流型屏蔽電動泵的作用。從吸入殼3吸入的流體，流入到在外筒2和屏蔽電動機6的電動機框外筒體14之間形成的環狀流路40內，通過該流路40被引導到導向構件11內，然後進入到葉輪8內。從葉輪8排出的流體，經過導向裝置12a，從排出殼4中排出。
以下參照圖4，說明本發明的變頻器的實施例。在圖4中，泵等流體機械用M表示；變頻器用F表示。在用三相交流作為輸入時，變頻器F，其構成部分有把交流變換成直流的整流電路41和對整流後的電壓進行平滑處理的平滑電容器42所構成的整流器部分、以及把直流變換成交流的變換器部分43。在作為直流部分的整流器上連接了輔助電源部分44和用於檢測整流部分的直流電壓的電壓檢測部分45。變頻器F還具有預先存儲了發生頻率與電流值的關係的控制部分46，從控制部分46輸出PWM信號，對變換器部分43進行驅動。
在三相變換器43的輸出部分上設置了電流檢測敏感元件48，被檢測出的電流經過檢測部分47而變換成信號，被輸入到控制部分46內。在三相變換器43的輸出側連接了電動機6。而且，符號49是溫度敏感元件。
在控制部分46內設置了ROM，其中預先存儲了對發生頻率和電流值的關係加以規定的函數；CPU，用於對來自電流檢測部分47的信號和ROM的設定內容進行比較，進行運算處理，輸出規定的PWM信號；以及控制IC。
變頻器F如上所述具有控制部分46，能存儲本身輸出的時間。並且，若利用上述的流量一定控制來進行運轉，則變頻器F能檢測出泵進行傳送的各個時刻的流量。而且，變頻器F內具有運算功能。所以，變頻器F除了能顯示各個時刻的流量外，還能顯示累計流量。也就是說，該泵裝置本身能作為流量計使用。
另外，充分利用變頻器F的存儲器功能，能進行這樣的自動運轉按規定日數(例如5日時間)連續地進行這樣的作業，即每經過一定時間(例如24小時)傳送規定量(例如1米3)的水，停止規定日數(例如2日時間)，然後再按規定日數(例如5日時間)連續地進行作業。
這種方法的特徵是適合於限制1日的給水量，節約用水等情況，不設置特別的輔助設備即可自動供水。
如以上所說明的那樣，若採用本發明，則可製成這樣一種離心泵等流體機械，即不需要特別的輔助設備，不受管道阻力變化的影響，能經常穩定地保持供水流量。
並且，若採用本發明，則能實現即使流量發生變化，也能使發生揚程保持一定的軸流泵等流體機械。
在產業中利用的可能性本發明適用於這樣一種流體機械，即其中包括離心泵，它容易獲得尤其對循環用泵適合的定流量特性；以及軸流泵，它容易獲得對給水用泵適合的定揚程特性。
權利要求
1.一種流體機械，其利用電動機進行驅動，由葉輪旋轉從而產生壓力，其特徵在於具有向電動機供應電力的變頻器、頻率和電流值的檢測裝置，以及預先對頻率和電流值的關係進行規定的程序，將實際運轉時的頻率和電流值與上述規定程序進行比較，對變頻器的發生頻率進行調整，使流體機械的運轉點靠近上述規定程序。
2.如權利要求1所述的流體機械，其特徵在於在相同轉速條件下，使用軸動力隨流量增加而增加的流體機械，使得即使發生壓力出現變化也能使流量大體保持一定。
3.如權利要求1所述的流體機械，其特徵在於在相同轉速條件下使用軸動力隨流量增加而減少的流體機械，使得即使流量發生變化也能使發生壓力大體保持一定。
4.如權利要求1所述的流體機械，其特徵在於使頻率(Hz)和電流值(A)按某唯一的函數建立起相互關係，進行程序編制。
5.如權利要求4所述的流體機械，其特徵在於規定A＝KHzn(K和n是正的常數)。
6.如權利要求5所述的流體機械，其特徵在於在變頻器內設置了用於切換K和n值的裝置。
7.一種泵裝置，其特徵在於具有離心泵，它由三相感應電動機來進行驅動；變頻器，用於把電力供給到該三相感應電動機內；頻率和電流值的檢測裝置，它設置在變頻器內；以及程序，用於對變頻器內所存儲的頻率和電流值的關係進行規定，使實際運轉時的頻率和電流值與上述規定程序進行比較，對變頻器的發生頻率進行調整，使泵的運轉點接近於上述規定程序，即使泵揚程發生變化也能使流量大體保持一定。
8.如權利要求7所述的泵裝置，其特徵在於具有這樣一種功能通過對變頻器輸出的時間和上述一定流量的值進行乘法運算，以累計出流量。
9.如權利要求8所述的泵裝置，其特徵在於在變頻器內設置了流量顯示部。
10.如權利要求8所述的泵裝置，其特徵在於有效利用變頻器的存儲器功能，進行這樣一種自動運轉按規定日數連續地進行下列作業，即每經過一定時間，傳送一定量的水，停止規定日數，然後，再按規定日數連續地進行作業。
全文摘要
本發明公開一種流體機械,其利用電動機進行驅動,通過葉輪旋轉從而產生壓力,其具有向電動機供應電力的變頻器F、頻率和電流值的檢測裝置,以及預先對頻率和電流值的關係進行規定的程序,將實際運轉時的頻率和電流值與上述規定程序進行比較,對變頻器F的發生頻率進行調整,使流體機械的運轉點靠近上述規定程序。
文檔編號F04D15/00GK1252855SQ98804350
公開日2000年5月10日 申請日期1998年4月22日 優先權日1997年4月25日
發明者小林真, 山本雅和, 三宅良男, 八木薰, 上井圭太, 宮崎義晶, 飯島克自 申請人:株式會社荏原製作所