CN110337568A - 用于调节转速可变的循环泵的方法以及循环泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节液压设备中、特别是加热设备中的转速可变的循环泵的方法，其中，所述方法规定了根据所储存的静态的调节特性曲线调节循环泵的转速并且在识别到液压设备的稳态的运行点时将泵运行切换到动态的调节特性曲线。此外，本发明还涉及一种循环泵，其带有用于实施根据本发明的方法的控制机构。

Description

用于调节转速可变的循环泵的方法以及循环泵

技术领域

本发明涉及一种用于调节在液压设备中、特别是加热设备中的转速可变的循环泵的方法以及一种用于实施该方法的循环泵。

背景技术

较为老式的加热循环泵，特别是用于小功率或中功率的加热设备的较为老式的加热循环泵，经常是未经调节的，也就是说，它们的功率必须根据加热设备的相应的功率要求手动地加以设定。所述泵为此提供了不同的功率等级以用于进行手动选择。若在加热设备中没有手动地调整功率等级，那么就必须选择足够高的功率等级，该功率等级在出现功率峰值的时间中可以提供足够的输送流。因为这些功率峰值仅暂时出现，所以泵主要在不利于能量的运行中工作。

基于变得越来越严的能效要求，现代的循环泵装备有变流器（Umrichter）和转速调节器，它们使得能借助于调节特性曲线设定转速。为了利于能量地运行，值得期望的是，所使用的调节特性曲线尽量接近加热设备的最小的设备特性曲线。所述设备特性曲线随着各个加热体的恒温器阀的开度而变化。运行点是在泵的调节特性曲线和当前的设备特性曲线之间的交点。当恒温器阀在各个加热体上完全打开时，存在最小的设备特性曲线。处在最小的设备特性曲线下方的调节特性曲线将导致对设备的供给不足，因为泵不再能提供所需的泵功率。另一个困难在于，准确的最小的设备特性曲线经常是未知的并且仅能粗略地估算。在实践中则经常调用成比例的或抛物线形的调节特性曲线，其以足够的间距处在最小的设备特性曲线上方，以便总是具有足够的功率缓冲。但在设备特性曲线和调节特性曲线之间的这个间距是泵的多余的功率的并且因此是这种泵的现有的能量节省潜力的特性值，因为泵的所驱动的功率以所述特性值为幅度超过了加热设备的实际的能量需求。

由现有技术已知用于优化调节特性曲线以实现节能的不同的解决方案。在此，应当借助于特殊的学习算法直接在泵开始运转之后使调节特性曲线自动与加热设备的当前的特征相匹配。除了设备的液压的特性外，也考虑到了各个设备运行商的消费者行为（Verbraucherverhalten）。在持续较长的学习阶段期间观察这些因素。紧接着在考虑到所获得的知识的情况下建立起匹配的调节特性曲线，该调节特性曲线接下来用作用于常规的加热运行或循环运行的固定的调节特性曲线。

虽然预先已知的方法在泵运行中实现了令人满意的节能，但需要相对复杂的软件算法连同相应的硬件。另一个缺点在于，在这种方法中也无法排除液压设备的暂时的供应不足，因为在液压设备特性或在液压设备内的信号可能被错误解读时，错误的调节特性曲线可能导致供应不足。

发明内容

本申请的构思在于，阐明一种替代性的方法，该方法允许循环泵的节能的运行、设计得明显比由现有技术公开的技术方案明显更为简单并且此外能尽可能可靠地排除暂时的供应不足。

该任务通过按照权利要求1的特征的方法得到解决。所述方法的有利的设计方案是紧接在独立权利要求后的从属权利要求的主题。

根据权利要求1，提出了一种用于调节液压设备中的转速可变的循环泵的方法。液压设备例如是加热设备的加热回路。循环泵典型地是离心泵（Kreiselpumpe）并且在此用于在加热回路内使得加热用水循环。循环泵可以是指用于小型加热设备至中型加热设备的加热循环泵，其优选使用在单户住宅或较小的多户住宅中。但所述方法也可以用于安装在大型建筑物，如机场、高层楼房、工厂、办公建筑中的加热循环泵。因为较大的建筑通常具有热学上较为惰性的（thermisch träg）特性并且因此在那里更为经常出现恒定的运行点，所以所述方法的应用在那里正好极为有效。

根据本发明的方法的特征在于下列重要的方法步骤。在泵开始运转时，首先根据所储存的静态的调节特性曲线调节所述循环泵。该调节特性曲线可以是直线，理想情况下是成比例的特性曲线，或者替代性地具有抛物线形状的曲线走势。同样可以考虑有偏差的（abweichend）曲线形状。

在连续运行中检测、特别是测量所述循环泵的输送流。直接测量输送流是有利的，但也可以考虑以如下方式间接测量输送流，即，由替代性的能测量的泵参数推导出所述输送流。借助于至少一个所测得的参数，也就是说借助于输送流，应当识别到液压设备的稳态的运行点。相应的稳态的运行点的特征可能在于，在特定的时间段内无法确定一个或多个所检测的物理参数的、特别是输送流的变化或仅微小的变化。按照根据本发明的方法，在这种情况下将泵运行切换到动态的调节特性曲线。在这种状态下使用的调节特性曲线在常规的泵运行中被持续动态地调整，以便降低所述循环泵的能量需求。

特别优选的是，如果输送流下降到限定的极限值下或者掉出限定的极限范围，则由动态的调节特性曲线返回切换到所储存的静态的调节特性曲线。当设备的稳态的运行点无论是由于消费者行为还是其他的影响因素发生改变或者泵功率在动态运行期间过度下降并且掉到设备特性曲线之下、特别是最小的设备特性曲线之下时，可能就是这样的情况。因此，在动态运行期间，特别是在同时监控所述循环泵的所产生的输送流的情况下，所述循环泵的功率不断下降。通过立即切换回到静态的调节特性曲线，可靠地避免了设备的暂时的供应不足。

输送流的极限值或极限范围理想地由输送流限定，所述输送流在识别到设备的稳态的运行点的时间点中存在。若循环泵的输送流在特定的时间段内保持恒定，那么不仅假设一个稳态的运行点，而且立即将所确定的输送流考虑用作极限值或考虑用于限定针对循环泵的动态运行的极限范围。极限范围可以例如以如下方式限定，即，假定有向上或向下的能够承受的偏差的特定的输送流。

动态的调节特性曲线尤其优选基于泵转速的动态的下降，由此能降低所述循环泵的功率需求或能量需求。这尤其可以通过泵转速的连续的下降完成。泵转速的下降理想情况下较为缓慢。泵转速的分级的或周期性的下降也是可行的。

根据所述方法的一种优选的设计方案，由转速下降引起的泵输送流的变化通过打开加热体的恒温器阀得到平衡。恒温器阀的任务是，将室温保持恒定，也就是说，保持在阀上设定的期望温度。因此各个恒温器阀通过打开其阀位置来响应于泵转速的下降，以便在输送量下降时仍能保持所述温度。因此，各个恒温器阀可能由于循环泵的转速降低而被迫打开，由此使当前的设备特性曲线接近最小的设备特性曲线（在恒温器阀完全打开时）。这允许了加热循环泵的明显更为节能的运行。

理想情况下这样来选择泵转速的下降动态，使得转速这样慢地下降，从而使恒温器阀更为快速地打开并且使得室温因此保持恒定。

通过理想情况下几乎与转速下降同步地打开恒温器阀，可以在尽管转速下降的情况下仍实现恒定的泵输送流。

但也可以设想的是，直接操控各个阀或恒温器阀的至少一部分，以便预定相应的打开位置以达到最小的设备特性曲线。

在循环泵切换到静态的调节特性曲线的情况下，优选撤销转速变化。恒温器阀作为反应相应地关闭。所述循环泵的转速例如用初始设定参数运转，所述初始设定参数在开始运转时已经用静态的调节特性曲线设定。

也可以设想跳回到中间值，也就是说，转速不是返回设置到由静态的调节特性曲线预定的转速，而是处于在静态的调节特性曲线的转速和最后运转的转速之间的中间值。

例如由此识别液压设备的稳态的运行点，即，特定的、特别是所测得的输送流在特定的持续时间t内处在所述输送流的特定的范围△Q内。所述范围△Q对应于在动态的调节特性曲线运行期间受到监控的限定的极限范围。为了消除输送流信号Q的基于测量误差引起的短时间的偏移（Ausschlag），用一阶低通滤波器过滤所述信号。

特别适宜的是，无论是所述持续时间t还是所述范围△Q，也就是说，范围极限的间距，均能手动地和/或自动地进行适配（adaptieren）。

除了根据本发明的方法外，本发明还涉及一种循环泵、特别是加热循环泵，其带有用于执行根据本发明的方法或根据本发明的方法的有利的设计方案的集成的控制机构。因此针对所述循环泵产生与之前已经借助于根据本发明的方法所阐明的优点和特性相同的优点和特性。出于这个理由，不再对此作重复说明。

附图说明

本发明的有利的优点和特性应当借助于两个附图加以详细阐释。附图中：

图1是在实施根据本发明的方法期间各个泵参数或设备参数的图表；

图2是伴随动态的下降的设备特性曲线和调节特性曲线的图表；并且

图3是用于说明示例性的建筑的负荷曲线（Lastprofil）的时间上的输送流的图表。

具体实施方式

本发明的创新构思基于，取代在传统的循环泵中所使用的静态的调节特性曲线而使用动态的调节特性曲线。在接通循环泵之后，首先使用静态的调节特性曲线，所述调节特性曲线例如可以是在图2中示出的成比例的调节特性曲线21。同时持久地监控输送流Q。若该输送流Q在有待限定的持续时间t1期间留在有待限定的极限△Q内，那么假定稳态的运行点。在这种情况下，循环泵的转速n极为缓慢地下降并且由此提高了所述泵的能效。与转速n的下降相关的输送流Q的下降通过配件加以修正。因为转速n极慢地下降，所以消费者觉察不到这种措施并且输送流Q留在限定的极限△Q内。但若输送流Q从范围△Q掉出，那么撤销转速下降并且取而代之地使用静态的调节特性曲线。当调节特性曲线下降到最小的设备特性曲线之下或者消费者的行为以如下方式改变，即，该消费者打开加热的房间的窗户或门或者操纵其中一个加热阀时，可能例如就是所述情况。

应当借助于图1所示的不同的设备参数和泵参数的时间走势的图表说明根据本发明的方法的流程。图表a）详细地示出了关于持续时间t的所测得的输送流Q，图表b）示出了所述循环泵关于持续时间t的当前的目标转速n。图表c）代表了所述循环泵的关于时间t的所进行的转速下降并且图表d）示出了关于时间t的所选择的阀位置。

在此处要指出的是，所示的不同的走势以设备的连续的稳态的运行点为出发点。在时间点t=0中接通之后，泵控制机构根据所使用的静态的调节特性曲线将输送流Q调节到其目标值。在达到所述目标值后，这个目标值和泵的转速一样保持恒定。这个时间窗口在图1的图示中作为范围I示出。

在达到目标输送流Q之后，连续地检测和监控这个目标输送流。若所测得的输送流Q在时间段t1内保持恒定，那么所述循环泵以设备的稳态的运行点为出发点。基于由静态的调节特性曲线所决定的恒定的转速n，下降的值在图表c）中在时间窗口I期间为零。此外，一个或多个加热体的恒温器阀设定到一个使得能达到目标输送流Q的开度。

在时间点10上，在时间点t1结束之后，识别到一个稳态的运行点。在这个瞬间，所述循环泵的控制机构切换到用动态的调节特性曲线运行。动态的调节运行在时间窗口II内发生，其中，下降的值缓慢地提高并且所述循环泵的目标转速n连续地以相同的值为幅度减小。因为加热体的一个或多个阀调节到恒定的温度，所以目标转速n的下降通过扩大阀开口宽度自动地补偿。因此输送流Q直至时间点11都保持恒定。即使一个或多个阀在实践中先稍微延时地对转速降低作出反应，这种延迟也能基于相比所述延迟极长的观察时间段（转速极慢地下降）而被忽略。

一旦一个或多个阀完全被打开（范围II的结束，时间点11），转速n的进一步的下降导致了输送流Q的下降，也就是说，所测得的输送流Q离开允许的极限范围△Q。泵控制机构因此切换回到最初的静态的调节特性曲线，由此根据静态的调节特性曲线将转速n设回到其初始值并且一个或多个恒温器阀作为反应也回到其最初的打开位置（范围III）。在输送流Q短暂地上升之后，这个输送流因此根据静态的调节特性曲线再次达到恒定的目标值并且随着重新监控输送流来重复所述方法。若这个输送流重新在最小持续时间t1内保持恒定或留在极限范围△Q内，那么从时间点12起随着下降或转速降低（范围IV）重复动态的运行。在时间点13中，泵控制机构再次切换回到静态的调节特性曲线（范围V）。

所述方法的工作方式应当再次示意性地借助于图示2阐明。在那里示出的加热***的最小的设备特性曲线20说明了在所需的输送高度（Förderhöhe）H和输送流Q之间的相互关系。除了最小的设备特性曲线20外，还绘制出了所使用的静态的调节特性曲线21，该静态的调节特性曲线限定输送流Q和输送高度H之间的针对静态的调节的成比例的相互关系。在静态的调节特性曲线21和最小的设备特性曲线20之间的用阴影线示出的区域22，表征了在泵运行期间的可能的节能潜力。

在切换到循环泵的动态运行时，实施目标转速n的之前提到的动态的下降，由此使静态的调节特性曲线原则上朝着箭头23的方向移动并且因此接近最小的设备特性曲线20。这种接近极慢地进行并且可以连续地、逐步地或周期性地进行。

因为持久地监控所述输送流并且***在设备特征每一次变化时再次跳回到静态的调节特性曲线，所以所述方法极为鲁棒并且给消费者带来负面效果的风险很小。此外，根据本发明的方法可以特别简单地实施并且对泵控制机构的所需的计算功率没有高要求。因此不会产生用于附加的传感装置或其它的组件的附加成本。因为所述方法不基于任何模型，所以不必强制性地针对消费者个性化地设定所述方法。但可能的是，通过个性化地设定参数t1或△Q达到进一步的优化。

通过根据本发明的方法，针对泵运行获得了显著的节能潜力。泵的工作点平均大致处在静态的调节特性曲线和设备特性曲线的中央，由此能充分利用现有的节能潜力至约50%。另一种改进方案也是可行的，即，控制机构在离开△Q时不跳回到静态的调节特性曲线，而是取而代之地占据用于目标转速n或阀位置的一个中间值。

当前的构思与现有技术不同的是，不包含学习算法，而是取而代之地一次性地使用动态的调节特性曲线。在输送流每一次偏离极限范围△Q时，就删除旧信息并且重新调出动态的特性。所述动态的特性的特征也在于，除了输送流Q本身外也将该输送流的时间上的走势考虑到对于目标转速的计算中。

接下来还应当探讨针对根据本发明的方法的动态的调节特性曲线的参数的设定，也就是说，转速降低的速度和极限范围△Q的大小。针对泵转速的下降动态的所需的值与有待由加热循环泵供应的建筑相关。作为示例，接下来以功率等级175W的加热循环泵为出发点，该加热循环泵应当供应中型办公建筑。图3示出了在一年的六个连续相继的日历周（KW44至49）期间的钟表时间内输送流的走势。

所调查的办公建筑的加热设备的锅炉具有夜间温度下降（Nachtabsenkung）。锅炉从5:00至22:00在日间模式中工作，夜间温度下降则从22:00开始并且在05：00结束。当锅炉在夜间模式中降低其介质温度时，房间冷却并且加热体的恒温器阀打开。结果是在夜间运行期间较高的体积流，这在图3的图表中明显可以看到。在8:00时，工作人员典型地出现在他们的工位上。较长时间打开大门以及打开窗户以进行通风在短时间内导致增加的加热需求并且因此导致增加的体积流，这同样可以由图3的图表可知。

此外可以看到的是，体积流在日间走势中在趋势上轻微下降，这可以用日光照射的走势来解释。由这些图表走势可以推导出用于动态的调节特性曲线的参数。

确定△Q

图3的图表表明，所绘示的体积流在稳定的运行点中保留在其极限±0.1m³/h内。为了例如遵守安全界限（Sicherheitsreserve），建议△Q=±0.15m³/h的极限。在这种假设时，产生了直至五个小时的恒定的时间点。

下降动态的配置：

在下降动态中重要的是，转速这样慢地降低，使得恒温器阀更为快速地打开并且因此室温保持恒定。阀的动态可以极为良好地在锅炉从夜间模式切换到日间模式的位置（Stelle）处推导出。在早上05:00时锅炉提高介质温度。在6:00时，输送流达到了其日间水平。这意味着，恒温器阀需要例如一个小时，以便对事件作出反应。因为对于加热阀的响应可以近似描述为一阶低通，所以可以由△Q和低通的时间常数推导出最大可能的下降动态。

但简化而言建议了下列方程式：

下降动态 = △Q/（阀的反应时间/2）= ±0.3m³/h。

若以在约2 m³/h的高度上的平均的输送流为出发点，那么这例如对应于幅度为5%的转速降低。在假设泵转速约为2000 U/min时，这对于在此使用的泵和在此示出的运行走势而言对应于每小时300 U/min的转速下降。

Claims (11)

1.用于调节液压设备中、特别是加热设备中的转速可变的循环泵的方法，其中，所述方法包括：

i.根据所储存的静态的调节特性曲线调节循环泵的转速，

ii．识别是否存在液压设备的稳态的运行点，

iii.将泵运行切换到动态的调节特性曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述泵的输送流下降到限定的极限值之下或从限定的极限范围掉出，那么从动态的调节特性曲线切换回到静态的调节特性曲线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述输送流的极限值和/或极限范围由泵的在识别到的稳态的运行点中存在的输送流，特别是在连同能够承受的偏差的情况下得到限定。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述动态的调节特性曲线基于泵转速的动态的下降，其中，所述下降例如连续地、逐级地或周期性地进行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助于所述循环泵的转速下降迫使打开加热***中的一个或多个恒温器阀，由此使当前的设备特性曲线伴随恒温器阀的完全打开而接近最小的设备特性曲线。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述泵切换到静态的调节特性曲线时撤销转速变化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当特定的、特别是所测得的输送流在限定的持续时间t内处在所述输送流的限定的范围△Q中时，由此识别到液压设备的稳态的运行点，其中，所述范围△Q对应于限定的极限范围。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用一阶低通滤波器过滤所述输送流的测量信号。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，能手动地和/或自动地改变所述持续时间t以及范围△Q。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述输送流下降到限定的极限值之下或从限定的极限范围掉出，那么控制机构跳回到用于转速的中间值，其中，转速的中间值处在静态的调节特性曲线的转速和最后设定的转速值之间。

11.循环泵、特别是加热循环泵，其带有用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的集成的控制机构。