帶有空化調節的液環真空泵的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于運行液體環真空泵的方法，其中進行泵的振動測量并且將之與規定的空化閾值(26)進行比較。另外，進行代表被輸送的氣體內的液體成分的測量。將此測量與規定的閾值進行比較。如果已超過規定的空化閾值(26)且液體成分低于規定的閾值，則降低液體環真空泵的轉速。如果已超過規定的空化閾值且液體成分高于規定的閾值，則升高液體環真空泵的轉速。本發明還涉及為了實施該方法而設計的液體環真空泵。由于取決于根據本發明的泵的振蕩而進行調節，所以可接近空化邊界運行所述泵而無任何損壞的風險。
【專利說明】帶有空化調節的液環真空泵

【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于運行液環真空泵的方法。在該方法中，記錄泵的測量到的振動值 并且將之與預定的空化（cavitation)閾值進行比較。此外，本發明涉及適合于執行該方法 的液環真空泵。

【背景技術】
[0002] 在液環真空泵中，存在可能在不同的運行狀態下發生空化的問題。如果泵在相對 長的時間階段中在空化條件下運行，則這表現為泵的部件的高機械載荷，此高機械載荷可 能迅速地破壞泵。已前的液環真空泵因此設計為使得總是保持與可能發生空化的運行狀態 有著足夠的距離。雖然泵因此受到保護，不因空化而被損壞，但由于與空化極限有著距離， 所以泵的可能的性能容量的一部分未得到利用。


【發明內容】

[0003] 本發明基于如下目的，S卩：提出增加效率的泵及其運行方法。從前文中所述的現有 技術出發，此任務通過獨立權利要求的特征實現。有利的實施例在從屬權利要求中給出。
[0004] 在該方法中，根據本發明記錄代表被輸送的氣體中的液體成分的測量值，且將該 測量值與預定的極限值進行比較。如果超過預定的空化閾值且液體成分低于預定的極限 值，則降低泵的轉速。如果超過預定的空化閾值且液體成分高于預定的極限值，則升高泵的 轉速。
[0005] 首先，將解釋一些術語。形成泵的液體環的液體稱為運行液體。與此運行液體相 區分的是由被輸送的氣體驅動的且在下文中被稱為凝結物的液體。術語凝結物不限制于因 為凝結而形成的液體，而是也包括被氣體驅動的其它液體。特別地，不需要使得凝結物是與 運行液體不同的物質。如果凝結物進入到泵內，則凝結物可與運行液體混合起來。因此，不 必然從泵輸出已作為凝結物進入的相同的液體。術語液體成分涉及由被輸送的氣體驅動的 液體/凝結物。
[0006] 空化閾值被選擇為使得能夠得出以下結論，當測量到的振動值高于空化閾值，則 在泵內發生空化，而在測量到的振動值低于空化閾值的情況下，在泵內無空化?？栈撝档?特定值取決于泵的設計和傳感器的類型以及測量值的記錄。對于每個單獨的泵，可通過實 驗容易地確定空化閾值。
[0007] 液體成分的極限值類似地取決于泵的特定設計。在一個泵中，非常小量的凝結物 已觸發了空化。在另一個泵中，可驅動一定量的凝結物，而不會損害泵的運行。也可通過實 驗對于每個泵容易地確定該極限值。也可構思出使得極限值取決于泵的轉速改變，即：極限 值是取決于轉速的函數。將測量值與極限值進行比較的說明應被廣泛地理解。例如，如果 從間接測量中得到關于液體成分的結論，則與極限值的比較可在于：在間接測量中識別出 指示高或低液體成分的特征。
[0008] 本發明已認識到，與其它類型的泵（參考例如DE 35 20 538 A1)不同，不能在每個 情況中在液環真空泵中再次通過降低轉速來停止泵內的空化。轉速的降低實際上僅在一定 的運行狀態中是有幫助的，例如，如果空化是由于泵在高轉速下且以低進氣壓力運行而產 生的。此空化稱為典型空化。
[0009] 相比而言，如果空化是由于凝結物與被輸送的氣體一起供給到泵而產生的，則降 低泵的轉速甚至產生相反的效果。在轉速降低時，泵可能甚至不再能將多余的液體從泵輸 出。然而，實際上通過升高轉速可將多余的液體從泵輸出。轉速的升高因此在此情況中導 致空化的消除。
[0010] 本發明利用了該發現，從而提出一種方法，通過所述方法，可使泵的運行自動地適 配于不同空化類型的情況。在根據本發明的方法中，在每個情況中將兩個標準組合，以決定 升高還是降低轉速。如果已超過空化閾值且液體成分低，則降低轉速。如果已超過空化閾 值且液體成分高，則升高轉速。在空化發生之后升高泵的轉速的方法步驟與已建立的教導 正好相反，根據該已建立的教導，認為在空化的情況中總是應降低轉速。
[0011] 在泵中可處理來自外部傳感器的測量值，以確定被輸送的氣體的液體成分。為此 目的，直接測量液體成分的傳感器可設置在待排空的空間內。也可從例如涉及在待排空的 空間內的壓力或溫度的其它測量值得出關于液體成分的結論。
[0012] 替代地或補充地，在泵處記錄的測量值可用于確定液體成分。例如，可從振動傳感 器的測量值得出關于液體成分的結論。雖然液體成分不能直接經由振動傳感器測量到，但 顯示出由于凝結物的過量而導致的空化造成了與典型空化的情況中的振動不同的特征性 振動。這些特征性特性可通過對于振動傳感器的測量值的合適的評估來確定。例如，可執 行傅里葉分析，且可從頻譜的特征得出空化是否是由于升高的液體成分所導致的結論。上 述特征的特定表現取決于泵的設計和振動傳感器的布置，且可能地必須在單獨的情況中通 過實驗確定。
[0013] 將與空化閾值進行比較的測量值可通過同一振動傳感器或另一個振動傳感器記 錄?？栈欠翊嬖诘脑u估要比關于空化的不同類型的評估簡單。例如，空化閾值可簡單地 涉及振動的幅度。如果幅度超過空化閾值，則可從中得到存在空化的結論。
[0014] 從泵處記錄的測量值得到關于液體成分且因此空化的類型的結論的另一個可能 性在于評估內部馬達數據，例如馬達電壓和馬達電流。
[0015] 有時可能發生的是：不能僅通過使轉速適配來消除空化。在此情況中，可建議經由 閥讓另外的空氣進入到泵的工作空間內。雖然泵的效率程度因此降低，但空化被可靠地消 除。
[0016] 泵的運行可基于多階段序列。在第一方法階段中，泵可在低于最小轉速的轉速下 運行。在此，最小轉速意味著泵內的液體環剛好是穩定的時所處轉速。在該方法階段中，泵 因此在不具有穩定的液體環的情況下運行。在該運行階段中，實際上設計為輸送氣體的泵 可被用于首先將一定量的液體從待排空的空間輸出。葉輪的翼片像葉片一樣工作，由此將 液體引導通過泵。單獨凝結物泵因此變得多余。
[0017] 如果液體已從待排空的空間以此方式移除，則可過渡到正常的真空運行狀態，其 中泵以高于最小轉速的轉速運行。即使不記錄測量的振動值、不確定液體成分且不適配轉 速，首先使泵以低于最小轉速的轉速運行以將液體運出且然后以高于最小轉速的轉速繼續 真空運行的構思也具有獨立的創造性的內容。如下的另外的方法階段的描述將獨立的創造 性的內容具體化。
[0018] 在過渡到真空運行之后，液體環真空泵在第二方法階段中可首先以最大轉速運 行，以將盡可能大量的氣體在盡可能短的時間內從待排空的空間輸送出。在該運行狀態中， 存在以下風險：在降低的壓力的情況下，在典型的液體環內發生典型空化。典型空化可通過 降低轉速抵消。泵可以此方式接近空化極限值運行，而同時轉速隨著壓力變低越來越降低。 在此，術語空化極限值意味著泵的如下運行狀態，即：在所述運行狀態中，顯現空化的最先 跡象。
[0019] 如果待排空的空間內的壓力已降低到期望值，則在第三方法階段中，泵的轉速可 降低到接近最小轉速的值。作為在低轉速下運行的結果，節約了能量。如果空化在該類型 的低轉速下發生，則這通常是在被輸送的氣體內的液體成分升高的結果。如果因此發生了 空化，則可通過升高轉速抵消。
[0020] 以此方式，泵例如可在醫院的消毒期間使用。待進行消毒的物體被引入到室內且 以熱蒸汽進行處理。然后，可通過根據本發明的方法將室排空。凝結物可首先在低轉速下 被運出。通過隨后使泵在最大轉速下運行且然后沿空化極限值降低轉速，在實際排空期間 節約了時間。通過以低轉速運行來最終維持低壓，節約了能量。
[0021] 此外，本發明涉及可根據本發明的方法的運行的液環真空泵。泵包括泵殼體，被偏 心地安裝在泵殼體內的葉輪和用于記錄泵的振動的振動傳感器。根據本發明，提供了邏輯 模塊，所述邏輯模塊將振動傳感器的測量值與預定的空化閾值進行比較，且將代表被輸送 的氣體的液體成分的測量值與第一極限值進行比較。泵的控制單元設計為適配泵的轉速。 在此，控制單元設計為：如果已超過預定的空化閾值且液體成分低于預定的極限值，則降低 泵的轉速。在此，控制單元設計為：如果已超過預定的空化閾值且液體成分高于預定的極限 值，則升高泵的轉速。
[0022] 如果空化發生在泵的液體環內，則發生特征性振動，其與正常運行期間的振動不 同。在空化被認為是顯著得達到可能發生對泵的損壞的程度之前，可通過振動傳感器確定 排空的最先跡象。預定的空化閾值被選擇為使其在泵的正常運行期間不被超過，而是僅當 泵接近空化極限值時被超過。
[0023] 對于各個泵以合適的方式選擇預定的空化閾值?？栈撝道缈缮婕罢駝拥姆?度。也可使得閾值涉及由空化所觸發的振動的特征性特性。也可以是如下情況，即：例如振 動在限定的頻率下以特定的強度在空化期間發生。
[0024] 作為使轉速適配的補充或替代，與空化極限的距離也可通過如下事實增加，S卩：使 在泵的內部中的壓力升高。為此目的，泵可具有從外側通過泵殼體延伸到泵的內部中的通 道。通道設有在正常狀態中關閉的閥。閥可在超過閾值之后迅速被打開，以讓氣體從周圍 環境進入到泵的內部內。作為結果，再次建立與空化極限的距離。
[0025] 振動傳感器優選地連接到泵殼體，結果是：所述振動傳感器確定了在泵殼體內發 生的振動。振動傳感器可布置在由于空化所導致的振動所在之處，即：布置在葉輪附近。振 動傳感器可例如布置在殼體的周圍上或殼體的該區域的端側上。
[0026] 然而，無電子部件通常以別的方式布置在葉輪的區域內。如果振動傳感器布置在 此處，則缺點是：作為結果，必須另外地敷設纜線。因此，如果將振動傳感器布置在泵殼體的 其中在任何情況中存在電子部件的區域內，則能夠是有利的。這例如可以是其中也布置了 用于驅動器的控制單元的區域。如果泵是整體構造的泵，則這可以是特別合適的。整體構 造意味著泵和驅動器被共同的泵殼體包圍。在葉輪的區域內產生的振動傳播通過泵殼體且 也可在另一個位置處被滿意地測量到。如果用于泵的驅動器的控制單元連接到泵殼體，則 振動傳感器可整合在控制單元內。
[0027] 泵可擴展為具有參考根據本發明的方法在上文中描述的另外的特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 在下文中，將通過示例、利用有利的實施例參考附圖描述本發明，其中：
[0029] 圖1示出了根據本發明的液環真空泵的示意性截面圖示，
[0030] 圖2在側視圖中示出了圖1的泵，
[0031] 圖3示出了根據本發明的液環真空泵的控制單元，
[0032] 圖4示出了在本發明的另一個實施例中的圖3的視圖，和
[0033] 圖5示出了根據本發明的泵的運行序列的示意性圖示。

【具體實施方式】
[0034] 在圖1中所示的液體環真空泵中，葉輪14偏心地安裝在泵殼體20內。泵內部內 的液體通過旋轉中的葉輪14驅動，且形成了徑向地從泵殼體20的外壁向內側延伸的液體 環?？紤]到偏心安裝，葉輪14的翼片取決于角度位置向液體環內突出到不同的深度。封閉 在兩個翼片之間的室的體積因此改變。液體環因此像在葉輪14的旋轉期間在室內上下移 動的活塞一樣作用。
[0035] 通道從入口開口 16通向泵的內部內，葉輪14在泵的內部中旋轉。通道16在葉輪 14的翼片從液體環中浮現所處的區域內開放，S卩：在所述區域內，在兩個翼片之間封閉的 室被放大。作為放大的室的結果，氣體通過入口開口 16被吸到室內。在室已達到其最大體 積之后，在葉輪14的進一步旋轉期間，液體環又滲入到室內。當氣體通過進一步滲入的液 體環而被充分地壓縮時，氣體又在大氣壓下通過出口開口 17輸出。此類型的液體環真空泵 用于將連接到入口開口 16的空間排空到例如50毫巴的壓力。
[0036] 此外，泵裝配有稱為空化孔的通道，所述通道從外側延伸到泵的內部內。電磁閥布 置在該通道內，通過所述電磁閥，可選地打開或關閉該通道。
[0037] 根據圖2,葉輪14通過軸18連接到驅動馬達。泵具有整體構造，即：驅動器和葉 輪14結合地容納在泵殼體20內。此外，控制單元21布置在泵殼體20上，通過所述控制單 元21將電能供給到驅動器且設定泵的轉速。
[0038] 如圖3的示意性圖示所示，控制單元21包括振動傳感器22,邏輯模塊23和促動模 塊24。此外，來自外部傳感器27的測量值被供給到控制單元21。
[0039] 振動傳感器22連接到泵殼體20,以確定泵殼體20的振動。振動傳感器22的測量 值被連續地傳輸到邏輯模塊23。邏輯模塊23將測量值與預定的空化閾值26進行比較（見 圖4)。如果超過空化閾值26,則將其評估為在泵內已發生空化的指示。然而，不能僅從超 過空化閾值來斷定所述空化是典型空化還是由于升高的液體成分導致的空化。來自外部傳 感器27的測量值因此被另外地供給到邏輯模塊，從所述測量值斷定被輸送的氣體的液體 成分的大小。外部傳感器27例如可以是直接測量通向泵的供給管線內的液體成分的傳感 器。也可使得外部傳感器27測量這樣的值，從所述值可間接地得到關于液體成分的結論。 這些值例如可涉及供給到待排空的空間內的蒸汽的溫度，壓力或量。
[0040] 以此方式，在邏輯模塊23內將信息組合起來，利用所述信息，可決定應升高還是 降低轉速以消除空化。如果發生空化且被輸送的氣體不包含凝結物或僅包含非常小的凝結 物的量，則降低轉速。如果發生空化且被輸送的包含相對較大的凝結物的量，則升高轉速。 相應的信號被邏輯模塊23給到促動模塊24,其結果是：相應地設定泵的驅動器。在兩個情 況中，轉速的適配都導致在泵內再一次消除空化。
[0041] 作為轉速的適配的補充或替代，電磁閥28可經由促動模塊24來被迅速地打開，其 結果是：來自周圍環境的空氣可滲入到泵的內部內。與空化極限的距離也通過泵內部內的 相關的壓力升高而得到增加。
[0042] 在根據圖4的實施例中，邏輯模塊23不從外部傳感器接收任何信息。而是，來自 振動傳感器22的測量值以兩種方式進行評估。首先，將振動的幅度與預定的空化閾值進行 比較。如果幅度超過閾值，則這指示空化。其次，執行測量值的傅里葉變換，且考慮振動的 頻率分布。為此目的，例如在5kHz處的1/3倍頻帶和在10kHz處的1/3倍頻帶可被挑出。 典型的空化通過5kHz處的1/3倍頻帶（octave band)中的特征性分布來表現，而由于增加 的液體成分導致的空化導致10kHz處的1/3倍頻帶中的特征性頻率分布。通過在邏輯模塊 23中評估兩個1/3倍頻帶，因此可確定空化是何種類型。在本發明的上下文中，頻帶的此評 估代表了極限值和表示液體成分的測量值之間的比較。
[0043] 例如可使用泵，使得其在方法的第一階段中例如在lOOOrpm的轉速下運行。液體 環在此之上是穩定的最小轉速處于大致2000rpm。在lOOOrpm處，泵因此明顯地低于最小轉 速運行。在此運行狀態中，泵可用于將液體的量輸送出待排空的空間。
[0044] 如果在空間內不再包含液體，則泵可在方法的第二階段轉變為真空運行。圖4示 意性地示出了方法的第二階段，A代表泵的轉速，以Hz為單位，B在0至10的相對尺度上示 出了通過振動傳感器22記錄的測量值，且C指示了待排空的空間內的壓力，以毫巴為單位。 待排空的空間具有400升的體積。時間以秒為單位在水平軸上繪出。在t = 0的時刻，略 高于1000毫巴的大氣壓力存在于待排空的空間內，且振動傳感器測量不到泵的任何振動。 在過渡到真空運行之后，泵在短時間內加速到大致5400rpm的最大轉速。空間內的壓力迅 速地降低到大致500毫巴的值。在t = 20s時，通過振動傳感器22測量到的振動第一次超 過在圖4B中使用虛線示出的預定的空化閾值26。泵的轉速然后略微降低，這導致振動在短 時間內再次下降到低于預定的空化閾值26。轉速隨后再次略微升高，直至再次達到空化極 限。通過根據本發明的方法，具有400升的體積的容器在80秒內被排空到60毫巴的壓力。 如果相同的泵以恒定的轉速運行，則相同的運行需要113秒。
[0045] 當達到最終壓力時，為維持壓力，較低的轉速足以。在方法的第三階段中，轉速因 此降低到剛剛高于最小轉速的程度。如果在此狀態中發生空化，則所述空化是由于被輸送 的氣體內的增加的液體成分所導致的。因此，在邏輯模塊23內，首先確定了超過空化閾值， 且其次確定了高液體成分。作為結果，邏輯模塊23將指令傳輸到控制單元24,以升高轉速。
【權利要求】
1. 如果已超過所述預定的空化閾值（26)且液體成分低于所述預定的極限值，則降低 轉速； ii.如果已超過所述預定的空化閾值且液體成分高于所述預定的極限值，則升高轉速。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟b中處理來自外部傳感器（27)的 測量值。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟b中處理在所述泵處記錄的測 量值。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟b中處理測量到的振動值。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟b中考慮所述測量到的振動值的頻 譜。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述空化閾值（26)涉及振 動的幅度。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，如果空化不能通過使轉速適 配消除，則讓空氣進入到所述泵的工作空間內。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述泵在第一方法階段中以 低于最小轉速的轉速運行。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述泵在第二方法階段中首先在最大轉 速下運行，并且在發生空化之后降低轉速。
10. 根據權利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述泵在第三方法階段中以剛剛高 于所述最小轉速的轉速運行。 II. 一種具有泵殼體（20)的液環真空泵，其具有偏心地安裝在所述泵殼體（20)內的葉 輪（14)，并且具有用于記錄所述泵的振動的振動傳感器（22)，其特征在于，所述泵包括邏 輯模塊（23)，所述邏輯模塊將所述振動傳感器（22)的測量值與預定的空化極限值（26)進 行比較，并且所述邏輯模塊將代表被輸送的氣體的液體成分的測量值與第一極限值進行比 較，此外，還設置控制單元，用以使所述泵的轉速進行如下適配： i.控制單元設計為：如果已超過所述預定的空化閾值且液體成分低于預定的極限值， 則降低轉速；
11. 控制單元設計為：如果已超過所述預定的空化閾值且液體成分高于預定的極限 值，則升高轉速。
12. 根據權利要求11所述的液環真空泵，其特征在于，所述泵殼體（20)具有從外側延 伸到所述泵的內部內的通道，且所述通道設有閥（28)。
13. 根據權利要求11或12所述的液環真空泵，其特征在于，所述閥（28)在超過所述預 定的空化閾值（26)后打開。
14. 根據權利要求11至13中任一項所述的液環真空泵，其特征在于，所述泵具有整體 構造。
15.根據權利要求11至14中任一項所述的液環真空泵，其特征在于，所述振動傳感器 (22)被整合到所述控制單元（21)內。
【文檔編號】F04C28/08GK104066994SQ201280061046
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年12月12日 優先權日:2011年12月12日
【發明者】海納·克斯特斯, 馬蒂亞斯·塔姆, 丹尼爾·許策 申請人:斯特林工業咨詢有限公司