通过螺杆泵输送流体的方法及螺杆泵技术

一种通过螺杆泵(1)输送流体的方法，其中通过异步电机(10)来驱动所述螺杆泵(1)的至少一个驱动主轴(5)，其中

【技术实现步骤摘要】
通过螺杆泵输送流体的方法及螺杆泵


[0001]本专利技术涉及一种通过螺杆泵输送流体的方法，其中通过异步电机来驱动所述螺杆泵的至少一个驱动主轴。此外，本专利技术还涉及一种螺杆泵。

技术介绍

[0002]螺杆泵应用于许多领域以输送流体。在此，可以输送纯液体介质，例如原油或石油。然而，通常存在待输送的气体和液体的混合物，例如石油和天然气的混合物。
[0003]如果在传统的螺杆泵中输送气体分量相对较高的气液混合物，则主要通过以下方式实现气体压缩：液体从已处于相对较高的压力下的泵室回流到前面的泵室中并在该处对气体进行压缩。在此情况下缺点在于，首先反向于相对较陡的压力梯度输送流体，而后，此流体至少部分地回流到压力较低的区域中。通常由此产生对泵的功率要求，这个功率要求大体上与气体分量无关。因此，即使在气体分量较高的情况下，也会以与纯液体输送相同的方式对泵进行设计和控制。
[0004]在对相应泵进行内部的进一步发展的过程中认识的是，通过适当选择泵几何形状和转速，可以与纯液体输送相比将螺杆泵在气体含量较高(例如90％或更高)的情况下的多相操作中所需的驱动功率降低25％。
[0005]然而，在输送多相混合物的许多应用实例中，例如在油气联合勘探领域中，可能会出现段塞流，故而必须在短时间内输送具有将近100％的液体分量的流体。然而，上述进一步发展仅降低了在气体含量较高的情况下所需的驱动功率，因此，就此类应用实例而言，显著降低了能源成本。但是，必须对异步电机进行设计，使得螺杆泵为纯液体输送提供足够的功率。因此，在大多数应用实例中，仅在输送具有较高气体含量的流体时降低所需的驱动功率无法实现螺杆泵的驱动器的较小尺寸，故而无法降低螺杆泵的购置成本。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的是降低用于提供螺杆泵的成本和技术难度。
[0007]本专利技术用以达成上述目的的解决方案在于一种通过螺杆泵输送流体的方法，其中通过异步电机来驱动所述螺杆泵的至少一个驱动主轴，其中：
[0008]‑
以第一额定频率操作所述异步电机，其中将气液混合物作为流体进行输送，
[0009]‑
检测与所述流体的液体分量相关的测量变量，并且
[0010]‑
在满足与所述测量变量相关的频率变化条件后，以与所述第一额定频率相比有所降低的第二额定频率操作所述异步电机。
[0011]如稍后还将更详细地阐释的那样，特别是在螺杆泵的转速相对较高的情况下，与输送纯液体所需的驱动功率相比，输送具有较高气体分量的流体所需的驱动功率可以有所降低。为了在采用体积相对较小的泵情况下实现足够高的转速，有利的是，在所谓的弱磁范围内操作异步电机，在这个弱磁范围内，用于为异步电机的绕组供电的最大电压基于线圈的电感和所使用的频率不足以实现异步电机中的最大电流和最大场强。这一点在根据本发
明的方法中得到了利用，具体方式在于，在满足频率变化条件时，降低额定频率，从而不会引起或至少引起较小的磁场减弱，进而可以在相同的功率下提供更大的转矩。因此，确定异步电机的尺寸的方式可以为使得该异步电机在第一额定频率下提供足够大的转矩以输送具有例如至少90％的较高气体分量或最大10％的相应液体分量的流体。如果根据测量变量确定流体的液体分量过高，则可以基于频率变化条件的满足而降低额定频率，借此也可以提供足够高的转矩以输送液体分量更高的流体，例如纯液体。因此，在基本相同的输送率下，与未根据本专利技术降低额定频率的情况相比，异步电机和/或其电源的尺寸可以设计得更小。
[0012]可以将相应的额定频率提供给为异步电机供电的电机控制器或变频器。这个额定频率可以根据异步电机的极对数来预设异步电机的额定转速。尽管在异步电机中出现转差率，但为了实际达到额定转速，馈送至异步电机的交流电流的频率可以高于额定频率，例如基于转速反馈或预设的偏置。作为替代方案，也可也将该额定频率直接用作馈送至异步电机的交流电流的频率，由此，异步电机的实际所达到的转速因转差率而略低于额定转速。
[0013]相对于输送流体的替代性方法，其中原则上独立于测量变量或液体分量地以较低的第二额定频率进行操作，通过根据本专利技术的方法实现了多个优点。一方面，通过使用第一额定频率，只要不满足频率变化条件，就会产生异步电机和驱动主轴的与以第二额定频率进行操作相比更高的转速，因此，在其他方面采用相同设计的情况下，螺杆泵的输送率更高。如果仅在工作时间的一小部分内得到满足该频率变化条件，则上述方案特别是有利的，因为在此情况下，通过根据本专利技术的方法大致实现与持续使用第一额定频率和异步电机的相应适配的设计相同的输送率。在仅很少或在较短的时间段内输送液体段塞以及在其他情况下存在较高气体分量的应用实例中，根据本专利技术的方法例如几乎实现与通过相应较大的异步电机而实现的输送速率相同的输送速率，该异步电机始终以第一额定频率工作。
[0014]如已说明的那样，与输送纯液体相比，在输送具有较高气体分量的流体时，使用相对较高的转速能够特别显著地降低所需的驱动功率。因此，如果在大部分工作时间内输送液体分量非常小的流体，则所使用的额定频率以及转速的持续降低对于所需功率而言是不利的。
[0015]在根据本专利技术的方法中，在螺杆泵工作期间，除了启动阶段和停机阶段之外，特别是仅在满足频率变化条件时或之后，该额定频率可以相对于第一额定频率有所降低。优选重复地、特别是周期性地实施测量变量的检测和频率变化条件的检查。在变更到第二额定频率之后或者在满足频率变化条件之后，特别是也可以进一步对测量变量进行监测并且可以对另一频率变化条件进行评估，在实现该频率变化条件时或之后，变回到第一额定频率。
[0016]换而言之，控制装置可以在第一工作模式中以第一额定频率操作异步电机，在第二工作模式中以第二额定频率操作异步电机，其中根据测量变量，即特别是在满足所述频率变化条件或所述另一频率变化条件时，在这些工作模式之间进行切换。
[0017]用于操作异步电机的交流电流特别是可以是相位之间的相位偏移特别是为120
°
的三相电流或三相交流电流。在此情况下，通过多相交流电流的不同相为异步电机的不同极供电。
[0018]该测量变量可以涉及异步电机所施加的转矩或馈送至异步电机的交流电流的电流强度或异步电机的转速。在所输送的流体中的液体分量较高时，驱动主轴以及异步电机
的旋转会抵消更大的制动转矩。这首先会引起可以通过监测转速进行识别的驱动主轴和异步电机的制动。
[0019]同时，该转速降低会引起异步电机中更大的转差率。因为通常在临界点以上操作异步电机，所以这种转差率增大会导致异步电机的转矩增大，进而也使得交流电流的电流强度增大，特别是致使有功电流增大。例如可以通过转矩传感器来检测所施加的转矩。可以通过电流传感器来检测该电流强度或有功电流的强度。在此情况下，特别是可以利用以下事实：变频器，即例如变压器或换流器，通常已在独立的输出端提供了与电流强度有关的信息，例如与有功电流成比例的电压，借此例如可以通过扫描这种输出端来检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过螺杆泵(1)输送流体的方法，其中通过异步电机(10)来驱动所述螺杆泵(1)的至少一个驱动主轴(5)，其中：
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以第一额定频率(37)操作所述异步电机(10)，其中将气液混合物作为流体(45)进行输送，
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检测与所述流体(45)的液体分量相关的测量变量(46)，以及
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在满足与所述测量变量(46)相关的频率变化条件(47)后，以与所述第一额定频率(37)相比有所降低的第二额定频率(38)操作所述异步电机(10)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量变量(46)涉及所述异步电机(10)所施加的转矩或馈送至所述异步电机(10)的交流电流(42)的电流强度或所述异步电机(10)的转速。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在满足所述频率变化条件(50)之后的一个时间间隔内连续地或分多个阶段实现从所述第一额定频率(37)到所述第二额定频率(38)的变换和/或通过将所述测量变量(46)调节至预设值的控制回路(51)来实现从所述第一额定频率到所述第二额定频率(37、38)的变换。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一额定频率(37)比所述异步电机(10)的截止频率(41)大至少10％或至少20％，就给定的最大工作电压而言，弱磁范围(40)始于所述截止频率，和/或，所述第一额定频率(37)比所述截止频率(41)大至多30％或至多40％，和/或，所述第二额定功率(38)大于或等于所述截止频率(41)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用螺杆泵(1)，所述螺杆泵具有壳体(2)，该壳体(2)形成至少一个流体入口(3)和一个流体出口(4)，在所述壳体中容置有所述螺杆泵(1)的至少一个驱动主轴(5)和至少一个与所述驱动主轴旋转耦合的从动主轴(6)，在所述驱动主轴(5)的每个旋转位置中，所述驱动主轴(5)和所述从动主轴(6)与所述壳体(2)共同限定多个泵室(7、8、9)，其中通过所述异步电机沿驱动方向(11)旋转所述驱动主轴(5)，从而封闭所述泵室(7、8、9)中的首先朝相应流体入口(4)打开的相应一个，产生的封闭泵室(7、8、9)轴向地朝向所述流体出口(4)移动，并且在该处在达到打开旋转角度时朝向所述流体出口(4)地打开所述封闭泵室，其中至少在满足所述频率变化条件之前驱动所述驱动主轴(5)，使得在液体分量低于极限值的情况下，就所述螺杆泵(1)的给定的泵几何形状而言，在达到所述打开旋转角度之前和/或期间，与所述螺杆泵(1)的存在于相应流体入口(3)的区域中的吸入压力相比，相应泵室(7、8、9)中的压力增大了所述吸入压力与所述流体出口(4)的区域中的压力之间的差压的最多20％或最多10％。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：莱斯特里兹泵吸有限责任公司，
类型：发明
国别省市：