基于压力脉动的变频离心泵优化调节方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于压力脉动的变频离心泵优化调节方法及系统，本变频离心泵优化调节方法包括如下步骤：步骤S1，对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集；步骤S2，计算相位相关性分析所需变量；以及步骤S3，通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况；本发明专利技术只需在泵的进口段或出口段布置压力脉动传感器，在不破坏泵的前提下，就可以较为判定泵内部带旋转分量的不稳定流动，这为变频泵的优化调节提供了指导作用，不再以功率最低作为变频泵调节的优化指标。使用此方法可为泵的效率、寿命、以及整个系统安全稳定运行提供保障。

Optimal regulation method and system of variable frequency centrifugal pump based on pressure fluctuation

The invention relates to an optimization adjustment method and system based on pressure pulsation, which includes the following steps: step S1, data acquisition for each pressure pulse monitoring point of the variable frequency centrifugal pump; step S2, calculation of the required variables for phase correlation analysis; and step S3, through step S3, The phase correlation analysis is used to regulate the working condition of the variable frequency centrifugal pump. The invention only needs to arrange the pressure fluctuation sensor in the inlet or outlet section of the pump, and can determine the unstable flow of the rotating component in the pump without destroying the pump. This provides a guiding role for the optimization of the frequency conversion pump, no longer with the power of the pump. Minimum as a variable frequency pump adjustment of the optimization index. This method can provide guarantee for pump efficiency, life and safe and stable operation of the whole system.

【技术实现步骤摘要】
基于压力脉动的变频离心泵优化调节方法及系统
本专利技术涉及变频离心泵的运行监测领域，涉及一种基于压力脉动的变频离心泵优化调节方法及系统。
技术介绍
变频离心泵是供热系统中的重要设备，同时也是整个水力平衡调节的重要一环。为了整个系统流量的平衡，变频离心泵经常需要变流量运行，然而在调节过程中，其内部容易出现不稳定流动，例如旋转失速、旋转空化、回流旋涡等，这些旋转分量表现为一个个旋涡形式，且旋涡的大小、数量、运动速度都会随着叶片的旋转而发生变化，这大大加剧了泵内部非定常流动。同时这些流动形式甚至会传输到泵的进出口管道内，会引发流量、压力的振荡，导致能量转换效率下降，同时会缩减泵的使用寿命，严重时甚至会诱发整个泵送系统出现喘振，从而危害整个系统的安全可靠运行。随着科技的发展，泵的可靠性运行越来越得到重视。在工程应用上对于泵的调节，在关注泵运行的功率大小，即泵“节能”的同时也必须避免泵在不稳定工况下运行。监测泵出现这种不稳定工况可以通过PIV或者压力脉动测量。PIV技术成本较高，周期较长，不利于工程的应用，因此对泵进行压力脉动测量成为主流。目前对泵上压力脉动的研究主要集中在时域和频域的研究，其捕捉某些特征较难，且这两种方法都不能很好的鉴定泵内部是否出现这种旋转的不稳定流动。因此如何监测和分析这些工况，同时避免在这些工况运行成为当务之急。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于压力脉动的变频离心泵优化调节方法及系统，以相位相关性分析以调节变频离心泵的工况，进而提高变频离心泵的运行效率。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种变频离心泵优化调节方法，包括如下步骤：步骤S1，对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集；步骤S2，计算相位相关性分析所需变量；以及步骤S3，通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况。进一步，所述步骤S1中对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集的方法包括：在变频离心泵的进口段或者出口段布置周向均匀分布的压力脉动监测点，以提取叶轮旋转若干圈后的脉动压力数据，即获取各压力脉动监测点的压力p随时间t变化的数据；其中时间t为叶轮旋转若干圈的总时长。进一步，所述计算相位相关性分析所需变量包括：各特征频率对应的相位差和各压力脉动监测点对应的周向角度；即所述步骤S2中计算相位相关性分析所需变量包括如下步骤：步骤S21，压力脉动频域分析，并提取特征频率相位；步骤S22，计算各压力脉动监测点实际的周向角度。进一步，所述步骤S21中压力脉动频域分析，并提取特征频率相位的方法包括：将脉动压力数据进行无量纲处理后，再进行快速傅里叶变换，以求解绘制出各个压力脉动监测点的频域图，进而找出各个压力脉动监测点对应的特征频率fn，其中，n表示压力脉动监测点的编号；以及选择任一特征频率对应的各压力脉动监测点的相位，设定一相位起始点，绘制其余各点较该相位起始点的相位差；重复此步骤，绘制出每个特征频率下的各压力脉动监测点相较于相应相位起始点的相位差△Ph。进一步，所述步骤S22中计算各压力脉动监测点实际的周向角度的方法包括：绘制步骤S1中各压力脉动监测点实际的周向位置，设定一周向起始点，绘制其余各点较该周向起始点的周向角度△An。进一步，所述步骤S3中通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况的方法包括：步骤S31：提取各特征频率对应的相位差和各压力脉动监测点对应的周向角度，进行相关性分析，求出平均相关性系数步骤S32，分析平均相关性系数的大小，判断平均相关性系数所属的区间；步骤S33，根据步骤S32调节泵的转速和阀门开度；重复以上步骤，直到泵在稳定工况下运行。进一步，所述无量纲处理的公式如下：式中：p为监测点的静压；为监测点在叶轮旋转周期内的平均压力；ρ为液体的密度；u2为叶轮出口处的圆周速度，u2＝60nπD2/60，式中n为叶片的转速，D2为叶轮的出口直径。进一步，用于绘制频域图的相关参数包括：与各压力脉动监测点对应的频率、幅值和相位；即所述傅里叶变换的公式为：K(t,w)为傅里叶变换的核函数：T为监测的周期；在上述傅里叶变换中，频率f的计算公式为：幅值计算公式为：相位计算公式为：式中：为余弦分量幅值；为正弦分量幅值；频率为fn的余弦分量幅值和正弦分量幅值分别是：进一步，所述步骤S32中平均相关性系数的计算公式为：式中：N为特征频率的数量，Cov(△Ph,△An)为相位差和周向角度的协方差，Var[△Ph]为相位差的方差，Var[△An]为轴向角度的方差；以及所述步骤S33中分析平均相关性系数的大小，判断平均相关性系数所属的区间的方法包括：若平均相关性系数在[0，0.3)之间，则表明相位差和周向角度差相关性低；若平均相关性系数在[0.3，1]之间，则表明相位差和周向角度差之间具有相关性。又一方面，本专利技术还提供了一种变频离心泵优化调节系统，包括：若干压力脉动传感器，在变频离心泵的进口段或者出口段周向均匀分布；处理器模块，计算各脉动压力数据的特征频率，并通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况。本专利技术的有益效果如下：本专利技术只需在变频离心泵的进口段或出口段布置压力脉动传感器，在不破坏变频离心泵结构的前提下，就可以较为判定变频离心泵内部带旋转分量的不稳定流动，这为变频离心泵的优化调节提供了指导作用，不再以功率最低作为变频泵调节的优化指标。使用此方法及系统可为变频离心泵的效率、寿命、以及整个系统安全稳定运行提供保障。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1：变频离心泵优化调节方法的流程图；图2：泵装置结构示意图；图3：截面上压力脉动监测点的分布图；图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)分别为监测点P1至P4的各点频域图。图中，1电机、2变频离心泵、3管道。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1如图1所示，本实施例提供了一种变频离心泵优化调节方法，包括如下步骤：步骤S1，对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集；步骤S2，计算相位相关性分析所需变量；以及步骤S3，通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况。所述步骤S1中对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集的方法包括：如图2所示为泵装置的示意图，图中截面A和截面B分别位于泵的进口段或出口段，可自行选择合适的截面。如图3所示，在选取的截面上布置周向分布均匀的压力脉动监测点(以下简称为监测点P1-P4)，在本实施例中，在四个压力脉动监测点分别放置一个压力脉动传感器，各点以逆时针方向记为P1、P2、P3、P4。通过相应的硬件和软件收集压力脉动的信号，各个点随时间变化的规律，即各点的时域图。通过所述压力脉动监测点，提取叶轮旋转M周的数据作为待处理的数据(M为正整数)，获取各点的压力p随时间t变化的数据。具体的，步骤1中计算叶轮旋转M周的时长t的公式为：t＝60/n*M式中：T为计算的时间周期，单位为秒(s)；n为叶轮的转速，单位为r/min；M为叶轮旋转的周数。作为优选，监测点的数量取决于管道的半径，两个监测点的周向角度在30°～90°之间为宜，监测点的数量在4～8个左右为宜。作为优选，建议使用量程范围内压力脉动传感器，压力脉动传感器的信号输出给采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变频离心泵优化调节方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集；步骤S2，计算相位相关性分析所需变量；以及步骤S3，通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况。

【技术特征摘要】
1.一种变频离心泵优化调节方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集；步骤S2，计算相位相关性分析所需变量；以及步骤S3，通过相位相关性分析以调节变频离心泵的工况。2.根据权利要求1所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，所述步骤S1中对变频离心泵的各压力脉动监测点进行数据采集的方法包括：在变频离心泵的进口段或者出口段布置周向均匀分布的压力脉动监测点，以提取叶轮旋转若干圈后的脉动压力数据，即获取各压力脉动监测点的压力p随时间t变化的数据；其中时间t为叶轮旋转若干圈的总时长。3.根据权利要求2所述的所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，所述计算相位相关性分析所需变量包括：各特征频率对应的相位差和各压力脉动监测点对应的周向角度；即所述步骤S2中计算相位相关性分析所需变量包括如下步骤：步骤S21，压力脉动频域分析，并提取特征频率相位；步骤S22，计算各压力脉动监测点实际的周向角度。4.根据权利要求3所述的所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，所述步骤S21中压力脉动频域分析，并提取特征频率相位的方法包括：将脉动压力数据进行无量纲处理后，再进行快速傅里叶变换，以求解绘制出各个压力脉动监测点的频域图，进而找出各个压力脉动点对应的特征频率fn，其中，n表示压力脉动监测点的编号；以及选择任一特征频率对应的各压力脉动监测点的相位，设定一相位起始点，绘制其余各点较该相位起始点的相位差；重复此步骤，绘制出每个特征频率下的各压力脉动监测点相较于相应相位起始点的相位差△Ph。5.根据权利要求4所述的所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，所述步骤S22中计算各压力脉动监测点实际的周向角度的方法包括：绘制步骤S1中各压力脉动监测点实际的周向位置，设定一周向起始点，绘制其余各点较该周向起始点的周向角度△An。6.根据权利要求5所述的所述的变频离心泵优化调节方法，其特征在于，所述步骤S3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈陈栋，赵琼，石洋，
申请(专利权)人：常州英集动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32