一种水泵智慧高效优化控制方法技术

本发明专利技术涉及水泵运行优化技术，旨在提供一种水泵智慧高效优化控制方法。包括：构建水泵运行监控系统，在水泵的进出口管路上设置压差传感器、流量计和多个压力表，以实时获取水泵的运行数据并传送至上位工控机；通过对水泵的选型设计，实现对水泵汽蚀余量可资用压头的控制：实时监控水泵进口压力，并对其进行控制。本发明专利技术能实现对不同工况下水泵进出口压力、扬程、流量、效率、汽蚀特征的一体监控和分析，为水泵的高效运行和控制奠定基础，同时也可作为水泵整个生命周期中健康诊断的基础数据。能使给定泵组本身在对应的运行工况下，安全工作在能耗极小化的运行状态。其数据可以作为水泵智慧高效管控的数据来源和基础，为循环水系统节能奠定基础。能奠定基础。能奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种水泵智慧高效优化控制方法


[0001]本专利技术是关于水泵运行优化
，特别涉及一种水泵智慧高效优化控制方法。

技术介绍

[0002]水泵是水系统中确保系统用水参数达标的核心装置，同时又是流程系统中能耗集中的一个重要环节。随着流动控制技术、流体数值仿真技术、数控机床技术、材料技术和装配技术的发展，单就水泵本体而言，三元流等先进技术和理念的引进，蜗壳、叶轮以及蜗壳和叶轮匹配优化设计制造技术不断更新，使水泵本身效率提升向更深入的方向发展。但也正是由于上述技术的不断发展，在原理不变的大前提下，水泵本身效率提升的空间及幅度却越来越有限。同时实际运行过程中，水泵的运行能耗不止取决于水泵自身，所处管网的水力特性是否能使水泵运行点落在合理高效区间内，以及对应电机特性和效率取值，都是决定水泵能耗的关键所在。另外，由于实际生产过程中环境工况及生产荷载强度的多变性，水泵的运行状态会发生相应的调整和变化，水泵优化运行则需要较宽的调节范围和自适应调节能力。
[0003]传统针对多变工况而言，高效的控制方式多采用变频技术。但是匹配输配管网如果不能良好地实现输配系统的动态水力平衡，应用了变频的水泵也只能实现部分节能。水泵一旦接入给定形式的管网体系中，其性能(包括气蚀特性)尤其是输出能力还取决于水泵进口段水力特性。当前减少水泵进口管段阻力损失的手法多采用进口管道管径适当扩大的方式，甚至加设对应的进口导流段。
[0004]随着物联网技术和智慧制造技术的发展，水泵的用户、运行管理方、运行维护方都需要了解水泵在多变工况下、整个生命周期中运行状态变化情况及规律。传统的水泵运行监控的参数主要包括：泵端参数(水泵出口压力、水泵流量)、电机端参数(运行电压、运行电流、运行功率、功率因数)。这些数据很多只有就地数据和实时数据，无法进行生命周期内参数变化规律分析，而且很多现场甚至连水泵流量的监测都不开展，评价水泵运行状态的数据往往较为有限。从另一个角度来看，针对泵端而言，传统水泵特性分析中，流量是自变量，杨程、轴功率和效率都是变量。水泵出口压力并不是杨程，不能做为评价水泵运行状态的参数。对于给定的水泵，当杨程(设法测定)和流量已知时，用户越来越关心水泵运行效率和用能情况。但效率是无法通过测量直接获取的，测定的用电量是在当时当地条件下，指定水泵的绝对功耗，是否与特性匹配，在当前的评价体系中，无法获取和确定。或者说在当前的设计、运行和维护体系中，一个给定水泵在生命周期中的运行状态，没有明确的定义可以客观表明其取值，做为运行判定的基础。
[0005]对于当今的用户而言，水泵在多变工况下运行，应具有极大发挥其能量转化能力，使对应功耗极小化的能力和特征。根据现有的技术体系，对于指定水泵，调整其运行功耗的方法分为：进口阀门调节、进口导流段调节、出口阀门调节、变频调节以及变频和出口阀门一体的调节方式。这些方式基本相互独立，存在各自的问题。
[0006]进口阀门调节是调节方式中最不利的方式，表现为节能率最低，且有可能导致汽蚀产生。
[0007]进口导流段调节是借鉴了风机进口导叶预旋的方式，对水泵进口流动进行二次流动优化和预旋的控制，降低进口阻力消耗，稳定流场，是一种有效的调控方式。但缺少整体调节控制的方法，加上对汽蚀特性监控的缺失，目前还难以适应多变工况的自适应调节。
[0008]变频调节本身是现有较为成熟的一种节能控制方式，但是单一变频所实现的节能量是有限的，甚至是完全被动的，往往只能按照一个或几个给定的频率状态运行，失去了变频自适应调节的能力。
[0009]现有的变频和出口阀门一体的调节方式，目标是在节流损失和水泵效率提升之间，寻找优化运行节点，降低水泵运行功耗。其目标虽然也针对智能平衡高效输配体系的主机侧改进工作，但存在的问题是没有考虑进口段优化的问题。
[0010]当然，对于泵组运行而言，另一种直接降低运行功耗的方式是优化配套电机，如采用高效异步电机或者永磁同步电机配合变频的方式进行。但是单独进行电机更换带来的效果有限，且依赖于电机特征，不与其它方式配合，应用也必然受到多变工况条件的限制。

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种水泵智慧高效优化控制方法。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0013]提供一种水泵智慧高效优化控制方法，包括下述步骤：
[0014](1)构建水泵运行监控系统
[0015]在水泵的进口管路上设置进口蝶阀，出口管路上设置电控阀门，进口蝶阀和水泵之间设置带可调节开度导叶的进口导流段，导叶开度的调节范围[
‑
10
°
,90
°
]；
[0016]在进口蝶阀前的管路上设置压力测点P1，在进口蝶阀和进口导流段之间的管路上设置压力测点P2，在电控阀门之后的管路上设置压力测点P4，三个压力测点处分别设置压力表；在进口导流段之前和电控阀门之前的管路上分别设压力测点，并通过引压管接至压差传感器的两端；电控阀门之后的管路上还设置流量计；压差传感器、电控阀门、流量计和各压力表分别通过信号线连接至上位工控机；
[0017](2)实时获取水泵的运行数据并传送至上位工控机，包括：压力测点P1处的水泵进口段压强；压力测点P2处的水泵出口段压强；压力测点P4处的水泵阀后官网压力；水泵的进出口压差，即实际运行杨程H；水泵阀后的流量；
[0018]基于压差传感器测得的水泵进出口压差和水泵进口表压对应的水头H
P2
，获得水泵出口压力取值对应的水头H
P3
，H
P3
＝H
P2
+H；
[0019](3)通过对水泵的选型设计，实现对水泵汽蚀余量可资用压头的控制：
[0020]将水泵吸程高度取值设计为：
[0021]H
s
＝H
z
‑
H
f
+H
a
‑
(NPSH
r
+H
es
)
[0022]设置无量纲准则：
[0023]ε＝(NPSH
r
+H
es
)/(H
z
‑
H
f
+H
a
)＝(NPSH
r
+H
es
)/(H
P2
+H
a
)
[0024]实际用户的吸程取值为H
s
’
，其与设计吸程之间有差值为：
[0025]ΔH
s
＝H
s
‑
H
s
’
[0026]式中：H
s
为水泵设计吸程高度；H
z
为水池液面到水泵进口轴线的净高度；H
f
为水泵进口段的局部阻力损失，对于给定的循环水系统而言，H
z
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泵智慧高效优化控制方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)构建水泵运行监控系统在水泵的进口管路上设置进口蝶阀，出口管路上设置电控阀门，进口蝶阀和水泵之间设置带可调节开度导叶的进口导流段，导叶开度的调节范围[
‑
10
°
,90
°
]；在进口蝶阀前的管路上设置压力测点P1，在进口蝶阀和进口导流段之间的管路上设置压力测点P2，在电控阀门之后的管路上设置压力测点P4，三个压力测点处分别设置压力表；在进口导流段之前和电控阀门之前的管路上分别设压力测点，并通过引压管接至压差传感器的两端；电控阀门之后的管路上还设置流量计；压差传感器、电控阀门、流量计和各压力表分别通过信号线连接至上位工控机；(2)实时获取水泵的运行数据并传送至上位工控机，包括：压力测点P1处的水泵进口段压强；压力测点P2处的水泵出口段压强；压力测点P4处的水泵阀后官网压力；水泵的进出口压差，即实际运行杨程H；水泵阀后的流量；基于压差传感器测得的水泵进出口压差和水泵进口表压对应的水头H
P2
，获得水泵出口压力取值对应的水头H
P3
，H
P3
＝H
P2
+H；(3)通过对水泵的选型设计，实现对水泵汽蚀余量可资用压头的控制：将水泵吸程高度取值设计为：H
s
＝H
z
‑
H
f
+H
a
‑
(NPSH
r
+H
es
)设置无量纲准则：ε＝(NPSH
r
+H
es
)/(H
z
‑
H
f
+H
a
)＝(NPSH
r
+H
es
)/(H
P2
+H
a
)实际用户的吸程取值为H
s
’
，其与设计吸程之间有差值为：ΔH
s
＝H
s
‑
H
s
’
式中：H
s
为水泵设计吸程高度；H
z
为水池液面到水泵进口轴线的净高度；H
f
为水泵进口段的局部阻力损失，对于给定的循环水系统而言，H
z
‑
H
f
在进口开度全开条件下，忽略动压即为H
P2
；H
a
为一个大气压对应的水头高度；NPSH
r
为水泵的必须汽蚀余量；H
es
为设计安全余量，取值为0.5；ε为准则数，在水池液面高度不超出设计取值的条件下，准则数ε取值上限为1；以安全余量H
es
为指标，控制资用压头ΔH
s
+H
a
‑
NPSH
r
>H
es
，则不出现汽蚀；若水泵进口阀门全开，则H
es
取值为0.5，即允许资用压头ΔH
s
+H
a
‑
NPSH
r
≧0.5则不出现汽蚀；如果进口开度有变化，需考虑进口开度变化带来的局部阻力损失，进行相应的修正；(4)实时监控水泵进口压力H
P2
，并对其进行控制：H
P2
>NPSH
r
+0.5+ΔH
‑
H
a
μ＝H
P2实际
/H
P2初始
式中：ΔH为给定阻力特性下对应流量时导流段的阻力损失；μ为无量纲数，μ小于1；H
P2实际
是指实际运行工况下，水泵进口表压对应的水头；H
P2初始
是指系统初始工况下，水泵进口表压对应的水头。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在出口阀门开度和阀后压力恒定的前提下，进一步对进口导流段的进口导叶开度和频率进行优化调节，以获得更低的水泵运行功耗；具体包括：设定进口导叶的调节范围为[a,a0]，即下限对应开度a在[a,a0]寻优，并设定进口导叶
开度对应的水泵功率为N
a
，且进口导叶全开时a0＝1，水泵的运行功率为N0；所述寻优是指利用分半模式寻优，具体包括下述步骤：(2.1)在进口导叶优化开度a的基础上，若下限对应的功率N
a
增加，即N
a
‑
N0>0，则进行步骤(2.2)的处理；(2.2)将(1+a)/2的值赋值给新的开度a(即控制和数值分析中的赋值方法)，进口导叶相应调...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小华，翟朝阳，赵凯，路淇，汤中彩，方飞龙，
申请(专利权)人：杭州哲达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：