一种变工况螺杆机组性能预测方法、电子设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种变工况螺杆机组性能预测方法，包括如下步骤：S1、搭建螺杆机组，并在螺杆机组内的预定位置装设温度传感器、压力传感器以及流量传感器；S2、确定影响螺杆机组性能的工况变量。本发明专利技术还公开了一种电子设备及存储介质。本发明专利技术通过对影响螺杆机组性能的工况变量及参数进行了分析，创造性的将影响空压机组性能的多个工况变量耦合在一起，选择最优的均匀试验再结合传感器完成对各工况变量及响应数据的采集，采集到较为稳定的数据，确保了数据的准确性；通过对试验数据的拟合处理，得到螺杆空压机组各个测点的温度、压力、流量等参数与工况变量间的数学关系，从而准确完成不同工况下螺杆机组的性能预测。不同工况下螺杆机组的性能预测。不同工况下螺杆机组的性能预测。

【技术实现步骤摘要】
一种变工况螺杆机组性能预测方法、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及压缩机领域，具体是一种变工况螺杆机组性能预测方法、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]螺杆空压机组是电力、化纤、轨道交通等行业最常见的机械设备之一，随着其应用范围及场景的不断变化，空压机组常呈现不同的工作特点。以轨道交通中的地铁为例，由于列车站与站之间的距离较短，列车制动系统、空气悬挂装置、车门控制等频繁工作，用气量增大，空压机组后端的储气罐压力低于750kpa时，空压机组启动为储罐补气，当储气罐压力达到900kpa时，空压机组停止运转，这使得空压机组工作呈现变压比及频繁起停的特点，加之列车在不同区域(平原、高原)，在不同季节运行，螺杆机组的进气温度、压力也在较宽的范围变化，使得螺杆机组一直处于非稳态的工作模式，非稳态工况呈现出和稳态运行工况时完全不同的性能，螺杆空压机的设计和实际应用工况不匹配会带来诸如润滑油乳化、碳化、排气温度高、排气量不足，甚至造成换热器冰堵等一系列故障，这些故障将对轨道交通的安全运行造成严重威胁。因此，为确保螺杆空压机能够在对应工况下稳定工作，设计螺杆机组时必须根据空压机组的工作特点，提出一种有效的螺杆空压机组性能预测方法，然后在预测空压机组性能的基础上，完成对空压机组的优化改进。
[0003]目前，行业上关于螺杆机性能预测的方法一般是基于机组稳态工作数学模型的理论计算，且自变量相对比较单一(比如仅改变进气温度或进气压力等)，这种预测方法并未将进气温度、压力、变排气压力和频繁起停工况耦合在一起考虑，计算结果具有很大的误差，无法开展工程应用；而压缩机进气温度、进气压力、排气压力和频繁起停耦合在一起是非常复杂的，采用上述方法对空压机性能预测存在非常高的难度，因此亟待解决。

技术实现思路

[0004]为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种变工况螺杆机组性能预测方法，实现了对变工况螺杆机组的性能预测；本专利技术还提供了一种电子设备及存储介质。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种变工况螺杆机组性能预测方法，包括如下步骤：
[0007]S1、搭建螺杆机组，并在螺杆机组内的预定位置装设温度传感器、压力传感器以及流量传感器；
[0008]S2、确定影响螺杆机组性能的工况变量(因素)，假定共计m个,记为x
i
(i＝1，2，3，
…
，m)，其中定义第m个工况变量x
m
为机组运转率，其表达式为：
[0009][0010]t1表示一个启停周期内螺杆机组开机总时长，t2表示一个启停周期内螺杆机组停
机总时长(开机时间间隔)，单位为s；
[0011]S3、当任意因素x
i
与x
j
(i≠j)不存在交互作用且工况变量与响应值是线性关系时，响应值可由下式求出：
[0012][0013]其中为响应值，x
i
为试验时第x
i
工况变量的取值，b
i
为待求系数；
[0014]当任意因素x
i
与x
j
(i≠j)存在交互作用，且工况变量与响应值是二次关系时，响应值可由下式求出:
[0015][0016]其中为响应值，x
i
为试验时第x
i
工况变量的取值、b
i
和b
ii
为待求系数，由于考虑到交叉项x
i
x
j
故(即从m个因素中任选两个进行组合)；
[0017]在不确定因素之间是否存在交互作用时，以x
i
与x
j
(i≠j)存在交互作用来确定试验次数，方程的系数共个；
[0018]S4、根据工况变量x
i
的范围[a,b]，确定水平变量x
ik
(k＝1，2，3,
…
,n)
[0019][0020]式中x
ik
表示因素x
i
在第k次试验时取的值，n为均分试验次数；
[0021]S5、安排试验，在关机前当螺杆机组采集数据趋于稳定时开始连续采样，取最稳定的一组数据作为本次试验的最终数值；
[0022]S6、将试验得到的离散点的试验数据进行回归分析，拟合得到螺杆空压机组各个点的温度、压力、流量等参数与工况变量间的数学关系，进而得到螺杆机组的所有工况下的所有位置参数表达，完成不同工况下螺杆机组的性能预测。
[0023]作为本专利技术进一步的方案，步骤S3中，方程系数选择应使得离差平方和最小，即
[0024][0025]要使得离差平方和最小由数学分析中极小值原理得：
[0026][0027]化简上式得下列正规方程组：
[0028]l
11
b1+l
12
b2+...+l
1m
b
m
＝l
1y
[0029]l
21
b1+l
22
b2+...+l
2m
b
m
＝l
2y
[0030]…
[0031]l
m1
b1+l
m2
b2+...+l
mm
b
m
＝l
my
[0032][0033]式中的相关参数如下计算：
[0034][0035][0036][0037][0038]式中x
ik
表示因素x
i
在第k次试验时取的值，y
k
表示响应值y在第k次的试验结果。
[0039]作为本专利技术再进一步的方案：计算得到的方程系数b
i
带入步骤S3方程中，即得到回归方程，利用F检验对整个回归方程进行显著性检验；
[0040]总变动平方可分解为回归平方U和与剩余平方和Q之和：
[0041]L
yy
＝U+Q
[0042]总变动平方：
[0043][0044]回归平方和：
[0045][0046]剩余标准差：
[0047]S2＝Q/(n
‑
m
‑
1)
[0048]对总回归方程做出检验：
[0049][0050]为了刻划全体工况变量(因素)x1，x2，
…
，x
m
中每个因素中对y总的线性影响，进行偏回归平方和及其显著性检验。
[0051]偏回归平方和P
i
：
[0052][0053]式中C
ii
是回归正规方程系数矩阵(l
ij
)
m
×
m
的逆矩阵对角线上的第i个元素；
[0054]偏回归平方和P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变工况螺杆机组性能预测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、搭建螺杆机组，并在螺杆机组内的预定位置装设温度传感器、压力传感器以及流量传感器；S2、确定影响螺杆机组性能的工况变量(因素)，假定共计m个,记为x
i
(i＝1，2，3，
…
，m)，其中定义第m个工况变量x
m
为机组运转率，其表达式为：t1表示一个启停周期内螺杆机组开机总时长，t2表示一个启停周期内螺杆机组停机总时长(开机时间间隔)，单位为s；S3、当任意因素x
i
与x
j
(i≠j)不存在交互作用且工况变量与响应值是线性关系时，响应值可由下式求出：其中为响应值，x
i
为试验时第x
i
工况变量的取值，b
i
为待求系数；当任意因素x
i
与x
j
(i≠j)存在交互作用，且工况变量与响应值是二次关系时，响应值可由下式求出:其中为响应值，x
i
为试验时第x
i
工况变量的取值、b
i
和b
ii
为待求系数，由于考虑到交叉项x
i
x
j
故(即从m个因素中任选两个进行组合)；在不确定因素之间是否存在交互作用时，以x
i
与x
j
(i≠j)存在交互作用来确定试验次数，方程的系数共个；S4、根据工况变量x
i
的范围[a,b]，确定水平变量x
ik
(k＝1，2，3,
…
,n)式中x
ik
表示因素x
i
在第k次试验时取的值，n为均分试验次数；S5、安排试验，在关机前当螺杆机组采集数据趋于稳定时开始连续采样，取最稳定的一组数据作为本次试验的最终数值；S6、将试验得到的离散点的试验数据进行回归分析，拟合得到螺杆空压机组各个点的温度、压力、流量等参数与工况变量间的数学关系，进而得到螺杆机组的所有工况下的所有位置参数表达，完成不同工况下螺杆机组的性能预测。2.根据权利要求1所述的一种变工况螺杆机组性能预测方法，其特征在于，步骤S3中，方程系数选择应使得离差平方和最小，即
要使得离差平方和最小由数学分析中极小值原理得：化简上式得下列正规方程组：l
11
b1+l
12
b2+...+l
1m
b
m
＝l
1y
l
21
b1+l
22
b2+...+l
2m
b
m
＝l
2y
…
l
m1
b1+l
m2
b2+...+l
mm
b
m
＝l
my
式中的相关参数如下计算：式中的相关参数如下计算：式中的相关参数如下计算：式中的相关参数如下计算：式中x
ik
表示因素x
i
在第k次试验时取的值，y
k
表示响应值y在第k次的试验结果。3.根据权利要求2所述的一种变工况螺杆机组性能预测方法，其特征在于，计算得到的方程系数b
i
带入步骤S3方程中，即得到回归方程，利用F检验对整个回归方程进行显著性检验；总变动平方可分解为回归平方U和与剩余平方和Q之和：L
yy
＝U+Q总变动平方：回归平方和：剩余标准差：S2＝Q/(n
‑
m
‑
1)对总回归方程做出检验：
为了刻划全体工况变量(因素)x1，x2，
…
，x
m
中每个因素中对y总的线性影响，进行偏回归平方和及其显著性检验；偏回归平方和P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志龙，于洋，刘晓明，舒悦，肖军，何明，方燚，曹斌，朱全琛，孙瑞亮，李豪，李奉誉，
申请(专利权)人：合肥通用环境控制技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：