基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法及系统，包括：步骤1：录入泥泵清水特性、泥泵驱动特性、土质特性和管线参数，采用流量和浓度传感器监测泥沙输送系统的流量和浓度；步骤2：计算关键流速、各泵效率和需要的净正吸入扬程；步骤3：计算获取在各流速工况下最佳泥泵投入数量和各泥泵转速；步骤4：记录运行过程中最小能耗对应的泥泵参数和泥浆流速，不断以最小能耗为目标，通过控制驱动各泵的驱动设备，实现对各泥泵在各特定工况下的优化控制。本发明专利技术解决了挖泥船在能力富余的工况条件下低效率高能耗的问题，控制器计算速度在毫秒级，能够达到挖泥船疏浚控制系统在线优化控制的快速性要求。统在线优化控制的快速性要求。统在线优化控制的快速性要求。

【技术实现步骤摘要】
基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及疏浚控制
，具体地，涉及一种基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法及系统。

技术介绍

[0002]疏浚工程中最大能耗点是克服泥沙管道输送过程中的阻力，尤其是加装接驳泵的长距离排岸工程，泥沙输送系统消耗的功率占整个工程功率的90％以上。在特定浓度条件下输送某种土质，泥沙管道输送系统的单位能耗随流量的变化而变化，如果能够控制各泵的转速，使得整个系统处于能耗最小状态，那么，此时各泵的转速就是系统单方能耗最小对应的最优转速。如果能根据土质和工况条件，在优化计算的辅助下，控制所有泥泵的转速，使系统始终运行在单方能耗最小的状态，能为疏浚施工节省施工成本，提高经济效益，提升企业竞争力。
[0003]专利文献CN102003772A(申请号：CN201010565534.0)公开了一种水源热泵节能优化控制方法，通过PID局部控制模块采集水源热泵运行时实测的数据，利用水源热泵机组模型、负荷侧水泵模型和水源侧水泵模型对系统综合能耗进行计算，通过梯度优化算法，确定系统的最优运行策略，如热泵机组开启数量、水泵变速运行参数等，并可根据确定的节能优化运行策略(可控运行参数的最优组合)，通过DDC控制器对水源热泵系统的运行参数进行调整，达到系统总运行能耗最小的目的。然而该专利无法实现本专利技术带来的技术效果。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法及系统。/>[0005]根据本专利技术提供的基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法，包括：
[0006]步骤1：录入泥泵清水特性、泥泵驱动特性、土质特性和管线参数，采用流量和浓度传感器监测泥沙输送系统的流量和浓度；
[0007]步骤2：计算关键流速、各泵效率和需要的净正吸入扬程；
[0008]步骤3：计算获取在各流速工况下最佳泥泵投入数量和各泥泵转速；
[0009]步骤4：记录运行过程中最小能耗对应的泥泵参数和泥浆流速，不断以最小能耗为目标，通过控制驱动各泵的驱动设备，实现对各泥泵在各特定工况下的优化控制。
[0010]优选的，关键流速计算公式为：
[0011][0012]其中：C为泥沙输送系统的浓度；d
50
为土质级配；g为重力加速度；D为管路直径；S为泥沙颗粒密度和水密度之比。
[0013]优选的，系统能耗通过监测到所有泵的轴功率∑Pi，管线最后一台泵的泵后压力p
n2
，流量Q和浓度C计算获得，表达式为：e＝∑P
i
/p
n2
/(Q
·
C)；
[0014]泵效率通过监测到的泵轴功率P，泵前后的压力p1和p2，流量Q计算获得，表达式为：
η＝P/(p2‑
p1)/Q。
[0015]优选的，最佳泥泵投入数量和各泥泵转速通过循环搜索获得，包括如下步骤：
[0016]步骤3.1：计算工作流速下各泥泵的效率；
[0017]步骤3.2：比较各泥泵的效率；
[0018]步骤3.3：计算汽蚀决定的每台泥泵的最小转速n
min
；
[0019]步骤3.4：计算驱动特性限制下每台泥泵的最大转速n
max
；
[0020]步骤3.5：根据不同转速分配下的泥泵效率和能耗确定每台泥泵的最优转速。
[0021]优选的，最优转速为同样流量同样浓度同样产量前提下，能耗最小的各泵转速，包括如下步骤：
[0022]步骤4.1：按照关键流速下计算所得各泵的效率高低进行排序；
[0023]步骤4.2：计算按照所有泵都最大转速导致的流速和关键流速之差；
[0024]步骤4.3：如果流速大于关键流速，且在可调范围内，则优先降低效率最低泵的转速，直至流速等于关键流速，输送系统达到稳定状态，此时的边界条件是泵前的压力不小于所需的净正吸入扬程；
[0025]步骤4.4：如果流速小于关键流速，则优先提升效率最高泵的转速，直至流速等于关键流速，输送系统达到稳定状态，此时的边界条件是泥泵驱动系统的能力，包括额定功率、额定转速和额定扭矩；
[0026]步骤4.5：如果系统中的n台泵都是相同型号的，则保持各泵转速相同，均衡负荷，如果系统排压小于额定排压，在判断不影响系统汽蚀性能的前提下，解列其中一台泥泵：系统中运行泵的数量n大于等于3，解列泵前压力最大的泥泵；系统中运行泵的数量为2，解列顺水流方向后面的一台泵。
[0027]根据本专利技术提供的基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制系统，包括：
[0028]模块M1：录入泥泵清水特性、泥泵驱动特性、土质特性和管线参数，采用流量和浓度传感器监测泥沙输送系统的流量和浓度；
[0029]模块M2：计算关键流速、各泵效率和需要的净正吸入扬程；
[0030]模块M3：计算获取在各流速工况下最佳泥泵投入数量和各泥泵转速；
[0031]模块M4：记录运行过程中最小能耗对应的泥泵参数和泥浆流速，不断以最小能耗为目标，通过控制驱动各泵的驱动设备，实现对各泥泵在各特定工况下的优化控制。
[0032]优选的，关键流速计算公式为：
[0033][0034]其中：C为泥沙输送系统的浓度；d
50
为土质级配；g为重力加速度；D为管路直径；S为泥沙颗粒密度和水密度之比。
[0035]优选的，系统能耗通过监测到所有泵的轴功率∑Pi，管线最后一台泵的泵后压力p
n2
，流量Q和浓度C计算获得，表达式为：e＝∑P
i
/p
n2
/(Q
·
C)；
[0036]泵效率通过监测到的泵轴功率P，泵前后的压力p1和p2，流量Q计算获得，表达式为：η＝P/(p2‑
p1)/Q。
[0037]优选的，最佳泥泵投入数量和各泥泵转速通过循环搜索获得，包括如下模块：
[0038]模块M3.1：计算工作流速下各泥泵的效率；
[0039]模块M3.2：比较各泥泵的效率；
[0040]模块M3.3：计算汽蚀决定的每台泥泵的最小转速n
min
；
[0041]模块M3.4：计算驱动特性限制下每台泥泵的最大转速n
max
；
[0042]模块M3.5：根据不同转速分配下的泥泵效率和能耗确定每台泥泵的最优转速。
[0043]优选的，最优转速为同样流量同样浓度同样产量前提下，能耗最小的各泵转速，包括如下模块：
[0044]模块M4.1：按照关键流速下计算所得各泵的效率高低进行排序；
[0045]模块M4.2：计算按照所有泵都最大转速导致的流速和关键流速之差；
[0046]模块M4.3：如果流速大于关键流速，且在可调范围内，则优先降低效率最低泵的转速，直至流速等于关键流速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法，其特征在于，包括：步骤1：录入泥泵清水特性、泥泵驱动特性、土质特性和管线参数，采用流量和浓度传感器监测泥沙输送系统的流量和浓度；步骤2：计算关键流速、各泵效率和需要的净正吸入扬程；步骤3：计算获取在各流速工况下最佳泥泵投入数量和各泥泵转速；步骤4：记录运行过程中最小能耗对应的泥泵参数和泥浆流速，不断以最小能耗为目标，通过控制驱动各泵的驱动设备，实现对各泥泵在各特定工况下的优化控制。2.根据权利要求1所述的基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法，其特征在于，关键流速计算公式为：其中：C为泥沙输送系统的浓度；d
50
为土质级配；g为重力加速度；D为管路直径；S为泥沙颗粒密度和水密度之比。3.根据权利要求1所述的基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法，其特征在于，系统能耗通过监测到所有泵的轴功率∑Pi，管线最后一台泵的泵后压力p
n2
，流量Q和浓度C计算获得，表达式为：e＝∑P
i
/p
n2
/(Q
·
C)；泵效率通过监测到的泵轴功率P，泵前后的压力p1和p2，流量Q计算获得，表达式为：η＝P/(p2‑
p1)/Q。4.根据权利要求1所述的基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法，其特征在于，最佳泥泵投入数量和各泥泵转速通过循环搜索获得，包括如下步骤：步骤3.1：计算工作流速下各泥泵的效率；步骤3.2：比较各泥泵的效率；步骤3.3：计算汽蚀决定的每台泥泵的最小转速n
min
；步骤3.4：计算驱动特性限制下每台泥泵的最大转速n
max
；步骤3.5：根据不同转速分配下的泥泵效率和能耗确定每台泥泵的最优转速。5.根据权利要求1所述的基于最小能耗的多泵泥沙输送系统优化控制方法，其特征在于，最优转速为同样流量同样浓度同样产量前提下，能耗最小的各泵转速，包括如下步骤：步骤4.1：按照关键流速下计算所得各泵的效率高低进行排序；步骤4.2：计算按照所有泵都最大转速导致的流速和关键流速之差；步骤4.3：如果流速大于关键流速，且在可调范围内，则优先降低效率最低泵的转速，直至流速等于关键流速，输送系统达到稳定状态，此时的边界条件是泵前的压力不小于所需的净正吸入扬程；步骤4.4：如果流速小于关键流速，则优先提升效率最高泵的转速，直至流速等于关键流速，输送系统达到稳定状态，此时的边界条件是泥泵驱动系统的能力，包括额定功率、额定转速和额定扭矩；步骤4.5：如果系统中的n台泵都是相同型号的，则保持各泵转速相同，均衡负荷，如果系统排压小于额定排压，在判断不影响系统汽蚀性能的前提下，解列其中一台泥泵：系统中运行泵的数量n大于等于3，解列泵前压力最大的泥泵；系统中运行泵的数量为2，解列顺水流方向后面的一台泵。
6.一种基于最...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铭志，何炎平，李夏，刘亚东，黄超，赵永生，冯永军，谷孝利，童荣彬，张树阳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：