一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法技术

一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，包括以下步骤：步骤1.通过设置变频器输入频率，调整阀门开度，获取不同流量的离心泵的轴功率P、转速N和流量Q测试样本数据；步骤2.绘制转速

【技术实现步骤摘要】
一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法


[0001]本专利技术属于离心泵测量和性能预测领域，具体涉及一种基于PN 曲线的离心泵流量插值预测方法，主要用于稳定准确地预测离心泵的流量数据，实现无流量传感条件下的离心泵状态监测，有效保证了设备运行的安全性和可靠性。

技术介绍

[0002]离心泵是流体输送的关键设备，广泛应用在石油化工，建筑，市政供水和排水等各个领域。实行有效的状态监测是保障其安全高效运行的关键。但是通过外部传感器完成的状态监测，不仅要求更大的安装空间，也带来了更多的成本和故障分析风险。
[0003]为了解决这一问题，一些研究人员提出了《一种基于功率和压差的离心泵流量预测方法》CN 201410538240.7，该方法通过对离心泵转矩和压差的计算与测量对离心泵流量进行预测，然而该方法仍需要借助压力传感器来实现流量的预测，无法实现真正的无传感预测。在此基础上，研究人员提出了《一种基于不确定度分析的泵与风机性能预测方法》CN201910930803.X，该方法获取泵与风机的流量
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压差和流量
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功率性能曲线，针对非单调变化的性能曲线，采用分段式的流量
‑ꢀ
压差预测方法和流量
‑
功率预测方法，结合不确定度分析实现流量的预测。然而，该方法对于波动性较大的离心泵运行数据预测效果较差。
[0004]其他常见的基于模型的预测方法和基于数据驱动的神经网络预测方法，主要针对离心泵的额定工况，或者运行情况相对稳定的区域，对于流量波动较大的小流量区域，仍然缺乏精度较高的预测模型。
[0005]已有的无流量传感离心泵流量预测方法存在以下缺点：1)传统的离心泵流量预测方法在流量波动较大的小流量工况预测精度较差，很难形成有效的预测；2)预测方法由于较高的复杂性，难以植入到硬件设备中，且执行效率较低。

技术实现思路

[0006]为了克服已有技术的不足,本专利技术提供了一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，该方法绘制了包含轴功率、转速和流量信息的 PN曲线，通过采集到的轴功率和转速信号，对PN曲线进行插值，得到精度更高、适用性更广的离心泵流量预测方法，以实现无流量传感器下离心泵流量的准确预测。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1.通过设置变频器输入频率，调整阀门开度，获取不同流量的离心泵的轴功率P、转速N和流量Q测试样本数据；
[0010]步骤2.绘制转速
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轴功率图，并将不同频率下相同流量的点拟合成多项式方程；
[0011]步骤3.基于多条拟合曲线，通过插值法预测离心泵的流量；
[0012]步骤4.将基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法植入离心泵上位机控制程序，基于实时测量数据，实现离心泵性能的准确预测。
[0013]进一步，所述步骤1中，借助离心泵综合测试系统开展离心泵流量试验，设置变频器的输入频率，通过改变阀门开度获取离心泵的轴功率P、转速N和流量Q，整理试验数据，剔除异常测量值后计算多次测量的平均值。
[0014]再进一步，所述步骤2中，以电机转速N为横坐标，轴功率P为纵坐标，绘制转速
‑
轴功率图并将不同频率下相同流量的点拟合成多项式方程。
[0015]更进一步，所述步骤3中，拟合多条不同流量的PN曲线，其流量分别为Q0,Q1,...Q
j
,Q
j+1
,...Q
k
‑1,Q
k
，设待测工况t的电机轴功率为P
t
，转速为N
t
，确定点t在PN图中确定的位置，若待测工况在流量Q
j
曲线和Q
j+1
之间，则可以通过内部插值法预测该工况的流量，该方法如公式(1)所示：
[0016][0017]式中，Q
est
代表预测流量，m3/h；f
j
是流量为Q
j
的PN曲线函数表达式； f
j+1
是流量为Q
j+1
的PN曲线函数表达式；
[0018]若t位于流量为0m3/h的PN曲线的下方，则预测的流量Q
est
＝0m3/h；流量从Q0到Q
k
的PN曲线包含了离心泵大部分工况，当系统阀门开度非常大时，即当点t位于Q
k
的上方时，可通过如下外部插值法预测点t的流量，计算的方法如公式(2)所示：
[0019][0020]式中，f
k
是流量为Q
k
的PN曲线函数表达式；f
k
‑1是流量为Q
k
‑1的PN 曲线函数表达式；
[0021]所述步骤4中，将步骤3确定的基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法植入上位机程序，通过标准的可编程逻辑控制器PLC或者定制式的单片机控制器采集电机轴功率P和转速N，利用基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法预测流量，实现离心泵流量的实时监测。
[0022]本专利技术的方案，针对特定离心泵系统，在实验室借助离心泵测试系统获取离心泵相关测试数据，绘制转速
‑
轴功率曲线，通过插值法在无流量传感器的条件下对泵的流量进行准确预测，实现设备运行状态的智能监测与诊断，保证设备运行的安全性和可靠性。
[0023]本专利技术的有益效果主要表现在：1)借助离心泵试验台开展离心泵流量试验，设置变频器的输入频率，通过改变阀门开度获取离心泵的轴功率P、转速N和流量Q，拟合了基于流量的转速
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轴功率多项式方程，建立基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，克服了传统数学方法在小流量工作区域存在的预测误差大的问题，在预测准确性及适用度上得到显著改善；2)借助变频器，在无流量传感器的条件下对泵的流量进行准确预测，实现设备运行状态的智能监测与诊断，保证设备运行的安全性和可靠性。
附图说明
[0024]图1为基于PN曲线的流量插值预测法流程图。
[0025]图2为PN曲线。
[0026]图3为测试样本与预测结果对比图。
[0027]图4为上机测试结果。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。
[0029]参照图1～图4，一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1.通过设置变频器输入频率，调整阀门开度，获取不同流量的离心泵的轴功率P、转速N和流量Q测试样本数据；
[0031]所述步骤1中，借助离心泵综合测试系统开展离心泵流量试验，设置变频器的输入频率，通过改变阀门开度获取离心泵的轴功率P、转速N和流量Q，整理试验数据，剔除异常测量值后计算多次测量的平均值。
[0032]步骤2.绘制转速
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轴功率图，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1.通过设置变频器输入频率，调整阀门开度，获取不同流量的离心泵的轴功率P、转速N和流量Q测试样本数据；步骤2.绘制转速
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轴功率图，并将不同频率下相同流量的点拟合成多项式方程；步骤3.基于多条拟合曲线，通过插值法预测离心泵的流量；步骤4.将基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法植入离心泵上位机控制程序，基于实时测量数据，实现离心泵性能的准确预测。2.如权利要求1所述的一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，其特征在于，所述步骤1中，借助离心泵综合测试系统开展离心泵流量试验，设置变频器的输入频率，通过改变阀门开度获取离心泵的轴功率P、转速N和流量Q，整理试验数据，剔除异常测量值后计算多次测量的平均值。3.如权利要求1或2所述的一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，其特征在于，所述步骤2中，以电机转速N为横坐标，轴功率P为纵坐标，绘制转速
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轴功率图并将不同频率下相同流量的点拟合成多项式方程。4.如权利要求1或2所述的一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法，其特征在于，所述步骤3中，拟合多条不同流量的PN曲线，其流量分别为Q0,Q1,...Q
j
,Q
j+1
,...Q
k
‑1,Q
k，
设待测工况t的电机轴功率为P
t
，转速为N

【专利技术属性】
技术研发人员：吴登昊，吴跃忠，费铭昊，谷云庆，牟介刚，肖刚，吴振兴，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：