水泵运行预测方法与水泵选型方法

摘要

本发明公开了一种水泵运行预测方法与水泵选型方法。本发明的水泵运行预测方法包括如下步骤：绘制水泵的最大扬程曲线和最小扬程曲线，通过最大扬程曲线和最小扬程曲线确定水泵的工作区域。绘制水泵的变频特性曲线。将管网系统中的目标支路的流量设定为目标流量，根据最大扬程曲线和最小扬程曲线与变频特性曲线的交点，确定最大频率和最小频率。通过得到水泵的工作区域后，变频特性曲线与最大扬程曲线和最小扬程曲线分别会形成两个交点，在确定支路的流量后，即可确定水泵的最大频率，以及与水泵的最小频率，目标支路上的水泵的频率在上述两个频率之间调整，即可精确地控制水泵运行频率，从而使流量控制精确，解决线路中供水不平衡的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及水泵运行控制技术领域，特别是一种水泵运行预测方法与水泵选型方法。

背景技术

在一个具有多个并联支路，且每一并联支路具有一个水泵的管网系统中，无法精确地控制水泵运行频率时会导致水力不平衡，出现各个模块之间供水不均匀，经常会通过关小阀门来平衡各个支路的供水流量，造成机械能损失。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种水泵运行预测方法，能够降低水泵控制调节范围，提高控制稳定性，精确地控制水泵运行频率。

本发明还提出一种水泵选型方法。

根据本发明的第一方面实施例的水泵运行预测方法，包括：

绘制所述水泵的最大扬程曲线和最小扬程曲线，通过所述最大扬程曲线和所述最小扬程曲线确定所述水泵的工作区域；

绘制所述水泵的变频特性曲线；

将所述管网系统中的目标支路的流量设定为目标流量，根据所述最大扬程曲线和所述最小扬程曲线与所述变频特性曲线的交点，确定所述目标支路中的所述水泵在所述目标流量下的最大频率和最小频率。

根据本发明实施例的水泵运行预测方法，至少具有如下有益效果：通过绘制水泵的最大扬程曲线和最小扬程曲线得到水泵的工作区域后，根据水泵的参数，绘制水泵的变频特性曲线，变频特性曲线与最大扬程曲线和最小扬程曲线分别会形成两个交点，在确定支路的流量后，即可确定水泵的最大频率即与最大扬程曲线相交的变频特性曲线的频率，以及与水泵的最小频率即与最小扬程曲线相交的变频特性曲线的频率，目标支路上的水泵的频率在上述最大频率与最小频率之间调整，即可精确地控制水泵运行频率，从而使流量控制精确，解决线路中供水不平衡的问题。

根据本发明的一些实施例，所述绘制所述水泵的最大扬程曲线包括步骤：

开启其余支路的所述水泵至额定流量运行；

将所述目标支路中的所述水泵的频率由0逐渐提升至额定频率，标注各个频率所对应的流量与扬程形成标注点并依次连接。

根据本发明的一些实施例，所述绘制所述水泵的最小扬程曲线包括步骤：

关闭其余所述支路的所述水泵；

将所述目标支路的所述水泵的频率由0逐渐提升至额定频率，标注各个频率所对应的流量与扬程形成标注点并依次连接。

根据本发明的一些实施例，还包括将所述水泵的频率在所述最大频率与所述最小频率之间调整，以使所述水泵达到所述目标流量。

根据本发明的一些实施例，绘制所述水泵的最大扬程曲线和最小扬程曲线包括步骤：

建立所述管网系统的物理模型与流程图；

建立水力计算模型；

通过所述水力计算模型计算得到所述目标支路的扬程与流量的模型；

根据所述目标支路中水泵的扬程与流量的模型绘制所述目标支路的最大扬程曲线与最小扬程曲线。

根据本发明的第二方面实施例的水泵选型方法，包括：

确定所述水泵的额定流量与额定扬程；

绘制所述水泵的最大扬程曲线和最小扬程曲线，通过所述最大扬程曲线和所述最小扬程曲线确定所述水泵的工作区域；

绘制所述水泵高效区域并校核所述高效区域是否包括所述工作区域。

根据本发明实施例的，至少具有如下有益效果：确定水泵的额定流量与额定扬程后，即水泵的变频后的频率与扬程只会低于额定流量与额定扬程，因此水泵可以满足流量与扬程的要求，得到水泵的工作区域后，根据水泵的额定流量与额定扬程绘制水泵的高效区域，校核高效区域是否包括工作区域，若工作区域均在高效区域内，则能够保证本次水泵选型能够满足在水泵可能运行的所有工况且工作在高效点。

根据本发明的一些实施例，所述校核所述高效区域是否包括所述工作区域包括步骤：

选取所述水泵扬程上限、扬程下限以及扬程上下限之间任意扬程；

测量所述水泵所选取的各个扬程所对应的输入功率和输出功率；

根据所述输入功率和所述输出功率计算所述水泵的工作效率。

根据本发明的一些实施例，绘制所述水泵的最大扬程曲线和最小扬程曲线包括步骤：

建立所述管网系统的物理模型与流程图；

建立水力计算模型；

通过所述水力计算模型计算得到所述水泵的扬程与流量的模型；

根据所述水泵的扬程与流量的模型绘制所述水泵的最大扬程曲线与最小扬程曲线。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明管路系统的示意图；

图2为本发明实施例工作区域与变频特性曲线的示意图；

图3为本发明实施例水泵运行预测方法的流程图；

图4为本发明实施例理论计算方法的流程图；

图5为本发明实施例工作区域、变频特性曲线及高效区域的示意图。

附图标记：

管网系统100、制冷塔110、主线路120、支路130、水泵131、制冷机132、目标支路140；

变频特性曲线210、最小扬程曲线220、最大扬程曲线230、高效区域240、工作区域250。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1至图4，本发明第一方面实施例提供了一种水泵131运行预测方法，应用于管网系统100，管网系统100包括多个并联支路130，每一所述并联支路130具有一个水泵131，包括如下步骤：

S100，绘制水泵131的最大扬程曲线230和最小扬程曲线220，通过最大扬程曲线230和最小扬程曲线220确定水泵131的工作区域250；

S200，绘制水泵131的变频特性曲线210；

S300，将管网系统100中的目标支路140的流量设定为目标流量，根据最大扬程曲线230和最小扬程曲线220与变频特性曲线210的交点，确定目标支路140中的水泵131在目标流量下的最大频率和最小频率。

水泵131的工作区域250由管路水力特性确定。在得到水泵131的工作区域250后，根据水泵131的额定流量与额定扬程，绘制水泵131的变频特性曲线210，变频特性曲线210与最大扬程曲线230和最小扬程曲线220会形成两个交点，在确定目标支路140的流量后，即可确定水泵131的最大频率即与最大扬程曲线230相交的变频特性曲线210的频率，以及与水泵131的最小频率即与最小扬程曲线220相交的变频特性曲线210的频率，目标支路140上的水泵131的频率在上述最大频率与最小频率之间调整，即可精确地控制水泵131运行频率，从而使流量控制精确，解决回路中供水不平衡的问题。

例如，参照图1，在制冷系统中，冷却系统包括制冷塔110、制冷机132和水泵131，制冷机132和水泵131串联形成支路130，制冷塔110设置有主线路120，多条支路130并联于主线路120形成回路，流经制冷机132的流量由该条支路130上的水泵131单独控制。支路130上的流量由制冷机132的容量与负荷率，以及设定的供回水温差进行确定，以满足制冷机132的制冷要求。流量确定后，流量对应于工作区域250的位置具有相应的最大频率与最小频率，支路130中的水泵131在最大频率与最小频率之间微调，即可达到设定的流量。而在任一支路130上的流量需要调整时，其余各个支路130上的水泵131的频率可根据上述方法快速调整，从而使整个回路中的供水能够快速平衡。

由于有多条支路130相互并联后连接于主线路120，主线路120上的流量等于各条线路上的流量之和，各个水泵131所承受的压降等于主线路120上的共享压降以及所属支路130上的独立压降。对于一个支路130来说，水泵131扬程等于共享压降与独立压降之和，共享压降的改变为影响支路130在达到设定流量时，影响支路130上的水泵131频率大小的主要因素，而水泵131频率最大时对应于最大共享压降，即除本支路130的水泵131外其余支路130的水泵131均以工频运行、主线路120流量最大时，水泵131频率最小时对应于最小共享压降，即除本支路130的水泵131外其余支路130的水泵131均不运行、主线路120流量与目标支路140流量相等。

在一些实施例中，绘制水泵131的最大扬程曲线230包括如下步骤：

S111，开启其余支路130的水泵131至额定流量运行；

S112，将目标支路140的水泵131的频率由0逐渐提升至额定频率，标注各个频率所对应的流量与扬程形成标注点并依次连接。

在管网系统100结构确定及其余支路130以额定流量运行时，目标支路140的水泵131受到共享压降最大，水泵131的频率由0逐渐提升至额定频率的过程中，扬程和流量也同步增加，标注各个频率所对应的流量与扬程形成标注点并用平滑曲线将各个标记点连接，即可形成水泵131的最大扬程曲线230。可以理解的是，标注点的数量能够决定扬程曲线的准确程度，因此在有高精度的要求的情况下可采用更多的采样点绘制扬程曲线。

在一些实施例中，绘制水泵131的最小扬程曲线220包括步骤：

关闭其余支路130的水泵131；

将目标支路140的水泵131的频率由0逐渐提升至额定频率，标注各个频率所对应的流量与扬程形成标注点并依次连接。

在管网系统100结构确定及其余支路130关闭时，目标支路140的水泵131受到共享压降最小，而最小扬程曲线220的绘制方法与上述最大扬程曲线230的绘制方法相同，在此不再赘述。

参照图4，此外，上述最大扬程曲线230和最小扬程曲线220也可以通过理论计算方法得出，理论计算方法包括如下步骤：

S1000，建立管网系统的物理模型与流程图；

S2000，建立水力计算模型；

S3000，通过水力计算模型计算得到目标支路水泵的扬程与流量的模型；

S4000，根据目标支路中水泵的扬程与流量的模型绘制出目标支路最大扬程曲线230与最小扬程曲线220。

其中，水力模型的建立是根据管网系统中各个组分对水流的阻力(各个部件的流量与阻力对应的水力计算模型)。水泵131的扬程等于共享压降与独立压降之和，在确定其余支路130的流量之后，可以通过水力计算模型计算得到目标支路140的水泵131的扬程与流量的模型并依此绘制出目标支路140相应的扬程曲线。其中，最大扬程曲线230为其余支路130的水泵131均处于额定流量时获得，最小扬程曲线220为其余支路130的水泵131关闭时获得。通过理论计算得到的扬程曲线可以与实验获得的扬程曲线相互印证，以保证扬程曲线的准确性。计算获得的工作区域250可用于水泵131的设计选型，实验获得的工作区域250可用于运行控制，以及对设计进行校核。

在一些实施例中，水泵131运行预测方法还包括将水泵131的频率在最大频率与最小频率之间调整，以达到设定流量。例如，在制冷系统中，水泵131的频率根据制冷机132容量与负荷率，以及设定的供回水温差来进一步调整，以使流经目标支路140的流量达到设定要求。

参照图5，本发明第二方面实施例提供了一种水泵131选型方法，包括如下步骤：

S400，确定水泵131的额定流量与额定扬程；

S500，绘制水泵131的最大扬程曲线230和最小扬程曲线220，通过最大扬程曲线230和最小扬程曲线220确定水泵131的工作区域250；

S600，根据水泵131的额定流量与额定扬程，绘制水泵131高效区域240；

S700，校核高效区域240是否包括工作区域250。

确定水泵131的额定流量与额定扬程后，即水泵131的变频后的频率与扬程只会低于额定流量与额定扬程，因此水泵131可以满足流量与扬程的要求，得到水泵131的工作区域250后，根据水泵131的额定流量与额定扬程绘制水泵131的高效区域240，水泵131的高效区域240即为水泵131效率在75％以上的区域，校核高效区域240是否包括工作区域250，若工作区域250均在高效区域240内，则能够保证本次水泵131选型能够满足在水泵131可能运行的所有工况且工作在高效点。其中，最大扬程曲线230和最小扬程曲线220的绘制与上述第一方面实施例中的绘制方法相同，在此不再赘述。

在一些实施例中，校核高效区域240是否包括工作区域250包括步骤：

S710，选取水泵131扬程上限、扬程下限以及扬程上下限之间任意扬程；

S720，测量水泵131所选取的各个扬程所对应的输入功率和输出功率；

S730，根据输入功率和输出功率计算水泵131的工作效率。

可以理解的是，在选择扬程上下限之间的任意扬程进行校核时，可以选择关键节点进行校核，例如流量为额度流量的50％时，水泵131的工作效率是否在高效区域240内，以判断水泵131选型的合理性。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。