[發明專利]變頻水泵全工況運行狀態獲取方法

有效

• 申請號: 201310058522.2
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103104509A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 田喆;李鋒;付強;李倩如
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F04D15/00
• 分類號: F04D15/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種變頻水泵全工況運行狀態獲取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、根據管網阻抗，確定閉式水系統管網和開式水系統管網的壓降：

H_閉式=S₁G²

H_開式=H₀+S₂G²

式中，H_閉式、H_開式分別是閉式水系統管網、開式水系統管網的壓降；S₁、S₂分別為閉式水系統、開式水系統的管網阻抗；G為水流量；H₀為水泵吸上高度;

步驟二、確定水泵額定頻率工況下的H-Q和η-Q曲線，將額定頻率下揚程和效率隨流量的變化參數利用最小二乘法進行多項式擬合，得到：

H=a₀+a₁G+a₂G²

η_p=b₀+b₁G+b₂G²

式中，H為水泵額定工況下的揚程；a₀、a₁、a₂、b₀、b₁、b₂為擬合公式中對應項的系數；η_p為水泵的效率。

基于水泵相似定律，變頻工況下水泵揚程隨流量的變化曲線入下：

H_變頻=a₀k²+a₁kG+a₂G²

k=ncnr]]>

式中，H_變頻為水泵變頻工況下的揚程；k為水泵轉速比；n_c、n_r為變頻工況和額定工況下水泵運行頻率；

步驟三、結合閉式循環泵變頻工況下的H-Q曲線，變頻工況下水泵工作狀態點A、額定工況下水泵工作狀態點B為相似工況點，B點對應的水泵效率即為A點的水泵效率。

額定工況下的水泵流量和水泵運行效率的數學表達式如下：

GB=-a1±a12-4a0(a2-S1)2(a2-S1)]]>

ηp,B=b0+b1GB+b2GB2]]>

式中，G_B—水泵工頻工況點A對應的流量；η_p，B—工頻工況下的水泵效率；

變頻工況的下水泵流量、揚程和功率數學表達式如下：

GA=-a1k±a12k2-4a0k2(a2-S1)2(a2-S1)]]>

HA=S1GA2]]>

Ep,c=HGA367ηp,Aηmηv]]>

式中，G_A—水泵變頻工況B點對應的流量；η_m、η_v—分別為電機效率和變頻器效率；

不同轉速比下，電機效率和變頻器效率的數學表達式可以表述如下：

η_m=0.94187(1-e^-9.04k)

η_v=0.5087+1.283k-1.42k²+0.5834k³

步驟四、結合開式水泵變頻工況下的H-Q曲線（圖2），額定工況下水泵的工況點A是變頻后水泵的工況點B的相似工況點，A點對應的水泵效率即為點B實際運行效率。分別得到B點所對應流量、水泵變頻后的管網等效曲線所對應的等效阻抗、A點對應的流量及效率：

GB=-a1k±a12k2-4(a2-S2)(a0k2-H0)2(a2-S2)]]>

Se=a0k2+a1kGB+a2GB2GB2]]>

GA=-a1±a12-4(a2-Se)a02(a2-Se)]]>

ηp,A=ηp,B=b0+b1GA+b2GA2]]>

式中，S_e—開式管網系統變頻工況對應的等效特性曲線的管網阻抗；

基于B點所對應的流量、效率即可獲取水泵變頻工況下的瞬時輸入功率：

EB,p,o=GB(H0+SeGB2)367ηp,Aηmηv.]]>

2.如權利要求1所述的變頻水泵全工況運行狀態獲取方法，其特征在于，所述步驟一還包括對投入運行的水系統通過流量和揚程測試來分析水系統的管網特性曲線；對未投入運行的水系統則利用流體力學的理論方法來分析管網特性曲線，獲得系統所對應的水泵最佳運行工況。