一种矿井通风系统的联合优调优控方法_2

文档序号:9232330阅读:来源:国知局
[0079] 如图1所示,为得到的通风系统网络图的具体示例,由图1可以看出,该通风系统 共有11条风道,根据各自的用途,将风道划分四类。
[0080] 此处,!类风道为:风道11 ; II类风道为:风道4、7和9 ;111类风道为风道5、7和9 ; 其余风道均为IV类风道,即:风道1、2、3、6、8、10。
[0081] 步骤2,由于通风系统共有11条风道,8个节点,因此,共有11-8+1 = 4个独立回 路。选择风道4、5、7、9为独立风道,得到以下的4行11列的基本回路矩阵为:
[0082]
[0083] 则可知各类风道集合分别为:
[0084] E = {1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11},E1= {11},I = {4, 5, 7, 9},E 2= {4, 7, 9},E 3={5,7,9}
[0085] 步骤3,对于风道5、7、9中任意一个调节风道,记为调节风道j,将调节风道j的总 风阻&分解为:
[0086] Rj =Rj0+R3f0+R^
[0087] 其中:
[0088] Afj-调节风道j的基础风阻,为已知值;
[0089] 一调节风道j的风阻调节装置不可开启部分产生的局部固定风阻,为已知 值;
[0090] -调节风道j的风阻调节装置可开启部分产生的风阻增量,为控制参数;
[0091] 步骤4,对每一台可调节的风机i,为简化说明,本例中,以风机为变频调速风机为 例进行说明,则建立以下三个风机多参数性能曲线:
[0092] 1)风压_(转速,风量)曲线:
[0093]
[0094] 2)效率-(转速,风量)曲线:
[0095] η}η -?7π(?π,^π) = "5787.068%2^ +1820.44?^^;! -53.242
[0096] 3)由于本例采用的是工程单位制,因此得到风机11的输入功率计算公式为:
[0097] Pu(nu,qn) = 0.0098 k/, X {nu, q,,)/ /;/, (nn, qn)
[0098] 步骤5,在步骤1、2、3、4的基础上,建立如下的风机-系统联合调节非线性规划模 型:
[0099]
[0100] 约束条件为:
[0101]
[0102] 其中:目标方程为:以各调节风道风阻增量、调节风机转速为控制参数,以控制时 期各需风风道的需风量与调节风量差平方和以及整个通风系统动力消耗最小为目标。
[0103] 上述的第1个约束条件为基本回路的风压平衡定律方程;第2个约束条件为流量 平衡定律;
[0104] 初始设置以下参数值:
[0105]
[0106]
[0107] 并且,还已知以下基础数据:
[0108]
[0109] 将上述各已知值代入风机-系统联合调节非线性规划模型,进行求解,可计算得 到在最大限度地满足需风要求、并使总功率消耗最小、各种控制参数可实施的情况下,各调 节风道的风阻调节增量y,调节风机的转速η。
[0110] 在得到各调节风道的风阻调节增量y后,通过实测建立风阻调节装置的开启面积 ?5;'和风阻调节增量h之间的精确计算关系,从而确定各调节风道的q,进而计算得到风阻 调节装置的开启面积f,最终计算结果见表2 :
[0111] 表2示例的全局优调优控计算结果
[0112]
[0113]
[0114] 由表2可知,只需将风道5、7和9中调节风门中的风窗面积分别开启到2. 26328m2、 4. 26557m2和4. 80425m2,将风道11中的风机的转速调到1420r/min。这时,需风风道4、7和 9的供风量正好满足12. 835m3/s、45. 384m3/s和158. 496m3/s,g卩,完全满足了表1中的需风 量要求。而且不难验证,此时的风机转速是系统在满足需风要求的条件下,功率消耗最小的 转速。
[0115] 另外,实际应用中,在计算得到调节风门的风窗开启面积之后,还可以进一步计算 得到风窗的调节量,例如:对百叶窗式调节风窗,可进一步计算得到百叶窗调节角度;对于 推拉式调节风窗,可进一步计算得到推拉风窗的开启宽度;对于卷帘式调节风窗,可进一步 计算得到卷帘的开启高度等。
[0116] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应 视本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种矿井通风系统的联合优调优控方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1,根据矿井通风系统调控目的,将风道划分为四类,分别为I类风道、II类风道、III类风道和IV类风道;其中,I类风道、II类风道和III类风道为控制风道;IV类风道为非控 制风道;具体的,I类风道为风机所在风道;II类风道为需风风道;III类风道为安装有风阻 调节装置的调节风道; 然后,建立完整的矿井通风系统网络拓扑结构图并编号,形成用于优化调控计算的通 风系统网络图; 步骤2,设所述通风系统共有n条风道,m个独立回路;则对所述通风系统网络图的n条 风道由1开始进行编号,由此得到m行n列的基本回路矩阵5 = ;其中,心为独立回 路矩阵系数; 此处,令E代表所有风道的集合;令I代表独立回路对应的风道集;令Ei代表I类风道 的集合;令E2代表II类风道的集合;令E3代表III类风道的集合; 步骤3,对于III类风道集合^中的任意一个调节风道,记为调节风道j,将调节风道j的 总风阻&分解为: 其中: Af*-调节风道j的基础风阻,为已知值; -调节风道j的风阻调节装置不可开启部分产生的局部固定风阻,为已知值; 以一调节风道j的风阻调节装置可开启部分产生的风阻增量,为控制参数; 步骤4,对每一台可调节的风机i,建立以下三个风机多参数性能曲线: 1) 风压-(叶片角度,转速,风量)曲线: h{ =/?/ (rt,.,ej,Ij;)-Ah(ej)cf:+Bh {0; )qi +nfCh ) 其中: h:.一风机i的风压; 叫一风机i的转速; Qi一风机i的风量; 0i-风机i的动叶角度; Ah,Bh和Ch-风机i的转速为1时,风机i的风压-风量特性曲线系数; 2) 效率-(叶片角度,转速,风量)曲线 n! = n!(?,.,qt) = ^2An(ei)q:+/?,.1Bn{〇.)qt -vc;.wi) 其中,<一风机i的效率 3) 功率-(叶片角度,转速,风量)曲线 其中,Pi(叫,9i,q) -风机i的功率; C/一风机i的功率系数,与量刚有关; 对于上述三个风机多参数性能曲线: 当安装的风机为变频调速风机,即:仅具有调速功能、不具有动叶角度调节功能时,风 机i的动叶角度0i为固定常数值,转速^为变量; 当安装的风机为仅具有动叶角度调节功能、不具有调速功能时,风机i的转速h为固 定常数值、风机i的动叶角度9 变量; 当安装的风机同时具有动叶角度调节功能和调速功能时,风机i的动叶角度9i和风 机i的转速h均为变量; 步骤5,在步骤1、2、3、4的基础上,建立如下的风机-系统联合调节非线性规划模型:其中: F-目标函数;以控制时期整个通风系统动力消耗最小、各需风风道的需风量与调节风 量差平方和最小为目标; M一惩罚因子; <fi一风道i的需风量; Yk-由基本回路的风压平衡方程推导出来的右侧常数项,通常为〇;bkj-独立回路矩阵系数; 〇」一风道j中风流的流态指数;ht(j)-风道j的自然风压; yj-风道j的风阻调节增量,与义z含义相同,此处代表未知控制量;y/-风道j的风阻调节上限; 巧1和6-风机j的动叶角度的调节下限和上限;n/1和n/-风机j转速调节的下限和上限; 在上述风机-系统联合调节非线性规划模型中,各调节风道的风阻调节增量y为控制 参数;调节风机的动叶角度9和/或调节风机转速n为控制参数,此处,如果风机为变频调 速风机,则仅转速n为控制参数;如果风机为动叶角度调节风机,则仅动叶角度0为控制参 数;如果风机同时具有动叶角度调节功能和调速功能时,则转速n和动叶角度0均为控制 参数; 除上述控制参数之外,其他所有参数均为已知固定值,通过求解该非线性规划模型,计 算出通风系统的最优调节方案,即:在最大限度地满足需风要求、并使总功率消耗最小、各 种控制参数可实施的情况下,计算得到各调节风道的控制参数,包括:风阻调节增量y,还 包括,调节风机的动叶角度0和/或调节风机转速n。2. 根据权利要求1所述的矿井通风系统的联合优调优控方法,其特征在于,所述I类 风道为:风机所在风井,或者,辅助风机所在增压风道,或者,局部风机所在的虚拟风筒风 道; 所述II类风道为:回采工作面所在风道,或者,采场所在风道,或者,掘进工作面所在风 道,或者,硐室所在风道,或者,需要密闭区所在风道,或者,均压区所在风道; 所述III类风道中所安装的所述风阻调节装置,包括:调节风门或调节风窗。3. 根据权利要求2所述的矿井通风系统的联合优调优控方法,其特征在于,所述调节 风门为:百叶窗式调节风门、推拉式调节风门或卷帘门式调节风门; 所述调节风窗为:百叶窗式调节风窗、推拉式调节风窗或卷帘门式调节风窗。4. 根据权利要求1所述的矿井通风系统的联合优调优控方法,其特征在于,惩罚因子M 取值为1〇8。5. 根据权利要求1所述的矿井通风系统的联合优调优控方法,其特征在于,在步骤5之 后,在求解出各调节风道的风阻调节增量y之后,还包括: 步骤6 :针对调节风道j安装的风阻调节装置,通过实测建立风阻调节装置的开启面积 sr和风阻调节增量h之间的精确计算关系,即:确定下式中的cj:其中,q为风阻调节系数,为常量;S风道断面面积,对于每条风道,为固定已知值; 步骤7,在确定q后,将步骤5计算得到的风阻调节增量h代入上式,计算得到风阻调 节装置的开启面积的值。
【专利摘要】本发明提供一种矿井通风系统的联合优调优控方法,建立风机-系统联合调节非线性规划模型,根据矿井通风系统拓扑结构、根据指定的需风风道的需风要求和系统可调参数,适时计算出通风系统的最优调节方案,即:在最大限度地满足需风要求、并使总功率消耗最小、各种控制参数可实施的目标下,计算出风机控制参数和调节风道的调节参数;并发布调节和控制命令完成矿井通风系统的在线最优调节,从而实现风机和风网的联合调节,保证矿井通风系统的按时按需低功耗最优供风。
【IPC分类】F04D27/00, E21F1/10, E21F1/00, E21F1/04
【公开号】CN104948215
【申请号】CN201510256440
【发明人】卢新明, 尹红
【申请人】卢新明, 尹红
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月19日
当前第2页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1