潜水电泵变频节能综合测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于水泵检测技术领域，特别涉及一种潜水电泵变频节能综合测试系统。本发明是由水源单元的输出端和水路单元的输入端相连接，水路单元的出水端和水泵的入水端相连接，水泵的电源输入端和变频试验电源的输出端相连接；水路单元的控制端和控制单元的输出端相连接；压力测试单元和流量测试单元的测量端均和水路单元相连接，压力测试单元和流量测试单元的信号输出端均和数据采集单元的信号输入端相连接。本发明采用变频试验电源通过改变速度进而实现流量的调节，在同样流量的试验情况下，原来消耗在阀门的功率就可以避免，能节省试验过程电能损耗，具有变频调速效果好、节能效果显著、安全可靠等优点。
【专利说明】
潜水电泵变频节能综合测试系统
技术领域
[0001] 本发明属于水栗检测技术领域，特别涉及一种潜水电栗变频节能综合测试系统。
【背景技术】
[0002] 潜水电栗是指栗体叶轮和驱动叶轮的电机都潜入水中工作的一种水栗，有深井用 和作业面用两种。随着机电一体化技术的迅猛发展，新的测试技术和测试手段不断推陈出 新，使得检测手段、检测方法和检测设备也发生了变革性的变化，形成了自动化、实时化和 智能化的检测系统。微电子学、信息技术和现代控制理论在各个领域具有广泛的运用。潜水 电栗的测试技术和测试手段不断进步，逐渐形成了以工业计算机和变频调速技术为核心智 能化、实时化的检验系统。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种潜水电栗变频节能综合测 试系统。其目的是为了实现水栗检验过程的自动化和智能化，同时避免能量的浪费。
[0004] 为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0005] 潜水电栗变频节能综合测试系统，是由水源单元的输出端和水路单元的输入端相 连接，水路单元的出水端和水栗的入水端相连接，水栗的电源输入端和变频试验电源的输 出端相连接；
[0006] 水路单元的控制端和控制单元的输出端相连接;压力测试单元和流量测试单元的 测量端均和水路单元相连接，压力测试单元和流量测试单元的信号输出端均和数据采集单 元的信号输入端相连接；
[0007] 转差测试单元、电压测试单元和电流测试单元的测试端均和水栗相连接，转差测 试单元、电压测试单元和电流测试单元的信号输出端均和数据采集单元的信号输入端相连 接，数据采集单元的信号输出端和控制单元的信号输入端相连接，工业计算机的通讯接口 和控制单元的通讯接口通过串口相连接;变频试验电源的控制端和控制单元的信号输出端 相连接。
[0008] 所述水路单元的控制端为电磁阀。
[0009] 利用潜水电栗变频节能综合测试系统的测试方法是:水源单元具有供试验用足够 容量水和良好的水循环系统，为试验的进行提供水源，同时具有水位调节功能;水路单元由 六条不同直径的管道和电动阀门组成，实现试验过程的水循环和压力调节;压力测试单元、 流量测试单元、转差测试单元、电压测试单元、电流测试单元采集矿用水栗的压力、流量、转 差、电压和电流原始数据;数据采集单元将原始数据转换成控制单元可识别的信号，实现二 次仪表采集数据和控制单元可接收信号之间的转换;控制单元和变频试验电源为整个系统 的核心，实现整个试验系统控制指令输出、试验数据的处理及试验工况动态调节;工业计算 机完成试验指令输入、试验数据分析处理、试验曲线的拟合及系统参数和试验结果的显示 和存储。
[0010] 所述变频试验电源在进行流量调节过程中，当流量需要从Q1减小到Q2,将速度从 N1降到N2,运行工况点则从Μ点移到0点，扬程从H1下降到H3,由于阻力曲线R1不变，试验系 统消耗的能量不变；
[0011] 根据离心栗的特性曲线公式：
[0012] P = QiHr/102n (1);
[0013] 式中：p-水栗使用工况轴功率(kW);
[0014] Q-使用工况点的水压或流量(m 3/s);
[0015] Η-使用工况点的扬程(m);
[0016] r一输出介质单位体积重量(kg/m 3);
[0017] η-使用工况点的栗效率（％);
[0018] 可求出运行在Ν点栗的轴功率和0点栗的轴功率分别为：
[0019] PN=Q2Hir/102n (2)；
[0020] P〇 = Q2H2r/102n (3)；
[0021] 两者之差为：
[0022] Δ p = pN-p〇 = Q2(Hi-H2)r/102n (4)；
[0023] 也就是说，用传统阀门控制方式进行流量时，有ΛΡ功率被阀门阻力损耗浪费掉 了，且随着流量的变小，阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用变频电源进行流量控制时， 根据流量Q、扬程H、功率P和转速N之间的关系，有：
[0025]根据公式（5)可知，流量Q与转速N的一次方成正比；扬程Η与转速N的平方成正比； 功率Ρ与转速Ν的立方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降；如果不是用关小阀门的方 法，而采用变频电源进行流量调节时，那么在同样流量的试验情况下，原来消耗在阀门的功 率就可以避免，从而获得ΜΝ0区域大小的节能效果，这就是水栗调速节能原理。
[0026] 为了达到上述目的，本发明提出一种潜水电栗变频节能综合测试系统，该系统由 水源单元、水路单元、压力测试单元、流量测试单元、转差测试单元、电压测试单元、电流测 试单元、数据采集单元、工业计算机、控制单元、变频试验电源和水栗组成，其中水源单元的 输出端和水路单元的输入端相连接，水路单元的控制端（电磁阀）和控制单元的输出端相连 接，压力测试单元和流量测试单元的测量端和水路单元相连接，压力测试单元和流量测试 单元的信号输出端和数据采集单元的信号输入端相连接，转差测试单元、电压测试单元和 电流测试单元的测试端和水栗相连接，转差测试单元、电压测试单元和电流测试单元的的 信号输出端和数据采集单元的信号输入端相连接，数据采集单元的信号输出端和控制单元 的信号输入端相连接，工业计算机的通讯接口和控制单元的通讯接口通过串口相连接，变 频试验电源的控制端和控制单元的信号输出端相连接，变频试验电源的输出端和水栗的电 源输入端相连接。
[0027] 潜水电栗变频节能综合测试系统各个组成部分的功能描述如下:水源单元具有供 试验用足够容量水和良好的水循环系统，可以为试验的顺利进行提供水源，同时具有水位 调节功能；水路单元由六条不同直径的管道和电动阀门组成，实现试验过程的水循环和压 力调节;压力测试单元、流量测试单元、转差测试单元、电压测试单元、电流测试单元采集矿 用水栗的压力、流量、转差、电压和电流原始数据;数据采集单元将原始数据转换成控制单 元可识别的信号，实现二次仪表采集数据和控制单元可接收信号之间的转换;控制单元和 变频电源为整个系统的核心，实现整个试验系统控制指令输出、试验数据的处理及试验工 况动态调节;工业计算机完成试验指令输入、试验数据分析处理、试验曲线的拟合及系统参 数和试验结果的显示和存储。
[0028] 本发明相对现有技术具有如下优点和有益效果：
[0029] 传统水栗流量调节过程采用阀门控制的方式，这种控制方式控制时管道阻力变 大，造成大量的能源浪费。潜水电栗变频节能综合测试系统采用变频试验电源通过改变速 度进而实现流量的调节，在同样流量的试验情况下，原来消耗在阀门的功率就可以避免，能 够节省试验过程电能损耗。
[0030] 矿用水栗特性变频节能检验检测系统根据"GB/T 12785《潜水电栗试验方法》"和 "GB/T 3216《回转动力栗水力性能验收试验1级和2级》"标准要求，完成不同规格的水栗扬 程、流量、效率、功率等综合性能检测试验，具有变频调速效果好、节能效果显著、安全可靠 等优点。
[0031] 下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细的说明。
【附图说明】
[0032] 图1为矿用水栗特性变频节能检验检测系统结构图；
[0033] 图2为控制单元与工业计算机通讯接口电路；
[0034]图3试验系统调速过程中H-Q关系曲线。
[0035]图中：水源单元1，水路单元2，水栗3，变频试验电源4，压力测试单元5，流量测试单 元6,转差测试单元7,电压测试单元8,电流测试单元9,数据采集单元10,控制单元11，工业 计算机12。
【具体实施方式】
[0036]本发明是一种潜水电栗变频节能综合测试系统，其结构如图1所示，控制单元与工 业计算机通讯接口电路如图2所示，试验系统调速过程中H-Q关系曲线如图3所示。
[0037] 潜水电栗变频节能综合测试系统由水源单元1、水路单元2、压力测试单元5、流量 测试单元6、转差测试单元7、电压测试单元8、电流测试单元9、数据采集单元10、工业计算机 12、控制单元11、变频试验电源4和水栗3组成，其中水源单元1的输出端和水路单元2的输入 端相连接，水路单元2的出水端和水栗3的入水端相连接，水栗3的电源输入端和变频试验电 源4的输出端相连接。
[0038] 水路单元2的控制端也就是电磁阀，和控制单元11的输出端相连接，压力测试单元 5和流量测试单元6的测量端均和水路单元2相连接，压力测试单元5和流量测试单元6的信 号输出端均和数据采集单元10的信号输入端相连接，转差测试单元7、电压测试单元8和电 流测试单元9的测试端均和水栗3相连接，转差测试单元7、电压测试单元8和电流测试单元9 的信号输出端均和数据采集单元10的信号输入端相连接，数据采集单元10的信号输出端和 控制单元11的信号输入端相连接，工业计算机12的通讯接口和控制单元11的通讯接口通过 串口相连接，变频试验电源4的控制端和控制单元11的信号输出端相连接，变频试验电源4 的输出端和水栗3的电源输入端相连接。
[0039] 潜水电栗变频节能综合测试系统各个组成部分的功能描述如下：水源单元1具有 供试验用足够容量水和良好的水循环系统，可以为试验的顺利进行提供水源，同时具有水 位调节功能;水路单元2由六条不同直径的管道和电动阀门组成，实现试验过程的水循环和 压力调节;压力测试单元5、流量测试单元6、转差测试单元7、电压测试单元8、电流测试单元 9采集矿用水栗3的压力、流量、转差、电压和电流原始数据;数据采集单元10将原始数据转 换成控制单元11可识别的信号，实现二次仪表采集数据和控制单元11可接收信号之间的转 换;控制单元11和变频试验电源4为整个系统的核心，实现整个试验系统控制指令输出、试 验数据的处理及试验工况动态调节;工业计算机12完成试验指令输入、试验数据分析处理、 试验曲线的拟合及系统参数和试验结果的显示和存储。
[0040] 传统水栗流量调节过程采用阀门控制的方式，这种控制方式控制时管道阻力变 大，造成大量的能源浪费。而本发明潜水电栗变频节能综合测试系统采用变频试验电源通 过改变速度进而实现流量的调节，在同样流量的试验情况下，原来消耗在阀门的功率就可 以避免，能够节省试验过程电能损耗。
[0041] 下面结合图3进行说明：传统阀门控制试验过程中，当流量需要从Q1减小到Q2时， 必须关小阀门，此时阀门磨擦阻力将变大，阻力曲线从R1移到R2,扬程则从H1上升到H2,运 行工况点从Μ点移到N点。采用变频试验电源进行流量调节过程中，当流量需要从Q1减小到 Q2,将速度从Ν1降到Ν2,运行工况点则从Μ点移到0点，扬程从Η1下降到Η3,由于阻力曲线R1 不变，试验系统消耗的能量不变。
[0042]根据离心栗的特性曲线公式：
[0043] P = QiHr/102n (1)
[0044] 式中：p-水栗使用工况轴功率(kW);
[0045] Q-使用工况点的水压或流量(m 3/s);
[0046] Η-使用工况点的扬程(m);
[0047] r一输出介质单位体积重量(kg/m 3);
[0048] η-使用工况点的栗效率（％)。
[0049] 可求出运行在Ν点栗的轴功率和0点栗的轴功率分别为：
[0050] PN=Q2Hir/102n (2)
[0051] P〇 = Q2H2r/102n (3)
[0052] 两者之差为：
[0053] Δ p = pN-p〇 = Q2(Hi-H2)r/102n (4)
[0054] 也就是说，用传统阀门控制方式进行流量时，有ΛΡ功率被阀门阻力损耗浪费掉 了，且随着流量的变小，阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用变频电源进行流量控制时， 根据流量Q、扬程H、功率P和转速N之间的关系，有：
[0056]根据公式（5)可知，流量Q与转速N的一次方成正比；扬程Η与转速N的平方成正比； 功率P与转速N的立方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方 法，而采用变频电源进行流量调节时，那么在同样流量的试验情况下，原来消耗在阀门的功 率就可以避免，从而获得图3中ΜΝ0区域大小的节能效果，这就是水栗调速节能原理。
[0057]潜水电栗变频节能综合测试系统根据"GB/T 12785《潜水电栗试验方法》"和"GB/T 3216《回转动力栗水力性能验收试验1级和2级》"标准要求，完成不同规格的水栗扬程、流 量、效率、功率等综合性能检测试验，具有变频调速效果好、节能效果显著、安全可靠等优 点。
【主权项】
1. 潜水电累变频节能综合测试系统，其特征是:水源单元（1)的输出端和水路单元(2) 的输入端相连接，水路单元(2)的出水端和水累(3)的入水端相连接，水累(3)的电源输入端 和变频试验电源(4)的输出端相连接； 水路单元(2)的控制端和控制单元（11)的输出端相连接;压力测试单元(5)和流量测试 单元(6)的测量端均和水路单元(2)相连接，压力测试单元(5)和流量测试单元(6)的信号输 出端均和数据采集单元(10)的信号输入端相连接； 转差测试单元（7)、电压测试单元（8)和电流测试单元（9)的测试端均和水累（3)相连 接，转差测试单元(7)、电压测试单元(8)和电流测试单元(9)的信号输出端均和数据采集单 元(10)的信号输入端相连接，数据采集单元(10)的信号输出端和控制单元(11)的信号输入 端相连接，工业计算机（12)的通讯接口和控制单元（11)的通讯接口通过串口相连接;变频 试验电源(4)的控制端和控制单元(11)的信号输出端相连接。2. 根据权利要求1所述的潜水电累变频节能综合测试系统，其特征是：所述水路单元 (2)的控制端为电磁阀。3. 利用如权利要求1所述的潜水电累变频节能综合测试系统的测试方法，其特征是:水 源单元具有供试验用足够容量水和良好的水循环系统，为试验的进行提供水源，同时具有 水位调节功能;水路单元由六条不同直径的管道和电动阀口组成，实现试验过程的水循环 和压力调节;压力测试单元、流量测试单元、转差测试单元、电压测试单元、电流测试单元采 集矿用水累的压力、流量、转差、电压和电流原始数据;数据采集单元将原始数据转换成控 制单元可识别的信号，实现二次仪表采集数据和控制单元可接收信号之间的转换;控制单 元和变频试验电源为整个系统的核屯、，实现整个试验系统控制指令输出、试验数据的处理 及试验工况动态调节;工业计算机完成试验指令输入、试验数据分析处理、试验曲线的拟合 及系统参数和试验结果的显示和存储。4. 根据权利要求3所述的潜水电累变频节能综合测试系统的测试方法，其特征是:所述 变频试验电源在进行流量调节过程中，当流量需要从Q1减小到Q2,将速度从N1降到N2,运行 工况点则从Μ点移到0点，扬程从H1下降到H3,由于阻力曲线R1不变，试验系统消耗的能量不 变； 根据离屯、累的特性曲线公式： Ρ=化 Hr/102n (1); 式中：p-水累使用工况轴功率化W); Q-使用工况点的水压或流量(m 3/s); Η-使用工况点的扬程(m); r-输出介质单位体积重量化g/m 3); η-使用工况点的累效率（％); 可求出运行在Ν点累的轴功率和0点累的轴功率分别为： 扣二化出r/10化 （2); Po =化出 r/10 化 （3); 两者之差为： Δρ =扣-P〇 =化化广出）r/102n (4)； 也就是说，用传统阀口控制方式进行流量时，有ΔΡ功率被阀口阻力损耗浪费掉了，且 随着流量的变小，阀口不断关小，运个损耗还要增加。而用变频电源进行流量控制时，根据 流量Q、扬程H、功率P和转速N之间的关系，有：巧)； 根据公式(5)可知，流量Q与转速N的一次方成正比；扬程Η与转速N的平方成正比；功率P 与转速Ν的立方成正比，即功率与转速成3次方的关系下降；如果不是用关小阀口的方法，而 采用变频电源进行流量调节时，那么在同样流量的试验情况下，原来消耗在阀口的功率就 可W避免，从而获得ΜΝΟ区域大小的节能效果，运就是水累调速节能原理。
【文档编号】F04B51/00GK106089674SQ201610613654
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月29日 公开号201610613654.0, CN 106089674 A, CN 106089674A, CN 201610613654, CN-A-106089674, CN106089674 A, CN106089674A, CN201610613654, CN201610613654.0
【发明人】郎福成, 陈立东, 张小辉, 黄旭, 齐欣, 刘鹤丹, 刘磊, 刘博
【申请人】国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 国家电网公司