专利名称：一种变频输油泵机组能效测试方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及变频工况下输油泵机组，特别涉及一种基于过泵温差的变频输油泵机组能效计算方法，并根据目前输油站SCADA系统采集运行数据情况，结合现有节能测试仪器，制定快捷简便的变频输油泵机组能效测试方案。
背景技术：
据估计，工业用泵所消耗的电能中，有209^50%可通过变频技术节省。我国应用变频调速技术的时间只有十几年，随着国外变频器的发展，我国的变频调速技术发展也十分迅速。近年来，变频调速方式在各行业所产生的经济效益优于以往的其它调速方式，成为电
力拖动行业的中枢。变频输油泵机组能效计算是衡量变频效果的一个重要内容，它反映变频工况下输油泵机组的运行状况与能量利用情况。其中，变频工况下电动机输出功率的计算是整个变频输油泵机组能效计算的关键。现行变频输油泵机组能效计算中，通常根据泵类为平方转矩类负载的特点和电动机内部电磁变换等效原理进行推导，确定相关的能效计算模型。目前，国家石油行业制订并颁布了 SY/T 6834-2011《变频调速拖动装置节能测试方法与评价指标》等一系列相关的标准规范。Meir等人根据离心泵为平方转矩类负载，采用比例定律法计算变频工况下输油泵轴功率及其效率，评价泵机组的节能潜力，计算时认为不同转速下的输油泵机械效率相等，计算结果不够准确。Metwally等人(2002)在电动机等效电路基础上，利用已知电动机基本参数，基于电动机输出扭矩计算电动机输出功率，进而计算电动机效率和输油泵效率，但对于变频输油泵机组的现场测试却鲜有具体的描述。Daut等人(2009)通过分析额定功率为5马力的异步电动机效率计算，从电动机T型等值电路分析有功功率传递的情况，通过计算电动机损失效率来计算电动机效率，但计算中所需的参数，如电动机定子、转子每相电阻，漏磁电抗和励磁电抗等，难以在现场测试中获取或依靠经验估算，使得计算受限。张燕宾等人(2002)从电动机定子和转子间电磁感应转换出发，对复杂运行过程进行动静变换和磁电变换，从等效电路原理推导变频后电动机扭矩计算公式。为了得到转子旋转时的异步电动机等效电路，以便于简化分析和计算过程，用一个等效的静止转子来取代原来的旋转转子，使等效转子内电势和电流频率与定子的相同。根据等效原则将原旋转的相应参数进行折算，称为频率折算。经过频率折算后的等效静转子的参数再经过绕组折算将转子侧各物理量折算到定子侧，便可得出所需的等效电路。但计算所需的参数，如电动机定子和转子每相电阻、每相漏磁电抗等，难以在现场测试中获取，给现场实际测试带来不便。邱阿瑞等人(2002)根据电动机T型等值电路分析有功功率传递情况，通过计算电动机功率损耗来计算电动机效率，但计算所需的参数，如电动机定子和转子每相电阻、每相漏磁电抗和励磁电抗等，也难以在现场测试中获取或依靠经验估算，使得计算受限。国内外变频输油泵机组能效计算大体上可分为3类，一是采用比例定律法进行计算，二是根据电动机等效电路原理直接推导，三是计算出电动机功率损失效率再计算电动机效率。采用以上方法，理论上都可计算出变频工况下电动机效率，但在实际测试中所需电动机参数获取困难，或者计算方法结果偏差较大，在实际应用中难以实现并推广。若直接使用扭矩仪测试电动机输出扭矩，无论是介入式扭矩仪还是非介入式扭矩仪都必须在机组停运时安装扭矩传感设备，介入式扭矩仪还必须安装在电动机轴和泵轴之间作为轴系一部分才能使用，更给生产现场带来不便。因此，有必要研究新的变频输油泵机组能效计算方法，在计算准确的基础上满足现场测试的实际需求。
发明内容
本发明的目的是针对各方法在现场测试中存在的问题与限制，结合实际操作，推导并建立了基于过泵温差的变频输油泵机组能效计算方法，根据变频输油泵机组能效计算方法，确定了变频输油泵机组能效测试需要测取的参数、其执行标准和相关仪器，制定了具有可操作性的变频输油泵机组能效测试方案。、为实现上述目的，本发明提供了一种变频输油泵机组能效测试方法，包括计算变频输油泵效率；计算变频电动机输入功率；计算变频工况下输油泵输出功率；通过变频工况下输油泵输出功率来计算变频工况下输油泵输入功率；通过变频工况下输油泵输入功率来计算变频工况下电动机输出功率；通过变频电动机输入功率和变频工况下电动机输出功率来计算变频电动机效率；通过变频输油泵效率和变频电动机效率对变频输油泵机组能效进行测试。可选的，本发明一实施例中，所述通过变频输油泵效率和变频电动机效率对变频输油泵机组能效进行测试包括根据变频输油泵机组能效模型确定现场测试需要的现场参数；根据现场参数来选取仪器，并对选取的仪器进行测试；根据变频输油泵机组能效模型通过电动机和输油泵进行测试获取电动机测试参数、输油泵测试参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数；利用测试后的仪器进行现场测试获取现场参数；根据电动机测试参数、输油泵测试参数、现场参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数，采用变频输油泵机组能效模型进行计算以实现变频输油泵机组能效测试。可选的，本发明一实施例中，所述计算变频工况下电动机输出功率包括将传递过程中的功率损耗忽略不计，根据能量守恒原理，则传动机构输出轴的功率与输入轴的功率相等，即变频工况下电动机输出功率与变频工况下输油泵输入功率相等，通过所述变频工况下输油泵输入功率计算步骤得出的变频工况下输油泵输入功率来获取变频工况下电动机输出功率。可选的，本发明一实施例中，所述计算变频电动机输入功率包括测出计算变频电动机输入功率所需参数，根据参数计算变频电动机输入功率。
可选的，本发明一实施例中，所述测出计算变频电动机输入功率所需参数的方法为电能表法。可选的，本发明一实施例中，所述测出计算变频电动机输入功率所需参数的方法为电流电压功率因数法。可选的，本发明一实施例中，所述仪器包括电力分析仪、浮子式密度计、粘度计、手持式激光转速计、便携式流量计和玻璃水银温度计。可选的，本发明一实施例中，所述输油泵测试参数包括进口原油温度、出口原油温度、进口原油压力、出口原油压力、原油密度和实测原油体积流量。可选的，本发明一实施例中，所述变频工况下输油泵测试参数包括进出口温度、压力和体积流量。
为实现上述目的，本发明还提供了一种变频输油泵机组能效测试装置，包括变频输油泵效率单元，用于计算变频输油泵效率；变频电动机输入功率单元，用于计算变频电动机输入功率；变频工况下输油泵输出功率单元，用于计算变频工况下输油泵输出功率；变频工况下输油泵输入功率单元，用于通过变频工况下输油泵输出功率来计算变频工况下输油泵输入功率；变频工况下电动机输出功率单元，用于通过变频工况下输油泵输入功率来计算变频工况下电动机输出功率；变频电动机效率单元，用于通过变频电动机输入功率和变频工况下电动机输出功率来计算变频电动机效率；变频输油泵机组能效测试单元，通过变频输油泵效率和变频电动机效率对变频输油泵机组能效进行测试。可选的，本发明一实施例中，所述变频输油泵机组能效测试单元包括现场参数确定模块，用于根据变频输油泵机组能效模型确定现场测试需要的现场参数；仪器测试模块，用于根据现场参数来选取仪器，并对选取的仪器进行测试；测试参数获取模块，用于根据变频输油泵机组能效模型通过电动机和输油泵进行测试获取电动机测试参数、输油泵测试参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数；现场参数获取模块，用于利用测试后的仪器进行现场测试获取现场参数；能效获取模块，用于根据电动机测试参数、输油泵测试参数、现场参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数，采用变频输油泵机组能效模型进行计算以实现变频输油泵机组能效测试。可选的，本发明一实施例中，所述变频工况下电动机输出功率单元计算变频工况下电动机输出功率包括将传递过程中的功率损耗忽略不计，根据能量守恒原理，则传动机构输出轴的功率与输入轴的功率相等，即变频工况下电动机输出功率与变频工况下输油泵输入功率相等，通过所述变频工况下输油泵输入功率计算步骤得出的变频工况下输油泵输入功率来获取变频工况下电动机输出功率。
可选的，本发明一实施例中，所述变频电动机输入功率单元计算变频电动机输入功率包括测出计算变频电动机输入功率所需参数，根据参数计算变频电动机输入功率。可选的，本发明一实施例中，所述仪器测试模块选取仪器包括电力分析仪、浮子式密度计、粘度计、手持式激光转速计、便携式流量计和玻璃水银温度计。可选的，本发明一实施例中， 所述测试参数获取模块获取的输油泵测试参数包括进口原油温度、出口原油温度、进口原油压力、出口原油压力、原油密度和实测原油体积流量。上述技术方案具有如下有益效果通过比较变频工况下国内外在该领域的能效计算方法，针对各方法在现场测试中存在的问题与限制，结合实际操作，推导并建立了基于过泵温差的变频输油泵机组能效计算法，该方法所需计算参数少、计算过程简单，给现场实际测试带来方便。根据变频输油泵机组能效计算方法，确定了变频输油泵机组能效测试需要测取的参数、其执行标准和相关仪器，制定了具有可操作性的变频输油泵机组能效测试方案。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本发明提出的一种变频输油泵机组能效测试方法流程图之一；图2是本发明提出的一种变频输油泵机组能效测试方法流程图之二 ；图3是本发明提出的一种变频输油泵机组能效测试装置框图；图4是本发明提出的一种变频输油泵机组能效测试装置中变频输油泵机组能效测试单元组成框图；图5是在本发明提出的一种变频输油泵机组能效测试方法中输油泵测温点和测压点布置示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在进行变频输油泵机组能效计算时，直接测试与计算电动机输出功率比较困难。在电动机转速减小较多的情况下，用比例定律法计算输油泵轴功率，结果较相同条件下实际值小。根据电动机扭矩计算公式或电动机损失功率公式计算电动机输出功率，在目前的现场条件下，所需电动机参数如定子、转子每相漏磁电抗等难以测取，则无法计算。通过比较变频工况下国内外在该领域的能效计算方法，针对各方法在现场测试中存在的问题与限制，结合实际操作，推导并建立了基于过泵温差的变频输油泵机组能效计算法，并根据变频输油泵机组能效计算方法，确定了变频输油泵机组能效测试需要测取的参数、其执行标准和相关仪器，制定了具有可操作性的变频输油泵机组能效测试方案。本申请包括变频输油泵机组效率计算模型以及变频输油泵机组能效测试方案两部分内容。如图I所示，为本发明提出的一种变频输油泵机组能效测试方法流程图之一。该方法包括步骤101 :计算变频输油泵效率；步骤102 :计算变频电动机输入功率； 步骤103 :计算变频工况下输油泵输出功率；步骤104 :通过变频工况下输油泵输出功率来计算变频工况下输油泵输入功率；步骤105 :通过变频工况下输油泵输入功率来计算变频工况下电动机输出功率；步骤106 :通过变频电动机输入功率和变频工况下电动机输出功率来计算变频电动机效率；步骤107 :通过变频输油泵效率和变频电动机效率对变频输油泵机组能效进行测试。如图2所示，为本发明提出的一种变频输油泵机组能效测试方法流程图之二。进一步地，将步骤105更改为步骤105’ 将传递过程中的功率损耗忽略不计，根据能量守恒原理，则传动机构输出轴的功率与输入轴的功率相等，即变频工况下电动机输出功率与变频工况下输油泵输入功率相等，通过所述变频工况下输油泵输入功率计算步骤得出的变频工况下输油泵输入功率来获取变频工况下电动机输出功率。那么，本发明提出的一种变频输油泵机组能效计算方法根据变频输油泵机组能量转换关系，按照黑箱原理划分各个研究单元，分别研究其能量平衡。结合现场实际测试与计算，提出过泵温差法，该方法以热力学能量守恒和转换原理为基础，分析原油流经输油泵时所产生的温升，根据焓与过程无关的特性，将原油流经输油泵进出口处焓差等效为定熵焓差与定压焓差之和，推导变频工况下输油泵效率的计算。其中，步骤101 :按照式(I)计算出变频输油泵效率。
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PP式中nVF，pe变频工况下输油泵效率，% ;H为输油泵扬程，m； At为输油泵进出口温差，K ; AP为输油泵进出口压差，MPa5Sp为所输原油等熵压缩温升系数，° C/Mpa;匕为输油泵所输送原油的平均比定压热容，J/(kg K)。步骤102 :测出计算变频电动机输入功率所需参数，对于本领域的技术人员来讲，测量方法有很多种，优选电能表法和电流电压功率因数法。①电能表法测出电能表转动所需时间t、电能表变流比Ki和电能表变压比Ku，根据式(2)计算
获得变频电动机输入功率。
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’ Kxt式中K为电能表实际常数，r/(kW*h) ;t为电能表转10转所需时间，s ^为电能表变流比；KU为电能表变压比。根据参数计算变频电动机输入功率。②电流电压功率因数法测出变频工况下电动机输入端线电压UVF，lmi、变频工况下电动机输入端线电流Ivf,lmi和变频工况下电动机在运行频率下的功率因数以上参数可通过输油站电力SCADA
系统获得，或者用电力分析仪测得。根据式(3)计算获得变频电动机输入功率。
权利要求
1.一种变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，包括 计算变频输油泵效率； 计算变频电动机输入功率； 计算变频工况下输油泵输出功率； 通过变频工况下输油泵输出功率来计算变频工况下输油泵输入功率； 通过变频工况下输油泵输入功率来计算变频工况下电动机输出功率； 通过变频电动机输入功率和变频工况下电动机输出功率来计算变频电动机效率； 通过变频输油泵效率和变频电动机效率对变频输油泵机组能效进行测试。
2.根据权利要求I所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述通过变频输油泵效率和变频电动机效率对变频输油泵机组能效进行测试包括 根据变频输油泵机组能效模型确定现场测试需要的现场参数； 根据现场参数来选取仪器，并对选取的仪器进行测试； 根据变频输油泵机组能效模型通过电动机和输油泵进行测试获取电动机测试参数、输油泵测试参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数； 利用测试后的仪器进行现场测试获取现场参数； 根据电动机测试参数、输油泵测试参数、现场参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数，采用变频输油泵机组能效模型进行计算以实现变频输油泵机组能效测试。
3.根据权利要求I所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述计算变频工况下电动机输出功率包括 将传递过程中的功率损耗忽略不计，根据能量守恒原理，则传动机构输出轴的功率与输入轴的功率相等，即变频工况下电动机输出功率与变频工况下输油泵输入功率相等，通过所述变频工况下输油泵输入功率计算步骤得出的变频工况下输油泵输入功率来获取变频工况下电动机输出功率。
4.根据权利要求Γ3任一权利要求所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述计算变频电动机输入功率包括 测出计算变频电动机输入功率所需参数，根据参数计算变频电动机输入功率。
5.根据权利要4所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述测出计算变频电动机输入功率所需参数的方法为电能表法。
6.根据权利要求4所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述测出计算变频电动机输入功率所需参数的方法为电流电压功率因数法。
7.根据权利要求2所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述仪器包括电力分析仪、浮子式密度计、粘度计、手持式激光转速计、便携式流量计和玻璃水银温度计。
8.根据权利要求2所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述输油泵测试参数包括进口原油温度、出口原油温度、进口原油压力、出口原油压力、原油密度和实测原油体积流量。
9.根据权利要求2所述的变频输油泵机组能效测试方法，其特征在于，所述变频工况下输油泵测试参数包括进出口温度、压力和体积流量。
10.一种变频输油泵机组能效测试装置，其特征在于，包括变频输油泵效率单元，用于计算变频输油泵效率； 变频电动机输入功率单元，用于计算变频电动机输入功率； 变频工况下输油泵输出功率单元，用于计算变频工况下输油泵输出功率； 变频工况下输油泵输入功率单元，用于通过变频工况下输油泵输出功率来计算变频工况下输油泵输入功率； 变频工况下电动机输出功率单元，用于通过变频工况下输油泵输入功率来计算变频工况下电动机输出功率； 变频电动机效率单元，用于通过变频电动机输入功率和变频工况下电动机输出功率来计算变频电动机效率； 变频输油泵机组能效测试单元，通过变频输油泵效率和变频电动机效率对变频输油泵机组能效进行测试。
11.根据权利要求10所述的变频输油泵机组能效测试装置，其特征在于，所述变频输油泵机组能效测试单元包括 现场参数确定模块，用于根据变频输油泵机组能效模型确定现场测试需要的现场参数； 仪器测试模块，用于根据现场参数来选取仪器，并对选取的仪器进行测试； 测试参数获取模块，用于根据变频输油泵机组能效模型通过电动机和输油泵进行测试获取电动机测试参数、输油泵测试参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数； 现场参数获取模块，用于利用测试后的仪器进行现场测试获取现场参数； 能效获取模块，用于根据电动机测试参数、输油泵测试参数、现场参数、变频工况下电动机测试参数和变频工况下输油泵测试参数，采用变频输油泵机组能效模型进行计算以实现变频输油泵机组能效测试。
12.根据权利要求10所述的变频输油泵机组能效测试装置，其特征在于，所述变频工况下电动机输出功率单元计算变频工况下电动机输出功率包括 将传递过程中的功率损耗忽略不计，根据能量守恒原理，则传动机构输出轴的功率与输入轴的功率相等，即变频工况下电动机输出功率与变频工况下输油泵输入功率相等，通过所述变频工况下输油泵输入功率计算步骤得出的变频工况下输油泵输入功率来获取变频工况下电动机输出功率。
13.根据权利要求1(Γ12任一权利要求所述的变频输油泵机组能效测试装置，其特征在于，所述变频电动机输入功率单元计算变频电动机输入功率包括 测出计算变频电动机输入功率所需参数，根据参数计算变频电动机输入功率。
14.根据权利要求11所述的变频输油泵机组能效测试装置，其特征在于，所述仪器测试模块选取仪器包括电力分析仪、浮子式密度计、粘度计、手持式激光转速计、便携式流量计和玻璃水银温度计。
15.根据权利要求11所述的变频输油泵机组能效测试装置，其特征在于，所述测试参数获取模块获取的输油泵测试参数包括进口原油温度、出口原油温度、进口原油压力、出口原油压力、原油密度和实测原油体积流量。
16.根据权利要求11所述的变频输油泵机组能效测试装置，其特征在于，所述测试参数获取模块获取的变频 工况下输油泵测试参数包括进出口温度、压力和体积流量。
全文摘要
本发明涉及一种变频输油泵机组能效测试方法及装置，计算变频输油泵效率；计算变频电动机输入功率；计算变频工况下输油泵输出功率；计算变频工况下输油泵输入功率；计算变频工况下电动机输出功率；计算变频电动机效率；通过变频输油泵效率和变频电动机效率获取变频输油泵机组能效模型来计算变频输油泵机组能效。其中，所述计算变频工况下电动机输出功率包括将传递过程中的功率损耗忽略不计，根据能量守恒原理，则传动机构输出轴的功率与输入轴的功率相等，即变频工况下电动机输出功率与变频工况下输油泵输入功率相等，通过所述变频工况下输油泵输入功率计算步骤得出的变频工况下输油泵输入功率来获取变频工况下电动机输出功率。
文档编号G01R31/34GK102735382SQ20121023690
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者侯磊, 刘文婷, 张泽 申请人:中国石油大学(北京)