流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，包括变速调节能源消耗检测过程、阀门调节能源消耗检测过程以及效果统计过程；本发明采用性能曲线拟合计算方法,对于阀门调节依据设备的性能曲线确定工作点，对于变速调节依据系统管网阻力特性曲线确定新的工作点，然后根据阀门调节和变速调节分别对应的工作点最终得到个工况的能源消耗值，累加后分别得到所述变速调节下的能源消耗值与阀门调节下的能源消耗值，将两者相减，最终可以得到能源节约值。
【专利说明】流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体机械系统，尤其涉及一种流体机械系统变速调节相对阀门调节的 节能效果检测方法。
【背景技术】
[0002] 在计算流体机械系统阀门调节时的功率时，一般均粗略认为轴功率和电机消耗功 率不变，为一基本恒定的值；在计算流体机械系统变速调节时的功率时，均是以阀门全开状 态下的轴功率为基准，按照变速调节时功率与转速成立方关系来计算的。
[0003] 实际情况是：对于阀门调节的流体机械系统，在改变阀门开度时其功率是存在变 化的，尤其是在流量变化较大的系统中，变化幅度更加明显。对于变速调节的流体机械系 统，由于必须以阀门全开状态下的轴功率为基准，然后按照流体机械的相似法则来计算变 速调节时的功率，但阀门全开状态下的轴功率是根据经验数据来反推出来的，并没有考虑 到每种流体机械功率性能曲线的差异，误差较大；同时由于多种因素对系统管网阻力特性 的影响，变速调节时的功率并不总是跟随着转速的立方来变化。因此采用这种方法计算出 来的节能效果与实际情况存在着比较大的偏差。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是如何更真实地预测和反应系统的耗能情况与节能情 况。
[0005] 为了解决这一技术问题，本发明提供了一种流体机械系统变速调节相对阀门调节 的节能效果检测方法，包括变速调节能源消耗检测过程、阀门调节能源消耗检测过程以及 效果统计过程；
[0006] 所述阀门调节能源消耗检测过程过程包括：
[0007] Sll:根据所采用的流体机械设备的性能表得到特定转速下若干对流量与全压的 对应值，用二次函数对若干对对应值进行拟合，得到设备的性能曲线；
[0008] S12 :根据一个工况的需求改变阀门的开启度，记录下该开启度下流量变化与全压 变化的对应值；
[0009] S13 :重复步骤S12,直至完成所有工况；
[0010] 针对每个工况：
[0011] 依据该开启度下流量变化与全压变化的对应值建立一管道阻力特性曲线，取步骤 Sll得到的设备的性能曲线与该管道阻力特性曲线的交点为该工况的工作点值，进而得到 该工况的能源消耗值；
[0012] S14 :将不同工况的能源消耗值相加，得到阀门调节下的能源消耗值；
[0013] 所述变速调节能源消耗检测过程包括：
[0014] S21 :根据所采用的流体机械设备进行测试，得到特定开启度下的用二次函数拟合 的管道阻力特性曲线；
[0015] S22 :根据一个工况的需求改变流体机械设备的转速进行调节，记录下该转速下流 量变化与全压变化的对应值；
[0016]S23 :重复步骤S21与S22，直至完成所有工况；
[0017] 针对每个工况：
[0018] 依据该转速下流体机械设备的性能表得到若干对流量与全压的对应值，进而得到 一设备的性能曲线，取该设备的性能曲线与步骤S21得到的管道阻力特性曲线的交点为该 工况的工作点值，进而得到该工况的能源消耗值；
[0019] S24 :将不同工况的能源消耗值相加，得到变速调节下的能源消耗值；
[0020] 完成所述变速调节能源消耗检测过程与阀门调节能源消耗检测过程后，将所述变 速调节下的能源消耗值与阀门调节下的能源消耗值相减，得到能源节约值。
[0021] 在所述步骤Sll中，所述二次函数的函数式为：
[0022] y=a2x2+a1x+a〇
[0023] 其中，y为变量，表示全压，X为自变量，表示流量，a。、a2为待确定的系数。
[0024] 所述流体机械设备采用水泵类设备。
[0025] 所述步骤S21中，得到特定开启度下的管道阻力特性曲线时，采集若干组数据，代 入以下公式中：
[0026] H = KQ2+ A P；
[0027] 得到管道扬程与流量的关系，进而得到管道阻力特性曲线；其中，H为变量，表示 扬程，K表示管道特性系数，Q为自变量，表示流量，AP表示静扬程。
[0028] 所述流体机械设备采用风机类设备。
[0029] 在所述步骤S21中，得到特定开启度下的管道阻力特性曲线时，采集若干组数据， 代入以下公式中：
[0030] P = KQ2
[0031] 得到管道阻力与流量的关系，进而得到管道阻力特性曲线；其中，P为变量，表示 管道阻力，K表示管道特性系数，Q为自变量，表示流量。
[0032] 在所述步骤S13和S23中，在得到该工况的能源消耗值时，先根据所述工作点值所 对应的全压与流量值得到该工作点对应的功率，然后将该功率除以流体机械设备的效率得 到实际消耗的功率值，将该功率值乘以对应工况的时间，从而得到该工况的能源消耗值。
[0033] 本发明采用性能曲线拟合计算方法，对于阀门调节依据设备的性能曲线确定工 作点，对于变速调节依据系统管网阻力特性曲线确定新的工作点，然后根据阀门调节和变 速调节分别对应的工作点最终得到个工况的能源消耗值，累加后分别得到所述变速调节下 的能源消耗值与阀门调节下的能源消耗值，将两者相减，最终可以得到能源节约值。在确定 该节约值的情况下，可以依据该节约值评价系统的运作，利用该节约值去涉及阀门的开启 与速度的调节，以期达到节能效果最佳的运作方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1是本发明一实施例中阀门调节性能曲线图；
[0035] 图2是本发明一实施例中变速调节性能曲线图。
【具体实施方式】
[0036] 以下将结合图1和图2对本发明提供的流体机械系统变速调节相对阀门调节的节 能效果检测方法进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为，本领域的技术人 员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
[0037] 本发明提供了一种流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，包 括变速调节能源消耗检测过程、阀门调节能源消耗检测过程以及效果统计过程；
[0038] 请参考图1，所述阀门调节能源消耗检测过程过程包括：
[0039] Sll :根据所采用的流体机械设备的性能表得到特定转速下若干对流量与全压的 对应值，用二次函数对若干对对应值进行拟合，得到设备的性能曲线；
[0040] 在所述步骤Sll中，所述二次函数的函数式为：
[0041] y=a2x2+a1x+a〇
[0042] 其中，y为变量，表示全压，X为自变量，表示流量，a。、a2为待确定的系数。
[0043] S12 :根据一个工况的需求改变阀门的开启度，记录下该开启度下流量变化与全压 变化的对应值；
[0044] S13 :重复步骤S12,直至完成所有工况；
[0045] 针对每个工况：
[0046] 依据该开启度下流量变化与全压变化的对应值建立一管道阻力特性曲线，取步骤 Sll得到的设备的性能曲线与该管道阻力特性曲线的交点为该工况的工作点值，进而得到 该工况的能源消耗值；
[0047] S14 :将不同工况的能源消耗值相加，得到阀门调节下的能源消耗值；
[0048] 换言之，有关阀门调节时能源的消耗值的检测也可描述为：
[0049] 采用阀门调节流量时，不控制流体机械设备本身，系统管道阻力特性曲线改变，流 体机械设备本身的性能曲线基本不变，工作点沿设备本身的性能曲线移动，因此可以根据 变化后的流量在性能曲线上查找对应的新工作点，如图1所示。
[0050] 先根据已知数据拟合出设备的性能曲线，综合考虑风机和泵类的性能曲线，一般 风机性能表数据可达7个点，水泵性能表数据有3个点，据此用二次函数进行拟合已经足够 精确，因此只需要从正常工作时的性能曲线上取3点坐标以供拟合。
[0051] 记待拟合的二次函数式为：
[0052] y=B2XWafatl (式中：a2、al、a0为二次多项式的系数，X-为变量，本处为系统流 量值）
[0053] 依次输入性能曲线上的3点坐标数据到上式中，解联立方程组，可求得二次多项 式的系数a2、al、a0,完成设备本身性能曲线的拟合求解。
[0054] 由于解联立方程组比较繁琐，通常的操作步骤为：利用Excel图表应用软件，绘制 出设备的性能曲线，利用Excel中"趋势线格式"的功能，可方便求得性能曲线的多项式方 程。见图1。
[0055] 这样就可以根据各种工况下的流量从性能曲线上根据性能曲线方程式，求得相应 的新工作点即全压值，然后按照流量-全压图上的面积计算得到新工作点对应的气动功 率，再除以效率就得到消耗的功率。可以依次计算出变阀调节时各种工况下对应的功率值 Pvi，并求出与对应工况下的运行时间h的各自乘积，最终将各值求和，就可以得出阀门调节 时流体机械系统的能源消耗值：
[0056] 请参考图2,所述变速调节能源消耗检测过程包括：
[0057] S21 :根据所采用的流体机械设备进行测试，得到特定开启度下的用二次函数拟合 的管道阻力特性曲线；
[0058] 在本发明一可选的实施例中，所述流体机械设备采用水泵类设备。
[0059] 所述步骤S21中，得到特定开启度下的管道阻力特性曲线时，采集若干组数据，代 入以下公式中：
[0060] H = KQ2+ A P；
[0061] 得到管道扬程与流量的关系，进而得到管道阻力特性曲线；其中，H为变量，表示 管道扬程，K表示管道特性系数，Q为自变量，表示流量，AP表示静扬程。
[0062] 在本发明一可选的实施例中，所述流体机械设备采用风机类设备。
[0063] 那么在所述步骤S21中，得到特定开启度下的管道阻力特性曲线时，采集若干组 数据，代入以下公式中：
[0064] P = KQ2
[0065] 得到管道阻力与流量的关系，进而得到管道阻力特性曲线；其中，P为变量，表示 管道阻力，K表示管道特性系数，Q为自变量，表示流量。
[0066] S22 :根据一个工况的需求改变流体机械设备的转速进行调节，记录下该转速下流 量变化与全压变化的对应值；
[0067]S23 :重复步骤S21与S22，直至完成所有工况；
[0068] 针对每个工况：
[0069] 依据该转速下流体机械设备的性能表得到若干对流量与全压的对应值，进而得到 一设备的性能曲线，取该设备的性能曲线与步骤S21得到的管道阻力特性曲线的交点为该 工况的工作点值，进而得到该工况的能源消耗值；
[0070] S24 :将不同工况的能源消耗值相加，得到变速调节下的能源消耗值；
[0071] 换言之，有关变速调节时能源的消耗值的检测也可描述为：
[0072] 采用变速调节流量时，管道阻力特性曲线不变，流体机械设备本身的性能曲线改 变，工作点沿管道阻力特性曲线移动，因此应根据变化后的流量在管道特性曲线上查找对 应的新工作点，如图2所示。
[0073] 先根据已知数据拟合出管道阻力特性曲线。对于认为流体不可压缩的管道阻力特 性（水泵类），一般考虑静扬程，阻力特性记为：
[0074] H = KQ2+AP (式中，K为管道特性系数，AP为静扬程）
[0075] 对于输送气体介质类的风机类设备来说，由于气体密度相对液体来讲较小，静压 力基本忽略不及，阻力特性记为：
[0076] P = KQ2(式中，K为管道特性系数），管道阻力特性与流量成平方关系。
[0077] 这样.最多只需要取两点就可以得出管道阻力特性曲线方程式。
[0078] 也可以利用Excel中"趋势线格式"的功能，方便求得管道阻力特性曲线的方程 式。见图2。
[0079] 这样就可以根据各种工况下的流量从管道阻力特性曲线上根据方程式，求得相应 的新工作点即全压值，然后按照流量-全压图上的面积计算得到新工作点对应的气动功 率，再除以效率就得到消耗的功率。可以依次计算出变速调节时各种工况下对应的功率值 Pinvi，并求出与对应工况下的运行时间ti的各自乘积，最终将各值求和，就可以得出变速调 节时流体机械系统的能源消耗值
【权利要求】
1. 一种流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，包括变速调节能源 消耗检测过程、阀门调节能源消耗检测过程以及效果统计过程； 所述阀门调节能源消耗检测过程包括： S11:根据所采用的流体机械设备的性能表得到特定转速下若干对流量与全压的对应 值，用二次函数对若干对对应值进行拟合，得到设备的性能曲线； 512 :根据一个工况的需求改变阀门的开启度，记录下该开启度下流量变化与全压变化 的对应值； 513 :重复步骤S12,直至完成所有工况； 针对每个工况： 依据该开启度下流量变化与全压变化的对应值建立一管道阻力特性曲线，取步骤S11 得到的设备的性能曲线与该管道阻力特性曲线的交点为该工况的工作点值，进而得到该工 况的能源消耗值； 514 :将不同工况的能源消耗值相加，得到阀门调节下的能源消耗值； 所述变速调节能源消耗检测过程包括： 521 :根据所采用的流体机械设备进行测试，得到特定开启度下的管道阻力特性曲线； 522 :根据一个工况的需求改变流体机械设备的转速进行调节，记录下该转速下流量变 化与全压变化的对应值； 523 :重复步骤S21与S22,直至完成所有工况； 针对每个工况： 依据该转速下流体机械设备的性能表得到若干对流量与全压的对应值，进而得到一设 备的性能曲线，取该设备的性能曲线与步骤S21得到的管道阻力特性曲线的交点为该工况 的工作点值，进而得到该工况的能源消耗值； 524 :将不同工况的能源消耗值相加，得到变速调节下的能源消耗值； 完成所述变速调节能源消耗检测过程与阀门调节能源消耗检测过程后，将所述变速调 节下的能源消耗值与阀门调节下的能源消耗值相减，得到能源节约值。
2. 如权利要求1所述的流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，其 特征在于：在所述步骤S11中，所述二次函数的函数式为： y = a2x2+a1x+a〇 其中，y为变量，表示全压，X为自变量，表示流量，ad、a2为待确定的系数。
3. 如权利要求1所述的流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，其 特征在于：所述流体机械设备采用水泵类设备。
4. 如权利要求3所述的流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，其 特征在于：所述步骤S21中，得到特定开启度下的管道阻力特性曲线时，采集若干组数据， 代入以下公式中： H = KQ2+ A P ； 得到管道扬程与流量的关系，进而得到管道阻力特性曲线；其中，H为变量，表示管道 扬程，K表示管道特性系数，Q为自变量，表示流量，A P表示静扬程。
5. 如权利要求1所述的流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，其 特征在于：所述流体机械设备采用风机类设备。
6. 如权利要求5所述的流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法， 其特征在于：在所述步骤S21中，得到特定开启度下的管道阻力特性曲线时，采集若干组数 据，代入以下公式中： P = KQ2 得到管道阻力与流量的关系，进而得到管道阻力特性曲线；其中，P为变量，表示管道 阻力，K表示管道特性系数，Q为自变量，表示流量。
7. 如权利要求1所述的流体机械系统变速调节相对阀门调节的节能效果检测方法，其 特征在于：在所述步骤S13和S23中，在得到该工况的能源消耗值时，先根据所述工作点值 所对应的全压与流量值得到该工作点对应的功率，然后将该功率除以流体机械设备的效率 得到实际消耗的功率值，将该功率值乘以对应工况的时间，从而得到该工况的能源消耗值。
【文档编号】G06F19/00GK104361258SQ201410723084
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】朱红兵, 董理 申请人:上海宝钢节能环保技术有限公司