一种离心泵变频改造的节电率估算及其变频设置方法与流程

本发明属于离心泵节能技术领域，具体涉及一种离心泵变频改造的节电率估算及其变频设置方法。

背景技术：

离心泵是应用最为广泛的泵类设备，在工农业生产和居民生活的各个场合发挥着液体输送的作用，并消耗着大量的能量。在大多数应用场合下，离心泵输送的液体流量并非恒定不变，而是随着用水末端的需求而动态变化。对于以恒定转速工频运行的离心泵，需要调节离心泵出口末端阀门的开度，改变管道的阻力从而起到流量调节的作用，但这种方式一方面因阀门阻力而造成能量的额外浪费，另一方面则使离心泵偏离其最佳效率点运行，降低离心泵的运行稳定性。因此，人们经常使用变频调节的改造方案，通过改变离心泵运行的转速来实现输送流量的调节，最终达到节能降耗目的。然而，现有公知的离心泵变频改造技术依赖精确的泵性能曲线和管道阻力曲线等信息，且需要专业技术人员长期的技术沉淀和经验积累，十分费时费力且缺乏通用性和客观性。

因此，针对现有离心泵变频节能改造技术的不足，如何从泵站运行过程的有限种类的历史数据中挖掘有效信息，从而在不依赖具体的泵性能曲线和管道阻力曲线的情况下，客观准确地计算离心泵变频节能改造的最高节电率并判别出工频状态下的基准流量运行点从而方便变频改造技术实施，是一个亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种离心泵变频改造的节电率估算方法，以解决现有的离心泵变频节能改造技术过于依赖泵性能曲线和管道阻力曲线信息以及专业技术人员的技术和经验、且不够客观和准确的技术问题。

本发明的离心泵变频改造的节电率估算方法，包括如下顺序的步骤：

(1)在改造前的离心泵工频运行阶段，按照相等的时间间隔依次收集离心泵的流量q及其对应的电机电流i的历史数据；

(2)按照相等的流量间隔，将离心泵的流量-电机电流历史数据最小流量qmin至最大流量qmax划分为n组，其中，n为大于10的正整数，统计每组数据的频率fi及每组数据中的流量平均值和电机电流平均值并计算工频运行阶段的电机电流加权均值

(3)以第k组历史数据对应的流量平均值为工频基准流量运行点，离心泵改为变频运行阶段后，计算为达到所有组历史数据流量平均值所期望得到的电机电流加权均值依次取k＝1，2，3，…n，得到所有不同k值所对应的变频运行阶段电机电流加权均值

(4)比较并获得所有变频运行阶段电机电流加权均值中的最小值及其所对应的k值kc，找出第kc组历史数据对应的流量平均值

(5)计算得到离心泵从原来的工频运行改为变频运行可获得的最高节电率估算值为：其中，为步骤(4)得到的变频运行阶段电机电流加权均值中的最小值，为步骤(2)得到的工频运行阶段每组数据中的电机电流平均值。

具体的，步骤(3)中，离心泵改为变频运行阶段后，为达到所有组历史数据流量平均值所期望得到的电机电流加权均值的计算式如下：

式中，fi为步骤(2)统计得到的第i组数据的频率值，为第k组数据的电机电流平均值，为第i组数据的流量平均值，为第k组数据的流量平均值。

本发明的目的之二在于提供基于上述离心泵变频改造的节电率估算方法的变频设置方法，它包括如下步骤：

(a)设置离心泵为工频工况运行，调节出口阀门，使得离心泵的流量为其中，为步骤(4)获得的第kc组历史数据对应的流量平均值；

(b)一直保持出口阀门开度不变，使离心泵切换至变频工况运行，自动调节离心泵的转速以满足动态变化的流量需求。

本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明将离心泵及对应的电机结合考虑，只需要采集离心泵流量及其对应的电机电流数据，采集信息种类少易于实现。

(2)本发明的节电率估算及变频设置方法建立在离心泵历史数据的统计分析基础上，不需要依赖具体的泵站设计方案、泵性能曲线和管道阻力曲线等信息，这大大扩大了本发明的应用范围，增加了节电率估算及变频设置方法的稳定性和可靠性。

(3)本发明对离心泵流量及其对应电机电流历史数据进行分组统计，并依次以各组别流量平均值为工频基准运行流量点，计算变频改造后各自的加权平均电机电流期望值，然后比较获得最小加权平均电机电流期望值所对应的工频基准运行流量点，最后以此为基础给出变频设置方法。这属于全局优化方法，计算过程高效可靠。

(4)本发明提供的离心泵变频改造的节电率估算及变频设置方法，普适性广，逻辑清晰，操作简便，计算简便且易于编程实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图，其中：

图1是本发明方法的流程框图。

图2是应用本发明方法的一工程实例离心泵泵站的原理结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的离心泵变频改造的节电率估算方法，包括如下顺序的步骤：

(1)在改造前的离心泵工频运行阶段，按照相等的时间间隔依次收集离心泵的流量q及其对应的电机电流i的历史数据；

(2)按照相等的流量间隔即(qmax-qmin)/n，将离心泵的流量-电机电流历史数据最小流量qmin至最大流量qmax划分为n组，其中，n为大于10的正整数，统计每组数据的频率fi及每组数据中的流量平均值和电机电流平均值并计算工频运行阶段的电机电流加权均值

(3)以第k组历史数据对应的流量平均值为工频基准流量运行点，离心泵改为变频运行阶段后，计算为达到所有组历史数据流量平均值所期望得到的电机电流加权均值依次取k＝1，2，3，…n，得到所有不同k值所对应的变频运行阶段电机电流加权均值

其中，离心泵改为变频运行阶段后，为达到所有组历史数据流量平均值所期望得到的电机电流加权均值的计算式如下：

式中，fi为步骤(2)统计得到的第i组数据的频率值，为第k组数据的电机电流平均值，为第i组数据的流量平均值，为第k组数据的流量平均值；

(4)比较并获得所有变频运行阶段电机电流加权均值中的最小值及其所对应的k值kc，找出第kc组历史数据对应的流量平均值

(5)计算得到离心泵从原来的工频运行改为变频运行可获得的最高节电率估算值为：其中，为步骤(4)得到的变频运行阶段电机电流加权均值中的最小值，为步骤(2)得到的工频运行阶段每组数据中的电机电流平均值。

进一步，基于上述离心泵变频改造的节电率估算方法的变频设置方法，包括如下步骤：

(a)设置离心泵为工频工况运行，调节出口阀门，使得离心泵的流量为其中，为步骤(4)获得的第kc组历史数据对应的流量平均值；

(b)一直保持出口阀门开度不变，使离心泵切换至变频工况运行，自动调节离心泵的转速以满足动态变化的流量需求。

下面是运用本发明方法的一个工程实例。

某离心泵用于工业循环冷却水输送，dcs系统(分布式控制系统)每隔20分钟实时采集并存储通过该离心泵的循环水流量及驱动该离心泵的电机电流。改造前驱动该离心泵的电机一直以3000r/min的工频旋转运行。收集该离心泵最近一年的运行数据，获得26280次离心泵流量q及其对应电机电流i的数据，其中流量的最小值qmin和最大值qmax分别为2750m³/h和4350m³/h。取流量间隔为100m³/h，则将所有历史数据划分为16组，统计每组数据的流量区间、频数、频率、流量平均值和电机电流平均值，结果如表1所示。

表1工频运行阶段历史数据分组统计结果

根据表1中的数据，计算得到工频运行阶段加权电机电流均值：

当k＝1时，即以表1中的第1组历史数据对应的流量平均值为工频基准流量运行点，第1组历史数据对应的电机电流平均值计算离心泵改为变频运行阶段后，计算为达到所有组历史数据流量平均值所期望得到的电机电流加权均值(a)为：

类似地，当k＝1，2，…，16时，计算得到的16组电机电流加权均值的结果如表2所示。

表2k取不同值时期望得到的变频改造后电机电流加权均值

由表2中可以发现，当k＝14时，取得最小值35.6a，即kc＝14。又由表1查得第14组历史数据对应的流量平均值在此基础上，计算得到离心泵从原来的工频运行改为变频运行可获得的最高节电率估算值

图2是本实施例离心泵泵站的原理结构示意图，它包括离心泵p、位于离心泵出口侧的流量计f和出口阀门v、用于驱动离心泵旋转的电机m、用于电机调速的变频器fc以及控制模块cu，其中控制模块cu实时获取流量计f的测量数据，并与给定的流量值作比较，根据比较结果输出指令至变频器fc完成离心泵p的变频调速控制。

根据表2的计算结果，让离心泵处于工频运行状态，断开变频调速控制，手动调节出口阀门v使得离心泵流量等于4120m³/h。然后始终保持阀门v开度不变，切入自动控制下的变频调速阶段，根据流量需求调节电机m转速。

本实施例提供的离心泵变频改造的节电率估算及变频设置方法，根据离心泵原工频运行阶段的流量和电机电流数据，对历史数据进行深度挖掘，解决了现有的泵站变频改造技术必须依赖于泵性能曲线、管道阻力曲线的不足，同时不需要依靠专业技术人员长期的技术沉淀和经验积累，具有逻辑简单、普适性好、稳定可靠、客观准确和易于编程实现的优点，且方便变频调节的自动控制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。