CN104405650A - 通用离心泵运行参数的集成测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心泵的相关运行参数检测领域，旨在提供通用离心泵运行参数的集成测量方法。该通用离心泵运行参数的集成测量方法，包括压力变送器、温度传感器的使用，具体包括测量：泵的流量、泵的运行效率、泵带走的热量。本发明只需要检测泵进出口压力和泵出口水温和换热后的总水温，这些数据容易采集，并且准确率非常高，传感器设备基本不需要维护，设备费用非常低；本发明为离心泵流量检测设计了一种全新的方法，适用于所有的水力输送系统，且流量、效率等计算误差在3％以内，满足非计量使用。

Description

通用离心泵运行参数的集成测量方法

技术领域

本发明是关于离心泵的相关运行参数检测领域，特别涉及通用离心泵运行参数的集成测量方法。

背景技术

离心泵在各个生产生活领域都有应用，它作为水力输送系统的最核心设备，起到决定性作用。同时离心泵也是水力输送系统中唯一的高耗能设备，它能耗的高低决定了这个系统消耗的高低，因此很有必要对离心泵输出流量、运行效率、传输的能量等运行参数进行测量、监控，用于进行能耗分析。对于离心泵能耗高低的判断，我们要综合考虑离心泵输出水量、运行效率和运行电耗等数据。

目前离心泵的流量检测都是借助专门的流量计来实现，而专门的流量计在实际使用中要求的安装环境非常苛刻，并且维护不到位的话，会很容易损坏，这也增加了初期投入的成本，因此许多工业企业都放弃流量计的安装，或者安装后成为一种摆设；目前能量传输的检测，主要通过安装能量表，而能量表对于能量的计量是建立在流量检测的基础上；目前工业企业对于离心泵效率的检测还是一片空白，由于投入成本的限制，只有少许离心泵厂家的离心泵测试台才会拥有离心泵效率检测的能力，并且需要的测试设备要求较高，虽然测试精度较高，但不适合在工业企业进行推广。

当前，至少80-90％以上的工业企业的离心泵系统都缺乏输出流量、效率等重要数据的检测能力。而且近乎所有的工业企业，对于离心泵系统的运行的要求仅仅是满足后端用户需求而已，调节也是通过工人的经验来进行，而具体运行状态如何，能耗高低，是否存在潜在风险，是否有优化提升的空间等，都是盲目无知的。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能在只检测离心泵进出口压力和离心泵出口温度和换热后的总温度、电机电流等数据，而获得离心泵输出流量、运行效率、传输的能量等重要数据的方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供通用离心泵运行参数的集成测量方法，包括压力变送器、温度传感器的使用，具体包括测量：泵的流量、泵的运行效率、泵带走的热量；

所述泵的流量的测量具体包括下述步骤：

步骤A：分别在泵的进口和出口直管段的中部安装压力变送器，安装的位置即为进口压力测压点和出口压力测压点，利用压力变送器采集泵运行时的进口压力p₁和出口压力p₂；

步骤B：测量泵进口压力测压点相对基准面的高度z₁和出口压力测压点相对基准面的高度z₂，其中，基准面是指水平地面；

步骤C：将上述测得数据p₁、p₂、z₁、z₂代入下述公式中，计算得到泵的实际扬程H；

$H_1=z_1+\frac{p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{U_1^2}{2g}$

$H_2=z_2+\frac{p_2}{\mathrm{\ρg}}+\frac{U_2^2}{2g}$

$H=H_2-H_1=z_2-z_1+\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}};$

其中，ρ为泵输送介质的密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，取值9.8N/m；U₁、U₂为泵进口和出口的平均流速，U₁≈U₂；

步骤D：利用函数绘图软件的函数拟合功能，根据每台泵都配套的流量-扬程特性曲线图，拟合出对应的流量-扬程特性曲线公式，记为Q＝F(H)；

步骤E：将步骤C中计算得到的实际扬程H，代入步骤D中拟合出的流量-扬程特性曲线公式Q＝F(H)中，即可计算出泵的实际流量Q；

所述泵的运行效率的测量具体包括下述步骤：

步骤F：通过各泵电机配电柜上的多功能电表，采集电机运行电流I、功率因素cosφ、电压U和电机运行效率η_e；

步骤G：通过步骤A至步骤E，计算得到泵的实际扬程H和实际流量Q；

步骤H：将上述数据I、cosφ、U、η_e、H、Q代入下述公式中，计算得到泵的实际运行效率η_p；

P_U＝ρＱgH

${\mathrm{\η}}_p=\frac{P_U}{{\mathrm{\η}}_{e}P};$

其中，ρ为泵输送介质的密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，取值9.8N/m；

所述泵带走的热量的测量具体包括下述步骤：

步骤I：分别在泵出口和回水的总管上安装温度传感器，利用温度传感器采集泵出口的温度T₁和换热后的总温度T₂；

步骤J：通过步骤A至步骤E，计算得到泵的实际流量Q，查阅水的比热值表得到水的比热值c；

步骤K：将上述数据T₁、T₂、Q、c代入下述公式中，计算得到泵的实际带走的热量Q_h；

Q_h＝∫cmΔTdt

ΔT＝T₂-T₁；

其中，t指介质温度；m为介质质量。

在本发明中，所述步骤D中的函数绘图软件采用origin函数绘图软件。

在本发明中，所述步骤D中，如果原泵的电机配有变频器，则先依据下述的相似定律公式，由原泵转速和变频后转速比，计算变频后流量、扬程和功率值，重新绘制变频后泵的流量-扬程特性曲线图，再由函数绘图软件推算对应公式；

$\frac{Q_a}{Q_b}=\frac{n_a}{n_b}$

$\frac{H_a}{H_b}={\left(\frac{n_a}{n_b}\right)}^2$

$\frac{P_a}{P_b}={\left(\frac{n_a}{n_b}\right)}^3;$

其中，n_a，n_b为泵原转速和变频后转速，单位为r/min；Q_a、Q_b分别是泵原转速和变频后的流量；H_a、H_b分别是泵原转速和变频后的扬程；P_a、P_b分别是泵原转速和变频后泵电机的电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、只需要检测泵进出口压力和泵出口水温和换热后的总水温，这些数据容易采集，并且准确率非常高，传感器设备基本不需要维护，设备费用非常低；

2、为离心泵流量检测设计了一种全新的方法，适用于所有的水力输送系统；

3、流量、效率等计算误差在3％以内，满足非计量使用；

4、基于泵进出口压力、泵特性曲线和泵转速建立模型进行泵流量测算的方法，填补了无流量计检测的空白，亦是一种低成本解决方案；传统的流量计测量技术，需要较高的安装、检测条件，才能获得准确、可靠的测量数据，并且设备成本高，并且需要的维护量及成本都较高，本发明流量检测方法应用面更广；

5、本发明是基于流量测算基准上的传输能量测算方法，填补了传统水传输系统中的空白，依据测算的传输能量，可以分析当前泵供水量是否适合，进而进行不同换热需求或者不同季节时的水量输出调节。

附图说明

图1为本发明的通用离心泵流量检测方法流程图。

图2为本发明的通用离心泵效率的检测方法流程图。

图3为本发明的通用离心泵传输能量的检测方法流程图。

图4为本发明实施例中560KW水泵的流量-扬程特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

通用离心泵运行参数的集成测量方法，具体包括测量：泵的流量、泵的运行效率、泵带走的热量。

如图1所示，泵的流量的测量具体包括下述步骤：

步骤A：分别在泵的进口和出口直管段的中部安装压力变送器，安装的位置即为进口压力测压点和出口压力测压点，利用压力变送器采集泵运行时的进口压力p₁和出口压力p₂；

步骤B：测量泵进口压力测压点相对基准面的高度z₁和出口压力测点相对基准面的高度z₂，此数据测量仅需一次；其中，基准面是指水平地面；

步骤C：将将上述测得数据p₁、p₂、z₁、z₂代入下面公式1中，计算得到泵的实际扬程H；

公式1： $\begin{array}{c}{H}_1=z_1+\frac{p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{U_1^2}{2g}\\ H_2=z_2+\frac{p_2}{\mathrm{\ρg}}+\frac{U_2^2}{2g}\\ H=H_2-H_1=z_2-z_1+\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}}\end{array}$

其中，ρ为泵输送介质的密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，取值9.8N/m；U₁、U₂为泵进口和出口的平均流速，U₁≈U₂；

步骤D：借助origin等函数绘图软件的函数拟合功能，根据每台泵都配套的流量-扬程特性曲线图，拟合出对应的流量-扬程特性曲线公式；如原泵电机配有变频器，则依据下面的相似定律公式(公式2)，由原泵转速和变频后转速比，计算变频后流量、扬程和功率值，重新绘制变频后泵的流量-扬程特性曲线图，再由origin等函数绘图软件推算对应公式；

公式2： $\begin{array}{c}\frac{Q_a}{Q_b}=\frac{n_a}{n_b}\\ \frac{H_a}{H_b}={\left(\frac{n_a}{n_b}\right)}^2\\ \frac{P_a}{P_b}={\left(\frac{n_a}{n_b}\right)}^3\end{array}$

其中，n_a，n_b为泵原转速和变频后转速，单位为r/min；Q_a、Q_b分别是泵原转速和变频后的流量；H_a、H_b分别是泵原转速和变频后的扬程；P_a、P_b分别是泵原转速和变频后泵电机的电流。

步骤E：将由公式1计算得到的实际扬程H代入拟合出的流量-扬程特性曲线公式Q＝F(H)，可以计算出泵的实际流量Q。

如图2所示，所述泵的运行效率的测量具体包括下述步骤：

步骤F：通过配电室多功能电表采集电机运行电流I、功率因素cosφ、电压U和电机运行效率η_e，如果没有功率因素、电压和电机效率的实时检测，可用通过电机铭牌上读取它们的数值；

步骤G：借助上文中介绍的泵的流量的测量方法采集泵扬程H和流量Q；

步骤H：将将上述数据I、cosφ、U、η_e、H、Q代入下面公式3中，计算得到泵的实际运行效率η_p；

公式3：

如图3所示，所述泵带走的热量的测量具体包括下述步骤：

步骤I：分别在泵出口和回水的总管上安装温度传感器，利用温度传感器采集泵出口的水温T₁和换热后的总水温T₂；

步骤J：借助上文中介绍的泵的流量的测量方法获得到泵输出的实时流量值Q，查表1得到水的比热值c；

步骤K：将T₁、T₂、Q、c代入下面公式4中，计算得到泵的实际带走的热量Q_h；

公式4： $\begin{array}{c}{Q}_h=\∫\mathrm{cm\ΔTdt}\\ \mathrm{\ΔT}=T_2-T_1\end{array}.$

表1水的比热值(单位：KJ/KG.K)表

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

在现场安装一台560KW水泵，通过安装在水泵进出口的压力传感器，我们计算得到其压力差值为0.43Mpa，传感器距地面都是1.2m，取重力加速度为9.8N/m。

参照图4为该水泵出厂测试流量-扬程特性曲线图谱，我们利用origin软件拟合期函数为：Q＝-0.737H⁴+12.414H³-784.67H²+21946H-224409。

水泵没有安装变频器，参照图1步骤，计算实际扬程为：43.9m，流量为：3345t/h。通过配电室得到水泵电机运行电流为37A，电压为10KV，功率因素为0.84，电机效率为93％。参照图2步骤，计算水泵实际运行效率为：79.8％。该系统只有一台水泵进行供水，通过温度传感器检测水泵出口与总回水温差为6℃，检测时间为6个小时。参照图3，计算该台水泵传输的能量为：5.06×10⁸KJ。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.通用离心泵运行参数的集成测量方法，包括压力变送器、温度传感器的使用，其特征在于，具体包括测量：泵的流量、泵的运行效率、泵带走的热量；

所述泵的流量的测量具体包括下述步骤：

步骤A：分别在泵的进口和出口直管段的中部安装压力变送器，安装的位置即为进口压力测压点和出口压力测压点，利用压力变送器采集泵运行时的进口压力p₁和出口压力p₂；

步骤B：测量泵进口压力测压点相对基准面的高度z₁和出口压力测压点相对基准面的高度z₂，其中，基准面是指水平地面；

步骤C：将上述测得数据p₁、p₂、z₁、z₂代入下述公式中，计算得到泵的实际扬程H；

$H_1=z_1+\frac{p_1}{\mathrm{\ρg}}+\frac{U_1^2}{2g}$

$H_2=z_2+\frac{p_2}{\mathrm{\ρg}}+\frac{U_2^2}{2g}$

$H=H_2-H_1=z_2-z_1+\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρg}};$

其中，ρ为泵输送介质的密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，取值9.8N/m；U₁、U₂为泵进口和出口的平均流速，U₁≈U₂；

步骤D：利用函数绘图软件的函数拟合功能，根据每台泵都配套的流量-扬程特性曲线图，拟合出对应的流量-扬程特性曲线公式，记为Q＝F(H)；

步骤E：将步骤C中计算得到的实际扬程H，代入步骤D中拟合出的流量-扬程特性曲线公式Q＝F(H)中，即可计算出泵的实际流量Q；

所述泵的运行效率的测量具体包括下述步骤：

步骤F：通过各泵电机配电柜上的多功能电表，采集电机运行电流I、功率因素cosφ、电压U和电机运行效率η_e；

步骤G：通过步骤A至步骤E，计算得到泵的实际扬程H和实际流量Q；

步骤H：将上述数据I、cosφ、U、η_e、H、Q代入下述公式中，计算得到泵的实际运行效率η_p；

P_U=ρQgH

${\mathrm{\η}}_p=\frac{P_U}{{\mathrm{\η}}_{e}P};$

其中，ρ为泵输送介质的密度，单位为kg/m³；g为重力加速度，取值9.8N/m；

所述泵带走的热量的测量具体包括下述步骤：

步骤I：分别在泵出口和回水的总管上安装温度传感器，利用温度传感器采集泵出口的温度T₁和换热后的总温度T₂；

步骤J：通过步骤A至步骤E，计算得到泵的实际流量Q，查阅水的比热值表得到水的比热值c；

步骤K：将上述数据T₁、T₂、Q、c代入下述公式中，计算得到泵的实际带走的热量Q_h；

Q_h=∫cmΔTdt

ΔT=T₂-T₁；

其中，t指介质温度；m为介质质量。

2.根据权利要求1所述的通用离心泵运行参数的集成测量方法，其特征在于，所述步骤D中的函数绘图软件采用origin函数绘图软件。

3.根据权利要求1所述的通用离心泵运行参数的集成测量方法，其特征在于，所述步骤D中，如果原泵的电机配有变频器，则先依据下述的相似定律公式，由原泵转速和变频后转速比，计算变频后流量、扬程和功率值，重新绘制变频后泵的流量-扬程特性曲线图，再由函数绘图软件推算对应公式；

$\frac{Q_a}{Q_b}=\frac{n_a}{n_b}$

$\frac{H_a}{H_b}={\left(\frac{n_a}{n_b}\right)}^2$

$\frac{P_a}{P_b}={\left(\frac{n_a}{n_b}\right)}^3;$

其中，n_a，n_b为泵原转速和变频后转速，单位为r/min；Q_a、Q_b分别是泵原转速和变频后的流量；H_a、H_b分别是泵原转速和变频后的扬程；P_a、P_b分别是泵原转速和变频后泵电机的电流。