CN105822579B - 一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置 - Google Patents

一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105822579B
CN105822579B CN201610165862.9A CN201610165862A CN105822579B CN 105822579 B CN105822579 B CN 105822579B CN 201610165862 A CN201610165862 A CN 201610165862A CN 105822579 B CN105822579 B CN 105822579B
Authority
CN
China
Prior art keywords
guide vane
centrifugal pump
inlet guide
module
vane opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610165862.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105822579A (zh
Inventor
张永学
周鑫
徐畅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum Beijing
Original Assignee
China University of Petroleum Beijing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum Beijing filed Critical China University of Petroleum Beijing
Priority to CN201610165862.9A priority Critical patent/CN105822579B/zh
Publication of CN105822579A publication Critical patent/CN105822579A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105822579B publication Critical patent/CN105822579B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/002—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/448—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/466—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for liquid fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/60—Control system actuates means
    • F05D2270/62—Electrical actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/70—Type of control algorithm
    • F05D2270/706—Type of control algorithm proportional-integral-differential

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明涉及通用机械水力性能优化技术领域，尤其涉及一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置。本发明提供一种离心泵前置导叶的自动调节方法，首先编码后的离心泵与前置导叶整体性能数据样本写入计算机并导入单片机控制单元中；其次通过流量检测单元和角度传感器分别获取当前离心泵流量及导叶开度并将其传输至单片机控制单元中；再者采用Kriging插值计算模块预测当前离心泵流量下的水力性能并通过优化算法模块确定最优导叶开度；最后基于当前导叶开度与最优导叶开度的差值，采用PID控制模块控制步进电机来达到最优导叶开度；基于Kriging算法构建自动反馈调节的导叶开度控制机构，使得控制离心泵处于最优工况，达到运行节能。

Description

一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置
技术领域
本发明涉及通用机械水力性能优化技术领域，尤其涉及一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置，具体涉及一种能在不稳定工况条件下自动实时地进行叶栅开度控制的离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置。
背景技术
泵作为一种通用机械，其应用范围极为广泛但也同时消耗大量的能源。而离心泵则因其对流量及输送介质的适应性强、体积小、结构简单、操作容易且费用低廉等优点，广泛应用于工业和农业领域。
但是，在地面的实际工程中，由于流动管网系统设计不合理、泵机组系统(泵组以及其驱动系统)选型不当或工作参数(如油气物性、流量、压力等)因生产系统经过长期运行已经发生较大变化等原因，会使得离心泵低效地运行于非最优工况区。
对于离心泵而言，由于自身结构上的原因无法制成可调叶片，因而需要采用节流调节、变速调节、前置导叶或其它调节方式。对于前置导叶调节，通常做法是在离心泵叶轮进口前加装前置导流叶栅，并通过改变前置导流叶栅的角度及开度来调节叶片泵自身的特性，使得泵特性与管网特性匹配良好，达到调节运行工况点，进而实现节能运行的目的。但是，目前对于叶栅开度的调整多依赖经验进行人工调节，无法实现在不同工况下自动实时地进行叶栅开度控制，进而很大程度上限制了该调节方式。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的叶栅开度的调整需依赖经验进行人工调节，自动化程度低，无法实现在不同工况下自动实时地进行叶栅开度控制的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种离心泵前置导叶的自动调节方法，如下步骤：
S1、通过模型试验或数值模拟得到离心泵与前置导叶整体性能数据样本，将数据样本编码后写入计算机；
S2、将编码后的数据样本通过计算机烧录或导入单片机控制单元中；
S3、通过流量检测单元和角度传感器分别获取当前离心泵流量及导叶开度信息，并将此信息传输至单片机控制单元中；
S4、单片机控制单元采用Kriging插值计算模块预测当前离心泵流量下的不同导叶开度时的水力性能，并通过优化算法模块确定最优导叶开度；
S5、基于当前导叶开度与最优导叶开度的差值，单片机控制单元采用PID控制模块来控制步进电机，从而带动导叶传动机构转动，直至达到最优导叶开度为止。
其中，在步骤S1中，所述离心泵与前置导叶整体性能数据样本为离心泵在不同导叶开度下的水力性能曲线数据离散点。
其中，在步骤S4中，所述优化算法为二分法。
本发明还提供了一种离心泵前置导叶自动调节装置，该离心泵前置导叶自动调节装置包括流量检测单元、单片机控制单元及导叶传动机构，所述单片机控制单元包括Kriging插值计算模块、优化算法模块及PID控制模块；所述流量检测单元用于获取当前离心泵流量信息，并将其传输至所述Kriging插值计算模块中；所述Kriging插值计算模块预测所述当前离心泵流量下的不同导叶开度时的水力性能，并通过所述优化算法模块确定最优导叶开度；基于当前导叶开度与所述最优导叶开度的差值，所述PID控制模块控制步进电机带动所述导叶传动机构转动，直至达到所述最优导叶开度。
其中，该离心泵前置导叶自动调节装置还包括与所述PID控制模块电连接的角度传感器，所述角度传感器用于获取当前离心泵的导叶开度并将其传输至所述PID控制模块中。
其中，该离心泵前置导叶自动调节装置还包括计算机，所述计算机将编码后的离心泵与前置导叶整体性能数据样本导入到所述单片机控制单元中。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的一种离心泵前置导叶的自动调节方法，首先通过模型试验或数值模拟得到离心泵与前置导叶整体性能数据样本，将数据样本编码后写入计算机，并烧录或导入单片机控制单元中；其次，通过流量检测单元和角度传感器分别获取当前离心泵流量及导叶开度信息，并将此信息传输至单片机控制单元中；再者，采用Kriging插值计算模块预测当前离心泵流量下的不同导叶开度时的水力性能，并通过优化算法模块确定最优导叶开度；最后，基于当前导叶开度与最优导叶开度的差值，采用PID控制模块控制步进电机来带动导叶传动机构转动，直至达到最优导叶开度为止；结合Kriging算法、优化算法及离心泵前置导叶的机械调节装置，构建自动反馈调节的导叶开度控制机构，能在不同工况下对导叶开度进行实时最优控制，调节所需时间短，调节流量效果好，进而达到运行节能的目的，也有利于节约人力资源。
附图说明
图1是本发明实施例一种离心泵前置导叶自动调节方法的控制原理图；
图2是本发明实施例一种离心泵前置导叶自动调节装置的连接示意图。
图中：1：计算机；2：单片机控制单元；3：角度传感器；4：步进电机；5：导叶传动机构；6：流量监测单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
在本实施例中，Kriging插值的中文为克里金或克里格插值，Kriging法是通过一组具有z值的分散点生成估计表面的高级地统计过程。Kriging插值不仅具有产生预测表面的功能，而且能够对预测的确定性或准确性提供某种度量。
如图1所示，本发明实施例提供了一种离心泵前置导叶的自动调节方法，具体如以下步骤：
S1、通过模型试验或数值模拟得到离心泵与前置导叶整体性能数据样本，将数据样本编码后写入计算机；其中，数据样本为反映离心泵与前置导叶的整体水力性能的数据点，如流量、理论扬程及水力效率等；
S2、将编码后的数据样本通过计算机烧录或数据线等方式导入单片机控制单元2中；
S3、通过流量检测单元6和角度传感器3分别获取当前离心泵流量及导叶开度信息，并将此信息传输至单片机控制单元2中；
S4、基于步骤S1中的离心泵整体性能的数据参考点，单片机控制单元采用Kriging插值计算模块预测步骤S2中在当前离心泵流量下的不同导叶开度时的水力性能，即获取当前流量工况下导叶处于不同转角位置时离心泵整体水力性能的数值模型(性能与开度模型)，并通过优化算法模块确定最优导叶开度；优选地，在本实施例中，通过简单二分搜索得到当前离心泵流量下的最优导叶开度；通常情况下，通过模型试验只能获得一部分的数据，只能得到离散的开度，如5度、10度或15度等，但是最优的导叶开度有可能出现在12度；Kriging插值计算的优点在于，能对不均匀数据点进行有效的预测，特别是针对在基于已有数据点来预测未知的导叶开度下的情况。
S5、在确定最优导叶开度后，结合角度传感器3测得的当前导叶开度值，基于当前导叶开度与最优导叶开度的差值，单片机控制单元采用PID控制模块输出对应电机控制信号到步进电机4上，步进电机4依给定信号进行相应的动作，并通过导叶传动机构5，将旋转动作传递到前置导流叶栅上，从而实现叶栅的相应开度动作，直至达到最优导叶开度为止。其中，PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。
特别的，本发明采用Kriging算法与离心泵前置导叶的机械调节装置相结合的模式，构建出能自动反馈调节的导叶开度控制机构，能在不同工况下对导叶开度进行实时最优控制，调节流量效果好，进而达到运行节能的目的，也有利于节约人力资源。
具体地，在本实施例中，在步骤S1中，离心泵与前置导叶整体性能数据样本为离心泵在不同导叶开度下的水力性能曲线数据离散点，为单片机控制单元2采用Kriging插值计算提供原始数据来源。
优选地，在本实施例中，在步骤S4中，优化算法为二分法。二分法算法简单，快速，查找效率高，当数据量很大适宜采用该方法，能尽快找到最优导叶开度，实现对导叶开度进行实时最优控制。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种离心泵前置导叶的自动调节装置，其包括流量检测单元6、单片机控制单元2及导叶传动机构5，单片机控制单元2包括Kriging插值计算模块、优化算法模块及PID控制模块；流量检测单元6用于获取当前离心泵流量信息，并将其传输至Kriging插值计算模块中进行后续处理；Kriging插值计算模块预测当前离心泵流量下的不同导叶开度时的水力性能，并通过优化算法模块确定最优导叶开度；基于当前导叶开度与最优导叶开度的差值，PID控制模块控制步进电机4带动导叶传动机构5转动，直至达到最优导叶开度。
本发明提供的离心泵前置导叶的自动调节装置还包括与PID控制模块电连接的角度传感器3，角度传感器3用于获取当前离心泵的导叶开度并将其传输至PID控制模块中。
本发明提供的离心泵前置导叶的自动调节装置还包括将编码后的离心泵整体性能数据样本导入到单片机控制单元2中的计算机1。
综上所述，本发明提供的一种离心泵前置导叶的自动调节方法，首先通过模型试验或数值模拟得到离心泵与前置导叶整体性能数据样本，将数据样本编码后写入计算机，并烧录或导入单片机控制单元中；其次，通过流量检测单元和角度传感器分别获取当前离心泵流量及导叶开度信息，并将此信息传输至单片机控制单元中；再者，采用Kriging插值计算模块预测当前离心泵流量下的不同导叶开度时的水力性能，并通过优化算法模块确定最优导叶开度；最后，基于当前导叶开度与最优导叶开度的差值，采用PID控制模块控制步进电机来带动导叶传动机构转动，直至达到最优导叶开度为止；结合Kriging算法、优化算法及离心泵前置导叶的机械调节装置，构建自动反馈调节的导叶开度控制机构，能在不同工况下对导叶开度进行实时最优控制，调节所需时间短，调节流量效果好，进而达到运行节能的目的，也有利于节约人力资源。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种离心泵前置导叶的自动调节方法，其特征在于，如下步骤：
S1、通过模型试验或数值模拟得到离心泵与前置导叶整体性能数据样本，将数据样本编码后写入计算机；
S2、将编码后的数据样本通过计算机烧录或导入单片机控制单元中；
S3、通过流量检测单元和角度传感器分别获取当前离心泵流量及前置导叶开度信息，并将此信息传输至单片机控制单元中；
S4、单片机控制单元采用Kriging插值计算模块预测当前离心泵流量下的前置导叶在不同开度时的水力性能，并通过优化算法模块确定前置导叶最优开度；
S5、基于当前前置导叶开度与前置导叶最优开度的差值，单片机控制单元采用PID控制模块来控制步进电机，从而带动导叶传动机构转动，直至达到前置导叶最优开度为止。
2.根据权利要求1所述的离心泵前置导叶的自动调节方法，其特征在于：在步骤S1中，所述离心泵与前置导叶整体性能数据样本为离心泵在前置导叶不同开度下的水力性能曲线数据离散点。
3.根据权利要求1所述的离心泵前置导叶的自动调节方法，其特征在于：在步骤S4中，所述优化算法为二分法。
4.一种离心泵前置导叶的自动调节装置，其特征在于：包括流量检测单元、单片机控制单元及导叶传动机构，所述单片机控制单元包括Kriging插值计算模块、优化算法模块及PID控制模块；所述流量检测单元用于获取当前离心泵流量信息，并将其传输至所述Kriging插值计算模块中；所述Kriging插值计算模块预测当前离心泵流量下前置导叶在不同开度时的水力性能，并通过所述优化算法模块确定前置导叶最优开度；基于当前前置导叶开度与所述前置导叶最优开度的差值，所述PID控制模块控制步进电机带动所述导叶传动机构转动，直至达到所述前置导叶最优开度。
5.根据权利要求4所述的离心泵前置导叶的自动调节装置，其特征在于：还包括与所述PID控制模块电连接的角度传感器，所述角度传感器用于获取当前离心泵的前置导叶开度并将其传输至所述PID控制模块中。
6.根据权利要求4所述的离心泵前置导叶的自动调节装置，其特征在于：还包括计算机，所述计算机将编码后的离心泵与前置导叶整体性能数据样本导入到所述单片机控制单元中。
CN201610165862.9A 2016-03-22 2016-03-22 一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置 Active CN105822579B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610165862.9A CN105822579B (zh) 2016-03-22 2016-03-22 一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610165862.9A CN105822579B (zh) 2016-03-22 2016-03-22 一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105822579A CN105822579A (zh) 2016-08-03
CN105822579B true CN105822579B (zh) 2017-11-03

Family

ID=56524341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610165862.9A Active CN105822579B (zh) 2016-03-22 2016-03-22 一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105822579B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107917089B (zh) * 2017-11-17 2019-04-26 上海交通大学 循环水泵泵叶开度优化调节方法
CN109185213B (zh) * 2018-11-26 2020-03-20 重庆江增船舶重工有限公司 一种曝气鼓风机进出口双点联动自适应调节的控制方法
CN109681474B (zh) * 2019-01-21 2023-08-18 中国科学院工程热物理研究所 一种抑制离心泵空化的自动调节装置及方法
CN113153821B (zh) * 2021-04-28 2022-04-26 江苏大学 一种基于液压传动的流量自适应导叶调节装置
CN113883097B (zh) * 2021-06-23 2024-05-17 上海凯泉泵业（集团）有限公司 一种可拓宽高效区的离心泵可调前置导叶装置
CN117685871B (zh) * 2024-02-04 2024-04-16 东方电气集团东方电机有限公司 导叶开口监测方法、监测装置及计算机可读存储介质

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2277005Y (zh) * 1996-10-11 1998-03-25 王保钢 离心式流体机械前置调流节能器
JP4013752B2 (ja) * 2002-12-11 2007-11-28 株式会社日立プラントテクノロジー 遠心圧縮機
CN101639085A (zh) * 2008-08-01 2010-02-03 清华大学 离心泵前置导叶调节节能装置及节能方法
CN203035569U (zh) * 2013-01-18 2013-07-03 淮安市水利勘测设计研究院有限公司 一种设有前置导叶体装置的竖井贯流泵
CN103557186A (zh) * 2013-11-14 2014-02-05 武汉大学 一种前置导叶可调式轴流泵
CN104696253A (zh) * 2015-02-16 2015-06-10 溧阳市超强链条制造有限公司 一种空气压缩机进口导叶调节控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105822579A (zh) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105822579B (zh) 一种离心泵前置导叶的自动调节方法及其装置
CN113236581B (zh) 一种智能化并联泵系统及优化调节方法
CN106285572B (zh) 一种抽油机智能间抽控制装置及其控制方法
CN106948796A (zh) 一种抽油机不停机间抽控制装置及方法
CN106014999A (zh) 一种水环真空泵机组高效运行控制方法和控制系统
CN103411473A (zh) 工业循环水系统组合节能方法及工业循环水组合节能系统
CN114046259B (zh) 一种基于双神经网络模型的离心泵变频控制方法
CN112779950A (zh) 一种循环水系统整体优化节能方法
CN102155405A (zh) 一种潜油螺杆泵转速智能控制系统及控制方法
CN104675714A (zh) 一种智能离心泵
CN112664464B (zh) 一种水泵智慧高效优化控制方法
CN106086271A (zh) 用于降低高炉鼓风机压缩空气放风量的节能增效的方法
CN111608580B (zh) 一种旋转导向智能指令下传系统及方法
CN202023738U (zh) 一种潜油螺杆泵转速智能控制系统
CN102680059B (zh) 降低水力机械模型试验台流量计小流量校准误差的方法
CN112462708B (zh) 一种泵站远程诊断及优化调度方法及系统
CN103615380A (zh) 无传感恒压泵阀集成装置
KR20100071344A (ko) 뉴럴 네트워크와 역전파 알고리즘에 의한 펌프 유량 예측 장치 및 방법
US11649705B2 (en) Oil and gas well carbon capture system and method
CN111043047B (zh) 一种并联变频恒压控制系统运行区间判别方法
TWI425148B (zh) 變頻泵浦控制裝置及其方法
CN204572494U (zh) 一种智能离心泵
CN215518979U (zh) 一种循环水系统整体优化节能装置
CN114897069B (zh) 抽油机智能调控节能保护装置
CN114320984B (zh) 基于非接触式传感器的海水淡化增压泵运行控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant