CN106917741A - 一种并联水泵特性曲线的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联水泵特性曲线的确定方法，该方法测试时不影响用户的正常用水。该方法主要分为三个过程：首先，需要在并联水泵总出口管道上安装流量计、压力计；然后，在并联泵站运行期间，记录不同时刻流量计、压力计读数；最后，将记录的数据作为输入参数代入到遗传算法中计算，得出每台水泵并联曲线参数。本发明的方法测试时不需要关闭其他水泵，只需要在并联管道上安装流量计、压力计；该方法可以进行全时段测试，实时的记录流量计、压力计的数值，不影响用户的正常用水。

Description

一种并联水泵特性曲线的确定方法

技术领域

本发明涉及一种水泵特性曲线的确定方法,尤其是一种并联水泵特性曲线的确定方法。

背景技术

水泵特性曲线是指水泵转速为常量时，水泵出口压力随流量变化的函数关系曲线，它反映水泵本身潜在的工作能力。在实际的城市供水管网系统中，为了满足不同工况所需的水量、水压的变化，常常需要设置多台水泵并联工作，通过开停水泵的台数来调整泵站的流量和压力。水泵的特性曲线是控制水泵的基础，要实现对泵站的科学控制，就要对水泵特性曲线有准确的把握，因此，确定每台水泵的特性曲线是至关重要的。

目前，国内外只是采用传统的方法对水泵曲线进行实测，该方法有以下缺陷：

(1)测试时需关闭其他水泵，只开启待测水泵，对水泵进行单独测试，工作量大。

(2)需在夜间用水量低的时段进行测试。

(3)实测时管网压力波动较大，容易引起水锤，严重的会引起爆管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种新的并联水泵特性曲线的确定方法，测试时不需要关闭其他水泵，可以进行全时段测试，不影响用户的正常用水。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种并联水泵特性曲线的确定方法，包括以下步骤：

(1)在并联水泵的水泵总出口设置压力计和流量计，测量水泵并联之后不同时刻的压力和总流量；

(2)根据水泵型号，设定各水泵特征曲线H＝aQ²+bQ+c参数范围；

(3)目标函数

在满足目标函数最小化条件下，采用遗传算法求解每台水泵的特性曲线系数；式中，m为现场实测数值的数量；为i个总流量的实测值；H_i为第i个并联压力的实测值，a_j,b_j,c_j为第j台水泵的特性曲线系数；

(4)将第j台水泵的特性曲线系数a_j,b_j,c_j带入水泵特性曲线H＝aQ²+bQ+c，求出第j台水泵的特性曲线H＝a_jQ²+b_jQ+c_j。

本发明的有益效果是：本发明的方法测试时不需要关闭其他水泵，只需要在并联管道上安装流量计、压力计；该方法可以进行全时段测试，实时的记录流量计、压力计的数值，不影响用户的正常用水。

附图说明

图1是本发明的并联水泵特性曲线测试示意图。

图2是本发明的并联水泵特性曲线的确定方法的流程图。

图3是遗传算法求解流程图。

图4是采用本发明方法的三台水泵特性曲线及并联后的特性曲线(其中1代表水泵1特性曲线,2代表水泵2特性曲线,3代表水泵3特性曲线,4代表水泵并联曲线，5代表并联水泵总出口压力、流量记录值)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1-2所示，本发明的并联水泵特性曲线的确定方法，包括以下步骤：

(1)在并联水泵的水泵总出口设置压力计和流量计，测量水泵并联之后不同时刻的压力和总流量；

(2)根据水泵型号，设定各水泵特征曲线H＝aQ²+bQ+c参数范围；

(3)目标函数

在满足目标函数最小化条件下，采用遗传算法求解每台水泵的特性曲线系数；式中，m为现场实测数值的数量；为i个总流量的实测值；H_i为第i个并联压力的实测值，a_j,b_j,c_j为第j台水泵的特性曲线系数；

(4)将第j台水泵的特性曲线系数a_j,b_j,c_j带入水泵特性曲线H＝aQ²+bQ+c，求出第j台水泵的特性曲线H＝a_jQ²+b_jQ+c_j

本发明的并联水泵特性曲线确定方法，测试时不需要关闭其他水泵，只需要在并联管道上安装流量计、压力计；该方法可以进行全时段测试，实时的记录流量计、压力计的数值，不影响用户的正常用水。具体过程如下：

设泵站有n台泵并联，并联水泵总出口管道上设有压力计和流量计，能够记录水泵并联之后的压力和总流量，在一天的不同时刻分别测量水泵并联之后的压力和总流量，假设一共测量了m组数据，则水泵并联之后的压力和总流量可以表示为：H_i，(i＝1,2,…,m)。泵站内并联水泵特性曲线的测试示意图如图1所示,1为清水池，2为水泵，3为压力计，4为流量计。

1.确定目标函数

水泵特性曲线表示了水泵压力与流量之间的关系曲线，其函数关系式为：

H＝aQ²+bQ+c (1)

上式中，H为水泵的出口压力；Q为水泵的出口流量；a,b,c为特性曲线系数。

式(1)可以写成如下形式：

为了满足不同工况所需的水量、水压的变化，泵站内多台水泵需要并联工作，水泵并联工作时,每台水泵出口压力均相等，总流量为每台水泵出口流量之和。

设泵站有n台水泵并联工作，每台水泵的特性曲线可以表示为n台水泵并联之后的总的特性曲线可以表示为：

上式中，Q_total为水泵并联之后的总流量；H为并联水泵的出口压力；a_i,b_i,c_i为第i台水泵的特性曲线系数。这样，泵站内n台水泵并联特性曲线的确定问题就变成了一个优化问题，相应的目标函数为：

上式中，m为现场实测数值的数量；为i个总流量的实测值；H_i为第i个并联压力的实测值，a_j,b_j,c_j为第j台水泵的特性曲线系数。该优化问题需要求解的参数是a₁,b₁,c₁,...,a_n,b_n,c_n，即每台水泵的特性曲线系数。

2.优化问题的求解

优化问题目的是为了求解每台水泵的特性曲线系数，满足目标函数最小化。该优化问题的求解采用国际知名的遗传算法进行求解。遗传算法是是由美国的J.Holland教授1975年首先提出，具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力。采用遗传算法的求解流程图如图3所示。

工程实例

某泵站内有三台水泵并联工作，在一天的不同时段分别测量三台水泵并联压力和总流量，结果如表1所示。根据水泵出厂参数设定三台水泵特性曲线系数变化范围是-1≤a₁<0,-1≤b₁<0,0<c₁<110；-1≤a₂<0,-1≤b₂<0,0<c₂<85；-1≤a₃<0,-1≤b₃<0,0<c₃<75。遗传算法参数取默认值：初始种群为100，种群交叉概率为0.05，种群变异概率为0.8，最大迭代次数为1000.计算得出水泵1的特性曲线系数为a₁＝-0.02056,b₁＝-0.4156,c₁＝100，水泵1特性曲线为：H＝-0.02056Q²-0.4156Q+100；水泵2的特性曲线系数为a₂＝-0.01639,b₂＝-0.0485,c₂＝80，水泵2特性曲线为H＝-0.01639Q²-0.0485Q+80；水泵3的特性曲线系数为a₃＝-0.03383,b₂＝-0.3525,c₂＝70，水泵3特性曲线为H＝-0.03383Q²-0.3525Q+70；三台水泵特性曲线及并联后的特性曲线如图4所示。

表1三台并联水泵压力与流量数据

并联总流量(L/s)	并联压力(m)
		83.2	63.15
84.84	62.15
		86.49	61.55
88.72	60.71
		92.83	59.08
93.42	58.85
		103	54.61
107.7	52.18
		116	47.70
121.8	44.31
		125.6	41.90

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (1)

1.一种并联水泵特性曲线的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在并联水泵的水泵总出口设置压力计和流量计，测量水泵并联之后不同时刻的压力和总流量；

(2)根据水泵型号，设定各水泵特征曲线H＝aQ²+bQ+c参数范围；

(3)目标函数

在满足目标函数最小化条件下，采用遗传算法求解每台水泵的特性曲线系数；式中，m为现场实测数值的数量；为i个总流量的实测值；H_i为第i个并联压力的实测值，a_j,b_j,c_j为第j台水泵的特性曲线系数；

(4)将第j台水泵的特性曲线系数a_j,b_j,c_j带入水泵特性曲线H＝aQ²+bQ+c，求出第j台水泵的特性曲线H＝a_jQ²+b_jQ+c_j。