CN108629112B - 一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种通过阀门状态估计水扬程的方法，属于暖通空调领域，合适闭式循环水系统。该方法基于流体力学基本原理与管网阻力计算基本原理，通过智能调节阀自身状态的监测，依据管网串联等效模型，水泵扬程、管网、调节阀之间关系，则可以利用阀门状态估计得到水泵等效扬程。基于该方法对水泵扬程的估计，一个管网各支路则可以有效的进行本支路调节控制。由于该方法不需要各支路通过有线或无线等通讯获取水泵状态，且计算复杂度较低，适合在线监测估计，并用于实际调节阀控制，可提高调节阀控制精度，增强管网稳定性。

Description

一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法

技术领域

本发明属于暖通空调闭式循环水系统技术领域，具体涉及一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法。

背景技术

暖通空调是能量输送系统，闭式循环热网水系统、闭式循环空调水管网被广泛利用。水系统管网压力分布应管网水泵、管网连接形式、位置等不同而有显著的区别。其中对于既定管网，网管压力参数分布主要与管网水泵扬程及分布在管网各处的调节阀密切相关。管网水泵扬程调节通常是面向全网的调节，具有集中性、整体性，其调节目的主要是保证全网的压力参数要求；而管网内调节阀的调节主要面向当前支路的局部调节，同时会影响整个管网压力参数分布，具有局部性、分布性和自主性，目的是保证局部压力参数要求。但前后两种调节之间并非总是一致的，为了获得管网良好的水力稳定性，避免水泵的全局调节和阀门局部调节产生不一致的情况，有必要使调节阀获取水泵的运行状态，以保证局部调节满足全局调节的要求，配合并协调全局调节。

但现有管网中所有调节阀用通讯的方法获取水泵状态对整个网管的智能化要求非常高，难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，无需各支路通过通讯方法获取水泵状态，且计算复杂度较低，适合在线监测估计，并用于实际调节阀控制，可提高调节阀控制精度，增强管网稳定性。

本发明提供了如下的技术方案：

一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，包括以下步骤：

S1：通过调节阀流量、压差及阻抗，基于流体力学基本原理，建立等效管网串联模型，即得到公式：

H＝(S_ot+S_ob)G² (4)，

其中，H为管网压差，S_ot为除研究管路外的所有的管网等效阻抗，S_ob为研究调节支路的调节阀阻抗，G为管网流量；

S2:根据公式(4)建立调节阀阻抗与流量关系曲线，得到变形公式即：

S3：根据公式(5)确定调节阀阻抗与流量关系曲线的直线斜率即为水泵扬程。

优选的，所述流体力学基本原理包括依据管网水力特性基本方程及基尔霍夫管网定律可以得到如下几个基础推论：

H＝SG² (1)，

依据流体力学，串联管道阻抗计算公式：

并联管道阻抗计算公式：

根据公式(1)、公式(2)和公式(3)，建立所述等效管网串联模型。

优选的，所述步骤S3通过两点式求直线斜率或多点通过最小二乘法确定直线斜率，即水泵扬程。

优选的，当管网阻抗为恒定值时，水泵调节扬程变化通过该目标支路上调节阀的流量及阻抗计算得到。

优选的，所述方法通过设置控制器实现在线实时计算水泵扬程。

本发明的有益效果是：调节阀通过自身状态阻抗、流量即可估计水泵扬程；不需要通过有线或无线等通讯即可对水泵状态做到有效估计；依据本发明求取的水泵等效扬程是实测计算得到扬程，对于水泵状态判断真实有效。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明暖通空调水系统管网串联等效模型示意图；

图2是本发明串联等效模型管网调节阀阻抗与流量关系曲线；

图中标记为：1.水泵；2.除对象支路外其他管网效阻抗；3.调节阀；4.管网；

图2横坐标为调节阀流量平方的倒数1/G²，纵坐标为调节阀阻抗S_ob，直线截距为-S_ot，直线斜率为H。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，依据管网水力特性基本方程及基尔霍夫管网定律可以得到如下几个基础推论：

H＝SG² (1)

其中，H——管网压差；

S——管网阻抗；

G——管网流量；

依据流体力学

管道可以串联、并联阻抗计算公式如下：

串联管道阻抗计算公式：

并联管道阻抗计算公式：

建立如附图1所示的等效管网串联模型，即将除研究管路外的所有的管网阻抗都等效为S_ot，研究调节支路的调节阀阻抗为S_ob，则建立如式(4)所示的方程：

H＝(S_ot+S_ob)G² (4)

将上述方程变形得到

绘制如图2所示的关于(G²,S_ob)的一次方程，可以看到图中截距为-S_ot，直线的斜率为水泵等效扬程H₀。

则任取直线上不同的两点(G₁ ²,S_ob1)，(G₂ ²,S_ob2)，则等效扬程H₀计算式如(6)所示。

当管网阻抗为恒定值时，水泵调节扬程变化可以通过该目标支路上调节阀的流量及阻抗计算得到，由于计算参数简单，可以在线实时辨识。依据管网调节频繁程度，选择合适的样本采集周期，通过多个数据点依据最小二乘法确定该直线斜率可提高估计精度。

具体的，获取调节阀的流量G，阻抗S_ob，其组成一个调节阀状态点(G²,S_ob)，通过测定两组或多组状态点(G₁ ²,S_ob1)、(G₂ ²,S_ob2)、(G₃ ²,S_ob3)、…、(G_n ²,S_obn)，则可计算得到水泵等效扬程为

两点估计：

多点估计：

取y＝S_ot,φ₀(x)＝1,

H₀为线性方程组式(8)的解

由调节阀流量、压差状态或调节阀压差、阻抗状态计算方法类似，带入即可。具体选取点数及求取精度视调节阀流量、阻抗数值的精确性，同时受管网调节频率速度相关。

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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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。

Claims (5)

1.一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过调节阀流量、压差及阻抗，基于流体力学基本原理，建立等效管网串联模型，即得到公式：

H＝(S_ot+S_ob)G² (4)，

其中，H为管网压差，S_ot为除研究管路外的所有的管网等效阻抗，S_ob为研究调节支路的调节阀阻抗，G为管网流量；

S2:根据公式(4)建立调节阀阻抗与流量关系曲线，得到变形公式即：

S3：根据公式(5)确定调节阀阻抗与流量关系曲线的直线斜率即为水泵扬程。

2.根据权利要求1所述的一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，其特征在于，所述流体力学基本原理包括依据管网水力特性基本方程及基尔霍夫管网定律可以得到如下几个基础推论：

H＝SG² (1)，

依据流体力学，串联管道阻抗计算公式：

并联管道阻抗计算公式：

根据公式(1)、公式(2)和公式(3)，建立所述等效管网串联模型。

3.根据权利要求1所述的一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，其特征在于，所述S3通过两点式求直线斜率或多点通过最小二乘法确定直线斜率，即水泵扬程。

4.根据权利要求1所述的一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，其特征在于，当管网阻抗为恒定值时，水泵调节扬程变化通过该目标支路上调节阀的流量及阻抗计算得到。

5.根据权利要求1所述的一种通过阀门状态获取水泵扬程的方法，其特征在于，所述方法通过设置控制器实现在线实时计算水泵扬程。

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