CN108846144B - 一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法，包括以下步骤：1)获取水泵流量与水泵扬程、轴功率和转速的关系式；2)根据关系式构建流量计算模型；3)根据流量计算模型获取实际的流量。与现有技术相比，本发明具有不依赖流量计、便于工程应用、计算可靠等优点。

Description

一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法

技术领域

本发明涉及管路流量测量领域，尤其是涉及一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法。

背景技术

在建筑空调系统中，承担供冷供热量输送的水泵流量是在空调系统运行优化、冷热水输送系统故障检测与诊断及系统能效分析评价等方面至关重要的参数。

但是在实际工程中，流量数据因以下原因而难以可靠获取、或放弃流量计安装无法获取：

1)现场安装条件难以安装流量计的苛刻要求而导致数据精度和可靠性无法确保；

2)成本高、维护工作复杂而被甲方放弃安装流量计；

3)流量计本身质量或水质问题导致流量数据不可靠。

以上这些都是严重制约空调系统故障诊断、运行优化、能效提升的瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法，包括以下步骤：

1)获取水泵流量与水泵扬程、轴功率和转速的关系式；

2)根据关系式构建流量计算模型；

3)根据流量计算模型获取实际的流量。

所述的步骤1)中，所述的水泵流量与水泵扬程、轴功率和转速的关系式为：

其中，W_water为水功率，H为水泵扬程，Q为水泵流量，ρ为水的密度，g为重力加速度，W_shaft为轴功率，η_pump为水泵效率，W_motor为电机功率，η_motor为电机效率。

所述的步骤2)中，流量计算模型为：

其中，W_input为输入功率，η_vfd为变频器效率。

所述的变频器效率η_vfd随电机功率W_motor的降低而降低，变频器效率η_vfd表达为变频器输入功率的回归函数：

η_vfd＝η_vfd(W_input)

其中，η_vfd(W_input)为变频器输入功率的回归函数。

所述的电机效率η_motor表示为：

η_motor＝η_motor(W_motor)

其中，η_motor(W_motor)为电机效率的回归函数。

所述的水泵效率η_pump的表达式为：

其中，T为转矩，n为转速。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法，利用易于采集的管路压力，水泵电参数等相关参数，通过理论推倒和实验数据建立算法模型，获取流量数据，同时，规避了流量计计装和维护失败的风险，确保了数据的可靠性，并进行了理论论证和实验论证，具有重要工程应用价值。

附图说明

图1为水泵参数示意图。

图2为本发明的流程概述图。

图3为实验结果验证图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明的原理如下：

在实际项目中水泵大都安装有水泵变频装置(VFD)用于调节水泵转速。水泵变频器通过调节输出频率来调节水泵转速达到降低水泵电机负荷的目的。同时，变频器也可以调节输出电压来降低电机的输入功率。本发明首先导出水泵流量与水泵扬程、轴功率、转速等参数的关联式，然后采集这些参数构建流量计算理论模型，并通过实验数据验证获得半经验计算模型，可应用实际工程。

通常，水泵扬程可以通过压差变送器获得，轴功率、电机转速可以通过变频器获取，如图1所示。因此，可以通过水泵扬程、功率、转速等来预测水泵的流量。

不依赖于流量计的流量计算理论模型如下：

水泵流量、功率、扬程(压力)关联式：

其中，W_water为水功率，kW；H为扬程，m；Q为流量，m³/h，ρ为水密度，kg/m³；g为重力加速度，N/kg；W_shaft为轴功率，kW；η_pump为水泵效率；W_motor为电机功率，kW；η_motor为电机效率；W_input为变频器输入功率，kW；η_vfd为变频器效率。

根据式(1)-(4)得：

根据公式(5)，可以理论计算水泵流量。其中，关键是要确定三个效率(通过在线检测数据进行拟合)：变频器效率η_vfd、电机效率η_motor、水泵效率η_pump。

(1)变频器效率η_vfd

变频器效率随着电机输入功率W_motor的降低而降低，一般将变频器效率表达为变频器输入功率的回归函数：

η_vfd＝η_vfd(W_input)(6)

通过运行数据将变频器效率η_vfd拟合成输入功率W_input的多项式，其函数结构如式(7):

η_vfd＝a₀+a₁W_input+a₂W_input ² (7)

其中，a₀、a₁、a₂为拟合系数。

式(7)中变频器输入功率需根据变频器输入端安装的电表获得。

(2)电机效率η_motor

电机效率η_motor可表示为电机功率W_motor的函数：

η_motor＝η_motor(W_motor) (8)

通过运行数据将电机效率η_motor拟合成输入功率W_motor的多项式，其函数结构如式(9)：

η_motor＝b₀+b₁W_motor+b₂W_motor ² (9)

其中，b₀、b₁、b₂为拟合系数。

式(9)中电机功率W_motor可从变频器(VFD)面板获取。

(3)水泵效率η_pump

通过运行数据将水泵效率η_pump拟合成

的多项式，其函数结构如式(11)：

其中，c₀、c₁、c₂为拟合系数。

式中的轴功率W_shaft与转矩T的关系为：

其中，T为转矩，N·m；n为转速，r/min。

式(12)中的转矩T及转速n可以从变频器(VFD)面板获得。

本实施例中以实际空调系统冷冻水泵为例对水泵流量间接测量方法进行了验证，其结果如图3所示。从图3可以看出，在水泵小流量到大流量区间内，模型计算流量与实际测量流量具有很好的一致性，其平均偏差小于4％。

Claims (3)

1.一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取水泵流量与水泵扬程、轴功率和转速的关系式，所述的水泵流量与水泵扬程、轴功率和转速的关系式为：

其中，W_water为水功率，H为水泵扬程，Q为水泵流量，ρ为水的密度，g为重力加速度，W_shaft为轴功率，η_pump为水泵效率，W_motor为电机功率，η_motor为电机效率；

2)根据关系式构建流量计算模型，流量计算模型为：

其中，W_input为输入功率，η_vfd为变频器效率；

3)根据流量计算模型获取实际的流量，所述的变频器效率η_vfd随电机功率W_motor的降低而降低，变频器效率η_vfd表达为变频器输入功率的回归函数：

η_vfd＝η_vfd(W_input)

其中，η_vfd(W_input)为变频器输入功率的回归函数；

通过运行数据将变频器效率η_vfd拟合成输入功率W_input的多项式，其函数结构具体为：

η_vfd＝a₀+a₁W_input+a₂W_input ²

其中，a₀、a₁、a₂为拟合系数。

2.根据权利要求1所述的一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法，其特征在于，所述的电机效率η_motor表示为：

η_motor＝η_motor(W_motor)

其中，η_motor(W_motor)为电机效率的回归函数；

通过运行数据将电机效率η_motor拟合成输入功率W_motor的多项式，其函数结构具体为：

η_motor＝b₀+b₁W_motor+b₂W_motor ²

其中，b₀、b₁、b₂为拟合系数。

3.根据权利要求1所述的一种不依赖于流量计的管路流量在线检测方法，其特征在于，所述的水泵效率η_pump的表达式为：

其中，T为转矩，n为转速；

通过运行数据将水泵效率η_pump拟合成

的多项式，其函数结构具体为：

其中，c₀、c₁、c₂为拟合系数。

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