CN110617228B - 一种基于软监测的流量预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于软监测的流量预测方法，即采用以功率代替流量的软测量方法，在对离心泵性能进行监测时，只监测电机的功率值P与离心泵扬程值H，通过测量或者监测获得出现磨损后的离心泵密封环间隙值δ与未出现磨损的离心泵密封环初始间隙值δ0，并计算得到两者的差值并作无量纲化，得到无量纲间隙差值Δδ'。在实际运行中，通过实时监测获得的电机的功率值P与离心泵扬程值H预测得到流量值Q1，此公式还采用了无量纲间隙差值Δδ'进行修正。

Description

一种基于软监测的流量预测方法
技术领域
本发明涉及泵的性能预测领域，特别涉及一种离心泵的流量预测方法。
背景技术
离心泵，作为一种被广泛应用于动力工业、石油化工、农田灌溉、水利工程以及船舶工业等国民经济各个领域的旋转机械，在其实际应用过程中，会遇到一些空间有限的安装情况，如结构紧凑的一体化预制泵站等。相较于传统监控系统直接测量流量、压力、电流、转速等参数，这些空间有限的泵站只能有限选择传感器，此时就出现了以功率代替流量的软测量方法。此外，在离心泵的实际运行过程中，会由于各种各样的原因造成叶轮口环与密封面的磨损，导致两者之间的间隙值发生变化，进而对离心泵的外特性曲线产生较大影响。因此，本发明在软监测技术的基础上，增加了离心泵密封环间隙变化量的修正，为流量的精确预测提供基础，为软监测的监控系统提供技术支持。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于软监测的流量预测方法，可以通过监测电机的功率值与离心泵扬程值来预测实时运行过程中的离心泵流量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于软监测的流量预测方法，其特征在于，在对离心泵性能进行监测时，只监测电机的功率值P与离心泵扬程值H，通过测量或者监测获得出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值δ与未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值δ0，并计算得到两者的差值并作无量纲化，得到无量纲间隙差值Δδ'。在实际运行中，通过实时监测获得的电机的功率值P与离心泵扬程值H预测得到流量值Q1，此公式还采用了无量纲间隙差值Δδ'进行修正，主要由以下关系式确定：
Figure GDA0002603149420000011
式中：
Q1为流量值，m3/h；
Q0为离心泵额定流量，m3/h；
PH为功率数，无量纲；
Kδ为间隙系数，其取值范围为0.005～0.03；
Δδ'为无量纲间隙差值；
K1为功扬系数，其取值范围为0.15～0.25；
KQ为流量系数，其取值范围为0.08～0.1。
进一步，所述功率数PH是根据测量得到的电机功率值P与离心泵扬程值H以及额定功率P0与额定扬程H0计算得到的，具体为：
Figure GDA0002603149420000021
式中：
H0为额定扬程，m；
H为实际监测的离心泵扬程值，m；
P为实际监测的电机功率值，W；
P0为额定功率，W。
进一步，所述无量纲间隙差值Δδ'是根据测量到的出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值δ与未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值δ0计算得到的，具体为：
Figure GDA0002603149420000022
式中：
Δδ'为无量纲间隙差值；
δ为出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值，mm；
δ0为未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值，mm；
δ1为单位间隙，其值为1mm。
进一步，所述间隙系数Kδ的推荐值为0.018。
进一步，所述功扬系数K1的推荐值为0.206。
进一步，所述流量系数KQ的推荐值为0.094。
进一步，所述间隙系数Kδ、功扬系数K1以及流量系数KQ的选取对于比转速在350以上的离心泵流量曲线预测拟合优度达到95以上。
附图说明
图1为本发明所述的基于软监测的流量预测方法的流程图。
图2是本发明实施例密封间隙示意图。
图3是本发明实施例试验值与计算值的对比曲线。
图中：
1-叶轮；2-前腔；3-密封环；δ-出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值。
具体实施方法
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的基于软监测的流量预测方法，其特征在于，在对离心泵性能进行监测时，只监测电机的功率值P与离心泵扬程值H，通过测量或者监测获得出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值δ与未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值δ0，并计算得到两者的差值并作无量纲化，得到无量纲间隙差值Δδ'。在实际运行中，通过实时监测获得的电机的功率值P与离心泵扬程值H预测得到流量值Q1，此公式还采用了无量纲间隙差值Δδ'进行修正，主要由以下关系式确定：
Figure GDA0002603149420000031
式中：
Q1为流量值，m3/h；
Q0为离心泵额定流量，m3/h；
PH为功率数，无量纲；
Kδ为间隙系数，其取值范围为0.005～0.03；
Δδ'为无量纲间隙差值；
K1为功扬系数，其取值范围为0.15～0.25；
KQ为流量系数，其取值范围为0.08～0.1。
选取一台比转速为493.3的离心泵作为试验对象，当所述离心泵未出现磨损时，在额定流量Q0＝1388m3/h工况下的扬程H0为12.88m，电机额定功率为90kW。
功率数PH是根据测量得到的电机功率值P与离心泵扬程值H以及额定功率P0与额定扬程H0计算得到的，具体为：
Figure GDA0002603149420000032
式中：
H0为额定扬程，m；
H为实际监测的离心泵扬程值，m；
P为实际监测的电机功率值，W；
P0为额定功率，W。
经过检测得到离心泵在某一工况点的外特性参数如下：
流量(m<sup>3</sup>/h) 功率(kW) 扬程(m)
1857.12 57.457 4.22
计算得到功率数：
PH＝0.507
对原始泵的密封间隙进行测量，之后通过车加工叶轮口环，将密封间隙加工到2.9mm处。所述无量纲间隙差值Δδ'是根据测量到的出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值δ与未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值δ0计算得到的，具体为：
Figure GDA0002603149420000041
式中：
Δδ'为无量纲间隙差值；
δ为出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值，实施例中测试出2.9mm；
δ0为未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值，实施例中测试出0.4mm；
δ1为单位间隙，其值为1mm；
实施例中的无量纲间隙差值计算过程如下：
Figure GDA0002603149420000042
间隙系数Kδ的取值范围为0.005～0.03，实施例中的间隙系数Kδ＝0.018。
功扬系数K1的取值范围为0.15～0.25，实施例中的功扬系数K1＝0.206。
流量系数KQ的取值范围为0.08～0.1，实施例中的流量系数KQ＝0.094。
计算过程如下：
Figure GDA0002603149420000051
采用同样的方法可以计算得到功率数PH所对应的预测流量，通过与试验值进行对比，下表所述：
P<sub>H</sub> 0.5070 0.4053 0.3989 0.3516 0.3056 0.5070
预测流量(m<sup>3</sup>/h) 1857.120 1764.170 1740.130 1602.130 1503.070 1857.120
试验流量(m<sup>3</sup>/h) 1873.119 1697.055 1683.963 1576.299 1444.807 1873.119
误差 0.861 -3.804 -3.228 -1.612 -3.876 0.861
P<sub>H</sub> 0.2682 0.2516 0.2145 0.2070 0.1975 0.2682
预测流量(m<sup>3</sup>/h) 1350.070 1185.060 976.430 831.020 568.530 1350.070
试验流量(m<sup>3</sup>/h) 1302.823 1221.492 934.370 825.432 548.285 1302.823
误差 -3.500 3.074 -4.308 -0.672 -3.561 -3.500
通过对比可知，两者的最大误差为3.804％，这证明本发明是可靠的。
所述实施例为本发明的优选的实施方法，但本发明并不限于上述实施方法，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于软监测的流量预测方法，其特征在于，在对离心泵性能进行监测时，只监测电机的功率值P与离心泵扬程值H，通过测量或者监测获得出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值δ与未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值δ0，并计算得到两者的差值并作无量纲化，得到无量纲间隙差值Δδ'，在实际运行中，通过实时监测获得的电机的功率值P与离心泵扬程值H预测得到流量值Q1，此公式还采用了无量纲间隙差值Δδ'进行修正，主要由以下关系式确定：
Figure FDA0002603149410000011
式中：
Q1为流量值，m3/h；
Q0为离心泵额定流量，m3/h；
PH为功率数，无量纲；
Kδ为间隙系数，其取值范围为0.005～0.03；
Δδ'为无量纲间隙差值；
K1为功扬系数，其取值范围为0.15～0.25；
KQ为流量系数，其取值范围为0.08～0.1。
2.根据权利要求1所述的基于软监测的流量预测方法，其特征在于，所述功率数PH是根据测量得到的电机功率值P与离心泵扬程值H以及额定功率P0与额定扬程H0计算得到的，具体为：
Figure FDA0002603149410000012
式中：
H0为额定扬程，m；
H为实际监测的离心泵扬程值，m；
P为实际监测的电机功率值，W；
P0为额定功率，W。
3.根据权利要求1所述的基于软监测的流量预测方法，其特征在于，所述无量纲间隙差值Δδ'是根据测量到的出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值δ与未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值δ0计算得到的，具体为：
Figure FDA0002603149410000021
式中：
Δδ'为无量纲间隙差值；
δ为出现磨损后的离心泵密封环与叶轮之间的间隙值，mm；
δ0为未出现磨损的离心泵密封环与叶轮之间的初始间隙值，mm；
δ1为单位间隙，其值为1mm。
4.根据权利要求1所述的基于软监测的流量预测方法，其特征在于，所述间隙系数Kδ的推荐值为0.018。
5.根据权利要求1所述的基于软监测的流量预测方法，其特征在于，所述功扬系数K1的推荐值为0.206。
6.根据权利要求1所述的基于软监测的流量预测方法，其特征在于，所述流量系数KQ的推荐值为0.094。
7.根据权利要求1所述的基于软监测的流量预测方法，其特征在于，所述间隙系数Kδ、功扬系数K1以及流量系数KQ的选取对于比转速在350以上的离心泵流量曲线预测拟合优度达到95％以上。
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