CN110807231B - 一种水泵运行效率在线检测方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种水泵运行效率在线检测方法及检测装置，该水泵运行效率在线检测方法，包括如下步骤：建立水泵的进出口测压点的压力差与流量的联立数学模型，所述联立数学模型包括水泵流量‑扬程公式、水泵流量‑效率公式和水泵流量公式；即时检测并获得被测水泵的进出口测压点的高度差和压力差数据，并代入所述联立数学模型中，获得所述被测水泵的对应流量值；以及将所述对应流量值代入所述水泵流量‑效率公式中，求得所述被测水泵的实时效率值。本发明还公开了应用上述水泵运行效率在线检测方法的检测装置。本发明可以更加经济、更加简易地实时在线监测水泵运行效率，适用地面水泵运行状态的监控，具有很高的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线检测方法及装置，特别是一种经济的水泵运行效率在线检测方法及检测装置。
背景技术
水泵广泛应用于国民经济的各个领域，每年消耗在水泵机组上的电能占全国总电耗的21％以上，因此水泵节能具有重要意义。每台水泵都有通过出厂试验获得的性能曲线(流量-扬程曲线、流量-功率曲线和流量-效率曲线)，作为水泵调节和改造的根本依据。在供水系统设计阶段，要确保水泵工作在效率曲线最高点附近区域(简称高效区)，实现节能的目的。但在多数条件下，水泵的实际运行效率模糊不清。因此，水泵运行调节的前提条件是要获取水泵的当前运行状态。
对于大型或重要场合应用的水泵，配套有专门水泵运行监控系统，监控其运行情况。而对于农业或一般工业用途，考虑成本原因都未能配套相关的监控系统。根据经验，此类场合的水泵多数运行在非高效区，但这部分水泵占到水泵总量的95％以上，节能意义重大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述问题，提供一种水泵运行效率在线检测方法及检测装置，利用水泵的工作性能曲线，低成本实时检测水泵运行效率，为水泵的高效运行或节能改造提供依据。
为了实现上述目的，本发明提供了一种水泵运行效率在线检测方法，其中，包括如下步骤：
S100、建立水泵的进出口测压点的压力差与流量的联立数学模型，所述联立数学模型包括水泵流量-扬程公式、水泵流量-效率公式和水泵流量公式；
S200、即时检测并获得被测水泵的进出口测压点的高度差和压力差数据，并代入所述联立数学模型中，获得所述被测水泵的对应流量值；以及
S300、将所述对应流量值代入所述水泵流量-效率公式中，求得所述被测水泵的实时效率值。
上述的水泵运行效率在线检测方法，其中，所述步骤S100进一步包括：
S101、收集建模水泵出厂试验时的性能参数曲线，并获得所述建模水泵的性能参数数据；
S102、将所述建模水泵的性能参数数据通过拟合回归，得到对应的水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式；以及
S103、利用能量方程，建立所述建模水泵的进出口测压点的压力差与流量的水泵流量公式。
上述的水泵运行效率在线检测方法，其中，所述水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式分别为：
H＝a0+a1Q+a2Q2
η＝b0+b1Q+b2Q2
其中，Q为流量，H为扬程，η为效率，a0、a1、a2、b0、b1、b2为所述建模水泵出厂试验时的性能参数曲线上水泵的运行范围内的任意6个均布点。
上述的水泵运行效率在线检测方法，其中，所述水泵流量公式为：
其中，
k2＝ZB-ZA
其中，Q为流量，ZA，ZB为水泵进出口测压点到基准面的垂直距离，单位为m；PA，PB为水泵进出口测压点液体的压力，单位为kPa；g为重力加速度9.8，单位为m/s2；DA，DB为水泵进出口测压管的内径，单位为mm。
上述的水泵运行效率在线检测方法，其中，所述水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式为一元二次方程或一元高阶方程。
为了更好地实现上述目的，本发明还公开了一种水泵运行效率在线检测装置，其中，采用上述的水泵运行效率在线检测方法检测被测水泵的实时效率值，所述水泵运行效率在线检测装置包括：
差压计或高精度压力表，用于即时检测并获得被测水泵的进出口测压点的压力差数据；
进口测压管，与被测水泵的水泵进口连接；
进口管快速取压接头，安装在所述进口测压管上并与所述差压计或高精度压力表连接，所述进口管快速取压接头与所述水泵进口具有一进口取压距离；
出口测压管，与所述被测水泵的水泵出口连接；以及
出口管快速取压接头，安装在所述出口测压管上并与所述差压计或高精度压力表连接，所述出口管快速取压接头与所述水泵出口具有一出口取压距离。
上述的水泵运行效率在线检测装置，其中，所述进口取压距离为所述进口测压管的内径的5-10倍，所述出口取压距离为所述出口测压管的内径的5-10倍。
上述的水泵运行效率在线检测装置，其中，所述水泵进口的轴线与所述水泵出口的轴线之间具有一夹角。
上述的水泵运行效率在线检测装置，其中，所述进口管快速取压接头通过进口测压胶管与所述差压计连接，所述出口管快速取压接头通过出口测压胶管与所述差压计连接。
上述的水泵运行效率在线检测装置，其中，所述差压计或高精度压力表的压力差数据由人工读数；或通过有线或无线传输至计算终端；或在所述被测水泵上集成一在线检测模块读取所述压力差数据并计算显示所述被测水泵的实时效率值。
本发明的技术效果在于：
本发明在满足运行监控的一般准确性和实时性要求前提下，实现了更加经济、更加简易的实时在线监测水泵运行效率，尤其适用地面水泵运行状态的监控，具有很高的经济性，大大降低了水泵运行的监测成本，并可以形成人工、自动两种工作模式，特别适合开发出相应的成型模块，作为水泵出厂时的标准配置。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为一水泵的性能曲线图；
图2为本发明一实施例的水泵运行效率在线检测装置示意图。
其中，附图标记
1 水泵
2 进口测压管
3 进口管快速取压接头
4 进口测压胶管
5 出口测压管
6 出口管快速取压接头
7 出口测压胶管
8 差压计
9 无线传输
10 有线传输
11 终端
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
本发明的水泵运行效率在线检测方法，包括如下步骤：
步骤S100、建立水泵1的进出口测压点的压力差与流量的联立数学模型，所述联立数学模型包括水泵流量-扬程公式、水泵流量-效率公式和水泵流量公式；
步骤S200、即时检测并获得被测水泵1的进出口测压点的高度差和压力差数据，并代入所述联立数学模型中，获得所述被测水泵1的对应流量值；以及
步骤S300、将所述对应流量值代入所述水泵流量-效率公式中，求得所述被测水泵1的实时效率值。
其中，所述步骤S100进一步包括：
步骤S101、准确收集建模水泵1出厂试验时的性能参数曲线，数据表格更佳，并获得所述建模水泵1的性能参数数据；参见图1，图1为一水泵的性能曲线图。水泵1的主要性能参数包括(因水泵1不同而略有变化)：流量Q、扬程H、转速n、功率P、效率η和汽蚀等。水泵1的性能曲线可通过实验获得，属于产品必带的技术资料，该性能曲线至少包括：Q-H曲线，Q-P曲线及Q-η曲线；
步骤S102、将所述建模水泵1的性能参数数据进行拟合回归，得到对应的水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式，所述水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式可以为一元二次方程，也可以根据曲线形状用一元高阶方程表示；以及
步骤S103、利用能量方程，建立所述建模水泵1的进出口测压点的压力差与流量的水泵流量公式。
经过大量对比分析可知，水泵1的Q-H曲线，Q-η曲线均可采用一个一元二次方程表示，对应的，所述水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式分别可表示为：
H＝a0+a1Q+a2Q2 (1)
η＝b0+b1Q+b2Q2 (2)
其中，Q为流量，H为扬程，η为效率，a0、a1、a2、b0、b1、b2为所述建模水泵1出厂试验时的性能参数曲线上水泵1的运行范围内的任意6个均布点。即为了保证在水泵性能曲线的偏差较小，在水泵1的运行范围内至少找到6个均布点，求出以上模型的系数常数，得到Q-H曲线，Q-η曲线。
参见图2，图2为本发明一实施例的水泵运行效率在线检测装置示意图。在图2中，根据伯努利公式可知，在A-A界面上的能量为EA，B-B界面上的能量为EB。
式中：
ZA，ZB--表示泵进出口测压点到基准面的垂直距离，单位：m
PA，PB-表示泵进出口测压点液体的压力，单位：kPa
ρ--液体密度，单位：kg/m3
g--重力加速度9.8，单位：m/s2
VA，VB--表示泵进出口测压点液体的绝对速度，单位：m/s
水泵1的扬程H为水泵进出口的能量差，见式(5)
式中：
DA，DB--表示泵进、出口测压管2、5的内径，单位：mm。
将式(5)和式(1)合并整理，得到式(6)
令
k2＝ZB-ZA (8)
则流量Q的解为
根据公式实际情况，对式(10)进行取舍，则水泵流量Q最终的公式优选为式(11)
在式(11)中，只有K3为变量，即水泵进出口处测压点的压力差乘以一个常量系数。当知道此处压力差时，通过式(11)和式(2)，可求解出水泵1的当前效率值。
参见图2，本发明的水泵运行效率在线检测装置，采用上述的水泵运行效率在线检测方法检测被测水泵1的实时效率值，所述水泵运行效率在线检测装置包括：
差压计8或高精度压力表，用于即时检测并获得被测水泵1的进出口测压点的压力差数据；
进口测压管2，与被测水泵1的水泵1进口连接；
进口管快速取压接头3，安装在所述进口测压管2上并与所述差压计8或高精度压力表连接，所述进口管快速取压接头3与所述水泵1进口具有一进口取压距离，该距离应符合水泵检测中的规定；
出口测压管5，与所述被测水泵1的水泵1出口连接；以及
出口管快速取压接头6，安装在所述出口测压管5上并与所述差压计8或高精度压力表连接，所述出口管快速取压接头6与所述水泵1出口具有一出口取压距离，该距离应符合水泵检测中的规定。
其中，所述进口管快速取压接头3可通过进口测压胶管4与所述差压计8连接，或者直接安装高精度压力表，所述出口管快速取压接头6可通过出口测压胶管7与所述差压计8连接，或者直接安装高精度压力表。所述进口取压距离优选为所述进口测压管2的内径DA的5-10倍，所述出口取压距离优选为所述出口测压管5的内径DB的5-10倍。所述水泵进口的轴线与所述水泵出口的轴线之间具有一夹角，该夹角可以是成90°、180°，或者也可以选择其他的角度。所述差压计8或高精度压力表的压力差数据可由人工读数；或可以通过有线传输10或无线传输9来实现信号传递，最终在终端11，例如计算机或手机上进行终端处理；或在所述被测水泵1上集成一在线检测模块读取所述压力差数据，并计算显示所述被测水泵1的实时效率值。
例如，以某企业的GMP32-50-4P自吸泵为例，其额定点流量Q＝16m3/h，扬程H＝11m，额定功率P＝1.5Kw，额定转速n＝1450rpm，其水泵1性能曲线如图1所示。根据其数据表，进行Q-H曲线，Q-η曲线回归拟合，得到式(12)和式(13)。
H＝7.5605Q-0.7128Q2 (12)
η＝5.2989Q-0.1719Q2
(13)
由此可知，a0＝0 a1＝7.5605 a2＝-0.7128；
b0＝0 b1＝5.2989 b2＝-0.1719；
在本例中，DA＝DB，因此，K1＝0，实测获得K2＝0.5，当(PB-PA)＝80kPa时，K3＝4.0816，对应此时的流量Q为9.9615m3/h，效率η为35.7271％。
本发明为解决实时在线监测水泵运行效率提供了一种更加经济、更加简易的方法和装置，属于流体机械和计算机交叉技术领域，尤其适用地面水泵运行状态的监控。与现有技术中基于测流量、扬程和轴功率(或电功率)相比，本发明在满足运行监控的一般准确性和实时性要求前提下，具有很高的经济性，大大降低了水泵运行的监测成本，且可以采用人工监测或自动监测两种工作模式，特别适合开发出相应的成型模块，作为水泵出厂时的标准配置。其中，人工模式仅需在被测水泵1进、出口测压管2、5的测压点分别安装一块压力表，由人工读数，通过在Excel中建立表格，输入相关参数，即可得到水泵1当前的实时效率值；自动模式在被测水泵1进、出口测压管2、5的测压点分别取压，并引入差压计8内，差压计8通过有线传输10或无线传输9将压力差数据传给终端11的计算机或手机，进行运算，得到水泵1的实时运行效率值。
本发明利用被测水泵出厂试验时的性能参数数据，通过拟合回归得到对应的流量-扬程和流量-效率的数学方程，再利用能量方程，建立水泵进出口测压点的压力差与流量的联立方程，最终求得水泵实时效率。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种水泵运行效率在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、建立水泵的进出口测压点的压力差与流量的联立数学模型，所述联立数学模型包括水泵流量-扬程公式、水泵流量-效率公式和水泵流量公式；
S200、即时检测并获得被测水泵的进出口测压点的高度差和压力差数据，并代入所述联立数学模型中，获得所述被测水泵的对应流量值；以及
S300、将所述对应流量值代入所述水泵流量-效率公式中，求得所述被测水泵的实时效率值；
其中，所述步骤S100进一步包括：
S101、收集建模水泵出厂试验时的性能参数曲线，并获得所述建模水泵的性能参数数据；
S102、将所述建模水泵的性能参数数据通过拟合回归，得到对应的水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式；以及
S103、利用能量方程，建立所述建模水泵的进出口测压点的压力差与流量的水泵流量公式；
所述水泵流量-扬程公式和水泵流量-效率公式分别为：
H＝a0+a1Q+a2Q2
η＝b0+b1Q+b2Q2
其中，Q为流量，H为扬程，η为效率，a0、a1、a2、b0、b1、b2为所述建模水泵出厂试验时的性能参数曲线上水泵的运行范围内的任意6个均布点；
所述水泵流量公式为：
其中，
k2＝ZB-ZA
其中，Q为流量，ZA，ZB为水泵进出口测压点到基准面的垂直距离，单位为m；PA，PB为水泵进出口测压点液体的压力，单位为kPa；g为重力加速度9.8，单位为m/s2；DA，DB为水泵进出口测压管的内径，单位为mm。
2.一种水泵运行效率在线检测装置，其特征在于，采用上述权利要求1所述的水泵运行效率在线检测方法检测被测水泵的实时效率值，所述水泵运行效率在线检测装置包括：
差压计或高精度压力表，用于即时检测并获得被测水泵的进出口测压点的压力差数据；
进口测压管，与被测水泵的水泵进口连接；
进口管快速取压接头，安装在所述进口测压管上并与所述差压计或高精度压力表连接，所述进口管快速取压接头与所述水泵进口具有一进口取压距离；
出口测压管，与所述被测水泵的水泵出口连接；以及
出口管快速取压接头，安装在所述出口测压管上并与所述差压计或高精度压力表连接，所述出口管快速取压接头与所述水泵出口具有一出口取压距离。
3.如权利要求2所述的水泵运行效率在线检测装置，其特征在于，所述进口取压距离为所述进口测压管的内径的5-10倍，所述出口取压距离为所述出口测压管的内径的5-10倍。
4.如权利要求2或3所述的水泵运行效率在线检测装置，其特征在于，所述水泵进口的轴线与所述水泵出口的轴线之间具有一夹角。
5.如权利要求2或3所述的水泵运行效率在线检测装置，其特征在于，所述进口管快速取压接头通过进口测压胶管与所述差压计连接，所述出口管快速取压接头通过出口测压胶管与所述差压计连接。
6.如权利要求2或3所述的水泵运行效率在线检测装置，其特征在于，所述差压计或高精度压力表的压力差数据由人工读数；或通过有线或无线传输至计算终端；或在所述被测水泵上集成一在线检测模块读取所述压力差数据，并计算显示所述被测水泵的实时效率值。
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| 空调冷冻站"无中心控制"系统研究;代允闯;《中国博士学位论文全文数据库》;20171215(第12期);第52、102-105页 * |
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| CN110807231A (zh) | 2020-02-18 |
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