CN112524013A - 一种水泵实时效率监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水泵实时效率监测系统及方法，涉及水泵效率监测技术领域，包括：数据存储模块，用于保存预先生成的至少一水泵型号，每个水泵型号关联一工频特性参数和一工频效率参数；数据获取模块，用于获取一水泵的水泵型号，以匹配得到相应的工频特性参数和工频效率参数；数据采集模块，用于分别实时采集水泵在变频工况下的实时变频频率和实时扬程；效率检测模块，用于根据实时扬程、实时变频频率、工频特性参数和工频效率参数处理得到水泵的实时效率。有益效果是通过水泵的实时扬程和实时变频频率即可计算水泵的实时效率，实时扬程以及实时变频频率的获取方式易实现，水泵的实时效率可以稳定获取，有利于对供水设备进行后续的数据分析工作。

Description

一种水泵实时效率监测系统及方法

技术领域

本发明涉及水泵效率监测技术领域，尤其涉及一种水泵实时效率监测系统及方法。

背景技术

供水设备的实时运行效率数据是设备运行中极为重要的数据之一，是设备运行情况、能耗分析的重要条件。目前同行业内水泵供水的效率数据是通过水泵有效功率与电机轴功率之比获得，而在设备的实际运行过程中，电机的轴功率难以知晓，水泵的效率也就无从计算，换言之，现有的水泵实时效率的计算方式单一且现有的水泵效率计算方式中，相关参数难以获得。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种水泵实时效率监测系统，包括：

数据存储模块，用于保存预先生成的至少一水泵型号，每个所述水泵型号关联一工频特性参数和一工频效率参数；

数据获取模块，连接所述数据存储模块，用于获取一水泵的所述水泵型号，以匹配得到相应的所述工频特性参数和所述工频效率参数；

数据采集模块，用于分别实时采集所述水泵在变频工况下的实时变频频率和实时扬程；

效率检测模块，分别连接所述数据获取模块和所述数据采集模块，用于根据所述实时扬程、所述实时变频频率、所述工频特性参数和所述工频效率参数处理得到所述水泵的实时效率。

优选的，还包括一第一处理模块，连接所述数据存储模块，所述第一处理模块包括：

第一曲线生成单元，用于预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史扬程，并处理得到所述水泵的工频特性曲线；

第一参数计算单元，连接所述第一曲线生成单元，用于拟合得到所述工频特性曲线对应的第一曲线方程，并处理得到所述工频特性参数保存在所述数据存储模块。

优选的，还包括一第二处理模块，连接所述数据存储模块，所述第二处理模块包括：

第二曲线生成单元，用于预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史效率，并处理得到所述水泵的效率特性曲线；

第二参数计算单元，连接所述第二曲线生成单元，用于拟合得到所述效率特性曲线对应的第二曲线方程，并处理得到所述工频效率参数保存在所述数据存储模块。

优选的，所述实时效率的计算公式如下：

其中，

η表示所述实时效率，a₀…a_n表示所述工频效率参数，n₀表示所述水泵的工频频率，n₁表示所述实时变频频率，H表示所述实时扬程，H₀和s₀表示所述工频特性参数。

优选的，还包括一异常监控模块，分别连接所述数据采集模块和所述效率检测模块，所述异常监控模块包括：

异常检测单元，用于对所述实时变频频率和所述实时扬程进行异常值检测，并在所述实时变频频率和/或所述实时扬程存在异常值时给出异常信号；

第一处理单元，连接所述异常检测单元，用于根据所述异常信号对所述异常值进行修正得到修正值，并将所述修正值发送至所述效率检测模块处理得到所述水泵的实时效率；和/或

第二处理单元，连接所述异常检测单元，用于根据所述异常信号将所述异常值去除。

优选的，所述异常监控模块还包括一异常告警单元，连接所述异常检测单元，用于根据所述异常信号输出一告警信息。

一种水泵实时效率监测方法，应用于上述的水泵实时效率监测系统，所述水泵实时效率监测系统中预先存储有至少一水泵型号，每个所述水泵型号关联一工频特性参数和一工频效率参数；

所述水泵实时效率监测方法包括：

步骤S1，获取一水泵的所述水泵型号，以匹配得到相应的所述工频特性参数和所述工频效率参数；

步骤S2，分别实时采集所述水泵在变频工况下的实时变频频率和实时扬程；

步骤S3，根据所述实时扬程、所述实时变频频率、所述工频特性参数和所述工频效率参数处理得到所述水泵的实时效率。

优选的，执行所述步骤S1之前，包括一工频特性参数获取过程，包括：

步骤A1，预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史扬程，并处理得到所述水泵的工频特性曲线；

步骤A2，拟合得到所述工频特性曲线对应的第一曲线方程，并处理得到所述工频特性参数。

优选的，执行所述步骤S2之前，包括一工频效率参数获取过程，包括：

步骤B1，预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史效率，并处理得到所述水泵的效率特性曲线；

步骤B2，拟合得到所述效率特性曲线对应的第二曲线方程，并处理得到所述工频效率参数。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过获取的水泵的实时扬程以及实时变频频率即可计算水泵的实时效率，实时扬程以及实时变频频率的获取方式易实现，水泵的实时效率可以稳定获取，有利于对供水设备进行后续的数据分析工作。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种水泵实时效率监测系统的结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，工频特性曲线、变频特性曲线以及相似工况曲线的示意图；

图3为本发明的较佳的实施例中，工频特性曲线、压差线以及相似工况曲线的示意图；

图4为本发明的较佳的实施例中，一种水泵实时效率监测方法的流程示意图；

图5为本发明的较佳的实施例中，工频特性参数获取过程的流程示意图；

图6为本发明的较佳的实施例中，工频效率参数获取过程的流程示意图。

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。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种水泵实时效率监测系统，如图1所示，包括：

数据存储模块1，用于保存预先生成的至少一水泵型号，每个水泵型号关联一工频特性参数和一工频效率参数；

数据获取模块2，连接数据存储模块1，用于获取一水泵的水泵型号，以匹配得到相应的工频特性参数和工频效率参数；

数据采集模块3，用于分别实时采集水泵在变频工况下的实时变频频率和实时扬程；

效率检测模块4，分别连接数据获取模块2和数据采集模块3，用于根据实时扬程、实时变频频率、工频特性参数和工频效率参数处理得到水泵的实时效率。

具体地，本实施例中，根据水泵比例定律，同一台水泵工频工况下运行和在变频工况下运行存在一定的比例关系，因此，本申请通过预先获取的工频工况下的工频特性参数和工频效率参数能够实现计算得到水泵在变频工况下的实时效率。

进一步地，上述水泵比例定律包括流量比例定律以及扬程比例定律，其中，流量比例定律的表达式如下：

其中，Q₁表示工频工况下的瞬时流量，Q₂表示变频工况下的瞬时流量，n₀表示工频频率，n₁表示变频频率。

扬程比例定律的表达式如下：

其中，H₁表示工频工况下的实际扬程，H₂表示变频工况下的实际扬程，n₀表示工频频率，n₁表示变频频率。

本发明的较佳的实施例中，还包括一第一处理模块5，连接数据存储模块2，第一处理模块5包括：

第一曲线生成单元51，用于预先获取具有水泵型号的水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史扬程，并处理得到水泵的工频特性曲线；

第一参数计算单元52，连接第一曲线生成单元51，用于拟合得到工频特性曲线对应的第一曲线方程，并处理得到工频特性参数保存在数据存储模块。

具体地，本实施例中，采用回归方法拟合得到工频特性曲线对应的第一曲线方程，该第一曲线方程的表达式为：

H′＝H₀+s₀*Q²

其中，H′表示历史扬程，H₀表示水泵在历史瞬时流量为零时所产生的虚总扬程；s₀表示泵体内虚阻耗系数，Q表示历史瞬时流量；

上述工频特性参数包括s₀以及H₀，优选的，由上述工频特性曲线上随机取两点对应的历史扬程以及历史瞬时流量代入上述公式即可算出上述s₀以及H₀，并将该工频特性参数与对应的水泵型号进行关联后保存至数据存储模块供后续使用。

本发明的较佳的实施例中，还包括一第二处理模块6，连接数据存储模块，第二处理模块6包括：

第二曲线生成单元61，用于预先获取具有水泵型号的水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史效率，并处理得到水泵的效率特性曲线；

第二参数计算单元62，连接第二曲线生成单元61，用于拟合得到效率特性曲线对应的第二曲线方程，并处理得到工频效率参数保存在数据存储模块。

具体地，本实施例中，采用回归方法拟合得到效率特性曲线对应的第二曲线方程，该第二曲线方程的表达式为：

η′＝a₀+a₁Q+a₂Q²+…a_nQⁿ

其中，η′表示水泵在工频工况下的历史效率，a₀…a_n表示上述工频效率参数；Q表示历史瞬时流量；

优选的，由上述效率特性曲线上随机取多点对应的历史效率以及历史瞬时流量代入上述公式即可算出上述工频效率参数，并将该工频特性参数与对应的水泵型号进行关联后保存至数据存储模块供后续使用。

本发明的较佳的实施例中，实时效率的计算公式如下：

其中，

η表示实时效率，a₀…a_n表示工频效率参数，n₀表示水泵的工频频率，n₁表示实时变频频率，H表示实时扬程，H₀和s₀表示工频特性参数。

具体地，本实施方式中，根据上述流量比例定律和扬程比例定律的表达式可知：

由上式可以推导出：

令

则可得到如下相似工况方程：H′＝kQ²，将该表达式作为水泵的相似工况曲线的表达式。

以型号为WDL64-2-2的水泵为例说明上述实时效率的推导过程：如图2所示，在同一坐标系下分别绘制水泵在工频工况下运行时的工频特性曲线L1、水泵在变频工况下运行时的变频特性曲线L2以及水泵的相似工况曲线L3，优选以历史扬程为纵坐标，以历史瞬时流量为横坐标。上述相似工况方程中的k可以选取工频特性曲线L1或者变频特性曲线L2中的任意一点对应的横坐标值和纵坐标值求解得到，根据求解得到的k确定相似工况方程并绘制相似工况曲线L3。图中可以看出，相似工况曲线L3与工频特性曲线L1相交于点A，相似工况曲线L3与变频特性曲线L2相交于点B，由于点A和点B均在相似工况曲线L3上，因此其对应的水泵效率η_A和η_B相等。

已知n₀，n₁，工频工况下的扬程H_s并结合上述水泵比例律公式以及第一曲线方程和第二曲线方程的表达式，可求出水泵工频工况下工作点为A点时的流量Q_l：

将Q_l代入第二曲线方程即可得到工作点A的水泵效率η_A，由于点A和点B的水泵效率相等，则可获取水泵效率η_B。

进一步地，水泵在实际工作中，往往没有工作在工况点，而是存在一定的偏移，如图3所示，以一恒压变频供水设备为例，该设备水泵型号为WDL-64-2-2，在同一坐标系下分别绘制水泵在工频工况下运行时的工频特性曲线L1、水泵出口压力与进口压力之差的压差线L4以及水泵的相似工况曲线L3，优选以历史扬程为纵坐标，以历史瞬时流量为横坐标。图中可以看出，相似工况曲线L3与工频特性曲线L1相交于点A，相似工况曲线L3与压差线L4相交于点B，设备的实际工作点记为C，由上述推导过程可知点A与点B均为工况点，且二者工况相似，故A、B两点效率相等。图3中，点B为变频运行时的理论工况点，点C为设备实际工作点，可用点B的效率值近似代替点C的效率值，则水泵实际工作点C的运行效率可求。

本发明的较佳的实施例中，还包括一异常监控模块7，分别连接数据采集模块3和效率检测模块4，异常监控模块7包括：

异常检测单元71，用于对实时变频频率和实时扬程进行异常值检测，并在实时变频频率和/或实时扬程存在异常值时给出异常信号；

第一处理单元72，连接异常检测单元71，用于根据异常信号对异常值进行修正得到修正值，并将修正值发送至效率检测模块处理得到水泵的实时效率；和/或

第二处理单元73，连接异常检测单元71，用于根据异常信号将异常值去除。

具体地，本实施例中，上述实时变频频率可能在短时间内出线大幅度的跳变，可以设定一变化率阈值，在当前时刻采集的实时变频频率相对于前一时刻采集的实时变频频率的变化率大于该变化率阈值时，异常检测单元71输出实时变频频率出现异常值的异常信号，随后可以对该实时变频频率进行修正，如将其修正为一预设的标准值，随后发送至效率检测模块进行水泵的实时效率的计算，也可以将该异常值去除，即效率检测模块不计算当前时刻的实时效率。上述实时扬程为采集得到的水泵出口压力值和水泵进口压力值的差值，水泵出口压力值或水泵进口压力值任意一个出现异常都会导致实时扬程出现异常，其中，可以预先设定一出口标准压力范围和一进口标准压力范围。针对水泵出口压力值，在水泵出口压力值不在出口标准压力范围时给出异常信号，随后可以将水泵出口压力值修正为出口标准压力范围之内，优选可以计算历史水泵出口压力值并计算平均值，将该平均值作为当前时刻的水泵出口压力值，并计算实时扬程后发送至效率检测模块进行水泵的实时效率的计算，也可以将该异常值去除，即效率检测模块不计算当前时刻的实时效率。针对水泵进口压力值，在水泵进口压力值不在进口标准压力范围时给出异常信号，随后可以将水泵进口压力值修正为进口标准压力范围之内，并计算实时扬程后发送至效率检测模块进行水泵的实时效率的计算，也可以将该异常值去除，即效率检测模块不计算当前时刻的实时效率。上述实时扬程的修正还包括对水泵出口压力值和水泵进口压力值进行单位换算，由于不同设备进行压力值采集时采用的单位或者量级可能是不一致的，需要将进行单位统一，优选将单位统一换算成米。

本发明的较佳的实施例中，异常监控模块7还包括一异常告警单元74，连接异常检测单元71，用于根据异常信号输出一告警信息。

具体地，本实施例中，可以设置一后台监控中心，连接上述异常监控模块7，通过该后台监控中心接收上述告警信息以供管理人员进行查看。

一种水泵实时效率监测方法，应用于上述的水泵实时效率监测系统，水泵实时效率监测系统中预先存储有至少一水泵型号，每个水泵型号关联一工频特性参数和一工频效率参数；

如图4所示，水泵实时效率监测方法包括：

步骤S1，获取一水泵的水泵型号，以匹配得到相应的工频特性参数和工频效率参数；

步骤S2，分别实时采集水泵在变频工况下的实时变频频率和实时扬程；

步骤S3，根据实时扬程、实时变频频率、工频特性参数和工频效率参数处理得到水泵的实时效率。

本发明的较佳的实施例中，执行步骤S1之前，包括一工频特性参数获取过程，如图5所示，包括：

步骤A1，预先获取具有水泵型号的水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史扬程，并处理得到水泵的工频特性曲线；

步骤A2，拟合得到工频特性曲线对应的第一曲线方程，并处理得到工频特性参数。

本发明的较佳的实施例中，执行步骤S2之前，包括一工频效率参数获取过程，如图6所示，包括：

步骤B1，预先获取具有水泵型号的水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史效率，并处理得到水泵的效率特性曲线；

步骤B2，拟合得到效率特性曲线对应的第二曲线方程，并处理得到工频效率参数。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种水泵实时效率监测系统，其特征在于，包括：

数据存储模块，用于保存预先生成的至少一水泵型号，每个所述水泵型号关联一工频特性参数和一工频效率参数；

数据获取模块，连接所述数据存储模块，用于获取一水泵的所述水泵型号，以匹配得到相应的所述工频特性参数和所述工频效率参数；

数据采集模块，用于分别实时采集所述水泵在变频工况下的实时变频频率和实时扬程；

效率检测模块，分别连接所述数据获取模块和所述数据采集模块，用于根据所述实时扬程、所述实时变频频率、所述工频特性参数和所述工频效率参数处理得到所述水泵的实时效率。

2.根据权利要求1所述的水泵实时效率监测系统，其特征在于，还包括一第一处理模块，连接所述数据存储模块，所述第一处理模块包括：

第一曲线生成单元，用于预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史扬程，并处理得到所述水泵的工频特性曲线；

第一参数计算单元，连接所述第一曲线生成单元，用于拟合得到所述工频特性曲线对应的第一曲线方程，并处理得到所述工频特性参数保存在所述数据存储模块。

3.根据权利要求1所述的水泵实时效率监测系统，其特征在于，还包括一第二处理模块，连接所述数据存储模块，所述第二处理模块包括：

第二曲线生成单元，用于预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史效率，并处理得到所述水泵的效率特性曲线；

第二参数计算单元，连接所述第二曲线生成单元，用于拟合得到所述效率特性曲线对应的第二曲线方程，并处理得到所述工频效率参数保存在所述数据存储模块。

4.根据权利要求1所述的水泵实时效率监测系统，其特征在于，所述实时效率的计算公式如下：

其中，

η表示所述实时效率，a₀…a_n表示所述工频效率参数，n₀表示所述水泵的工频频率，n₁表示所述实时变频频率，H表示所述实时扬程，H₀和s₀表示所述工频特性参数。

5.根据权利要求1所述的水泵实时效率监测系统，其特征在于，还包括一异常监控模块，分别连接所述数据采集模块和所述效率检测模块，所述异常监控模块包括：

异常检测单元，用于对所述实时变频频率和所述实时扬程进行异常值检测，并在所述实时变频频率和/或所述实时扬程存在异常值时给出异常信号；

第一处理单元，连接所述异常检测单元，用于根据所述异常信号对所述异常值进行修正得到修正值，并将所述修正值发送至所述效率检测模块处理得到所述水泵的实时效率；和/或

第二处理单元，连接所述异常检测单元，用于根据所述异常信号将所述异常值去除。

6.根据权利要求5所述的水泵实时效率监测系统，其特征在于，所述异常监控模块还包括一异常告警单元，连接所述异常检测单元，用于根据所述异常信号输出一告警信息。

7.一种水泵实时效率监测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的水泵实时效率监测系统，所述水泵实时效率监测系统中预先存储有至少一水泵型号，每个所述水泵型号关联一工频特性参数和一工频效率参数；

所述水泵实时效率监测方法包括：

步骤S1，获取一水泵的所述水泵型号，以匹配得到相应的所述工频特性参数和所述工频效率参数；

步骤S2，分别实时采集所述水泵在变频工况下的实时变频频率和实时扬程；

步骤S3，根据所述实时扬程、所述实时变频频率、所述工频特性参数和所述工频效率参数处理得到所述水泵的实时效率。

8.根据权利要求7所述的水泵实时效率监测方法，其特征在于，执行所述步骤S1之前，包括一工频特性参数获取过程，包括：

步骤A1，预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史扬程，并处理得到所述水泵的工频特性曲线；

步骤A2，拟合得到所述工频特性曲线对应的第一曲线方程，并处理得到所述工频特性参数。

9.根据权利要求7所述的水泵实时效率监测方法，其特征在于，执行所述步骤S2之前，包括一工频效率参数获取过程，包括：

步骤B1，预先获取具有所述水泵型号的所述水泵在工频工况下的历史瞬时流量以及对应的历史效率，并处理得到所述水泵的效率特性曲线；

步骤B2，拟合得到所述效率特性曲线对应的第二曲线方程，并处理得到所述工频效率参数。

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