CN113623193A - 一种变频泵运行状态监测系统及其监测方法 - Google Patents

一种变频泵运行状态监测系统及其监测方法 Download PDF

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CN113623193A CN202110914931.2A CN202110914931A CN113623193A CN 113623193 A CN113623193 A CN 113623193A CN 202110914931 A CN202110914931 A CN 202110914931A CN 113623193 A CN113623193 A CN 113623193A
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赖周年
吴大转
许超
杨帅
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Huzhou Institute of Zhejiang University
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Huzhou Institute of Zhejiang University
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00—Testing machines, pumps, or pumping installations

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Abstract

本发明公开一种变频泵运行状态监测系统及其监测方法，由2只压力传感器、1只显示盒及其内部单片机与配套电路、2根数据线用于连接压力传感器与显示盒、以及1根变频/供电/编程多功能数据线等构成，显示盒可固定在泵体或电机外壳或附近墙面上，本发明的监测系统可依据预设的泵性能曲线及测得的压力数据，推算出泵运行状态下的各参数。

Description

一种变频泵运行状态监测系统及其监测方法
技术领域
本发明涉及流体机械及其自动化监测领域，具体涉及一种用于变频泵上监测其实时运行状态的监测系统和监测方法，主要适合于工业供水、排水，农业及家庭等泵用场所。
背景技术
泵在运行过程中，其流量、扬程、效率等运行状态无法直观显示，往往需要依靠控制柜中屏幕或中控系统中才能观察到，而中控室往往不在泵附近，给泵的运维造成不便。此外，对于单泵系统，若为其单独配备一套中控系统，则大大增加其成本。
发明内容
为了解决变频泵在运行过程中的低成本监测问题，本发明提供了一种用于变频泵上监测其实时运行状态的监测系统和监测方法。
本发明可通过以下技术方案予以实现：
一种变频泵运行状态监测系统，包括与泵电机连接的泵，所述泵的进口和出口上各设有一个压力传感器，该压力传感器分别通过数据线连接至一显示盒，该显示盒内部设有的单片机采集压力数据，所述显示盒通过变频/供电/编程数据线连接一变频器采集变频器工作频率。
进一步地，所述压力传感器分别通过螺纹连接方式安装于所述泵的进口和出口法兰附近。
进一步地，所述变频/供电/编程数据线的其中两芯连接变频的转速输出引脚，采集变频器的工作转速，另两芯用于供电，另三芯用于参数写入以及编程调试。
本发明还提出一种利用以上所述的变频泵运行状态监测系统监测变频泵运行状态方法，包括以下步骤：
a)将泵的转速-流量-扬程性能关系系数a1、a2、a3，转速-流量-功率关系系数b1、b2、b3、b4和泵设计点流量Qde预先输入至显示盒内单片机程序中，泵流量-扬程性能关系函数为：
H＝a1Q2+a2Qk+a3k2 (1)
其中H为泵扬程，单位为m；Q为泵内流量，单位为m3/h；k为泵的转速比，具体定义为实际工作转速与额定转速之比，k＝n/nr，n为多功能数据线从变频器采集得到的实际工作转速，单位为rpm，nr为泵的额定转速，可从泵的铭牌处读得或由厂家提供；a1、a2、a3为与泵相关的泵转速-流量-扬程关系系数，可通过实验标定或由泵生产厂家提，泵转速-流量-功率性能关系函数为：
W＝b1Q3+b2Q2k+b3Qk2+b4k3 (2)
其中W为泵功率，单位为kW；b1、b2、b3、b4为与泵相关的泵转速-流量-功率关系系数，可通过实验标定或由泵生产厂家提供；
b)将进口压力传感器安装于泵入口处，将出口压力传感器安装于泵出口处，并通过数据线分别连接至显示盒对应接口；
c)将显示盒的变频/供电/编程口通过供电/编程数据线连接至变频器和电源；
d)工作时，进出口压力传感器将分别采集泵进口与出口压力，并通过数据线输入至显示盒内单片机；变频/供电/编程口将采集变频器转速；单片机内置程序将根据预设的泵转速-流量-扬程性能关系函数、转速-流量-效率关系函数推算出泵的扬程H、流量Q、功率W、效率η以及工况偏移程度σ，具体计算依据如下：
1)泵扬程H：
Figure BDA0003205284170000021
其中Pin为泵入口压力，单位为Pa；Pout为泵出口压力，单位为Pa；ρ为泵内流动介质的密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；H为泵扬程，单位为m。
2)泵转速n：由变频/供电/编程口从变频器采集得到，并可得到转速比k。
3)泵流量Q：由已知的泵扬程H和转速-流量-扬程性能关系系数a1、a2、a3，根据式(1)反推得到。
4)泵功率W：由已知的泵扬程Q和转速-流量-功率关系系数b1、b2、b3、b4，根据式(2)得到；
5)泵效率η：
Figure BDA0003205284170000031
6)工况偏移程度σ：
Figure BDA0003205284170000032
其中，Qde为泵的设计点流量，单位为m3/h。
有益效果
本发明可采集泵进出口的压力数据和转速数据，并根据预设的泵性能曲线，可推算泵运行过程各状态参数(包括但不限于泵进口压力、泵出口压力、压差、扬程、功率、效率、工况偏离程度等)并在其屏上显示。
附图说明
图1是本发明中变频泵运行状态监测系统示意图。
其中：1.泵电机2.泵3.泵进口管4.泵进口压力传感器5.泵进口压力传感器数据线6.泵出口压力传感器数据线7.泵出口压力传感器8.泵出口管9.变频/供电/编程多功能数据线(包括供电线9a/编程数据线9b和变频器数据采集线9c)10.显示盒变频/供电/编程口11.显示盒12.显示屏13.显示盒泵进口压力传感器接口14.显示盒泵出口压力传感器接口。
图2是本发明中显示盒内部结构示意图。
其中：10a.显示盒内部通讯线10b.显示盒内部供电线15.内部单片机。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
如图1和图2所示，本发明的一种变频泵运行状态监测系统，包括泵电机1、泵2、泵进口管3、泵进口压力传感器4、泵进口压力传感器数据线5、泵出口压力传感器数据线6、泵出口压力传感器7、泵出口管8、变频/供电/编程数据线9、显示盒供电/编程口10、显示盒(图中10a为显示盒内部通讯线，10b为显示盒内部供电线)、11、显示屏12、显示盒泵进口压力传感器接口13、显示盒泵出口压力传感器接口14和单片机15。其中，泵进口压力传感器4和泵出口压力传感器7通过螺纹连接等方式安装于泵进出口法兰附近，并分别通过数据线5和6连接至显示盒泵进口压力传感器接口13和泵出口压力传感器接口14。变频/供电/编程多功能数据线9其中两芯连接变频的转速输出引脚(即9c)，采集变频器的工作转速，另两芯用于供电(即9a)，另三芯用于参数写入以及编程调试(即9b)。泵的转速-流量-扬程性能关系系数a1、a2、a3，转速-流量-功率关系系数b1、b2、b3、b4和泵设计点流量Qde预先输入至显示盒11内的单片机15的内部程序中。泵进出口压力数据及转速数据采集后，单片机15内部程序安装前述原理与公式，计算得到泵各运行状态参数(扬程H、转速n、流量Q、功率W、效率η以及工况偏移程度σ)，并显示在液晶显示屏12中。具体的方法步骤为：
a)将泵的转速-流量-扬程性能关系系数a1、a2、a3，转速-流量-功率关系系数b1、b2、b3、b4和泵设计点流量Qde预先输入至显示盒内单片机程序中，泵流量-扬程性能关系函数为：
H＝a1Q2+a2Qk+a3k2 (1)
其中H为泵扬程，单位为m；Q为泵内流量，单位为m3/h；k为泵的转速比，具体定义为实际工作转速与额定转速之比，k＝n/nr，n为多功能数据线从变频器采集得到的实际工作转速，单位为rpm，nr为泵的额定转速，可从泵的铭牌处读得或由厂家提供；a1、a2、a3为与泵相关的泵转速-流量-扬程关系系数，可通过实验标定或由泵生产厂家提，泵转速-流量-功率性能关系函数为：
W＝b1Q3+b2Q2k+b3Qk2+b4k3 (2)
其中W为泵功率，单位为kW；b1、b2、b3、b4为与泵相关的泵转速-流量-功率关系系数，可通过实验标定或由泵生产厂家提供；
b)将进口压力传感器安装于泵入口处，将出口压力传感器安装于泵出口处，并通过数据线分别连接至显示盒对应接口；
c)将显示盒的变频/供电/编程口通过供电/编程数据线连接至变频器和电源；
d)工作时，进出口压力传感器将分别采集泵进口与出口压力，并通过数据线输入至显示盒内单片机；变频/供电/编程口将采集变频器转速；单片机内置程序将根据预设的泵转速-流量-扬程性能关系函数、转速-流量-效率关系函数推算出泵的扬程H、流量Q、功率W、效率η以及工况偏移程度σ，具体计算依据如下：
1)泵扬程H：
Figure BDA0003205284170000051
其中Pin为泵入口压力，单位为Pa；Pout为泵出口压力，单位为Pa；ρ为泵内流动介质的密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；H为泵扬程，单位为m。
2)泵转速n：由变频/供电/编程口从变频器采集得到，并可得到转速比k。
3)泵流量Q：由已知的泵扬程H和转速-流量-扬程性能关系系数a1、a2、a3，根据式(1)反推得到。
4)泵功率W：由已知的泵扬程Q和转速-流量-功率关系系数b1、b2、b3、b4，根据式(2)得到；
5)泵效率η：
Figure BDA0003205284170000052
6)工况偏移程度σ：
Figure BDA0003205284170000053
其中，Qde为泵的设计点流量，单位为m3/h。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，其中进出口压力传感器、变频器的连接、显示盒及内部单片机、显示屏元器件等是本方案中不可缺少的部分，但不对其结构、型号、安装方式、通讯口类型、数据通讯协议等进行限制，只要能够在泵进出口安装压力传感器、连接变频器采集工作转速并通过前述公式推算得到变频泵运行状态参数并通过小巧型屏幕显示的方式对变频泵进行状态监测的系统或方案均在本发明的保护之列。凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明专利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变频泵运行状态监测系统，包括与泵电机连接的泵，其特征在于，所述泵的进口和出口上各设有一个压力传感器，该压力传感器分别通过数据线连接至一显示盒，该显示盒内部设有的单片机采集压力数据，所述显示盒通过变频/供电/编程数据线连接一变频器采集变频器工作频率。
2.根据权利要求1所述的变频泵运行状态监测系统，其特征在于，所述压力传感器分别通过螺纹连接方式安装于所述泵的进口和出口法兰附近。
3.根据权利要求1或2所述的变频泵运行状态监测系统，其特征在于，所述变频/供电/编程数据线的其中两芯连接变频的转速输出引脚，采集变频器的工作转速，另两芯用于供电，另三芯用于参数写入以及编程调试。
4.一种利用权利要求3所述的变频泵运行状态监测系统监测变频泵运行状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将泵的转速-流量-扬程性能关系系数a1、a2、a3，转速-流量-功率关系系数b1、b2、b3、b4和泵设计点流量Qde预先输入至所述显示盒内单片机程序中，泵流量-扬程性能关系函数为：
H＝a1Q2+a2Qk+a3k2 (1)
其中H为泵扬程，单位为m；Q为泵内流量，单位为m3/h；k为泵的转速比，具体定义为实际工作转速与额定转速之比，k＝n/nr，n为多功能数据线从变频器采集得到的实际工作转速，单位为rpm，nr为泵的额定转速，可从泵的铭牌处读得或由厂家提供；a1、a2、a3为与泵相关的泵转速-流量-扬程关系系数，可通过实验标定或由泵生产厂家提供，泵转速-流量-功率性能关系函数为：
W＝b1Q3+b2Q2k+b3Qk2+b4k3 (2)
其中W为泵功率，单位为kW；b1、b2、b3、b4为与泵相关的泵转速-流量-功率关系系数，可通过实验标定或由泵生产厂家提供；
b)将所述进口压力传感器安装于泵入口处，将所述出口压力传感器安装于泵出口处，并通过数据线分别连接至显示盒对应接口；
c)将显示盒的变频/供电/编程口通过供电/编程数据线连接至变频器和电源；
d)工作时，所述进出口压力传感器将分别采集泵进口与出口压力，并通过数据线输入至显示盒内单片机；变频/供电/编程口将采集变频器转速；单片机内置程序将根据预设的泵转速-流量-扬程性能关系函数、转速-流量-效率关系函数推算出泵的扬程H、流量Q、功率W、效率η以及工况偏移程度σ，具体计算依据如下：
1)泵扬程H：
Figure FDA0003205284160000021
其中Pin为泵入口压力，单位为Pa；Pout为泵出口压力，单位为Pa；ρ为泵内流动介质的密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；H为泵扬程，单位为m；
2)泵转速n：由变频/供电/编程口从变频器采集得到，并可得到转速比k；
3)泵流量Q：由已知的泵扬程H和转速-流量-扬程性能关系系数a1、a2、a3，根据式(1)反推得到；
4)泵功率W：由已知的泵扬程Q和转速-流量-功率关系系数b1、b2、b3、b4，根据式(2)得到；
5)泵效率η：
Figure FDA0003205284160000022
6)工况偏移程度σ：
Figure FDA0003205284160000023
其中，Qde为泵的设计点流量，单位为m3/h。
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