CN114810647A - 一种基于功率的风机风量在线精确测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于功率的风机风量在线精确测量方法，方法为：建立由若干条风机风量‑功率曲线组成的风机特性曲线集，根据建立的风机特性曲线集，在线测量某一频率下的风机电机电压和电流，计算风机功率并将其代入对应频率下的风机风量‑功率曲线多项式，得出对应频率下的风机风量。其中，风机特性曲线集中两两相邻风机风量‑功率曲线对应频率间隔至多为1Hz。功率为视在功率或有功功率。还利用插值算法获得两频率之间任意频率的插值风机风量‑功率曲线。本发明通过测量风机电机的电压和电流，利用建立的频率间隔至多为1Hz的风机特性曲线集，能快速的获得风机在线风量，且测量结果偏差在3％以内，满足空调通风工程风量测量的精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及风机风量在线检测领域，特别是涉及一种基于功率的风机风量在线精确测量方法。
背景技术
目前，工程中一般均使用热线风速仪、毕托管或文丘里管等进行风机风量的测量。但这些测量仪器在实际使用中会受到某些限制，比如需要较长的前后直管段来均匀流场或需要安装于管道中导致系统能耗增加，并不能满足风机风量在线快速测量的需求。
基于上述现有技术，本申请创设一种新的基于功率的风机风量在线精确测量方法，使其通过建立频率间隔至多为1Hz的风机风量-功率曲线集，基于风机电机功率即能准确可靠的快速得到风机风量值，结果准确可靠，适合工程应用中在线检测通风量，成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于功率的风机风量在线精确测量方法，使其通过建立频率间隔至多为1Hz的风机风量-功率曲线集，基于风机电机功率即能准确可靠的快速得到风机风量值，结果准确可靠，适合工程应用中在线检测通风量，从而克服现有的风机风量测量方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于功率的风机风量在线精确测量方法，所述方法为：建立由若干条风机风量-功率曲线组成的风机特性曲线集，每条风机风量-功率曲线对应一个风机风量-功率曲线多项式，根据所建立的风机特性曲线集，在线测量某一频率下的风机电机的电压和电流，计算风机电机功率，并将功率值代入所述风机特性曲线集中对应频率下的风机风量-功率曲线多项式，得出对应频率下的风机风量，其中，所述风机特性曲线集中两两相邻风机风量-功率曲线对应频率间隔至多为1Hz。
进一步改进，所述方法还包括利用插值算法获得两条相邻的风机风量-功率曲线对应频率之间频率的插值风机风量-功率曲线的步骤，再利用所述插值风机风量-功率曲线得到对应频率下的风机风量。
进一步改进，所述插值算法为：在风量允许范围内按照100m3/h的分布间隔取风量点，将风量点代入两条相邻的风机风量-功率曲线多项式，计算得到相应的功率，再根据线性插值法计算该插值点位频率下的功率数据，由该插值点位频率下的功率数据与其风量值拟合，得到对应频率下的插值风机风量-功率曲线。
进一步改进，所述功率采用视在功率或有功功率。
进一步改进，所述视在功率的计算公式为：
其中：S为视在功率，VA；U为线电压，V；I为线电流，A；ρ标况为标准大气压下的空气密度；ρ实际为试验时环境气体密度。
进一步改进，所述方法得到的风机风量值与采用标准喷嘴测量得到的标准风量相比，偏差在3％以内。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明风机风量在线精确测量方法通过测量风机电机功率，利用建立的频率间隔至多为1Hz的风机特性曲线集，快速的间接获得风机风量，且应用该方法测量得到的风量与用标准喷嘴方法测量的风量相比偏差在3％以内，可以满足空调通风工程风量测量的精度要求。
还通过插值算法获得两个频率之间中间频率的插值风机风量-功率曲线及其对应的多项式，能准确可靠的获得允许运行频率中任一项频率工况下的风机风量，结果准确可靠，简便快捷。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明风机试验台的结构示意图。
图2是本发明实施例在47Hz频率下的风机风量-视在功率曲线及多项式。
图3是本发明实施例在42.5Hz频率下的插值风机风量-视在功率曲线及多项式。
具体实施方式
风机特性曲线是用以表示风机的主要性能参数(风量Q、风压P、功率S)之间关系的曲线，该风机特性曲线中风机风量与风机电机功率之间存在一一对应关系。本实施例就是在此原理基础上建立的一种基于视在功率的风机风量在线精确测量方法。其具体实施例如下。
建立风机特性曲线集
(一)试验装置
本实施例以双进口后弯叶片皮带驱动离心风机为试验风机，该风机的设计流量Q为6000m3/h，全压Pt为2000Pa，转速N为4175r/min，功率为5.5kw。
风机试验台如附图1所示，该风机试验台参照GB/T1236-2017及ANSI/AMCA210-07组装设计。该试验台由过滤器1、离心风机2、喷嘴箱3、缓冲箱4、电动风阀5、风管6，以及变频器、控制柜和各类传感器组成。通过自控系统控制输入参数变化，显示数值包括风机频率、温湿度、压差、阀门开度、电流等，风机转速与电压用转速传感器与万用表单独测量显示。该试验台中各类测量仪表误差均不超过GB/T1236-2017工业通风机标准化风道性能试验所规定的最大允许误差。
(二)试验方法
(1)风机特性曲线拟合：
固定风机频率为X(X取值为50-20Hz之间整数)，调节风机试验台下游的电动风阀5的开度Y，等到风机稳定运行后分别记录试验数据：风机频率(Hz)、风机叶轮转速(r/min)、流经风机电机的电流I(A)、电压U(V)、喷嘴箱前后压差Δp(Pa)、风阀开度反馈、喷嘴箱内温湿度、风机进口气体温湿度、大气压等。
首先，通过记录固定风机频率基础上各种电动风阀开度状态下的试验数据，换算得到该固定风机频率、不同风阀开度下的标准风机风量，以及风机电机的视在功率，将该风机风量与电机视在功率拟合，得到该固定风机频率下的风机风量-视在功率特性曲线及其多项式。
本实施例中视在功率S计算公式为：
式中：S为视在功率(伏安，VA)；U为线电压(伏，V)；I为线电流(安，A)；ρ标况为标准大气压下的空气密度；ρ实际为试验时环境气体密度。
然后，调节风机频率，依照上述方法得到风机在50-20Hz允许运行频率下的间隔为1Hz的31根风机风量-视在功率特性曲线，即得到风机特性曲线集。
当然，该视在功率也可采用有功功率代替，即拟合得到风机风量-有功功率特性曲线及曲线集。
(2)验证风机特性曲线多项式
确定风机运行频率，调节下游风阀开度，记录并计算风机运行稳定后的风机视在功率数据。将得到的视在功率数据代入该已知风机频率的风机风量-视在功率曲线多项式，计算得到该工况下的风量，并将计算风量与喷嘴箱计算得到的标准风量进行偏差分析。偏差计算公式为：
式中：Q计为拟合多项式计算得到的风量；Q标为喷嘴箱多喷嘴计算的标准风量。
(3)插值特性曲线及其多项式建立和试验验证
利用插值算法获得风机特性曲线集中两条相邻风机风量-视在功率曲线对应频率之间频率的插值风机风量-视在功率曲线及其多项式。具体方法为：在某一小数位的风机频率下，在风量允许范围内按照100m3/h的分布间隔取风量点，将风量点代入与其相邻的两条风机风量-视在功率曲线多项式，计算得到相应的视在功率，再根据线性插值法计算该插值点位频率下的视在功率数据，由该插值点位频率下的视在功率数据与其风量值拟合，得到对应频率下的插值风机风量-视在功率曲线及其多项式。
确定某一小数位的风机频率，在该频率下调节系统下游风阀开度，同上记录并计算风机运行稳定后的风机电机视在功率数据。将得到的视在功率数据代入由插值算法得到的该插值风量-视在功率曲线多项式，计算得到该工况下的风量，并将计算风量与喷嘴箱计算得到的标准风量进行偏差分析。
(三)试验结果
(1)风机特性曲线集
根据试验方法中得到固定风机频率下的风机风量-视在功率特性曲线的方法，获得本实施例中该风机在47Hz工况下的试验数据，见下表1，拟合曲线与多项式见图2。
表1 47Hz工况下的试验数据
接着，本实施例对该风机50-20Hz中31个整数频率都进行了试验数据测量，得到31根风机风量-视在功率特性曲线及其多项式，见下表2。
表2 31组风机风量-视在功率特性曲线多项式
注：上表中x表示视在功率(KVA)，y表示风机风量(m3/h)。
上表2中显示的风量范围，4000m3/h为该试验台喷嘴箱可测的最大风量，而每一频率的风量上下限一般设置在风机允许运行范围内。其中上限值为该频率下此系统运行的最大风量，下限值为测量时风机前后压差波动变大即风机处于不稳定工况时的临界风量。
(2)验证风机特性曲线多项式结果
根据上述试验方法中风机特性曲线多项式方法以及偏差分析方法，本实施例验证该风机在47Hz频率基础上各个工况下的风机风量测量值及其偏差，结果见下表3。
表3 47Hz风机风量-视在功率曲线多项式计算风量验证结果
从上表3可知，47Hz固定频率和转速的情况下，在风机允许运行范围内改变系统阻力，由风机视在功率代入风机风量-视在功率曲线多项式计算得到测量风量，将测量风量与标准风量进行对比分析，结果表明最大偏差为0.5658％。
本实施例还对31个频率下的测量风量与标准风量均进行试验验证，在风机允许运行范围内，通过该间隔1Hz的风机特性曲线集得到的各多项式的最大偏差，结果见下表4。
表4各频率下基于风机特性曲线集多项式测量风量的偏差结果
从上表4可知，在风机允许运行范围内，基于风机风量-视在功率曲线多项式测量得到的风量与标准风量相比，最大偏差是在22Hz的2.76％，不超过3％，其它情况下的偏差均更小。表明本实施例风机风量在线测量方法在风机允许运行风量范围内，间隔1Hz下的特性曲线数据是可以用于通过测量风机视在功率来间接得到风机风量的，并且整体偏差在3％以内。
(3)插值特性曲线多项式建立及验证结果
当风机频率为小数时，利用插值算法从与该小数频率相邻的两个整数频率对应的曲线多项式得到相应的插值风机风量-视在功率曲线及其多项式。以42.5Hz为例，根据已经试验得到的43Hz与42Hz的曲线多项式，由两条曲线的试验风量范围，选取交集作为42.5Hz的试验风量范围。在风量范围内按照间隔100m3/h分布取点如下表5风量所示。将风量点代入43Hz与42Hz曲线多项式计算得到相应功率，根据插值点位占据的份数平分得到该频率下的插值数据。具体数据见下表5所示，由此拟合成42.5Hz曲线多项式见下图3所示。
表5 42.5Hz内插数据
接着，本实施例验证该风机在42.5Hz频率基础上各个工况下的风机风量测量值及其偏差，结果见下表6。
表6 42.5Hz风机风量-视在功率曲线多项式计算风量验证结果
本实施例在20-50Hz中选取一部分小数频率得到插值风机风量-视在功率曲线及其多项式，并对其进行验证，验证结果如下表7。
表7间隔0.5Hz插值计算偏差结果
从上表7可知，由于0.5Hz是距离两端整数数据最远，相对于其它小数频率来说偏差最大。试验结果表明：基于插值风机风量-视在功率曲线多项式测量得到的风量与标准风量相比，最大偏差在26.5Hz情况下为2.71％，表明小数频率下采用插值获得插值特性曲线后代入计算风机风量误差仍可控制在3％以内。所以本申请在获得间隔为1Hz的风机风量-视在功率特性曲线集后，即可获得允许运行频率范围内的任一频率下的风机风量值，结果误差小，精准可靠。
对比实施例
本对比实施例仍以该风机和风机试验台为例，建立间隔为2、3、4、5Hz的风机特性曲线集，再利用该风机特性曲线集通过插值算法获得其它频率工况下的插值风机风量-视在功率曲线多项式，并对该插值风机风量-视在功率曲线多项式计算验证，其验证结果见下表8。
表8间隔插值计算风量验证
从表8中可知，间隔差值为2、3、4、5Hz时，通过插值风机风量-视在功率曲线多项式计算得到的风量，与标准风量相比偏差远远超出3％。尤其在间隔5Hz时通过插值计算得到的风量误差均超过3％，最大误差超过10％。间隔2Hz时通过插值计算得到的风量误差在20Hz至35Hz之间均超过3％。表明，风机特性曲线集中两两相邻风机风量-视在功率曲线对应频率间隔为1Hz时，才能准确可靠的通过测量风机视在功率得出风机在线风量。
本申请试验结果显示：该风机在稳定运行风量范围内，通过测量风机实时视在功率，利用建立的频率间隔至多为1Hz的风机特性曲线集，能快速的间接获得风机在线风量，且得到的风量与标准风量相比偏差在3％以内，结果准确可靠。并且，本申请人同样对由风机风量-有功功率曲线及其曲线集进行试验，由此获得的风机在线风量与标准风量相比偏差同样在3％以内，结果可靠精准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于功率的风机风量在线精确测量方法，其特征在于，所述方法为：建立由若干条风机风量-功率曲线组成的风机特性曲线集，每条风机风量-功率曲线对应一个风机风量-功率曲线多项式，根据所建立的风机特性曲线集，在线测量某一频率下的风机电机的电压和电流，计算风机电机功率，并将功率值代入所述风机特性曲线集中对应频率下的风机风量-功率曲线多项式，得出对应频率下的风机风量，其中，所述风机特性曲线集中两两相邻风机风量-功率曲线对应频率间隔至多为1Hz。
2.根据权利要求1所述的风机风量在线精确测量方法，其特征在于，所述方法还包括利用插值算法获得两条相邻的风机风量-功率曲线对应频率之间频率的插值风机风量-功率曲线的步骤，再利用所述插值风机风量-功率曲线得到对应频率下的风机风量。
3.根据权利要求2所述的风机风量在线精确测量方法，其特征在于，所述插值算法为：在风量允许范围内按照100m3/h的分布间隔取风量点，将风量点代入两条相邻的风机风量-功率曲线多项式，计算得到相应的功率，再根据线性插值法计算该插值点位频率下的功率数据，由该插值点位频率下的功率数据与其风量值拟合，得到对应频率下的插值风机风量-功率曲线。
4.根据权利要求1至3任一项所述的风机风量在线精确测量方法，其特征在于，所述功率采用视在功率或有功功率。
5.根据权利要求4所述的风机风量在线精确测量方法，其特征在于，所述视在功率的计算公式为：
其中：S为视在功率，VA；U为线电压，V；I为线电流，A；ρ标况为标准大气压下的空气密度；ρ实际为试验时环境气体密度。
6.根据权利要求5所述的风机风量在线精确测量方法，其特征在于，所述方法得到的风机风量值与采用标准喷嘴测量得到的标准风量相比，偏差在3％以内。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010209889A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Osaka Gas Co Ltd | ファン用ケーシング |
| CN104807152A (zh) * | 2014-01-28 | 2015-07-29 | 中山大洋电机股份有限公司 | Pm电机直接功率控制的恒风量控制方法及其应用的hvac系统 |
| CN109296558A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-01 | 天津瑞能电气有限公司 | 一种风机实际运行风量的快速测量方法 |
| CN110532509A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-03 | 中国计量大学 | 一种基于不确定度分析的泵与风机性能预测方法 |
| CN112240579A (zh) * | 2019-07-17 | 2021-01-19 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 一种抽油烟机及其控制方法 |
| CN114109859A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-03-01 | 中国计量大学 | 一种无流量传感的离心泵性能神经网络预测方法 |
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2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010209889A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Osaka Gas Co Ltd | ファン用ケーシング |
| CN104807152A (zh) * | 2014-01-28 | 2015-07-29 | 中山大洋电机股份有限公司 | Pm电机直接功率控制的恒风量控制方法及其应用的hvac系统 |
| CN109296558A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-02-01 | 天津瑞能电气有限公司 | 一种风机实际运行风量的快速测量方法 |
| CN112240579A (zh) * | 2019-07-17 | 2021-01-19 | 青岛海尔智能技术研发有限公司 | 一种抽油烟机及其控制方法 |
| CN110532509A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-03 | 中国计量大学 | 一种基于不确定度分析的泵与风机性能预测方法 |
| CN114109859A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-03-01 | 中国计量大学 | 一种无流量传感的离心泵性能神经网络预测方法 |
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