CN115750319A - 一种现场水泵性能曲线拟合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种现场水泵性能曲线拟合方法，包括以下步骤：S1:建立基于试验输入参数的水泵试验性能曲线；S2:获取现场水泵的当前输入参数；S3:根据所述当前输入参数和所述试验输入参数计算空间距离，结合所述水泵试验性能曲线，拟合现场水泵性能曲线。本发明结合仿真实验数据，拟合最接近试验点的性能曲线，有利于电厂在实际应用时快速、准确地拟合水泵的性能曲线，满足现场工期要求，便于现场跟踪水泵性能趋势变化，准确地反应现场水泵的性能，避免一些水泵在安装时导致结构变化而带来的曲线变化造成的运行安全风险。

Description

一种现场水泵性能曲线拟合方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及水泵性能检测技术领域，尤其涉及一种现场水泵性能曲线拟合方法。

背景技术

水泵是输送液体或使液体增压的流体机械，被广泛应用于工农业和人们生活的各个部门和领域。水泵的基本性能参数包括流量、扬程、功率、效率、转速等等，通常将表示水泵主要性能参数之间关系和变化规律的曲线称为水泵的性能曲线。水泵制造厂往往会提供水泵出厂性能曲线，但在实际应用中，还需根据现场条件以及水泵实际安装导致的结构变化等等对水泵出厂性能曲线做一定调整。

由于条件所限，电厂仅能对个别工况点进行试验，在此情况下，若需要确定水泵的实际性能曲线，目前采用的技术是测点平移方法，即做出一个或几个水泵的工况点，把制造厂所提供的曲线不做任何修正平移到新做出来的工况点或它们的平均位置。

由于现有技术仅是制造厂曲线的平移，不能解决水泵由于安装导致的结构变化而带来的曲线变化。因而不能正确预测实际应用时水泵的性能，将会导致管路中的流体流量或压力与设计值存在偏差，管路中的流体不能维持正常的流量或压力，可能导致系统运行效率下降并带来运行安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于拟合因安装导致结构变化而带来的曲线变化的现场水泵的性能曲线，提供一种现场水泵性能曲线拟合方法，以获得实际的现场水泵性能曲线，更准确地反映水泵的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种现场水泵性能曲线拟合方法，包括以下步骤：

S1：建立基于试验输入参数的水泵试验性能曲线；

S2：获取现场水泵的当前输入参数；

S3：根据所述当前输入参数和所述试验输入参数计算空间距离，结合所述水泵试验性能曲线，拟合现场水泵性能曲线。

在本发明所述的现场水泵性能曲线拟合方法中，所述步骤S1包括：

S11：建立所述水泵的三维模型；

S12：筛选并根据所述水泵的性能影响因素，设定所述试验输入参数；

S13：根据所述试验输入参数结合所述三维模型，进行三维仿真，以得到所述水泵试验性能曲线。

在本发明所述的现场水泵性能曲线拟合方法中，所述步骤S13包括：

S131：判断仿真得到的所述水泵试验性能曲线中最相邻曲线的最大偏差是否小于阈值；

S122：若判断所述最大偏差未小于阈值，则重新调整所述试验输入参数，并仿真以得到调整后的所述水泵试验性能曲线；

S123：重复S121-S122，直至判断所述最大偏差小于阈值，执行步骤S2。

优选地，在本发明所述的现场水泵性能曲线拟合方法中，在所述步骤S12中，采用正交试验法设计所述试验输入参数。

在本发明所述的现场水泵性能曲线拟合方法中，所述步骤S3包括：

S31：计算所述当前输入参数与所述试验输入参数的空间距离，获得空间距离最小和第二小的两组数据；

S32：根据所述空间距离最小和第二小的两组数据并结合对应的所述水泵试验性能曲线，拟合所述现场水泵性能曲线。

优选地，所述获得空间距离最小和第二小的两组数据包括最小空间距离、与所述最小空间距离对应的试验输入参数以及第二小空间距离、与所述第二小空间距离对应的试验输入参数。

在本发明所述的现场水泵性能曲线拟合方法中，所述步骤S32还包括：

所述最小空间距离、所述第二小空间距离按照比例规则计算权重；根据权重比较所述最小空间距离、所述第二小空间距离对应的所述水泵试验性能曲线得到所述现场水泵性能曲线。

优选地，所述按照比例规则计算权重满足公式如下：

为第二小空间距离试验性能曲线，

为最小空间距离试验性能曲线，(x₁’,x₂‘,…,x_i’)、(x₁“,x₂”,…,x_i“)为试验输入参数，d₁最小空间距离，d₂为第二小空间距离，Q为水泵的流量，P为水泵的扬程。

在本发明所述的现场水泵性能曲线拟合方法中，还包括以下步骤：

测量现场水泵的现场工况点；根据所述现场工况点计算修正参数，所述修正参数对所述现场水泵性能曲线修正，得到最终的现场水泵性能曲线。

优选地，所述根据所述现场工况点计算修正参数，所述修正参数对所述现场水泵性能曲线修正，得到最终的现场水泵性能曲线包括：

若所述现场工况点只有一个，则直接使用所述现场工况点对所述现场水泵性能曲线修正；

若所述现场工况点有多个，则通过最小二乘法计算平均工况点得到所述修正参数对所述现场水泵性能曲线修正。

实施本发明的现场水泵性能曲线拟合方法，具有以下有益效果：

建立基于试验输入参数的水泵试验性能曲线；获取现场水泵的当前输入参数；根据所述当前输入参数和所述试验输入参数计算空间距离，结合所述水泵试验性能曲线，拟合现场水泵性能曲线，获得实际的现场水泵性能曲线，可以更加准确地反应现场水泵的性能，有利于电厂在实际应用泵时快速、准确地拟合水泵的性能曲线，便于现场跟踪水泵性能趋势变化，评估水泵的可用性，避免一些水泵在安装时导致结构变化而带来的曲线变化造成的运行安全风险。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的现场水泵性能曲线拟合的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的建立水泵试验性能曲线的流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，图1为本发明实施例提供的现场水泵性能曲线拟合的流程示意图。

具体地，如图1所示，该现场水泵性能曲线拟合方法包括：

步骤S1、建立基于试验输入参数的水泵试验性能曲线；

步骤S2、获取现场水泵的当前输入参数；

步骤S3、根据当前输入参数和试验输入参数计算空间距离，结合水泵试验性能曲线，拟合现场水泵性能曲线。

参考图2，图2为本发明实施例提供的建立水泵试验性能曲线的流程示意图。

进一步地，如图2所示，在本实施例中，步骤S1建立基于试验输入参数的水泵试验曲线包括：

步骤S11、建立水泵的三维模型；

步骤S12、筛选并根据水泵的性能影响因素，设定试验输入参数；

步骤S13、根据试验输入参数结合三维模型，进行三维仿真，以得到水泵试验性能曲线。

具体地，在步骤S11中，水泵的三维模型由三维成像扫描仪对水泵进行扫描建立而成。其中，三维成像扫描仪用于对水泵的外形和结构进行扫描得到水泵的成像，能够将水泵的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号。三维成像扫描仪具有数据采样率高、高分辨率、高精度等优点。可以理解地，水泵的三维模型也可以通过其他方法建立。

在步骤S12中筛选并根据水泵的性能影响因素设定试验输入参数。具体地，水泵的性能影响因素可以是前口环间隙、后口环间隙、轴向间隙、径向间隙等，从水泵的性能影响因素中筛选出在实际安装时可能会带来更大的结构变化的影响因素作为试验输入参数，再采用正交试验法对该试验参数进行设计。

其中，正交试验法是用正交表来安排和分析多因素试验的一种数理统计方法，可以对水泵性能的多种影响因素进行试验，并把试验中各种因素的不同状态称为水平，因此在采用正交试验法对该试验参数进行设计时，必须对各个性能影响因素以及各个因素的不同水平进行试验。正交实验法设计试验输入参数的优点是所需试验次数少、使用方便，以达到试验效果好、效率高的技术效果，有利于提高水泵试验性能曲线仿真结果的准确度。

在本发明的一个具体实施例中，筛选出前口环间隙、后口环间隙、轴向间隙、径向间隙四种水泵的性能影响因素，由正交试验法设计试验输入参数，可以产生如下表1所示的试验输入参数：

表1

从上正交表可以看出，试验输入参数存在四种水泵的性能影响因素，由正交试验法设计后产生了9组试验输入参数(x₁,x₂,x₃,x₄)。其中，x₁为前口环间隙、x₂为后口环间隙、x₃为轴向间隙、x₄为径向间隙，并且每个因素对应相同的三个水平值1mm、0mm、-1mm。由正交试验法对上述四个因素以及各个因素的三个水平进行试验产生上述正交表，使得每个因素的每个水平与另一个因素各个水平各碰一次。每组试验输入参数(x₁,x₂,x₃,x₄)分别与三维模型结合仿真以得到与试验输入参数对应的水泵试验性能曲线。

在步骤S13中，根据试验输入参数结合三维模型，进行三维仿真，以得到水泵试验性能曲线。具体地，三维仿真通过专业的水泵软件Pumplinx进行，将各组试验输入参数水平值分别与水泵三维模型输入至水泵软件Pumplinx，Pumplinx根据该试验输入参数和三维模型进行水泵试验性能曲线仿真。其中，软件Pumplinx是针对各类泵的水力学模拟计算开发的CFD(计算流体力学)软件，具有全自动的直角笛卡尔网格生成器，方便直接从CAD文件生成空间计算网格；包括模型的处理、网格划分、求解以及后处理。使用Pumplinx软件模拟水泵仿真性能曲线能够大大缩短时间，计算速度快，达到性能曲线仿真结果准确的技术效果。可以理解地，也可由其他仿真软件对水泵进行性能曲线仿真。

在本实施例中，步骤S13还包括以下步骤：

步骤S131、判断仿真得到的水泵试验性能曲线中最相邻曲线的最大偏差是否小于阈值；

步骤S132、若判断最大偏差未小于阈值，则重新调整试验输入参数，并仿真以得到调整后的水泵试验性能曲线；

步骤S133、重复步骤S131-步骤S132，直至判断最大偏差小于阈值，执行步骤S2。

具体地，在本发明实施例中，由水泵软件Pumplinx根据试验输入参数并结合三维模型仿真出多条水泵试验性能曲线后，再对各个相邻水泵试验性能曲线进行偏差计算，并且判断最相邻水泵试验性能曲线的最大偏差是否小于阈值。工程设计的通常的偏差是5％，即5％范围内的偏差是可以接受的，但通过仿真计算出的结果的误差，常常会高于5％，也无理论能确保其一定在某个范围内。因此，优选地，该最大偏差阈值取为7％，且表明仿真误差不会淹没设计误差。可以理解地，该最大偏差阈值可以为10％或其他合理值。

若判断最相邻水泵试验性能曲线的最大偏差未小于阈值，则重新调整某一试验输入参数的水平值或增加一个水平值，根据调整后的试验输入参数以及三维模型由水泵软件Pumplinx仿真以得到调整后的水泵试验性能曲线。重复步骤S131-步骤S132，直至判断该最大偏差小于7％，则继续执行步骤S2。

另外需要补充说明的是，上述步骤中的试验输入参数、调整后的试验输入参数以及仿真得到的一系列与试验输入参数对应的水泵试验性能曲线均存于数据库中。

在本发明的实施例中，步骤S2中的当前输入参数是在现场水泵安装后由现场安装的采集设备对水泵的性能影响因素进行测量。

在本发明的实施例中，步骤S3还包括以下步骤：

步骤S31：计算当前输入参数与试验输入参数的空间距离，获得空间距离最小和第二小的两组数据；

步骤S32：根据空间距离最小和第二小的两组数据并结合对应的水泵试验性能曲线，拟合现场水泵性能曲线。

具体地，步骤S31中，空间距离的定义如公式(1)，并根据公式(1)计算空间距离，比较所计算的空间距离的值获得空间距离最小和第二小的两组数据。

其中，下标i表示种类,

为

到(x₁,x₂,…,x_i)的空间距离；

为当前输入参数；(x₁,x₂,…,x_i)为试验输入参数。

具体地，步骤S31中获得空间距离最小和第二小的两组数据包括最小空间距离、与所述最小空间距离对应的试验输入参数；第二小空间距离、与所述第二小空间距离对应的试验输入参数。

在本发明的实施例中，步骤S32还包括最小空间距离、第二小空间距离按照比例规则计算权重；根据权重影响比较最小空间距离、第二小空间距离对应的水泵试验性能曲线得到现场水泵性能曲线。

具体地，步骤S32中按照比例规则计算权重满足公式(2)如下：

其中，f′(Q,P)为权重影响后得到的现场水泵性能曲线；

为第二小空间距离试验性能曲线，

为最小空间距离试验性能曲线，(x₁’,x₂‘,…,x_i’)为与最小空间距离对应的试验输入参数，(x₁“,x₂”,…,x_i“)为与第二小空间距离对应的试验输入参数，d₁最小空间距离，d₂为第二小空间距离，Q为水泵的流量，P为水泵的扬程。

在本发明的实施例中，为了得到更加准确的现场水泵性能曲线，还需包括以下步骤：测量现场水泵的现场工况点；根据现场工况点计算修正参数，修正参数对现场水泵性能曲线修正，得到最终的现场水泵性能曲线。

具体地，对现场水泵当前输入参数下的水泵现场工况点进行测量，此时测量的现场工况点，可能是一个，也可能是多个，取决于现场条件。若现场工况点只有一个，则直接使用现场工况点对所述现场水泵性能曲线修正；若现场工况点有多个，则通过最小二乘法计算平均工况点得到所述修正参数后对现场水泵性能曲线修正，如公式(3)：

f(Q,P)＝f′(Q,P)+c (3)

其中，f(Q,P)为修正后的最终的现场水泵性能曲线；c为修正参数；并根据所测量的现场工况点(Q₁,P₁)，(Q₂,P₂)，…，(Q_j,P_j)，采用最小二乘法求解c，如公式(4)：

其中，g^′(Q_i)为f′(Q,P)的显式表达，即g^′(Q_i)＝P。将所测量的现场工况点代入公式(4)中，具体地，将(Q_j,P_j)中的Q_j代入g^′(Q_i)中，得到P，通过现场水泵性能曲线确定的P与测量的现场工况点P_i通过最小二乘法比较得到修正参数。

本发明的另一个具体实施例如下：

首先通过三维成像扫描仪建立水泵的三维模型，将水泵的性能影响因素作为影响水泵性能曲线的试验输入参数，并对试验输入参数采用正交试验法设计；然后根据试验输入参数和三维模型采用专业的水泵软件Pumplinx进行水泵的三维仿真，得到水泵试验性能曲线；再对相邻的水泵试验性能曲线进行偏差计算，使得最相邻曲线最大偏差小于7％，若不能达到，则重新调整试验输入参数的水平值，再重新仿真以得到调整后的水泵试验性能曲线，直到最相邻曲线最大偏差小于7％，将这些试验输入参数存于数据库中，使得数据库中存有试验输入参数以及对应的试验性能曲线。

其次，由现场安装的采集设备对安装后的现场水泵的当前输入参数进行测量，获取现场水泵的当前输入参数，并对当前输入参数下的现场水泵的工况点进行测量；然后根据公式(1)计算当前输入参数与试验输入参数的空间距离，找出试验输入参数与当前输入参数的空间距离最小和第二小的两组数据，并通过最小空间距离和第二小空间距离根据公式(2)按照比例规则计算权重，得到现场水泵的性能曲线。

最后，获取所测量的现场水泵工况点，该现场水泵工况点根据公式(4)按照最小二乘法计算修正参数，由修正参数根据公式(3)计算得到修正后的最终的现场水泵性能曲线。

通过实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：

采用本发明的现场水泵性能曲线拟合方法，建立基于试验输入参数的水泵试验性能曲线；获取现场水泵的当前输入参数；根据所述当前输入参数和所述试验输入参数计算空间距离，结合所述水泵试验性能曲线，拟合现场水泵性能曲线，获得实际的现场水泵性能曲线。本发明结合仿真实验数据，拟合最接近试验点的性能曲线，有利于电厂在实际应用时快速、准确地拟合水泵的性能曲线，满足现场工期要求，便于现场跟踪水泵性能趋势变化，准确地反应现场水泵的性能，避免一些水泵在安装时导致结构变化而带来的曲线变化造成的运行安全风险。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立基于试验输入参数的水泵试验性能曲线；

S2：获取现场水泵的当前输入参数；

S3：根据所述当前输入参数和所述试验输入参数计算空间距离，结合所述水泵试验性能曲线，拟合现场水泵性能曲线。

2.根据权利要求1所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：建立所述水泵的三维模型；

S12：筛选并根据所述水泵的性能影响因素，设定所述试验输入参数；

S13：根据所述试验输入参数结合所述三维模型，进行三维仿真，以得到所述水泵试验性能曲线。

3.根据权利要求2所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，所述步骤S13还包括：

S131：判断仿真得到的所述水泵试验性能曲线中最相邻曲线的最大偏差是否小于阈值；

S132：若判断所述最大偏差未小于阈值，则重新调整所述试验输入参数，并仿真以得到调整后的所述水泵试验性能曲线；

S133：重复S131-S132，直至判断所述最大偏差小于阈值，执行步骤S2。

4.根据权利要求1所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，

在所述步骤S12中，采用正交试验法设计所述试验输入参数。

5.根据权利要求1所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31：计算所述当前输入参数与所述试验输入参数的空间距离，获得空间距离最小和第二小的两组数据；

S32：根据所述空间距离最小和第二小的两组数据并结合对应的所述水泵试验性能曲线，拟合所述现场水泵性能曲线。

6.根据权利要求5所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，所述获得空间距离最小和第二小的两组数据包括：

最小空间距离、与所述最小空间距离对应的试验输入参数；第二小空间距离、与所述第二小空间距离对应的试验输入参数。

7.根据权利要求6所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，所述步骤S32还包括：

所述最小空间距离、所述第二小空间距离按照比例规则计算权重；

根据所述权重比较所述最小空间距离、所述第二小空间距离对应的所述水泵试验性能曲线得到所述现场水泵性能曲线。

8.根据权利要求7所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，所述按照比例规则计算权重满足公式如下：

f′(Q,P)为现场水泵性能曲线，

为第二小空间距离试验性能曲线，

为最小空间距离试验性能曲线，(x₁’,x₂‘,…,x_i’)、(x₁“,x₂”,…,x_i“)为试验输入参数，d₁最小空间距离，d₂为第二小空间距离，Q为水泵的流量，P为水泵的扬程。

9.根据权利要求7所述的现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，还包括以下步骤：

测量现场水泵的现场工况点；

根据所述现场工况点计算修正参数，所述修正参数对所述现场水泵性能曲线修正，得到最终的现场水泵性能曲线。

10.根据权利要求9所述的基于空间距离的试验条件受限时现场水泵性能曲线拟合方法，其特征在于，所述根据所述现场工况点计算修正参数，所述修正参数对所述现场水泵性能曲线修正，得到最终的现场水泵性能曲线包括：

若所述现场工况点只有一个，则直接使用所述现场工况点对所述现场水泵性能曲线修正；

若所述现场工况点有多个，则通过最小二乘法计算平均工况点以得到所述修正参数对所述现场水泵性能曲线修正。

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