TWI833402B - 個別泵浦效率於並聯離心式泵浦站的檢測方法 - Google Patents
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Abstract
一種個別泵浦效率於並聯離心式泵浦站的檢測方法適用於並聯離心式泵浦站之並聯設置的多台離心式泵浦，所述檢測方法包括：自離心式泵浦之出廠時的性能測試表取得彼此關聯之多個流量測試值與多個馬達輸出功率測試值；對所述多個流量測試值與所述多個馬達輸出功率測試值進行迴歸分析以獲得多個迴歸係數並基於所述多個迴歸係數來建立性能方程式；根據多個量測值與馬達效率測試值來算出馬達輸出功率計算值；及將馬達輸出功率計算值代入性能方程式來算出流量計算值。
Description
本發明是關於一種離心式泵浦的檢測方法，且特別是關於一種並聯離心式泵浦站之單台離心式泵浦的效率檢測方法。
並聯離心式泵浦站連接管線為封閉式管路，因此如欲確認單台離心式泵浦的效率須將並聯離心式泵浦站的每台離心式泵浦皆加裝入/出口壓力計、流量計與馬達功率計，然而上述做法會遭受到量測設備配置不易及增加安裝成本的挑戰。一般而言，並聯離心式泵浦站為節省空間，其出口處皆配置90度彎管，為進一步獲得單台離心式泵浦的流量資訊，單台離心式泵浦的效率檢測過去多仰賴個別流量計，而目前大多以手持式超音波流量計進行量測，但彎管處的形狀、管徑、曲率半徑、銲道與接頭均會影響超音波反射的回波，造成量測結果差異性很大，故須於足夠長的直管處量測，但受限於流量計配置不易及安裝成本，迄今仍缺乏簡易可靠的檢測方案。
本發明之目的在於提出一種個別泵浦效率於並聯離心式泵浦站的檢測方法，適用於並聯離心式泵浦站之並聯設置的多台離心式泵浦。上述檢測方法包括：取得所述多台離心式泵浦之一者之出廠時的性能測試表；自性能測試表取得所述多台離心式泵浦之該者的多個流量測試值以及所述多個流量測試值所分別對應的多個馬達輸出功率測試值；對所述多個流量測試值與所述多個馬達輸出功率測試值進行迴歸分析以獲得多個迴歸係數，並基於所述多個迴歸係數來建立性能方程式；根據所述多台離心式泵浦之該者的多個量測值與馬達效率測試值來算出所述多台離心式泵浦之該者的馬達輸出功率計算值；及將所述多台離心式泵浦之該者的馬達輸出功率計算值代入性能方程式來算出所述多台離心式泵浦之該者的流量計算值。
在一些實施例中，以所述多個流量測試值作為迴歸分析的自變量並以所述多個流量測試值所分別對應的所述多個馬達輸出功率測試值作為迴歸分析的因變量，其中性能方程式為n次多項式迴歸方程式，其中
。
在一些實施例中，所述多台離心式泵浦之該者的所述多個量測值包括所述多台離心式泵浦之該者的馬達輸入電流量測值、馬達輸入電壓量測值、馬達功率因數量測值。
在一些實施例中，所述多台離心式泵浦之該者的馬達輸出功率計算值的算式為
，其中
I為馬達輸入電流量測值，
V為馬達輸入電壓量測值，
為馬達功率因數量測值，
為馬達效率測試值。
在一些實施例中，所述多台離心式泵浦之該者的馬達效率測試值取自所述多台離心式泵浦之該者的性能測試表。
在一些實施例中，上述檢測方法更包括：將所述多台離心式泵浦之該者的流量計算值代入泵浦總揚程方程式來算出所述多台離心式泵浦之該者的泵浦總揚程；及將所述多台離心式泵浦之該者的流量計算值與泵浦總揚程代入馬達效率方程式來算出所述多台離心式泵浦之該者的馬達效率計算值。
在一些實施例中，將所述多台離心式泵浦之該者的流量計算值、出口管壓力量測值、入口管壓力量測值、出口管路截面積、入口管路截面積、出口管高度量測值、入口管高度量測值代入泵浦總揚程方程式來算出所述多台離心式泵浦之該者的泵浦總揚程。
在一些實施例中，上述泵浦總揚程方程式為
，其中
為所述多台離心式泵浦之該者的出口管壓力量測值，
為所述多台離心式泵浦之該者的入口管壓力量測值，
為流體質量密度，
為重力加速度，
為所述多台離心式泵浦之該者的流量計算值，
為所述多台離心式泵浦之該者的出口管路截面積，
為所述多台離心式泵浦之該者的入口管路截面積，
為所述多台離心式泵浦之該者的出口管高度量測值，
為所述多台離心式泵浦之該者的入口管高度量測值。
在一些實施例中，將所述多台離心式泵浦之該者的流量計算值、泵浦總揚程、馬達輸入電流量測值、馬達輸入電壓量測值、馬達功率因數量測值、馬達效率測試值代入馬達效率方程式來算出所述多台離心式泵浦之該者的馬達效率計算值。
在一些實施例中，上述馬達效率方程式為
，其中
為所述多台離心式泵浦之該者的流量計算值，
為所述多台離心式泵浦之該者的泵浦總揚程。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
圖1係根據本發明的實施例之離心式泵浦的檢測方法1000的流程圖，依序包括步驟S1-S7。在本發明的實施例中，離心式泵浦的檢測方法1000為個別泵浦效率於並聯離心式泵浦站的檢測方法，適用於並聯離心式泵浦站之並聯設置的多台離心式泵浦。
於步驟S1，取得所述多台離心式泵浦之每一者之出廠時的性能測試表。上述之性能測試表記載多組測試紀錄數值組，每組測試紀錄數值組包含但不限於離心式泵浦的轉速測試值(單位rpm)、流量(capacity)測試值(泵浦流量測試值)(單位m
3/min)、泵浦揚程(head)測試值(單位m)、泵浦水馬力(WHP)測試值(單位HP)、馬達輸入電流測試值(單位安培A)、馬達輸入電壓測試值(單位伏特V)、馬達功率因數(power factor)測試值(單位%)、馬達效率(efficiency)測試值(單位%)、馬達輸出功率測試值(馬達軸馬力(BHP)測試值)(單位HP)等等。
於步驟S2，自所述多台離心式泵浦之每一者的性能測試表的多組測試紀錄數值組中取得所述多台離心式泵浦之每一者的多個流量測試值以及所述多個流量測試值所分別對應的多個馬達輸出功率測試值。
於步驟S3，對所述多台離心式泵浦之每一者的所述多個流量測試值與所述多個馬達輸出功率測試值進行迴歸分析以獲得多個迴歸係數，並基於所述多個迴歸係數來建立性能方程式。
在本發明的實施例中，以所述多個流量測試值作為迴歸分析的自變量並以所述多個流量測試值所分別對應的所述多個馬達輸出功率測試值作為迴歸分析的因變量，其中性能方程式為n次多項式迴歸方程式，其中
。在本發明的實施例中，性能方程式可表示為下式式(a)：
(a)
其中，
為流量測試值，
為流量測試值所對應的馬達輸出功率測試值，
、
、
、
為迴歸係數。
迴歸分析中的決定係數R
2，其值代表迴歸分析之自變量的變異值與因變量的變異值之比例，R
2愈大代表此迴歸分析能夠解釋變異量的比例愈大。因此R
2愈接近1.0表示性能方程式的精度較高，能和離心式泵浦出廠時所量測出的((馬達輸出功率)-(流量)曲線)吻合，因此可於後續的步驟S5進一步透過性能方程式以藉由離心式泵浦的馬達輸出功率計算值來計算出離心式泵浦的流量計算值。
於步驟S4，根據所述多台離心式泵浦之每一者的多個量測值與馬達效率測試值來算出所述多台離心式泵浦之每一者的馬達輸出功率計算值。
在本發明的實施例中，上述之多台離心式泵浦之每一者的多個量測值包括所述多台離心式泵浦之每一者的馬達輸入電流量測值、馬達輸入電壓量測值、馬達功率因數量測值。上述之多個量測值可藉由離心式泵浦之電盤上的線上馬達輸出功率量測模組(例如功因計、智慧電表等)來測得。
在本發明的實施例中，上述之多台離心式泵浦之每一者的馬達效率測試值可取自多台離心式泵浦之每一者的性能測試表，例如為性能測試表中的多組測試紀錄數值組當中的多個馬達效率測試值的平均值。
在本發明的實施例中，於步驟S4所述之馬達輸出功率計算值的算式可表示為下式式(b)：
(b)
其中，
為馬達輸出功率計算值，
為馬達輸入電流量測值，
為馬達輸入電壓量測值，
為馬達功率因數量測值，
為馬達效率測試值。
於步驟S5，將所述多台離心式泵浦之每一者的馬達輸出功率計算值代入性能方程式來算出所述多台離心式泵浦之每一者的流量計算值。換言之，將於步驟S4的式(b)所計算出的馬達輸出功率計算值
代入步驟S3的式(a)中的
，而據此所計算的
即為流量計算值
。
於步驟S6，將所述多台離心式泵浦之每一者的流量計算值(即，於步驟S5所算出者)代入泵浦總揚程方程式來算出所述多台離心式泵浦之每一者的泵浦總揚程。
在本發明的實施例中，將所述多台離心式泵浦之每一者的流量計算值(即，於步驟S5所算出者)、出口管壓力量測值、入口管壓力量測值、出口管路截面積、入口管路截面積、出口管高度量測值、入口管高度量測值代入泵浦總揚程方程式來算出所述多台離心式泵浦之每一者的泵浦總揚程。上述之出口管壓力量測值與入口管壓力量測值可透過設置於離心式泵浦之管路入/出口的壓力計量測得到。上述之出口管路截面積、入口管路截面積、出口管高度量測值與入口管高度量測值為並聯離心式泵浦站之多台離心式泵浦裝設好時即可得知的已知參數。
在本發明的實施例中，於步驟S6所述之泵浦總揚程方程式可表示為下式式(c)：
(c)
其中，
為泵浦總揚程，
為出口管壓力量測值，
為入口管壓力量測值，
為流體質量密度(單位kg/m
3)(視管路中的流體為何而定)，
為重力加速度(即9.8m/s
2)，
為流量計算值，
為出口管路截面積，
為入口管路截面積，
為出口管高度量測值，
為入口管高度量測值。
具體而言，泵浦總揚程為離心式泵浦之入/出口的能量差，根據伯努力定律(Bernoulli’s Principle)其值為離心式泵浦所供給之壓力能、動能(速度水頭)及位能的總和(即，上式式(c))。在伯努力定律中為求得精確的速度水頭，可將速度水頭方程式轉換為流量關係式，因流體為不可壓縮流，由質量守恆得知，離心式泵浦之入/出口的流體的流量會相同，即
，而(流量=流速*管路截面積)，據此計算出離心式泵浦流量後代入式(c)，即可算出泵浦總揚程。
於步驟S7，將所述多台離心式泵浦之每一者的流量計算值(即，於步驟S5所算出者)與泵浦總揚程(即，於步驟S6所算出者)代入馬達效率方程式來算出所述多台離心式泵浦之每一者的馬達效率計算值。
在本發明的實施例中，將所述多台離心式泵浦之每一者的流量計算值(即，於步驟S5所算出者)、泵浦總揚程(即，於步驟S6所算出者)、馬達輸入電流量測值、馬達輸入電壓量測值、馬達功率因數量測值、馬達效率測試值代入馬達效率方程式來算出所述多台離心式泵浦之每一者的馬達效率計算值。
在本發明的實施例中，於步驟S7所述之馬達效率方程式可表示為下式式(d)：
(d)
其中，
為馬達效率計算值，
為流量計算值，
為泵浦總揚程，
為馬達輸入電流量測值，
為馬達輸入電壓量測值，
為馬達功率因數量測值，
為馬達效率測試值。
具體而言，於步驟S7所算出者為單台離心式泵浦的馬達效率計算值，以利於操作及維護人員依據個別離心式泵浦的馬達效率計算值並配合其運行狀況來適時調控操作模式，亦可據以納入維修計畫與排程，有利於長期以最低能耗來滿足下游的變動需求。換言之，操作及維護人員可依據個別離心式泵浦的馬達效率計算值來檢測出個別離心式泵浦因結垢或磨耗所導致的馬達效率之劣化，從而利於隨時掌握並聯離心式泵浦站的個別離心式泵浦的狀況，並適時採取必要的維護及調控措施。舉例而言，一旦確認離心式泵浦結垢或磨耗，就能適時啟動計畫性維修，並對下游需求即時進行最佳化的調整。
以上概述了數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可以更了解本發明的態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地把本發明當作基礎來設計或修改其他的製程與結構，藉此實現和在此所介紹的這些實施例相同的目標及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應可明白，這些等效的建構並未脫離本發明的精神與範圍，並且他們可以在不脫離本發明精神與範圍的前提下做各種的改變、替換與變動。
1000:檢測方法
S1-S7:步驟
從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本發明之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。
[圖1]係根據本發明的實施例之檢測方法的流程圖。
1000:檢測方法
S1-S7:步驟
Claims (10)
- 一種個別泵浦效率於並聯離心式泵浦站的檢測方法，適用於一並聯離心式泵浦站之並聯設置的複數台離心式泵浦，包括： 取得該些離心式泵浦之一者之出廠時的一性能測試表； 自該性能測試表取得該些離心式泵浦之該者的複數個流量測試值以及該些流量測試值所分別對應的複數個馬達輸出功率測試值； 對該些流量測試值與該些馬達輸出功率測試值進行一迴歸分析以獲得複數個迴歸係數，並基於該些迴歸係數來建立一性能方程式； 根據該些離心式泵浦之該者的複數個量測值與一馬達效率測試值來算出該些離心式泵浦之該者的一馬達輸出功率計算值；及 將該些離心式泵浦之該者的該馬達輸出功率計算值代入該性能方程式來算出該些離心式泵浦之該者的一流量計算值。
- 如請求項1所述之檢測方法，其中以該些流量測試值作為該迴歸分析的自變量並以該些流量測試值所分別對應的該些馬達輸出功率測試值作為該迴歸分析的因變量，其中該性能方程式為n次多項式迴歸方程式，其中 。
- 如請求項1所述之檢測方法，其中該些離心式泵浦之該者的該些量測值包括該些離心式泵浦之該者的一馬達輸入電流量測值、一馬達輸入電壓量測值、一馬達功率因數量測值。
- 如請求項3所述之檢測方法，其中該些離心式泵浦之該者的該馬達輸出功率計算值的算式為 ，其中 I為該馬達輸入電流量測值， V為該馬達輸入電壓量測值， 為該馬達功率因數量測值， 為該馬達效率測試值。
- 如請求項1所述之檢測方法，其中該些離心式泵浦之該者的該馬達效率測試值取自該些離心式泵浦之該者的該性能測試表。
- 如請求項4所述之檢測方法，更包括： 將該些離心式泵浦之該者的該流量計算值代入一泵浦總揚程方程式來算出該些離心式泵浦之該者的一泵浦總揚程；及 將該些離心式泵浦之該者的該流量計算值與該泵浦總揚程代入一馬達效率方程式來算出該些離心式泵浦之該者的一馬達效率計算值。
- 如請求項6所述之檢測方法，其中將該些離心式泵浦之該者的該流量計算值、一出口管壓力量測值、一入口管壓力量測值、一出口管路截面積、一入口管路截面積、一出口管高度量測值、一入口管高度量測值代入該泵浦總揚程方程式來算出該些離心式泵浦之該者的該泵浦總揚程。
- 如請求項7所述之檢測方法，其中該泵浦總揚程方程式為 ，其中 為該些離心式泵浦之該者的該出口管壓力量測值， 為該些離心式泵浦之該者的該入口管壓力量測值， 為流體質量密度， 為重力加速度， 為該些離心式泵浦之該者的該流量計算值， 為該些離心式泵浦之該者的該出口管路截面積， 為該些離心式泵浦之該者的該入口管路截面積， 為該些離心式泵浦之該者的該出口管高度量測值， 為該些離心式泵浦之該者的該入口管高度量測值。
- 如請求項6所述之檢測方法，其中將該些離心式泵浦之該者的該流量計算值、該泵浦總揚程、該馬達輸入電流量測值、該馬達輸入電壓量測值、該馬達功率因數量測值、該馬達效率測試值代入該馬達效率方程式來算出該些離心式泵浦之該者的該馬達效率計算值。
- 如請求項9所述之檢測方法，其中該馬達效率方程式為 ，其中 為該些離心式泵浦之該者的該流量計算值， 為該些離心式泵浦之該者的該泵浦總揚程。
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