工業循環水系統的泵組運行能效分析方法
2023-05-17 18:56:26
專利名稱：工業循環水系統的泵組運行能效分析方法
技術領域：
本發明涉及一種工業循環水流程中，在多變工況條件下，以不同複雜組合形式運行的，循環水泵泵組的運行能效分析方法。
背景技術：
工業循環水流程作為不同工業主體工藝流程不可或缺的輔助環節，其作用在於保證主體工藝安全順行、產品達到生產要求的標準。但是由於運行管理方在主體工藝設計過程中不可避免地根據企業發展規模的期望，提出較高的流程設計荷載強度。而設計院在設計過程中，為了保證在設計工況下能夠實現用戶所提出的設計荷載強度，主體工藝流程的設計又通常保留1(Γ20%的安全餘量。這兩重放大的設計方式，是造成整個主體工藝流程運行能效低的最根本原因所在。另一方面，這種大餘量的設計，也是造成流程中，各裝置運行壽命縮短的根本原因。同時，由於企業生產的開展必須依賴於市場的變化，實際運行時，運行荷載強度必然長期偏離流程的設計負荷。另一方面，對於任何給定的工藝流程而言，設計條件下多年一遇的環境工況，一定和流程實際運行環境工況之間，存在著的巨大差異，而現場運行方，通常為了保證主體工藝的安全順行，在運行管理中採用基於設計工況的大餘量運行方式，是造成流程運行能耗和企業汙染物排放居高不下的又一重要因素。在可持續性發展要求日益嚴格的大趨勢下，為提高企業的核心競爭力，工業循環水流程的節能優化運行勢在必行。當然，對於整個工業循環水系統而言，其運行節能的最終目標，將直接體現為多變荷載強度及環境工況條件下，循環泵組輸入功率和輸出功率的極小化。循環水泵組作為整個流程的心臟，多變工況條件下，系統優化的開展，必須要基於對循環水流程運行特性的把握。那麼不同工況下，以複雜形式組合運行的，工業循環水流程水泵機組運行能效狀態的實時監測、分析和顯示，已經成為亟待解決的重要問題。傳統的工業循環水監控流程中，對於水泵而言通常所選用的工藝參數包括進出口閥門開度、電機頻率、電機電流、水泵的流量和揚程等。這些參數是系統可實時監測的基本工藝運行參數。但是，在實際運行過程中，這些參數會根據用戶工況和需求的變化，而變化。而且，一個重要的問題是，根據質量守恆和能量守恆的法則，這些參數的變化必然是相互強烈耦合的。難以通過任何一項單一的參數，來判定水泵的運行能效狀態。這正是造成對多變工況下，水泵運行狀態，難以直觀客觀界定的根本性原因。實際運行過程中，由於流程荷載、環境工況及市場需求等因素的變化，對應工業循環水流程中水泵的運行，通常多採用多臺水泵，以不同組合的並聯方式來運行。這種並聯過程，儘管在理論上都會要求，並聯水泵型號及運行狀態的一致性，但實際運行過程，並聯水泵型號及運行狀態，極有可能不滿足這種一致性的要求，造成循環水泵組運行方式組合的複雜性激增，這無疑從客觀上增加了水泵機組運行狀態判定的難度。隨著變頻技術的成熟，循環水泵流程的運行過程中，不同變頻控制方式的引入，必然再次導致循環水泵泵組運行方式複雜性的提升，而這一提升，對於本來就缺乏泵組運行特性客觀分析的系統而言，其優化監控過程必然對人為經驗，形成極高的依賴性，導致循環水流程系統運行優化無法客觀開展。作為典型的流程系統，對循環水流程而言，單一分析其泵組表觀的運行特性，運行和管理方，仍然無法根據其數值的變化，來掌控多變工況下，以不同形式、不同頻率的複雜組合形勢下，循環水流程泵組的運行狀態。
發明內容
本發明的目的是提供一種工業循環水系統的泵組運行能效分析方法，以解決多變工況下循環水流程泵組的運行狀態判定難度大的問題。本發明的技術方案如下
首先，建立水泵特性模型庫和多變工況下水泵及水泵泵組運行能效模型的建立；其次， 將整個水泵泵組考慮為一個能效單元，提出水泵泵組運行能效的概念，並在其基礎上，對整個泵組的運行能效進行實時監測和連續分析。具體步驟如下
A、水泵特性模型庫的構建；
B、水泵及泵組運行能效模型庫的建立； 其中水泵特性模型庫的構建包括
Al、工頻運轉水泵運行特性分析表項的建立； 1)單泵工頻運行特性的實時監測和分析
基於指定水泵給出的工頻特性參數，基於最小二乘法，自主構建水泵工頻運轉的顯示連續近似模型，使用戶可以直接根據所讀取的流量，判定其對應揚程、效率和軸功率的取值，並利用圖形界面技術，將其實時直觀顯示在水泵特性伺服器對應的運行界面上，通過該界面實時監測運行工況點的變動。A2、水泵變頻運行特性分析表項的建立；
依據不同頻率條件下，指定水泵運行特性的相似定律，在合理的變頻範圍內，可直接給定不同運轉頻率下，水泵運行特性的連續分析模型。A3、水泵並聯及並聯變頻特性的分析表項的建立；
水泵的運行均採用多臺水泵並聯的，泵組群控運行方法。對應管網節點處，水泵所提供的壓力(揚程)取值相同，而流量採用疊加的方法。根據步驟Al和步驟A2中所建立的水泵單機工頻和單泵變頻運行特性模型庫，來逐項展開分析，即分別建立並聯條件下，泵組揚程、效率和軸功率，隨流量變化的顯示模型。對應模型的建立，採用與步驟Al完全相同的算法開展，可直觀構建出指定水泵， 在不同組合條件下揚程與流量的顯式模型。只是對應的離散點，是由單機運行的工況點，按照對應節點壓頭相同，流量相互疊加而形成的離散點。B、水泵及泵組運行能效模型庫的建立針對指定型號的水泵和泵組，按照對應的運行能效模型，構建運行能效數據表項和表頁，對於不同型號水泵及其對應的組合及變頻形式，不同的表頁可形成水泵及水泵泵組運行能效模型的建立，應用模型庫的圖標工具，可形成對應狀態水泵和泵組運行能效的圖形界面，該界面形式可採用坐標圖形的方式，將對應工況點的運行能效直觀顯示出來。Bl 泵組能效單元的確立；整個水泵泵組(電機和泵體)當作一個完整的能效單元，進行運行能效的分析，對於任何ー個單泵，也可進行直觀的單泵運行能效分析； B2 水泵單機運行能效模型的建立；
電機在不同的轉速下，從輸入端輸入的總電能，作為該能效單元的總能量，水泵出口動 靜壓頭以及提升的初級水位勢能之和，作為系統的有效輸出能量。一般而言，對於給定管網 系統，初級水位基本上是個定值，流量的變化直接引起初始水位勢能的變化； 對應轉速下的功率因素為COS。，電機輸入功率為
權利要求
1.一種工業循環水系統的泵組運行能效分析方法，其特徵在於該方法包括水泵特性模型庫的構建和水泵及泵組運行能效模型庫的建立，所述水泵及泵組運行能效模型庫的建立包括首先是基於泵組能效單元的整合，即將整個水泵包括電機和泵體當作一個完整的能效單元，提出水泵及泵組運行能效係數和模型，以此為基礎，展開單泵運行能效的分析；然後進行水泵泵組運行能效模型的建立，具體步驟如下A、水泵特性模型庫的構建；Al、工頻水泵運行特性分析表項的建立； 1)單泵工頻運行特性的實時監測和分析基於指定水泵給出的工頻特性參數，基於最小二乘法，自主構建水泵工頻運轉的顯示連續近似模型，使用戶可以直接根據所讀取的流量，判定其對應揚程、效率和軸功率的取值，並利用圖形界面技術，將其實時直觀顯示在水泵特性伺服器對應的運行界面上，通過該界面實時監測運行工況點的變動；A2、水泵變頻運行特性分析表項的建立；依據不同頻率條件下，指定水泵運行特性的相似定律，在合理的變頻範圍內，可直接給定不同運轉頻率下，水泵運行特性的連續分析模型； A3、水泵並聯及並聯變頻特性的分析表項的建立；水泵的運行均採用多臺水泵並聯的，泵組群控運行方法，對應管網節點處，水泵所提供的壓力(揚程)取值相同，而流量採用疊加的方法；根據步驟1和步驟2中，所建立的水泵單機工頻和水泵變頻運行特性分析表項，來逐項展開分析，即分別建立並聯條件下，泵組揚程、效率和軸功率，隨流量變化的顯示模型；對應模型的建立，採用與步驟Al完全相同的算法開展，可直觀構建出指定水泵，在不同組合條件下揚程與流量的顯式模型；只是對應的離散點，是由單機運行的工況點，按照對應節點壓頭相同，流量相互疊加而形成的離散點；B、水泵及泵組運行能效模型庫的建立針對指定型號的水泵和泵組，按照對應的運行能效模型，構建運行能效數據表項和表頁，對於不同型號水泵及其對應的組合及變頻形式， 不同的表頁可形成水泵及泵組運行能效模型庫，應用模型庫的圖標工具，可形成對應狀態水泵和泵組運行能效的圖形界面，該界面形式可採用坐標圖形的方式，將對應工況點的運行能效直觀顯示出來；Bl 泵組能效單元的確立整個水泵泵組當作一個完整的能效單元，進行運行能效的確立； B2 水泵單機運行能效模型的建立；電機在不同的轉速下，從輸入端輸入的總電能，作為該能效單元的總能量，水泵出口動靜壓頭以及提升的初級水位勢能之和，作為系統的有效輸出能量；一般而言，對於給定管網系統，初級水位基本上是個定值，流量的變化直接引起初始水位勢能的變化； B3 水泵泵組運行能效模型的建立將整個水泵泵組考慮為一個能效單元，進行運行能效的分析。
2.根據權利要求1所述的工業循環水系統的泵組運行能效分析方法，其特徵在於 它還包括水泵運行高效復位機制步驟，Cl、高效復位基準點的選擇；實際運行時，根據水泵運行的歷史數據和現在的需求，以荷載強度和環境工況為參照， 採用數據排序技術，來選取四個復位的基準點，使現在運行的工況點，處於所選四個復位基準點的區間內，並讀取對應基準點，水泵的運行方式和對應的特性參數； C2、水泵運轉實際工況點的確定；以四個運行基準點中，特性模型和能效模型，將擬運行頻率下水泵的運行參數，從特性曲線圖的右上方基準定為基礎採用該工況點的運行參數為基準，使水泵運行點能夠以最快的速度貼近實際的運行工況。
3.根據權利要求1或2所述的工業循環水系統的泵組運行能效分析方法，其特徵在於所述步驟B2水泵單機運行能效模型的建立中； 對應轉速下的功率因素為cos。，電機輸入功率為
4.根據權利要求3所述的工業循環水系統的泵組運行能效分析方法，其特徵在於所述步驟Al工頻水泵運行特性分析表項建立中，對應的近似工頻特性模型是以下述形式存在的，通過流量的變化可以直接給出水泵運行特性參數的取值；
5.根據權利要求4所述的工業循環水系統的泵組運行能效分析方法，其特徵在於所述步驟A2水泵變頻運行特性分析表項建立中，變頻特性的分析，一般根據變頻的相似關係，以工頻運行特性為基礎並按照下述關係式來展開
全文摘要
本發明公開了一種工業循環水系統的泵組運行能效分析方法，以解決多變工況下循環水流程泵組的運行狀態判定難度大的問題。本發明首先建立水泵特性模型庫和多變工況下水泵及水泵泵組運行能效模型的建立；其次，將整個水泵泵組考慮為一個能效單元，提出水泵泵組運行能效的概念，並在其基礎上，對整個泵組的運行能效進行實時監測和連續分析。本發明中以水泵工頻運行特性模型庫為基礎，確定出對應頻率條件下的揚程、流量和軸功率的取值，進而構建出不同頻率條件下揚程與流量、效率與流量以及軸功率與流量各自對應的顯式模型。本發明依據其對各種邊界條件參數變化的監測，按照系統高效的要求，在高效條件下快速復位運行。
文檔編號F04B51/00GK102562561SQ20111044521
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者丁寶忠, 沈新榮, 程子建, 陳曉敏, 麻劍鋒 申請人:杭州哲達科技股份有限公司, 酒泉鋼鐵(集團)有限責任公司