[发明专利]基于通用流量-速度数学模型的水泵变速节能控制方法

说明书

本发明基于通用流量‑速度数学模型的水泵变速节能控制方法属于水泵变速节能及相关技术，目的是根据水泵运行的特点，研究开发与水泵运行工况相适应的流量‑速度数学模型，以实现水泵动态速度控制，要点是研究净扬程的变化对流量与转速关系的影响，研究水泵变速范围，根据水泵变速运行工况的物理特性构建水泵变速通用流量‑速度数学模型，解决了水泵变速控制缺乏理论依据的问题，利用水泵系统变速动态控制器及调速装置，构成水泵变速节能控制系统，可以获得深层次的、精细的闭环动态节能控制，可广泛应用于新建或改造的各类水泵变速控制的供水系统。

技术领域

本发明属于水泵变速节能及相关技术。

背景技术

水泵用电量占全国总用电量的20％左右，水泵系统的节能对国家的节能 减排政策的实施具有举足轻重的作用，因而水泵的变速节能一直作为重点研 究的对象。

水泵与风机均属于平方转矩负荷设备，但两者也有某些不同，水泵系统 通常存在净扬程，先天条件更为不利，所以在变速节能控制方面比风机系统 更为复杂。特别是由于水泵系统净扬程的存在，同样适用于风机和水泵工频 运行时的比例定律，在水泵变速运行时已不适用，然而在这方面目前还缺乏 必要的理论模型及与之相关的应用技术。由于没有相关的理论基础，给实际 工程应用带来了技术盲区，例如，对于水泵变速时比例定律是否还适用？适 用的条件是什么？不适用的条件是什么？变速系统应用于水泵时，速度变化 范围如何确定？变速节能应用时的节能量如何估算？诸如此类的问题目前还 没有理论方法来定量分析、界定。

水泵变速时比例定律是否还适用？根据现有技术还得不出十分明确的结 论，致使目前很多的变速节能应用中，人们还是习惯性地按照比例定律来对 变速节能系统进行分析、计算、控制及评价，大多数结果造成与实际运行情况 有较大差异。大多数的含义是，实际应用中仅在特殊的情况下才有可能应用 比例定律，即水泵系统的净扬程为0时。

同样的原因，现有技术在确定水泵的变速范围方面也缺乏理论依据，因 而无法像风机系统那样运用自如的确定变速范围，进行节能优化控制。由于 无理论可依，现有技术在确定变速范围方面存在盲目的状态，结果对节能控 制策略产生了不正确的导向。

水泵系统的变速应用距今已有三十年以上的历史，但至今相关的变速理 论研究仍没有实质性进展，还局限在基于相似抛物线的图解方法上或基于各 种数理统计回归方程计算方法上，且不论两者的准确性如何，仅就实际应用 而言，图解方法基本无法在工程的动态控制中应用，而各种回归计算方程由 于存在局限性及计算结果的离散性，所以也仅仅限于定性或试验的分析上。

水泵系统变速理论的空白严重限制了变速节能的应用，现有技术在水泵 变速节能应用中更多的是依赖工程经验，多采用所谓变压控制技术，结果是 在变速节能的深度和广度方面都损失了不少的空间。

鉴于上述情况，现有技术从根本上适应不了水泵变速节能应用的需求， 理论研究及应用技术亟待有所突破。

关于基于通用流量-速度数学模型进行水泵变速节能控制的方法还未见到 公开发表的出版物、文献或资料。

本发明所述水泵系指叶片泵及与叶片泵特性接近的泵。

发明内容

本发明的目的是根据水泵运行的特点，研究开发与水泵运行工况相适应 的通用流量-速度数学模型，以实现水泵动态速度控制。

本发明的要点是研究水泵系统净扬程的变化对流量与转速关系的影响， 根据水泵变速运行工况的物理特性构建通用流量-速度数学模型，与现有技术 的研究侧重点不同，现有技术研究的是关于实验数据数理统计的回归方程， 本发明研究的重点是水泵变速运行时的现象和本质，即物理意义的存在及合 理性，从而构建通用流量-速度数学模型。

本发明构建的水泵变速运行时的通用流量-速度数学模型为式(1)。

式中：