[发明专利]一种基于功率和压差的离心泵流量预测方法

说明书

技术领域

本发明属于离心泵测量与控制领域，具体涉及一种基于功率和压差的离心泵流量预测方法，主要用于快速准确的对离心泵的流量进行预测，以实时监测离心泵的运行状态，同时结合该流量值和温差值可评估装有该离心泵的整体热力系统或空调系统在单位时间内所消耗的热量或冷量。集成该流量预测算法的离心泵，有效取代了系统中流量计的功能，大大降低了系统的运营成本。

背景技术

离心泵被广泛地应用于暖通空调、市政供水和石油化工等诸多领域。随着用户对水系统运行可靠性的逐渐重视，通常需要对离心泵的流量进行实时测量来监测系统运行的状态。同时，对于暖通空调系统而言，它可以作为评估系统单位时间内所消耗的热量或冷量的关键参数之一。目前，针对离心泵的流量测量或预测方法主要集中在：1)采用通用流量计对离心泵流量进行监测，该方法具有较高的精度和可靠性，但是成本较高，且集成性不好；2)美国Heartware公司公布的专利号为WO 2005/115539A2的心脏辅助泵无传感器流量预测方法，其中采用功率和转速对离心泵流量进行预测，该方法可以对特定的离心泵流量进行有效预测，但是具有一定的局限性，当遇到离心泵的功率—流量曲线不是单调递增时(即某一功率值对应两个流量点)，无法对流量进行有效预测，因此该方法存在一定的盲区；3)美国Heartware公司公布的专利号为WO 2012/100210A1的一种心脏辅助泵流量预测方法，通过采用叶轮受到的轴向力对离心泵流量进行预测，同样日本学者Chi Nan Pai等人在其论文《Sensorless measurement of pulsatile flow rate using a disturbance force observer in a magnetically levitated centrifugal blood pump during ventricular assistance》中采用叶轮受到的径向力对离心泵流量进行预测，这两种方法同样只能针对特定的离心泵，无法具备普适性。

针对上述存在的问题，通过分析离心泵的功率(转矩)—流量曲线和压差(扬程)—流量曲线，可以得出在给定的转速下，离心泵的流量和转矩与压差的差值成一次线性函数关系，即q＝k(aT-bΔp)。那么如能对离心泵内的转矩和压差进行测量，则可以有效的对离心泵的流量进行预测，该方法有效的解决了现有离心泵流量预测过程中存在的问题。通过将压力传感器集成在离心泵内，不会带来安装上的问题，同时成本也能很好的进行控制。因此，该方法具有重要的学术和工程应用价值。

经检索，至今尚未见关于基于功率和压差的离心泵流量预测方法的文献和申报专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，已有离心泵流量测量或预测方法存在以下几类缺点：1)成本较高和集成性不好；2)无法对全性能区域内的流量进行有效预测，存在一定的盲区；3)对离心泵叶轮受到的轴向力和径向力的分布规律具有特定的要求。本发明的目的是提供一种基于功率和压差的离心泵流量预测方法，通过对离心泵转矩和压差的计算与测量，基于离心泵流量预测数学模型对离心泵流量进行预测。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案，其主要特点包括有：

步骤1.基于‘灰盒子’理论(Gray-box modelling)构建离心泵流量预测模型；

根据能量守恒定理，将离心泵整体划分成三大模块，分别为电机模块(6-1)、机械模块(6-2)和水力模块(6-3)，每个模块分别有对应的输入参数和输出参数以及内部能量传递模型，这里将其定义成一个‘灰盒子’模块，其中电机模块为一号‘灰盒子’；机械模块为二号‘灰盒子’；水力模块为三号‘灰盒子’。对于电机模块，其对应的输入参数为电压、电流和电源频率，其中电压和电流的乘积为电机输入功率；同时电机对应的输出参数为转矩和转速，其中转矩和转速的乘积为电机的输出功率。对于机械模块，其对应的输入参数包括电机输出转矩和转速，即电机输出功率；其对应的输出参数包括机械输出转矩和转速，即机械输出功率；对于水力模块，其对应的输入参数为机械输出转矩、转速以及测量压差值；其对应的输出参数包括流量和压差；根据上述三个模块的输入输出参数，可建立离心泵流量与功率、转速以及压差的数学关系；

步骤2.根据电机输入输出参数，构建电机功率数学模型；