多台变频水泵优化并联运行方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010250049.8 (22)申请日 2020.04.01 (71)申请人 上海电力大学 地址 200090 上海市杨浦区平凉路2103号 (72)发明人 林立昌刘青荣郝慧玲沈玉清 杨恒岳 (74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 31225 代理人 杨宏泰 (51)Int.Cl. F04B 49/00(2006.01) F04B 49/20(2006.01) (54)发明名称 一种多台变频水泵优化并联运行方法 (57)摘要 本发明涉及一种多台变频水泵优化并联。

2、运 行方法， 包括以下步骤： 1)由变频水泵样本参数 拟合得到单台水泵特性； 2)根据相似原理获取多 台水泵并联情况下每台水泵的性能特性并与实 测数据进行对比验证或修正； 3)通过界限频率法 对输配侧水泵的运行台数及频率进行优化， 在满 足扬程需求及流量需求的前提下得到优化后的 水泵台数及频率， 并给出频率浮动半径， 作为变 工况的水泵运行的量化运行方式。 与现有技术相 比， 本发明具有数据要求不高、 易于实现、 定量指 导运行等优点。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 111502967 A 2020.08.07 CN 111502967 A 1.一种多台变频水泵优化并联运行方法，。

3、 其特征在于， 包括以下步骤： 1)由变频水泵样本参数拟合得到单台水泵特性； 2)根据相似原理获取多台水泵并联情况下每台水泵的性能特性并与实测数据进行对 比验证或修正； 3)通过界限频率法对输配侧水泵的运行台数及频率进行优化， 在满足扬程需求及流量 需求的前提下得到优化后的水泵台数及频率， 并给出频率浮动半径， 作为变工况的水泵运 行的量化运行方式。 2.根据权利要求1所述的一种多台变频水泵优化并联运行方法， 其特征在于， 所述的步 骤1)中， 当水泵当前转速与额定转速的比值， 即转速比为1时， 单台水泵特性曲线表达式 为： Ha1Q2+a2Q+a3 c1Q2+c2Q+c3 其中， H为水泵扬。

4、程， 为水泵的效率， Q为水泵流量， a1、 a2、 a3、 c1、 c2、 c3均为性能常数。 3.根据权利要求2所述的一种多台变频水泵优化并联运行方法， 其特征在于， 所述的步 骤2)中， 当多台水泵并联时， 每台水泵的转速比x小于1时， 多台水泵并联时每台水泵的性 能特性表示为： 其中， Nx、 x、 Hx、 Qx分别为在x台水泵并联的变频工况下每台水泵的水泵轴功率、 水泵效 率、 水泵扬程和水泵流量， 为输送液体的容重。 4.根据权利要求1所述的一种多台变频水泵优化并联运行方法， 其特征在于， 所述的界 限频率定义为： 假定泵的等压力曲线和等功率曲线相交于一点， 则该点对应的频率值即为。

5、界限频率。 5.根据权利要求3所述的一种多台变频水泵优化并联运行方法， 其特征在于， 所述的步 骤3)具体包括以下步骤： 31)以实测数据的水泵运行台数x、 每台水泵的转速比x和总流量Q为输入， 计算每台水 泵的水泵效率 x以及水泵扬程Hx； 32)假设共有i台水泵运行， 令i1且in， n为建筑水泵总台数； 33)令HiHx计算得到i和 i， 下标i表示在i台水泵并联的变频工况下的每台 水泵； 34)比较 i和 x， 当 i x时， 则输出此时的水泵运行台数i、 每台水泵的流量Qi以及每台 水泵的转速比i， 当 i x时， 则输出实测数据的水泵运行台数x、 每台水泵的转速比x和 总流量Q； 。

6、权利要求书 1/2 页 2 CN 111502967 A 2 35)比较i和n， 当ni时， 则令ii+1， 返回步骤33)， 当ni时， 则结束。 6.根据权利要求1所述的一种多台变频水泵优化并联运行方法， 其特征在于， 所述的步 骤3)中， 频率浮动半径的计算式为： RfMAX(fmax-fa,fa-fmin) 其中， fmax为流量范围内优化频率最大值， fa为流量范围内优化频率平均值， fmin为流量 范围内优化频率最小值。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111502967 A 3 一种多台变频水泵优化并联运行方法 技术领域 0001 本发明涉及建筑节能和暖通空调技术领域， 尤其是。

7、涉及一种多台变频水泵优化并 联运行方法。 背景技术 0002 随着变频技术的日益成熟， 大型建筑大都选用多台变频水泵并联输送流体。 因此， 大量中外学者对变频水泵的性能及控制方法展开了研究。 比如有学者确立了泵效率与转速 的关系， 定义了泵的最优控制准则； 有的通过绘制扬程流量特性曲线， 选取两点计算电机轴 的输出功率并进行比对； 有的提出在等功率和等流量曲线的交点上方2台水泵同时工作比 较节能， 而在交点下方应只使用1台水泵。 0003 以上研究结论基于理论分析且在实际工程中不易实现， 理由如下： 0004 1)既有暖通空调建筑中部分只有总流量没有单台流量， 较难对单台特性进行定量 研究； 。

8、0005 2)对既有暖通建筑的监测数据不能有效充分利用， 未能进一步地贴合实际情况； 0006 3)不能对既有暖通建筑基于现有的运行方式给出定量的运行策略。 发明内容 0007 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多台变频水泵 优化并联运行方法。 0008 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 0009 一种多台变频水泵优化并联运行方法， 包括以下步骤： 0010 1)由变频水泵样本参数拟合得到单台水泵特性； 0011 2)根据相似原理获取多台水泵并联情况下每台水泵的性能特性并与实测数据进 行对比验证或修正； 0012 3)通过界限频率法对输配侧水泵的运行台数及频率进行。

9、优化， 在满足扬程需求及 流量需求的前提下得到优化后的水泵台数及频率， 并给出频率浮动半径， 作为变工况的水 泵运行的量化运行方式。 0013 所述的步骤1)中， 当水泵当前转速与额定转速的比值， 即转速比为1时， 单台水 泵特性曲线表达式为： 0014 Ha1Q2+a2Q+a3 0015 c1Q2+c2Q+c3 0016 其中， H为水泵扬程， 为水泵的效率， Q为水泵流量， a1、 a2、 a3、 c1、 c2、 c3均为性能常 数。 0017 所述的步骤2)中， 当多台水泵并联时， 每台水泵的转速比x小于1时， 多台水泵并 联时每台水泵的性能特性表示为： 说明书 1/5 页 4 CN 1。

10、11502967 A 4 0018 0019 其中， Nx、 x、 Hx、 Qx分别为在x台水泵并联的变频工况下每台水泵的水泵轴功率、 水 泵效率、 水泵扬程和水泵流量， 为输送液体的容重。 0020 所述的界限频率定义为： 0021 假定泵的等压力曲线和等功率曲线相交于一点， 则该点对应的频率值即为界限频 率。 0022 所述的步骤3)具体包括以下步骤： 0023 31)以实测数据的水泵运行台数x、 每台水泵的转速比x和总流量Q为输入， 计算 每台水泵的水泵效率 x以及水泵扬程Hx； 0024 32)假设共有i台水泵运行， 令i1且in， n为建筑水泵总台数； 002533)令HiHx计算得。

11、到i和 i， 下标i表示在i台水泵并联的变频工况下的 每台水泵； 0026 34)比较 i和 x， 当 i x时， 则输出此时的水泵运行台数i、 每台水泵的流量Qi以及 每台水泵的转速比i， 当 i x时， 则输出实测数据的水泵运行台数x、 每台水泵的转速比 x和总流量Q； 0027 35)比较i和n， 当ni时， 则令ii+1， 返回步骤33)， 当ni时， 则结束。 0028 频率浮动半径的计算式为： 0029 RfMAX(fmax-fa,fa-fmin) 0030 其中， fmax为流量范围内优化频率最大值， fa为流量范围内优化频率平均值， fmin为 流量范围内优化频率最小值， xf。

12、x/f0， fx为当前频率， f0为额定频率。 0031 与现有技术相比， 本发明具有以下优点： 0032 本发明的优化目标为具有多台同型号水泵监测数据的既有建筑变频水泵， 优化条 件对数据要求不高， 仅需总管流量， 在实际工程上易于实现， 能充分利用既有数据贴合实际 水泵性能， 并在满足流量需求和扬程需求的条件下给出定量的运行方式， 可用于既有建筑 变频水泵运行的校正和指导运行。 附图说明 0033 图1为通过界限频率法对输配侧水泵的运行台数及频率的优化流程图。 0034 图2为地源侧水泵特性曲线。 0035 图3为空调侧水泵特性曲线。 0036 图4为地源侧实际功率及拟合功率对比图。 00。

13、37 图5为空调侧实际功率及拟合功率对比图。 0038 图6为地源侧优化前后功率对比图。 说明书 2/5 页 5 CN 111502967 A 5 0039 图7为空调侧优化前后功率对比图。 具体实施方式 0040 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0041 本发明提供一种多台变频水泵优化并联运行方法， 包括步骤为： 由变频水泵样本 参数拟合得到单台特性曲线， 后利用相似原理得到多台水泵并联的性能特性并与实测数据 对比验证(或修正)， 通过界限频率法对输配侧水泵的运行台数及频率进行优化， 在满足扬 程需求及流量需求的前提下得到优化后的水泵台数及频率， 并提出频率浮动半径， 为变工。

14、 况的水泵运行提出量化的运行策略， 具体的过程如下： 0042 1)拟合单台水泵特性 0043 为描述非额定工况下的性能特性， 定义为水泵当前转速与额定转速的比值， 当 为1时， 水泵扬程、 效率的计算模型分别为： 0044 Ha1Q2+a2Q+a3 (1.1) 0045 c1Q2+c2Q+c3 (1.2) 0046 式中， H水泵扬程， m； 水泵的效率； Q水泵流量； m3/h； am， bm性能常数， m 1， 2， 3； 0047 2)多台水泵并联特性 0048 当水泵转速比1时， 根据相似定律可建立变转速工况下和额定转速工况下流 量、 扬程、 功率与转速的关系分别为： 0049 Qx。

15、Q0 (1.3) 0050 Hx2H0 (1.4) 0051 Nx3N0 (1.5) 0052 式中： 下标x表示x台水泵并联的变频工况， 下标0表示额定工况， N表示水泵轴功 率。 0053 则单台泵转速比为1时的特性曲线拟合方程为： 0054 Ha1Q2+a21Q+a312 (1.6) 0055 c11(-2)Q2+c21(-1)Q+c3 (1.7) 0056 0057 式中:表示输送液体的容重， 取9807N/m3。 0058 因此， 并联模型两台水泵(同步变频)转速比均为2； 由Q2Q/2， 则有： 0059 H2a1Q22+a22Q2+a322 (1.9) 0060 2c12(-2)。

16、Q22+c22(-1)Q2+c3 (1.10) 0061 0062 同理可得到多台水泵并联时其中一台水泵的特性曲线。 0063 3)界限频率 说明书 3/5 页 6 CN 111502967 A 6 0064 根据变频泵的相似特性， 在相同的水力工况下， 泵的转速越快， 频率越高， 则泵的 扬程即出口压力越大， 泵的轴功率也越大， 现假定泵的等压力曲线和等功率曲线相交于一 点， 该点对应的频率值即为界限频率， 可求出在同时满足与一台水泵功率、 压力及总流量相 等的条件下两台水泵对应的频率。 0065 4)优化流程， 以4台并联为例， 如图1所示。 0066 实施例： 0067 以某既有地源热泵。

17、空调系统建筑为例， 将其应用在该建筑的地源侧与空调侧， 实 例如下： 0068 (1)水泵性能参数及性能曲线， 如表1、 图2和图3所示。 0069 表1循环水泵性能参数 0070 0071 与实际功率对比验证。 两侧侧结果分别如图4及图5所示， 结果表明， 地源侧与空调 测误差均分别在3与6.9以内， 循环水泵特性拟合效果较好； 0072 (2)优化结果(与实际运行输入功率相比) 0073 如图6和7所示， 优化结果表明： 0074 地源侧总流量在220m3h-1-400m3h-1范围内时， 此时地源侧两台水泵并联， 已有 工况节能率约为31.6； 地源侧总流量在400m3h-1-430m3。

18、h-1时， 用三台水泵并联， 节能 率约为19.56。 0075 空调侧总流量在360m3h-1-440m3h-1范围内优化结果基本按两台水泵并联运 行， 其中三台水泵并联运行的优化结果节能率约为4。 空调侧总流量在440m3h-1- 460m3h-1范围内， 节能率约为4.1。 空调侧总流量在460m3h-1-520m3h-1范围内， 节能 率约为12.82， 优化效果明显。 0076 (3)运行方式， 如表2和表3所示 0077 表2地源侧运行策略 0078 说明书 4/5 页 7 CN 111502967 A 7 0079 表3空调侧运行策略 0080 0081 本方法的优化目标为具有多。

19、台同型号水泵监测数据的既有建筑变频水泵， 优化条 件对数据要求不高， 仅需总管流量， 在实际工程上易于实现， 能充分利用既有数据贴合实际 水泵性能， 并在满足流量需求和扬程需求的条件下给出定量的运行方式。 可用于既有建筑 变频水泵运行的校正和指导运行。 说明书 5/5 页 8 CN 111502967 A 8 图1 说明书附图 1/4 页 9 CN 111502967 A 9 图2 图3 说明书附图 2/4 页 10 CN 111502967 A 10 图4 图5 图6 说明书附图 3/4 页 11 CN 111502967 A 11 图7 说明书附图 4/4 页 12 CN 111502967 A 12 。