阅读说明：本技术 一种多台变频水泵优化并联运行方法 (Optimized parallel operation method for multiple variable-frequency water pumps ) 是由 林立昌 刘青荣 郝慧玲 沈玉清 杨恒岳 于 2020-04-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种多台变频水泵优化并联运行方法,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。(The invention relates to an optimized parallel operation method of a plurality of variable frequency water pumps, which comprises the following steps: 1) obtaining the characteristics of a single water pump by the parameter fitting of a variable frequency water pump sample; 2) acquiring the performance characteristics of each water pump under the condition that a plurality of water pumps are connected in parallel according to a similar principle, and comparing and verifying or correcting the performance characteristics with the actually measured data; 3) the number and the frequency of the running water pumps on the transmission and distribution side are optimized through a limit frequency method, the number and the frequency of the optimized water pumps are obtained on the premise that the lift requirement and the flow requirement are met, and the frequency floating radius is given to serve as a quantitative running mode of the running of the water pumps under the variable working conditions. Compared with the prior art, the method has the advantages of low data requirement, easiness in realization, quantitative guidance operation and the like.)

一种多台变频水泵优化并联运行方法

技术领域

本发明涉及建筑节能和暖通空调技术领域，尤其是涉及一种多台变频水泵优化并联运行方法。

背景技术

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。

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：

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；

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；

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

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。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多台变频水泵优化并联运行方法，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。

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ω为1时，单台水泵特性曲线表达式为：

H＝a₁Q²+a₂Q+a₃

η＝c₁Q²+c₂Q+c₃

其中，H为水泵扬程，η为水泵的效率，Q为水泵流量，a₁、a₂、a₃、c₁、c₂、c₃均为性能常数。

所述的步骤2)中，当多台水泵并联时，每台水泵的转速比ω_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，N_x、η_x、H_x、Q_x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，γ为输送液体的容重。

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界限频率。

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ω_x和总流量Q为输入，计算每台水泵的水泵效率η_x以及水泵扬程H_x；

32)假设共有i台水泵运行，令i＝1且i＜n，n为建筑水泵总台数；

33)令H_i＝H_x计算得到ω_i和η_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η_i和η_x，当η_i＞η_x时，则输出此时的水泵运行台数i、每台水泵的流量Q_i以及每台水泵的转速比ω_i，当η_i＜η_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ω_x和总流量Q；

35)比较i和n，当n＞i时，则令i＝i+1，返回步骤33)，当n＜i时，则结束。

频率浮动半径的计算式为：

R_f＝MAX(f_max-f_a,f_a-f_min)

其中，f_max为流量范围内优化频率最大值，f_a为流量范围内优化频率平均值，f_min为流量范围内优化频率最小值，ω_x＝f_x/f₀，f_x为当前频率，f₀为额定频率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

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

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。

图2为地源侧水泵特性曲线。

图3为空调侧水泵特性曲线。

图4为地源侧实际功率及拟合功率对比图。

图5为空调侧实际功率及拟合功率对比图。

图6为地源侧优化前后功率对比图。

图7为空调侧优化前后功率对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

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，为变工况的水泵运行提出量化的运行策略，具体的过程如下：

1)拟合单台水泵特性

为描述非额定工况下的性能特性，定义ω为水泵当前转速与额定转速的比值，当ω为1时，水泵扬程、效率的计算模型分别为：

H＝a₁Q²+a₂Q+a₃ (1.1)

η＝c₁Q²+c₂Q+c₃ (1.2)

式中，H—水泵扬程，m；η—水泵的效率；Q—水泵流量；m³/h；a_m，b_m—性能常数，m＝1，2，3；

2)多台水泵并联特性

当水泵转速比ω<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：

Q_x＝ωQ₀ (1.3)

H_x＝ω²H₀ (1.4)

N_x＝ω³N₀ (1.5)

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。

则单台泵转速比为ω₁时的特性曲线拟合方程为：

H＝a₁Q²+a₂ω₁Q+a₃ω₁ ² (1.6)

η＝c₁ω₁ ^(-2)Q²+c₂ω₁ ^(-1)Q+c₃ (1.7)

式中:γ表示输送液体的容重，取9807N/m3。

因此，并联模型两台水泵(同步变频)转速比均为ω₂；由Q₂＝Q/2，则有：

H₂＝a₁Q₂ ²+a₂ω₂Q₂+a₃ω₂ ² (1.9)

η₂＝c₁ω₂ ^(-2)Q₂ ²+c₂ω₂ ^(-1)Q₂+c₃ (1.10)

同理可得到多台水泵并联时其中一台水泵的特性曲线。

3)界限频率

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。

4)优化流程，以4台并联为例，如图1所示。

实施例：

以某既有地源热泵空调系统建筑为例，将其应用在该建筑的地源侧与空调侧，实例如下：

(1)水泵性能参数及性能曲线，如表1、图2和图3所示。

表1循环水泵性能参数

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；

(2)优化结果(与实际运行输入功率相比)

如图6和7所示，优化结果表明：

地源侧总流量在220m³·h^-1-400m³·h^-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400m³·h^-1-430m³·h^-1时，用三台水泵并联，节能率约为19.56％。

空调侧总流量在360m³·h^-1-440m³·h^-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440m³·h^-1-460m³·h^-1范围内，节能率约为4.1％。空调侧总流量在460m³·h^-1-520m³·h^-1范围内，节能率约为12.82％，优化效果明显。

(3)运行方式，如表2和表3所示

表2地源侧运行策略

表3空调侧运行策略

本方法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。