CN115630482A - 一种水泵选型***、方法以及评价方法 - Google Patents

一种水泵选型***、方法以及评价方法 Download PDF

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CN115630482A CN202211193062.XA CN202211193062A CN115630482A CN 115630482 A CN115630482 A CN 115630482A CN 202211193062 A CN202211193062 A CN 202211193062A CN 115630482 A CN115630482 A CN 115630482A
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张凯
黄绪勇
马宏宇
蒋泽虎
丁凯
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Abstract

本发明提供一种水泵选型***、方法以及评价方法，建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及效率曲线方程；获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段；根据泵组的设计参数和高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号；从第一次筛选出的水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出。实现水泵选型的智能化，降低成本，提高效率，让设备保持高效的运行。

Description

一种水泵选型***、方法以及评价方法
技术领域
本发明涉及水泵技术领域，尤其涉及一种水泵选型***、方法以及评价方法。
背景技术
泵组的选型方案从某种程度上能够决定供水设备运行状态，一个好的选型方案，是让设备保持高效运行的重要条件之一。目前同行业内设备机组的选型方案大部分是通过人工经验来完成，智能化程度不高，随意性大，人力及时间成本消耗巨大。设备水泵机组选型方案确定后，评估手段单一，缺乏智能化评估流程。
发明内容
基于现有问题，本发明提供一种水泵选型***、方法以及评价方法，旨在解决现有中水泵选型不够智能的技术问题。
本发明提供一种水泵选型***，包括：
特征建立模块，用于建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及对应的工频特性曲线，以及工频运行时的效率曲线方程以及对应的效率曲线；
特征提取模块，连接特征建立模块，用于基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段；
存储模块，分别连接特征建立模块和特征提取模块，用于存储工频特性曲线方程、效率曲线方程和高效区段；
参数输入模块，用于输入泵组的设计参数，设计参数包括设计流量、设计扬程和设计台数；
第一筛选模块，分别连接存储模块和参数输入模块，用于根据泵组的设计参数和高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号；
第二筛选模块，连接第一筛选模块，用于从第一次筛选出的水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出。
本发明提供一种水泵选型方法，使用前述的一种水泵选型***，包括预先进行的特征提取步骤和型号筛选步骤，特征提取步骤包括：
步骤A1，预先建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及工频运行时的效率曲线方程并保存；
步骤A2，基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段并保存；
型号筛选步骤包括：
步骤B1，根据输入的泵组的设计参数和高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号，设计参数包括设计流量、设计扬程和设计台数；
步骤B2，根从第一次筛选出的水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出选型结果。
进一步的，在步骤A1中，对水泵的流量-实际扬程数据进行曲线拟合获取工频特性曲线方程，对水泵的流量-实际效率数据进行曲线拟合获取效率曲线方程。
进一步的，步骤A2包括如下步骤：
步骤A21，根据效率曲线方程求取效率曲线上的最高效率点；
步骤A22，计算效率曲线上最高效率点向左下降第一预设百分点对应的左效率点，以及最高效率点向右下降第二预设百分点对应的右效率点；
步骤A22，将最高效率点的流量值代入工频特性曲线方程得到最佳工况点，将左效率点的流量值带入工频特性曲线方程得到左工况点，将右效率点的流量值带入工频特性曲线方程得到右工况点，由左工况点和右工况点之间的所有工况点组成的区段作为工频特性曲线的高效区段。
进一步的，第一预设百分点和第二预设百分点均为10％。
进一步的，步骤B1中，预定约束条件包括：
选取平均流量在左工况点的流量值和右工况点的流量值之间的水泵型号，平均流量为设计流量和设计台数的比值；以及
选取平均流量对应的高效区段上的扬程值不小于设计扬程的水泵型号；以及
选取满足预设标签值的水泵型号。
进一步的，设计参数还包括厂家，预设标签值为厂家。
进一步的，步骤B2包括：
步骤B21，将第一次筛选出的水泵型号对应的最佳工况点组成数据候选集，对数据候选集作第二次筛选，筛选出数据候选集中与目标点最接近的预设数目的最佳工况点并获取对应的水泵型号；目标点是以平均流量和设计扬程构成的坐标点；
步骤B22，将第二次筛选出的水泵型号根据设计台数组合形成若干泵组；
步骤B23，计算每一泵组的总功率值；
步骤B24，选择总功率值最低的泵组作为输出结果，输出结果包括水泵型号、水泵数量和总功率值。
本发明一种水泵选型评估方法，用于对待评价泵组进行评估，其特征在于，使用前述的一种水泵选型***，包括预先进行的特征提取步骤和泵组评估步骤；
特征提取步骤包括：
步骤A1，预先建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及工频运行时的效率曲线方程并保存；
步骤A2，基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段并保存；
泵组评估步骤包括：
步骤C1，获取用于对待评价泵组进行评价的基本数据，基本数据包括待评价泵组对应的水泵型号、额定流量、给定压力、进口压力和水泵台数；
步骤C2，根据待评价泵组水泵型号获取对应的待评价泵组的高效区段，结合基本数据判断待评价泵组是否符合预设判断条件：
若是，则执行步骤C3；
若否，则执行步骤C4；
步骤C3，输出待评价泵组合理的判断结果；
步骤C4，将额定流量为设计流量、水泵台数为设计台数、给定压力与进口压力的差值为设计扬程，以设计流量、设计扬程和设计台数作为设计参数；
步骤C5，根据设计参数和存储的各种水泵型号的高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号；
步骤C6，从第一次筛选出的水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出选型结果。
进一步的，预设判断条件包括：
额定流量/水泵台数的比值处于待评价泵组的高效区段的左工况点的流量值和右工况点的流量值之间；
给定压力与进口压力的差值小于与额定流量/水泵台数的比值对应的待评价泵组的高效区段上的扬程值；
给定压力与进口压力的差值不小于一预设数值，预设数值为高效区段的右工况点的扬程值与一预设常数的差值。
本发明的有益技术效果在于：通过获取工频特性曲线方程和效率曲线方程，计算每种水泵型号的高效区段来进行水泵选型，实现水泵选型的智能化，降低成本，提高效率，让设备保持高效的运行。
附图说明
图1-3为本发明一种水泵选型***的模块示意图；
图4-6为本发明一种水泵选型方法的步骤流程图；
图7为本发明一种水泵选型评估方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1，本发明提供一种水泵选型***，包括：
特征建立模块(1)，用于建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及对应的工频特性曲线，以及工频运行时的效率曲线方程以及对应的效率曲线；
特征提取模块(2)，连接特征建立模块(1)，用于基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段；
存储模块(3)，分别连接特征建立模块(1)和特征提取模块(2)，用于存储工频特性曲线方程、效率曲线方程和高效区段；
参数输入模块(4)，用于输入泵组的设计参数，设计参数包括设计流量、设计扬程和设计台数；
第一筛选模块(5)，分别连接存储模块(3)和参数输入模块(4)，用于根据泵组的设计参数和高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号；
第二筛选模块(6)，连接第一筛选模块(5)，用于从第一次筛选出的水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出。
具体的，特征建立模块(1)用于：对水泵的流量-实际扬程数据进行曲线拟合获取工频特性曲线方程，对水泵的流量-实际效率数据进行曲线拟合获取效率曲线方程；根据工频特性曲线方程画出工频特性曲线，根据效率曲线方程画出效率曲线方程。
参见图2，具体的，特征提取模块(2)包括：
第一提取单元(21)，用于根据效率曲线方程求取效率曲线上的最高效率点；
第二提取单元(22)，连接第一提取单元(21)，用于计算效率曲线上最高效率点向左下降第一预设百分点对应的左效率点，以及最高效率点向右下降第二预设百分点对应的右效率点；
第三提取单元(23)，连接第二提取单元(22)，用于将最高效率点的流量值代入工频特性曲线方程得到获取最佳工况点，将左效率点的流量值带入工频特性曲线方程得到获取左工况点，将右效率点的流量值带入工频特性曲线方程得到获取右工况点，由左工况点和右工况点之间的所有工况点组成的区段作为工频特性曲线的高效区段。
具体的，第一预设百分点和第二预设百分点可以不同，也可以相同，例如均为10％。
具体的，预定约束条件包括：
选取平均流量在左工况点和右工况点之间的水泵型号，平均流量为设计流量和设计台数的比值；
选取平均流量对应的高效区段上的扬程值大于设计扬程；
选取满足预设标签值的水泵型号。
具体的，设计参数还包括厂家，预设标签值为厂家。
参见图3，具体的，第二筛选模块(6)包括：
第一计算单元(61)，用于将第一次筛选出的水泵型号对应的最佳工况点组成数据候选集，对数据候选集作第二次筛选，筛选出数据候选集中与目标点最接近的最佳工况点对应的水泵型号；目标点是以平均流量和设计扬程构成的坐标点；
第二计算单元(62)，连接第一计算单元(61)，用于将第二次筛选出的水泵型号根据设计台数组合形成若干泵组，计算每一泵组的总功率值；
第三计算单元(63)，连接第二计算单元(61)，用于选择总功率值最低的泵组作为输出结果，输出结果包括水泵型号、水泵数量和总功率值。
参见图4，本发明还提供一种水泵选型方法，使用前述的一种水泵选型***，包括预先进行的特征提取步骤和型号筛选步骤，特征提取步骤包括：
步骤A1，预先建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及工频运行时的效率曲线方程并保存；
步骤A2，基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段并保存；
型号筛选步骤包括：
步骤B1，根据输入的泵组的设计参数和高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号，设计参数包括设计流量、设计扬程和设计台数；
步骤B2，根从第一次筛选出的水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出选型结果。
进一步的，在步骤A1中，对水泵的流量-实际扬程数据进行曲线拟合获取工频特性曲线方程，对水泵的流量-实际效率数据进行曲线拟合获取效率曲线方程。
通过建立模型，根据流量-实际扬程数据、流量-实际效率数据对模型参数进行求解，拟合得到工频特性曲线方程和效率曲线方程。
具体的，工频特性曲线方程如下所示：H＝H0+s0*Q2；
其中，H是水泵的实际扬程，H0是Q＝0水泵的虚总扬程，s0是泵体内虚阻耗系数，Q是通过水泵的流量。
具体的，效率曲线方程如下所示：
η(Q,w)＝w0+w1Q1+…+wnQM；
其中，η是水泵运行效率，Q是流量，M是多项式的阶数，w＝(w0,w1,…,wM)表示多项式系数。
基于交叉验证方法判断不同阶数选择下方程的拟合效果，选择合适的多项式阶数，完成拟合过程后保留阶数、系数项数据，作为后续使用的数据来源。
参见图5，进一步的，步骤A2包括如下步骤：
步骤A21，根据效率曲线方程求取效率曲线上的最高效率点；
步骤A22，计算效率曲线上最高效率点向左下降第一预设百分点对应的左效率点，以及最高效率点向右下降第二预设百分点对应的右效率点；
步骤A22，将最高效率点的流量值代入工频特性曲线方程得到最佳工况点，将左效率点的流量值带入工频特性曲线方程得到左工况点，将右效率点的流量值带入工频特性曲线方程得到右工况点，由左工况点和右工况点之间的所有工况点组成的区段作为工频特性曲线的高效区段。
最高效率点作为最佳工况点(Qhigh,Hhigh)。
左工况点横坐标是左工况点的流量值，纵坐标是对应的扬程值。
右工况点横坐标是右工况点的流量值，纵坐标是对应的扬程值。
进一步的，第一预设百分点和第二预设百分点均为10％。
进一步的，步骤B1中，预定约束条件包括：
选取平均流量在左工况点的流量值和右工况点的流量值之间的水泵型号，平均流量为设计流量和设计台数的比值；以及选取平均流量对应的高效区段上的扬程值不小于设计扬程的水泵型号；以及
选取满足预设标签值的水泵型号。
进一步的，设计参数还包括厂家，预设标签值为厂家。
可以选择某一家厂家，专门选取这家厂家的水泵型号。
输入为设计流量Q设、设计扬程H设，机组需要的水泵台数即设计台数n设(默认2)，即平均流量＝设计流量/设计台数即Q设/n；
Qleft<＝Q设/n设<＝Qright为第一个预设约束条件。
点C(Q设/n设,H设)落在水泵工频运行高效区段的下方作为第二预设条件，选取在Q设/n设对应的高效区段的扬程值大于等于H设即满足第二预设约束条件。
参见图6，进一步的，步骤B2包括：
步骤B21，将第一次筛选出的水泵型号对应的最佳工况点组成数据候选集，对数据候选集作第二次筛选，筛选出数据候选集中与目标点最接近的预设数目的最佳工况点并获取对应的水泵型号；目标点是以平均流量和设计扬程构成的坐标点；
步骤B22，将第二次筛选出的水泵型号根据设计台数组合形成若干泵组；
步骤B23，计算每一泵组的总功率值；
步骤B24，选择总功率值最低的泵组作为输出结果，输出结果包括水泵型号、水泵数量和总功率值。
基于最近邻算法，筛选出数据候选集中与目标点最接近的预设数目的最佳工况点并获取对应的水泵型号，
预设数目例如5，选取5个与目标点最接近的最佳工况点，进而获取与最佳工况点对应的水泵型号，将这些水泵型号形成泵组，根据水泵型号，获取水泵的功率值，从而计算每一种泵组的总功率值，选取总功率值最低的作为最佳水泵输出。
参见图7，本发明还提供一种水泵选型评估方法，用于对待评价泵组进行评估，使用前述的一种水泵选型***，包括预先进行的特征提取步骤和泵组评估步骤；
特征提取步骤包括：
步骤A1，预先建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及工频运行时的效率曲线方程并保存；
步骤A2，基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段并保存；
泵组评估步骤包括：
步骤C1，获取用于对待评价泵组进行评价的基本数据，基本数据包括待评价泵组对应的水泵型号、额定流量、给定压力、进口压力和水泵台数；
步骤C2，根据待评价泵组水泵型号获取对应的待评价泵组的高效区段，结合基本数据判断待评价泵组是否符合预设判断条件：
若是，则执行步骤C3；
若否，则执行步骤C4；
步骤C3，输出待评价泵组合理的判断结果；
步骤C4，将额定流量为设计流量、水泵台数为设计台数、给定压力与进口压力的差值为设计扬程，以设计流量、设计扬程和设计台数作为设计参数；
步骤C5，根据设计参数和存储的各种水泵型号的高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号；
步骤C6，从第一次筛选出的水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出选型结果。
选型结果包括水泵型号、水泵数量和水泵总功率值。
本发明还可以对有些已选的泵组进行评价，基本数据还包括供水设备类型，如果为无负压设备，则处理进口压力为异常值，若不为无负压设备，则进口压力为0。
根据泵组的水泵型号，获取预先计算得到的高效区段，进行泵组评估。
进一步的，预设判断条件包括：
额定流量/水泵台数的比值处于待评价泵组的高效区段的左工况点的流量值和右工况点的流量值之间；
给定压力与进口压力的差值小于与额定流量/水泵台数的比值对应的待评价泵组的高效区段上的扬程值；
给定压力与进口压力的差值不小于一预设数值，预设数值为高效区段的右工况点的扬程值与一预设常数的差值。
额定流量Q额定、给定压力H给定、进口压力Hin和水泵台数n；
Q额定在左右工况点之间为第一预设判断条件；
点(Q额定/n，H给定)在高效区段下方，为第二预设判断条件；
H给定-Hin>Hright-C(C为预设常数，Hright为高效区段的右工况点的扬程值)，为第三个预设判断条件。
本发明通过一种水泵选型***和方法自动进行水泵选型，还可以辅助后续对供水设备(尤其是已建成的设备)运行状态的数据分析工作，给出合理的选型诊断报告，如果诊断合理，则输出合理的诊断报告，如果不合理，通过自动选型方法给出选型建议。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水泵选型***，其特征在于，包括：
特征建立模块，用于建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及对应的工频特性曲线，以及工频运行时的效率曲线方程以及对应的效率曲线；
特征提取模块，连接特征建立模块，用于基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的所述工频特性曲线上的高效区段；
存储模块，分别连接所述特征建立模块和所述特征提取模块，用于存储所述工频特性曲线方程、所述效率曲线方程和所述高效区段；
参数输入模块，用于输入泵组的设计参数，所述设计参数包括设计流量、设计扬程和设计台数；
第一筛选模块，分别连接所述存储模块和所述参数输入模块，用于根据泵组的所述设计参数和所述高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号；
第二筛选模块，连接所述第一筛选模块，用于从第一次筛选出的所述水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出。
2.一种水泵选型方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的一种水泵选型***，包括预先进行的特征提取步骤和型号筛选步骤，所述特征提取步骤包括：
步骤A1，预先建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及工频运行时的效率曲线方程并保存；
步骤A2，基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段并保存；
所述型号筛选步骤包括：
步骤B1，根据输入的泵组的设计参数和所述高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号，所述设计参数包括设计流量、设计扬程和设计台数；
步骤B2，根从第一次筛选出的所述水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出选型结果。
3.如权利要求2所述的一种水泵选型方法，其特征在于，在所述步骤A1中，对水泵的流量-实际扬程数据进行曲线拟合获取所述工频特性曲线方程，对水泵的流量-实际效率数据进行曲线拟合获取所述效率曲线方程。
4.如权利要求2所述的一种水泵选型方法，其特征在于，所述步骤A2包括如下步骤：
步骤A21，根据所述效率曲线方程求取所述效率曲线上的最高效率点；
步骤A22，计算所述效率曲线上所述最高效率点向左下降第一预设百分点对应的左效率点，以及所述最高效率点向右下降第二预设百分点对应的右效率点；
步骤A22，将所述最高效率点的流量值代入所述工频特性曲线方程得到最佳工况点，将所述左效率点的流量值带入所述工频特性曲线方程得到左工况点，将所述右效率点的流量值带入所述工频特性曲线方程得到右工况点，由所述左工况点和所述右工况点之间的所有工况点组成的区段作为所述工频特性曲线的高效区段。
5.如权利要求4所述的一种水泵选型方法，其特征在于，所述第一预设百分点和所述第二预设百分点均为10％。
6.如权利要求4所述的一种水泵选型方法，其特征在于，所述步骤B1中，所述预定约束条件包括：
选取平均流量在左工况点的流量值和右工况点的流量值之间的水泵型号，所述平均流量为所述设计流量和所述设计台数的比值；以及
选取所述平均流量对应的所述高效区段上的扬程值不小于所述设计扬程的水泵型号。
7.如权利要求6所述的一种水泵选型方法，其特征在于，所述预定约束条件还包括：
选取满足预设标签值的水泵型号；
所述设计参数还包括厂家，所述预设标签值为厂家。
8.如权利要求6所述的一种水泵选型方法，其特征在于，所述步骤B2包括：
步骤B21，将所述第一次筛选出的所述水泵型号对应的最佳工况点组成数据候选集，对所述数据候选集作第二次筛选，筛选出所述数据候选集中与目标点最接近的预设数目的所述最佳工况点并获取对应的所述水泵型号；所述目标点是以所述平均流量和所述设计扬程构成的坐标点；
步骤B22，将所述第二次筛选出的所述水泵型号根据所述设计台数组合形成若干泵组；
步骤B23，计算每一所述泵组的总功率值；
步骤B24，选择所述总功率值最低的所述泵组作为输出结果，所述输出结果包括水泵型号、水泵数量和所述总功率值。
9.一种水泵选型评估方法，用于对待评价泵组进行评估，其特征在于，使用如权利要求1所述的一种水泵选型***，包括预先进行的特征提取步骤和泵组评估步骤；
所述特征提取步骤包括：
步骤A1，预先建立每种型号的水泵的工频特性曲线方程以及工频运行时的效率曲线方程并保存；
步骤A2，基于工频特性曲线方程以及效率曲线方程获取每种型号的水泵的工频特性曲线上的高效区段并保存；
所述泵组评估步骤包括：
步骤C1，获取用于对所述待评价泵组进行评价的基本数据，所述基本数据包括所述待评价泵组对应的水泵型号、额定流量、给定压力、进口压力和水泵台数；
步骤C2，根据所述待评价泵组所述水泵型号获取对应的所述待评价泵组的所述高效区段，结合所述基本数据判断所述待评价泵组是否符合预设判断条件：
若是，则执行步骤C3；
若否，则执行步骤C4；
步骤C3，输出所述待评价泵组合理的判断结果；
步骤C4，将所述额定流量为设计流量、水泵台数为设计台数、所述给定压力与所述进口压力的差值为设计扬程，以所述设计流量、所述设计扬程和所述设计台数作为设计参数；
步骤C5，根据所述设计参数和存储的各种水泵型号的所述高效区段进行第一次筛选，筛选出符合预定约束条件的水泵型号；
步骤C6，从第一次筛选出的所述水泵型号中筛选出形成总功率值最低的泵组的水泵型号并输出选型结果。
10.如权利要求9所述的一种水泵选型评估方法，其特征在于，所述预设判断条件包括：
所述额定流量/所述水泵台数的比值处于所述待评价泵组的所述高效区段的左工况点的流量值和右工况点的流量值之间；
所述给定压力与所述进口压力的差值小于与所述额定流量/所述水泵台数的比值对应的所述待评价泵组的所述高效区段上的扬程值；
所述给定压力与所述进口压力的差值不小于一预设数值，所述预设数值为所述高效区段的右工况点的扬程值与一预设常数的差值。
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