一種泵裝置能耗的綜合加權(quán)評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及對(duì)于多工況運(yùn)行的累站的能耗綜合評(píng)價(jià) 技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國的大型灌排累站平均裝置效率僅為40%~50%，能源單耗平均達(dá)7~8kW · h/ 化t · m)，累裝置效率距《累站設(shè)計(jì)規(guī)范KGB50265-2010)第9.1.11節(jié)中累裝置效率的要求 相差很多，很多累站實(shí)際運(yùn)行工況嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況，累站的能耗問題已成為水利工程領(lǐng) 域的熱點(diǎn)問題。當(dāng)前，在實(shí)際工程中，累站水力模型的選擇一般僅考慮設(shè)計(jì)工況時(shí)累站的效 率，人們往往認(rèn)為此時(shí)累站的效率高則其運(yùn)行能耗低，忽略了其他運(yùn)行工況時(shí)累站效率，僅 從設(shè)計(jì)工況時(shí)累站的效率角度選擇水力模型未必能達(dá)到累站的能耗最低，機(jī)組運(yùn)行最節(jié)能 的目的。累站機(jī)組耗能的影響因素還包括流量、揚(yáng)程及運(yùn)行時(shí)間Ξ個(gè)要素。在確定的累站揚(yáng) 程條件下，若累站總抽水量相同時(shí)，累站機(jī)組能耗最少則需累裝置效率最大，若兩套累站機(jī) 組效率及總水量相同時(shí)，則兩套累站機(jī)組的耗能相同，但累站機(jī)組流量較大的機(jī)組，其運(yùn)行 時(shí)間短，機(jī)電設(shè)備損耗率低，可靠性高，機(jī)組整體性能較優(yōu)，因此僅將設(shè)計(jì)工況時(shí)累站效率 作為選擇水力模型的依據(jù)有所不科學(xué)，兩座累站機(jī)組的能耗高低很難僅通過累站效率運(yùn)單 一指標(biāo)給予確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述實(shí)際工程水力模型選擇存在的問題，本發(fā)明目的是提出一種累裝置能耗 的綜合評(píng)價(jià)方法，即從累裝置運(yùn)行多工況的角度出發(fā)，對(duì)多工況運(yùn)行的累裝置能耗進(jìn)行加 權(quán)評(píng)價(jià)。
[0004] 本發(fā)明包括W下步驟： 1) 通過累裝置物理模型試驗(yàn)或累裝置整體CH)數(shù)值計(jì)算，獲取多工況時(shí)累裝置的能量 性能參數(shù)，包括:流量Q、揚(yáng)程H、效率η; 當(dāng)提供的累裝置性能數(shù)據(jù)中缺少特征工況的數(shù)據(jù)，W獲得的能量性能數(shù)據(jù)為樣本，分 別建立因變量y與自變量X的非線性回歸數(shù)學(xué)模型，采用非線性回歸的Gauss-化wton算法對(duì) 回歸常數(shù)和偏回歸系數(shù)進(jìn)行求解，非線性回歸數(shù)學(xué)關(guān)系模型如下：
式中：y=Q · n，x=H;ai，a2，a3,a4，a日分別為偏回歸系數(shù);b為回歸常數(shù)； 將已知累裝置的特征揚(yáng)程值代入非線性回歸數(shù)學(xué)模型y=f(x)，即可分別求得流量Q與 效率η的乘積值Q . η，非線性回歸數(shù)學(xué)模型的判定系數(shù)大于0.99; 2) 從累裝置機(jī)組耗能Ε的計(jì)算式推導(dǎo)出累裝置單工況的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)Ρ.Ε.Ι(化mp system Energy consumption Index， P.E.I):
式中：P.E.I為累裝置單工況的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo);Q為累裝置流量，單位:m3/s;ri為累裝置 效率，單位:％;D為累葉輪直徑，單位:m ;η為葉輪轉(zhuǎn)速，單位:r/min; 將累裝置的運(yùn)行工況參數(shù)代入P. E. I的計(jì)算式求得各工況時(shí)累裝置單工況的能耗評(píng)價(jià) 指標(biāo)P. E. I; 3)建立累裝置能耗的綜合加權(quán)評(píng)價(jià)模型： 在累裝置單工況的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)P. E. I基礎(chǔ)上，引入累裝置每個(gè)特征工況的運(yùn)行天數(shù)， 建立累裝置能耗的綜合加權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)M.P.E(Multiple operating conditions of Pump system Energy consumption Index)，計(jì)算式女曰下：
式中：Si為第i個(gè)工況加權(quán)因子，Μ為工況類別總數(shù);Qi為第i個(gè)工況時(shí)累裝置的流量;di 為第i個(gè)工況運(yùn)行的總天數(shù);sum(di)為不同工況時(shí)累裝置運(yùn)行的天數(shù)總和，sum(di)含366 ;n 為葉輪轉(zhuǎn)速，單位:min/r; D為累葉輪直徑，單位:m; ru為累裝置效率，單位:％。
[0005] 本發(fā)明基于累裝置的物理模型試驗(yàn)或CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果選擇累裝置的特征工況數(shù) 據(jù)，在已知累裝置第i個(gè)工況的累裝置揚(yáng)程出時(shí)，通過步驟1)獲取累裝置運(yùn)行第i個(gè)工況的 Qi · ru的數(shù)值;采用累裝置機(jī)組耗能計(jì)算式推導(dǎo)累裝置能耗的單工況能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)P.E.I， 通過步驟2)分別求出累裝置第i個(gè)工況的P.E.I值；引入累裝置特征工況的天數(shù)進(jìn)行綜合加 權(quán)平均，通過步驟3)求出不同工況的加權(quán)因子;最后分別將不同運(yùn)行工況的流量、效率及運(yùn) 行天數(shù)代入至累裝置能耗的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)M.P.E的計(jì)算式，得出該累裝置的能耗綜合評(píng)價(jià) 指標(biāo)。累裝置能耗的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)Μ. P. E數(shù)值越大越好，且該數(shù)值為正值。
[0006] 本發(fā)明破解了僅將累裝置水力效率作為評(píng)價(jià)累裝置耗能的唯一指標(biāo)問題，采用該 方法可綜合比較不同方案的累裝置的綜合能耗，避免僅采用設(shè)計(jì)工況的累裝置效率作為評(píng) 價(jià)指標(biāo)的單一性和不科學(xué)性，有利于實(shí)際累站的節(jié)能降耗，節(jié)約累站能源成本，達(dá)到節(jié)能環(huán) 保的目的，也為不同方案累裝置的優(yōu)選提供了一種可靠的方法。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明累裝置能耗的綜合評(píng)價(jià)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[000引下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述。
[0009] 一種累裝置能耗流程如圖1所示。
[0010] 現(xiàn)有四套累裝置的能量性能數(shù)據(jù)，但未包含所有的工況點(diǎn)數(shù)據(jù)，為此采用W上步 驟1)的方法構(gòu)建Q · η與Η的數(shù)值函數(shù)關(guān)系，數(shù)學(xué)方程如下： 式中：y=Q · η，χ=Η。
[0011] 用Gauss-Newton算法對(duì)非線性回歸方程的回歸常數(shù)和偏回歸系數(shù)進(jìn)行求解，求解 結(jié)果如表1所示。各非線性回歸方程的判定系數(shù)均大于0.99,滿足要求。
[0012] 表1非線性回歸數(shù)學(xué)方程的系數(shù)
在步驟1)基礎(chǔ)上獲取了四套累裝置的Q · η與Η的多元非線性數(shù)學(xué)關(guān)系模型基礎(chǔ)上，針 對(duì)累裝置運(yùn)行工況特點(diǎn)，確定每個(gè)工況累裝置揚(yáng)程Η所對(duì)應(yīng)的Q · η值。針對(duì)累裝置運(yùn)行特 點(diǎn)，選擇了Ξ個(gè)特征工況:工況1為設(shè)計(jì)揚(yáng)程1.44 m，運(yùn)行工況2為最低揚(yáng)程0.30 m，工況3為 最高揚(yáng)程2.80 m，在運(yùn)3個(gè)特征工況時(shí)，假設(shè)累裝置運(yùn)行的天數(shù)分別為60天、40天及210天。
[0013] 依據(jù)W上步驟2)，對(duì)4套累裝置分別計(jì)算3個(gè)特征工況時(shí)的累裝置單工況的能耗評(píng) 價(jià)指標(biāo)P.E.I值，計(jì)算結(jié)果如表2, W運(yùn)行工況1為選擇依據(jù)，則應(yīng)選擇累裝置4; W運(yùn)行工況2 為選擇依據(jù)，則應(yīng)選擇累裝置4; W運(yùn)行工況3為選擇依據(jù)，則應(yīng)優(yōu)選累裝置3，從步驟2)獲取 的結(jié)果，可知不能僅W累裝置效率運(yùn)單一指標(biāo)進(jìn)行累裝置方案或水力模型的選擇。
[0014] 在W上步驟2)的基礎(chǔ)上，對(duì)4套累裝置進(jìn)行累裝置能耗的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)M.P.E的求 解，求解結(jié)果如表2所示。在假設(shè)累裝置運(yùn)行天數(shù)的條件下，方案2的累裝置多工況性能加權(quán) 評(píng)價(jià)指標(biāo)M.P.E值最大，其次為累裝置3、累裝置1及累裝置4。單工況時(shí)累裝置的綜合水力特 性最優(yōu)，而在多工況運(yùn)行時(shí)該累裝置的綜合特性未必最優(yōu)，在對(duì)不同累裝置能耗進(jìn)行綜合 評(píng)價(jià)時(shí)，可先選擇若干優(yōu)秀水力模型及累裝置形式進(jìn)行自由組合后對(duì)各方案累裝置進(jìn)行全 流道Ξ維數(shù)值計(jì)算或物理模型試驗(yàn)，再根據(jù)累裝置實(shí)際運(yùn)行特征揚(yáng)程要求采用本發(fā)明提出 的累裝置能耗綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)累裝置的能耗進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，從而達(dá)到更全面地分析累裝置 的能耗，為累裝置形式的優(yōu)選提供了一種可靠的方法。
[0015] 表2不同累裝置的能耗綜合評(píng)價(jià)P.E.I與M.P.E值
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種栗裝置能耗的綜合加權(quán)評(píng)價(jià)方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 通過栗裝置物理模型試驗(yàn)或栗裝置整體CFD數(shù)值計(jì)算，獲取多工況時(shí)栗裝置的能量 性能參數(shù)，包括:流量Q、揚(yáng)程Η、效率η; 當(dāng)提供的栗裝置性能數(shù)據(jù)中缺少特征工況的數(shù)據(jù)，以獲得的能量性能數(shù)據(jù)為樣本，分 別建立因變量y與自變量X的非線性回歸數(shù)學(xué)模型，采用非線性回歸的Gauss-Newton算法對(duì) 回歸常數(shù)和偏回歸系數(shù)進(jìn)行求解，非線性回歸數(shù)學(xué)關(guān)系模型如下： = + + -?- :??4：?Γ + iSi-arf·：& 式中:y=Q · n，x=H;ai，a2，a3,a4，a5分別為偏回歸系數(shù);b為回歸常數(shù)； 將已知栗裝置的特征揚(yáng)程值代入非線性回歸數(shù)學(xué)模型y=f(x)，即可分別求得流量Q與 效率η的乘積值Q · η，非線性回歸數(shù)學(xué)模型的判定系數(shù)大于0.99; 2) 從栗裝置機(jī)組耗能Ε的計(jì)算式推導(dǎo)出栗裝置單工況的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)Ρ.Ε.Ι，計(jì)算式如 下：式中:P. E. I為栗裝置單工況的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo);Q為栗裝置流量，單位:m3/s; τι為栗裝置效 率，單位:％;D為栗葉輪直徑，單位:m ;n為葉輪轉(zhuǎn)速，單位:r/min; 將栗裝置的運(yùn)行工況參數(shù)代入P. E. I的計(jì)算式求得各工況時(shí)栗裝置單工況的能耗評(píng)價(jià) 指標(biāo)P.E. I; 3) 建立栗裝置能耗的綜合加權(quán)評(píng)價(jià)模型： 在栗裝置單工況的能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)P. E. I基礎(chǔ)上，引入栗裝置每個(gè)特征工況的運(yùn)行天數(shù)， 建立栗裝置能耗的綜合加權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)M. P. E，計(jì)算式如下：式中：Sl為第i個(gè)工況加權(quán)因子，Μ為工況類別總數(shù);Q,為第i個(gè)工況時(shí)栗裝置的流量;cU 為第i個(gè)工況運(yùn)行的總天數(shù);sum(di)為不同工況時(shí)栗裝置運(yùn)行的天數(shù)總和，sum(diH 366 ;n 為葉輪轉(zhuǎn)速，單位:min/r; D為栗葉輪直徑，單位:m; ru為栗裝置效率，單位:％。
【專利摘要】一種泵裝置能耗的綜合加權(quán)評(píng)價(jià)方法，屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明基于泵裝置的物理模型試驗(yàn)或CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果選擇泵裝置的特征工況數(shù)據(jù)，在已知泵裝置第<i>i</i>個(gè)工況的泵裝置揚(yáng)程<i>Hi</i>時(shí)，獲取泵裝置運(yùn)行第<i>i</i>個(gè)工況的<i>Qi</i>·<i>ηi</i>的數(shù)值；采用泵裝置機(jī)組耗能計(jì)算式推導(dǎo)泵裝置能耗的單工況能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)P.E.I，分別求出泵裝置第<i>i</i>個(gè)工況的P.E.I值；引入泵裝置特征工況的天數(shù)進(jìn)行綜合加權(quán)平均，再求出不同工況的加權(quán)因子；最后分別將不同運(yùn)行工況的流量、效率及運(yùn)行天數(shù)代入至泵裝置能耗的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)M.P.E的計(jì)算式，得出該泵裝置的能耗綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。本發(fā)明有利于實(shí)際泵站的節(jié)能降耗，節(jié)約泵站能源成本。
【IPC分類】G06F19/00, G06F17/18
【公開號(hào)】CN105631192
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510961766
【發(fā)明人】楊帆, 劉超, 周濟(jì)人, 趙浩儒, 夏臣智
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日