一種泵裝置能耗的綜合加權評價方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水利工程技術領域，具體設及對于多工況運行的累站的能耗綜合評價 技術。
【背景技術】
[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7~8kW · h/ 化t · m)，累裝置效率距《累站設計規范KGB50265-2010)第9.1.11節中累裝置效率的要求 相差很多，很多累站實際運行工況嚴重偏離設計工況，累站的能耗問題已成為水利工程領 域的熱點問題。當前，在實際工程中，累站水力模型的選擇一般僅考慮設計工況時累站的效 率，人們往往認為此時累站的效率高則其運行能耗低，忽略了其他運行工況時累站效率，僅 從設計工況時累站的效率角度選擇水力模型未必能達到累站的能耗最低，機組運行最節能 的目的。累站機組耗能的影響因素還包括流量、揚程及運行時間Ξ個要素。在確定的累站揚 程條件下，若累站總抽水量相同時，累站機組能耗最少則需累裝置效率最大，若兩套累站機 組效率及總水量相同時，則兩套累站機組的耗能相同，但累站機組流量較大的機組，其運行 時間短，機電設備損耗率低，可靠性高，機組整體性能較優，因此僅將設計工況時累站效率 作為選擇水力模型的依據有所不科學，兩座累站機組的能耗高低很難僅通過累站效率運單 一指標給予確定。
【發明內容】
[0003] 針對上述實際工程水力模型選擇存在的問題，本發明目的是提出一種累裝置能耗 的綜合評價方法，即從累裝置運行多工況的角度出發，對多工況運行的累裝置能耗進行加 權評價。
[0004] 本發明包括W下步驟： 1) 通過累裝置物理模型試驗或累裝置整體CH)數值計算，獲取多工況時累裝置的能量 性能參數，包括:流量Q、揚程H、效率η; 當提供的累裝置性能數據中缺少特征工況的數據，W獲得的能量性能數據為樣本，分 別建立因變量y與自變量X的非線性回歸數學模型，采用非線性回歸的Gauss-化wton算法對 回歸常數和偏回歸系數進行求解，非線性回歸數學關系模型如下：
式中：y=Q · n，x=H;ai，a2，a3,a4，a日分別為偏回歸系數;b為回歸常數； 將已知累裝置的特征揚程值代入非線性回歸數學模型y=f(x)，即可分別求得流量Q與 效率η的乘積值Q . η，非線性回歸數學模型的判定系數大于0.99; 2) 從累裝置機組耗能Ε的計算式推導出累裝置單工況的能耗評價指標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價指標;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為葉輪轉速，單位:r/min; 將累裝置的運行工況參數代入P. E. I的計算式求得各工況時累裝置單工況的能耗評價 指標P. E. I; 3)建立累裝置能耗的綜合加權評價模型： 在累裝置單工況的能耗評價指標P. E. I基礎上，引入累裝置每個特征工況的運行天數， 建立累裝置能耗的綜合加權評價指標M.P.E(Multiple operating conditions of Pump system Energy consumption Index)，計算式女曰下：
式中：Si為第i個工況加權因子，Μ為工況類別總數;Qi為第i個工況時累裝置的流量;di 為第i個工況運行的總天數;sum(di)為不同工況時累裝置運行的天數總和，sum(di)含366 ;n 為葉輪轉速，單位:min/r; D為累葉輪直徑，單位:m; ru為累裝置效率，單位:％。
[0005] 本發明基于累裝置的物理模型試驗或CFD數值計算結果選擇累裝置的特征工況數 據，在已知累裝置第i個工況的累裝置揚程出時，通過步驟1)獲取累裝置運行第i個工況的 Qi · ru的數值;采用累裝置機組耗能計算式推導累裝置能耗的單工況能耗評價指標P.E.I， 通過步驟2)分別求出累裝置第i個工況的P.E.I值；引入累裝置特征工況的天數進行綜合加 權平均，通過步驟3)求出不同工況的加權因子;最后分別將不同運行工況的流量、效率及運 行天數代入至累裝置能耗的綜合評價指標M.P.E的計算式，得出該累裝置的能耗綜合評價 指標。累裝置能耗的綜合評價指標Μ. P. E數值越大越好，且該數值為正值。
[0006] 本發明破解了僅將累裝置水力效率作為評價累裝置耗能的唯一指標問題，采用該 方法可綜合比較不同方案的累裝置的綜合能耗，避免僅采用設計工況的累裝置效率作為評 價指標的單一性和不科學性，有利于實際累站的節能降耗，節約累站能源成本，達到節能環 保的目的，也為不同方案累裝置的優選提供了一種可靠的方法。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發明累裝置能耗的綜合評價流程圖。
【具體實施方式】
[000引下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細闡述。
[0009] 一種累裝置能耗流程如圖1所示。
[0010] 現有四套累裝置的能量性能數據，但未包含所有的工況點數據，為此采用W上步 驟1)的方法構建Q · η與Η的數值函數關系，數學方程如下： 式中：y=Q · η，χ=Η。
[0011] 用Gauss-Newton算法對非線性回歸方程的回歸常數和偏回歸系數進行求解，求解 結果如表1所示。各非線性回歸方程的判定系數均大于0.99,滿足要求。
[0012] 表1非線性回歸數學方程的系數
在步驟1)基礎上獲取了四套累裝置的Q · η與Η的多元非線性數學關系模型基礎上，針 對累裝置運行工況特點，確定每個工況累裝置揚程Η所對應的Q · η值。針對累裝置運行特 點，選擇了Ξ個特征工況:工況1為設計揚程1.44 m，運行工況2為最低揚程0.30 m，工況3為 最高揚程2.80 m，在運3個特征工況時，假設累裝置運行的天數分別為60天、40天及210天。
[0013] 依據W上步驟2)，對4套累裝置分別計算3個特征工況時的累裝置單工況的能耗評 價指標P.E.I值，計算結果如表2, W運行工況1為選擇依據，則應選擇累裝置4; W運行工況2 為選擇依據，則應選擇累裝置4; W運行工況3為選擇依據，則應優選累裝置3，從步驟2)獲取 的結果，可知不能僅W累裝置效率運單一指標進行累裝置方案或水力模型的選擇。
[0014] 在W上步驟2)的基礎上，對4套累裝置進行累裝置能耗的綜合評價指標M.P.E的求 解，求解結果如表2所示。在假設累裝置運行天數的條件下，方案2的累裝置多工況性能加權 評價指標M.P.E值最大，其次為累裝置3、累裝置1及累裝置4。單工況時累裝置的綜合水力特 性最優，而在多工況運行時該累裝置的綜合特性未必最優，在對不同累裝置能耗進行綜合 評價時，可先選擇若干優秀水力模型及累裝置形式進行自由組合后對各方案累裝置進行全 流道Ξ維數值計算或物理模型試驗，再根據累裝置實際運行特征揚程要求采用本發明提出 的累裝置能耗綜合評價方法對累裝置的能耗進行評價分析，從而達到更全面地分析累裝置 的能耗，為累裝置形式的優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價P.E.I與M.P.E值
【主權項】
1. 一種栗裝置能耗的綜合加權評價方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 通過栗裝置物理模型試驗或栗裝置整體CFD數值計算，獲取多工況時栗裝置的能量 性能參數，包括:流量Q、揚程Η、效率η; 當提供的栗裝置性能數據中缺少特征工況的數據，以獲得的能量性能數據為樣本，分 別建立因變量y與自變量X的非線性回歸數學模型，采用非線性回歸的Gauss-Newton算法對 回歸常數和偏回歸系數進行求解，非線性回歸數學關系模型如下： = + + -?- :??4：?Γ + iSi-arf·：& 式中:y=Q · n，x=H;ai，a2，a3,a4，a5分別為偏回歸系數;b為回歸常數； 將已知栗裝置的特征揚程值代入非線性回歸數學模型y=f(x)，即可分別求得流量Q與 效率η的乘積值Q · η，非線性回歸數學模型的判定系數大于0.99; 2) 從栗裝置機組耗能Ε的計算式推導出栗裝置單工況的能耗評價指標Ρ.Ε.Ι，計算式如 下：式中:P. E. I為栗裝置單工況的能耗評價指標;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為葉輪轉速，單位:r/min; 將栗裝置的運行工況參數代入P. E. I的計算式求得各工況時栗裝置單工況的能耗評價 指標P.E. I; 3) 建立栗裝置能耗的綜合加權評價模型： 在栗裝置單工況的能耗評價指標P. E. I基礎上，引入栗裝置每個特征工況的運行天數， 建立栗裝置能耗的綜合加權評價指標M. P. E，計算式如下：式中：Sl為第i個工況加權因子，Μ為工況類別總數;Q,為第i個工況時栗裝置的流量;cU 為第i個工況運行的總天數;sum(di)為不同工況時栗裝置運行的天數總和，sum(diH 366 ;n 為葉輪轉速，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評價方法，屬于水利工程技術領域，本發明基于泵裝置的物理模型試驗或CFD數值計算結果選擇泵裝置的特征工況數據，在已知泵裝置第<i>i</i>個工況的泵裝置揚程<i>Hi</i>時，獲取泵裝置運行第<i>i</i>個工況的<i>Qi</i>·<i>ηi</i>的數值；采用泵裝置機組耗能計算式推導泵裝置能耗的單工況能耗評價指標P.E.I，分別求出泵裝置第<i>i</i>個工況的P.E.I值；引入泵裝置特征工況的天數進行綜合加權平均，再求出不同工況的加權因子；最后分別將不同運行工況的流量、效率及運行天數代入至泵裝置能耗的綜合評價指標M.P.E的計算式，得出該泵裝置的能耗綜合評價指標。本發明有利于實際泵站的節能降耗，節約泵站能源成本。
【IPC分類】G06F19/00, G06F17/18
【公開號】CN105631192
【申請號】CN201510961766
【發明人】楊帆, 劉超, 周濟人, 趙浩儒, 夏臣智
【申請人】揚州大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月21日