专利名称：水泵风机站节能的设计测算运行方法及计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及水泵风机站的节能领域，尤其是能对水泵风机站整体进行节能的设计测算运行方法和计算机程序产品。
背景技术：
目前，对水泵风机运行电耗的计算方法及计算机程序产品，主要用于对单台水泵风机进行性能测试，不是对多机组的水泵风机站进行整体电耗测试，并且这种计算往往只针对水泵风机本身，不包含拖动水泵风机的电机和对电机转速进行调节的调速器，这种方法不能反映水泵风机整体设备的电耗情况，也不能给出多机组水泵风机站整体的优化运行电耗情况。
发明内容
为了克服现有方法和计算机程序产品存在的不能给出水泵风机站总体优化运行电耗的不足，本发明提供一种水泵风机站节能的设计测算运行方法及计算机程序产品，它不仅能计算出单台水泵风机本身的电耗，而且能给出多机组水泵风机站整体的优化运行电耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是建立水泵风机站设备(水泵风机、电机，调速器)数据库，并根据工艺要求(或管网特性)和设备(水泵风机、电机、调速器)参数确定出水泵风机站在满足工艺条件下，全部使用固定转速水泵风机运行方式(以后称为全定速方式)、全部使用转速可调节水泵风机运行方式(以后称为全调速方式)、只使用一台调速水泵风机其余为固定转速水泵风机运行方式(以后称一调速方式)三种运行方式下的水泵风机站整体优化运行电耗及转速，工艺要求可以是对水泵风机站输出流量或输出压力的要求，工艺要求有时也可以用满足管网特性来描述，设备参数包括水泵风机的流量扬程(或流量压力)特性、水泵风机的流量功率特性、电机负荷率效率特性、调速器负荷率转速效率特性。水泵风机站整体优化运行电耗是按一种水泵风机在三种运行方式下最低的单位产量电耗或两种水泵风机对比最低的单位产量电耗给出的；水泵风机站整体优化运行电耗是按一种水泵风机在三种运行方式下最高的每度电产量或两种水泵风机对比最高的每度电产量给出的；水泵风机站整体优化运行的水泵风机转速是按一种水泵风机在三种运行方式下的水泵风机转速或两种水泵风机对比的水泵风机转速给出的。
对于水泵站，实现节能设计、节能测算、节能运行的步骤为将水泵站所用水泵的流量扬程特性H＝f1(Q)、流量功率特性P＝f2(Q)输入水泵数据库，H代表扬程，Q代表流量，P代表功率；将拖动水泵所用电机的负荷率效率特性η＝f3(L)输入电机数据库，η代表效率，L代表负荷率；将电机所用调速器的负荷率转速效率特性η＝f4(L，n)输入调速器数据库，η代表效率，L代表负荷率，n代表转速；输入工艺要求H＝f5(Q)，工艺要求为满足管网特性时H＝Hmax-(Qmax2-Q2)×(Hmax-Hmm)÷(Qmax2-Qmin2)，H代表管网所需扬程，Q代表管网流量，Qmax代表管网最大流量，Hmax代表管网所需最高扬程，Qmin代表管网最小流量，Hmin代表管网所需最小扬程；确定出满足工艺要求条件下，全定速方式整体电耗最低的单位产量电耗变化曲线W1＝f6(Q)，最高的每度电产量变化电耗V1＝f7(Q)，W1全定速方式水泵站整体最低的单位产量电耗，V1全定速方式水泵站整体最高的每度电产量；确定出满足工艺要求条件下，一调速方式整体电耗最低的单位产量电耗变化曲线W2＝f8(Q)，最高的每度电产量变化曲线V2＝f9(Q)，用于稳定性判别的流量转速变化曲线n2＝f10(Q)，W2一调速方式水泵站整体最低的单位产量电耗，V2一调速方式水泵站整体最高的每度电产量，n2一调速方式调速泵转速；确定出满足工艺条件下，全调速方式整体电耗最低的单位产量电耗变化曲线W3＝f11(Q)，最高的每度电产量变化曲线V3＝f12(Q)，用于稳定性判别的流量转速变化曲线n3＝f13(Q)，W3全调速方式水泵站整体最低的单位产量电耗，V3全调速方式水泵站整体最高的每度电产量，n3全调速方式调速泵转速水泵站在全定速、一调速、全调速三种运行方式下的单位产量电耗变化曲线是在同一显示图中给出的，这样可以方便地确定对应同一流量工况最省电的运行方式，三种方式相比的节电比例；更换水泵、电机、调速器可以在同一张图上，再次画出三种运行方式下的单位产量电耗变化曲线，两种水泵的单位产量电耗变化曲线也可以作为两张图单独画出，对比两种不同设计方案之间在各流量段单位产量电耗，直观得出两种不同设计方案之间的单位产量电耗高低，给出最省电的设计方案，由于三种运行方式的单位产量电耗曲线是在同一显示图中给出的，相互对比可以很方便地确定设计方案；三种运行方式的转速变化曲线也是在同一张图中给出的，全定速方式转速为额定转速不变化，转速变化曲线中如果运行设备台数固定时对应同一转速如有两个流量点，既转速同流量是非唯一对应的，则该水泵风机站存在运行稳定性问题，根据转速变化曲线可以得出水泵站是否存在稳定性隐患，确定稳定的的运行方式，确定出以转速为被控参数的最佳切换点。
当水泵站水泵的台数为1台，电机负荷率效率和调速器负荷率转速效率特性恒定为100％时，可得出单台水泵本身的单位产量电耗、每度电产量和转速特性。
对于风机站，实现节能设计、节能测算、节能运行的步骤为将风机站所用风机的流量压力特性P’＝f1(Q)、流量功率特性P＝f2(Q)输入风机数据库，P’代表压力，Q代表流量，P代表功率；将拖动风机所用电机的负荷率效率特性η＝f3(L)输入电机数据库，η代表效率，L代表负荷率；将电机所用调速器的负荷率转速效率特性η＝f4(L，n)输入调速器数据库，η代表效率，L代表负荷率，n代表转速；输入工艺要求H＝f5(Q)，工艺要求为满足管网特性时P’＝P’max-(Qmax2-Q2)×(P’max-P’min)÷(Qmax2-Qmin2)，P’代表管网所需压力，Q代表管网流量，Qmax代表管网最大流量，P’max代表管网所需最高压力，Qmin代表管网最小流量，P’min代表管网所需最小压力；输入风机站输送气体的密度γ、温度T，环境大气压力P1’、温度T1；确定出满足工艺要求条件下，全定速方式整体电耗最低的单位产量电耗变化曲线W1＝f6(Q)，最高的每度电产量变化电耗V1＝f7(Q)，W1全定速方式风机站整体最低的单位产量电耗，V1全定速方式风机站整体最高的每度电产量；确定出满足工艺要求条件下，一调速方式整体电耗最低的单位产量电耗变化曲线W2＝f8(Q)，最高的每度电产量变化曲线V2＝f9(Q)，用于稳定性判别的流量转速变化曲线n2＝f10(Q)，W2一调速方式风机站整体最低的单位产量电耗，V2一调速方式风机站整体最高的每度电产量，n2一调速方式调速泵转速；确定出满足工艺条件下，全调速方式整体电耗最低的单位产量电耗变化曲线W3＝f11(Q)，最高的每度电产量变化曲线V3＝f12(Q)，用于稳定性判别的流量转速变化曲线n3＝f13(Q)，W3全调速方式风机站整体最低的单位产量电耗，V3全调速方式水泵站整体最高的每度电产量，n3全调速方式调速泵转速。
风机站在全定速、一调速、全调速三种运行方式下的单位产量电耗变化曲线是在同一显示图中给出的，这样可以方便地确定对应同一流量工况最省电的运行方式，三种方式相比的节电比例；更换风机、电机、调速器后，在同一张图上，再次画出三种运行方式下的单位产量电耗变化曲线，两种风机的单位产量电耗变化曲线也可以作为两张图重新单独画出，对比两种不同设计方案之间在各流量段单位产量电耗，直观得出两种不同设计方案之间的单位产量电耗高低，给出最省电的设计方案，由于各种运行方式的单位产量电耗曲线是在同一显示图中给出的，相互对比可以很方便地确定设计方案；三种运行方式的转速变化曲线也是在同一张图中给出的，全定速方式转速为额定转速不变化，根据转速变化曲线可以得出风机站是否存在稳定性隐患，确定稳定的的运行方式，确定出以转速为被控参数的最佳切换点。
当风机站风机的台数为1台，电机负荷率效率和调速器负荷率转速效率特性恒定为100％时，可得出单台风机本身的单位产量电耗、每度电产量和转速特性。
无论是水泵站还是风机站，由于单位产量电耗和每度电产量成反比关系，即使只给出一种也可以实现节能设计和节电量测算。
本发明的有益效果是对于新建水泵风机站可以确定水泵风机站整体运行电耗最低的设计方案，可以确定三种不同运行方式相比的泵站整体节能比例，可以确定出不同流量段的最优运行方式，对于已有水泵风机站还可以量化确定出节电潜力。
下面结合附图和优选实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明优选实施例水泵风机站节能设计的原理框图。
图2是本发明优选实施例水泵风机站节能测算的原理框图。
图3是本发明优选实施例水泵风机站节能运行的原理框图。
图4是本发明优选实施例单种设备单位产量电耗变化曲线图。
图5是本发明优选实施例两种设备对比的单位产量电耗变化曲线图。
图6是本发明优选实施例单种设备每度电产量变化曲线图。
图7是本发明优选实施例两种设备对比的每度电产量变化曲线图。
图8是本发明优选实施例单种设备的转速变化曲线图。
图9是本发明优选实施例两种设备对比的转速变化曲线图。
图10是本发明优选实施例编写和形成计算机程序的流程。
具体实施例方式
在图1中，步骤101输入水泵风机站工艺要求(或管网特性)的参数，步骤102选择水泵风机站所用的设备(包括水泵、风机、电机、调速器)，步骤103确定满足工艺要求条件下全定速、全调速、一调速方式在全流量范围内的单位产量电耗变化曲线和全流量范围的每度电产量曲线，步骤104确定出调速器的台数，步骤105判断单位产量电耗是否满意，如不满意进入步骤106在可选范围内选择其它型号的设备重新进入步骤103步骤104进行计算，如满意进入步骤107，确定出在可选设备范围内单位产量电耗最低的设备型号及调速器台数，步骤108确定出在全流量范围内单位产量电耗的变化情况。
在图2中，步骤201输入水泵风机站工艺要求(或管网特性)的参数，步骤202选择水泵风机站所用的设备(包括水泵、风机、电机、调速器)，步骤203确定满足工艺要求条件下全定速、全调速、一调速方式在全流量范围内的单位产量电耗变化曲线和全流量范围的每度电产量曲线，步骤204对比各个流量段最低单位产量电耗同实际单位产量电耗，得出每个流量段的节电比例。
在图3中，步骤301输入水泵风机站工艺要求(或管网特性)的参数，步骤302选择水泵风机站所用的设备(包括水泵、风机、电机、调速器)，步骤303确定满足工艺要求条件下最低单位产量电耗曲线和最高的每度电产量曲线，步骤304确定出不同流量段的水泵风机组合，每台水泵风机的输出流量，工艺切换点，水泵风机转速，设备启停状态。
在图4中，曲线41(实线)为全定速方式的单位产量电耗，曲线42(点划线)为一调速方式的单位产量电耗，曲线43(虚线)为全调速方式的单位产量电耗，在图4中任一流量点比如在Q1和Q2流量点，三种不同运行方式的单位产量电耗可以从图中得到，相互之间的差值可以得出，相互之间相比的节电比例也可以得出，从图4中可以确定出最低产量电耗的运行方式为全调速方式，流量Q3为全调速运行方式从1台切换到2台设备(水泵风机)的切换点，流量点Q4为全调速方式2台设备到3台设备的切换点。
在图5中，曲线51(实线)为第一种设备全定速方式的单位产量电耗，曲线52(点划线)为第一种设备一调速方式的单位产量电耗，曲线53(虚线)为第一种设备全调速方式的单位产量电耗，曲线510(实线)为第二种设备全定速方式的单位产量电耗，曲线520(点划线)为第二种设备一调速方式的单位产量电耗，曲线530(虚线)为第二种设备全调速方式的单位产量电耗，从图5中可以确定第一种设备比第二种设备的单位产量电耗低，在任一流量点比如流量点Q5可以确定出两种不同设备在不同运行方式下的单位产量电耗。
在图6中，曲线61(实线)为全调速方式的每度电产量，曲线62(点划线)为一调速方式的每度电产量，曲线63(虚线)为全调速方式的每度电产量，在图6中任一流量点，比如在Q6和Q7流量点，三种不同运行方式的每度电产量可从图中得出，相互之间的每度电产量差值可以得出，相互之间的节电比例也可以得出，从图6中，可以确定出最高的每度电产量运行方式为全调速方式，流量点Q8为全调速方式从1台设备到2台设备的切换点，流量点Q9为全调速方式从2台设备到3台设备的切换点。
在图7中，曲线71(实线)为第一种设备全定速方式的每度电产量，曲线72(点划线)为第一种设备在一调速方式下的每度电产量，曲线73(虚线)为第一种设备在全调速方式下的每度电产量，曲线710(实线)为第二种设备全定速方式的每度电产量，曲线720(点划线)为第二种设备在一调速方式下的每度电产量，曲线720(虚线)为第二种设备在全调速方式下的每度电产量，从图7中可以得出第一种设备比第二种设备的每度电产量高，在任一流量点比如Q10，可以确定出两种不同运行方式下的每度电产量。
在图8中，81为全定速方式下转速变化曲线，82为一调速方式下调速设备的转速变化曲线，83为全调速方式下调速设备的转速变化曲线，转速变化曲线中如果运行设备台数固定时对应同一转速如有两个流量点则该水泵风机站存在运行稳定性问题，比如在一调速方式下2台设备工作时流量点Q11和Q12对应调速泵的同一转速n1，所以图8中所示的水泵风机站在一调速方式下会出现控制不稳定性问题，但全调速方式下流量大于单台设备流量时不会出现上述问题，也就时不会出现运行不稳定性。
在图9中，ne1为第一种设备额定转速，ne2为第二种设备额定转速，91为第一种设备在全定速方式下转速变化曲线，92为第一种设备一调速方式下的转速变化曲线，93为第一种设备在全调速方式下的转速变化曲线，910为第二种设备在全定速方式下转速变化曲线，920为第二种设备在一调速方式下调速设备的转速变化曲线，930为第二种设备在全调速方式下的转速变化曲线，从图9中可以看出第二种设备在一调速方式下会有运行不稳定性问题，而对于第一种设备三种运行方式都不会出现不稳定性问题。
在图10中，步骤1001为编写水泵风机站的设备数据库管理子程序，数据库包括水泵风机数据库，电机数据库和调速器数据库，步骤1002为编写工艺要求(或管网特性)输入、水泵风机站设备选择、单位产量电耗计算及曲线显示、每度电产量计算及曲线显示、转速计算及曲线变化显示、鼠标位置数据显示、数据查询子程序，步骤1003，编译1001步和1002步编写的源码程序完成运行所用文件的连接操作形成计算机程序产品。
权利要求
1.一种水泵风机站节能的设计测算运行方法及计算机程序产品，所述方法包括建立水泵风机站设备数据库，并根据工艺要求和设备参数确定出全定速、全调速、一调速三种运行方式下的水泵风机站整体优化运行电耗及水泵风机转速，其特征在于水泵风机站整体优化运行电耗是按一种水泵风机在三种运行方式下最低的单位产量电耗或两种水泵风机对比最低的单位产量电耗给出的。
2.根据权利要求1所述的水泵风机站节能的设计测算运行方法及计算机程序产品，其特征在于水泵风机站整体优化运行电耗是按一种水泵风机在三种运行方式下最高的每度电产量或两种水泵风机对比最高的每度电产量给出的。
3.根据权利要求1所述的水泵风机站节能的设计测算运行方法及计算机程序产品，其特征在于水泵风机站整体优化运行的水泵风机转速是按一种水泵风机在三种运行方式下的水泵风机转速或两种水泵风机对比的水泵风机转速给出的。
4.根据权利要求1所述的水泵风机站节能设计测算运行方法及计算机程序产品，其特征在于对于水泵站，其管网特征是按H＝Hmax-(Qmax2-Q2)×(Hmax-Hmin)÷(Qmax2-Qmin2)确定的。
5.根据权利要求1所述的水泵风机站节能设计测算运行方法及计算机程序产品，其特征在于对于风机站，其管网特征是按P’＝P’max-(Qmax2-Q2)×(P’max-P’min)÷(Qmax2-Qmin2)确定的。
全文摘要
水泵风机站节能的设计测算运行方法及计算机程序产品。通过建立水泵风机站设备数据库，输入工艺要求，选择水泵风机站所用设备，确定出满足工艺要求条件下全定速、全调速、一调速三种方式下水泵风机站的最低单位产量电耗、最高每度电产量和水泵风机转速，并经过编程、编译等步骤形成计算机程序产品。
文档编号G06F17/30GK1516040SQ0310132
公开日2004年7月28日 申请日期2003年1月4日 优先权日2003年1月4日
发明者姚福来, 张艳芳, 姚泊生, 张艳彬, 王洪霞, 郭静 申请人:姚福来