一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法及节能系统

本发明涉及煤矿开采，尤其涉及一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法及节能系统。

背景技术：

1、近年来，随着工业的不断发展，能源与环境问题越发严峻，节能减排成为国内外日益关注的问题，采矿业作为典型的粗放式管理企业，众多专家学者对其进行能耗研究，而排水系统在采矿业生产用电中占有极高的比重，实现排水系统节能是降低采矿业能耗的关键。

2、当单台离心泵无法满足输送要求时，可以考虑将离心泵进行并联或串联的处理方式。通过串联两台相同型号的离心泵，流经两个泵的流量相同，并且排水管中的扬程为两个泵的扬程之和，这样可以增加总扬程。而将两台相同型号的离心泵进行并联，则可以增加总的输送流量，但由于煤矿排水系统排水量大，所需水泵扬程高、能耗大，而水泵的实际运行工况往往不是其设计工况，存在大量的能源浪费。

3、因此，有必要提供一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法及节能系统解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法及节能系统，通过建立精准变转速能耗模型，确定能耗最佳时的水泵转速与水泵流量，从而指导煤矿排水系统节能减耗。

2、本发明提供的一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法，所述节能方法包括以下步骤：

3、获取并联水泵的基本参数；

4、基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率模型，所述水泵效率模型的计算公式为：

5、；

6、其中，为一次项系数，为二次项系数，为三次项系数，为电机的运行转速与额定转速，即，为流量；

7、基于所述并联水泵的基本参数建立电机效率模型，所述电机效率模型的计算公式为：

8、；

9、其中，为电机效率系数，为电机的运行转速与实际转速的比值，为底数；

10、基于所述并联水泵的基本参数建立管路效率模型，所述管路效率模型的计算公式为：

11、；

12、其中，为地面高度，为泵房水面高度，为管网阻力系数，为流量；

13、基于所述电机效率、管路效率和水泵效率建立能耗模型，所述能耗模型的计算公式为：  ；

14、其中，为液体密度，为重力加速度，为工况扬程，为吨水百米电耗；

15、通过所述能耗模型计算能耗最低点时的流量，并根据流量转速模型计算得到最佳转速，通过将所述水泵的转速调整至最佳转速，以降低能耗。

16、优选的，还包括：

17、基于所述并联水泵的基本参数构建所述并联水泵的特性曲线；

18、采用最小二乘法，并以多项式对所述水泵的特性曲线进行拟合，得到水泵并联扬程模型，所述水泵并联扬程模型的计算公式为：；

19、其中，为常系数，为一次项系数，为二次项系数；

20、水泵并联运行时，流量相互叠加且水泵扬程保持不变，因此，工况点处有：

21、；

22、由于工况点和在水泵并联扬程模型的特性曲线上，因此，

23、；

24、；

25、联立上式可得：

26、；

27、由于、和为已知拟合系数，因此，所述水泵并联扬程模型可变换为：

28、；

29、同时，联立上式可得：

30、；

31、代入求得运行转速与水泵流量之间的关系式：

32、。

33、优选的，所述基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率模型，包括：

34、水泵并联中单泵的流量，可得单台水泵的水泵效率为：

35、；

36、其中，为一次项系数，为二次项系数，为三次项系数；

37、由于两台转速相同的同型号水泵在相同流量下效率一致，因此，可得：

38、。

39、本发明还提供了一种煤矿排水系统的双并联水泵节能系统，包括：

40、并联水泵参数获取模块，用于获取并联水泵的基本参数；

41、水泵效率模型构建模块，用于基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率模型，所述水泵效率模型的计算公式为：

42、；

43、其中，为一次项系数，二次项系数，三次项系数，为电机的运行转速与额定转速，即，为流量；

44、电机效率模型构建模块，用于基于所述并联水泵的基本参数建立电机效率模型，所述电机效率模型的计算公式为：

45、；

46、其中，为电机效率系数，为电机的运行转速与实际转速的比值，为底数；

47、管路效率模型构建模块，用于基于所述并联水泵的基本参数建立管路效率模型，所述管路效率模型的计算公式为：

48、；

49、其中，为地面高度，为泵房水面高度，为管网阻力系数，为流量；

50、能耗获取模块，用于基于所述电机效率、管路效率和水泵效率建立能耗模型，所述能耗模型的计算公式为：  ；

51、其中，为液体密度，为重力加速度，为工况扬程，吨水百米电耗；

52、调速模块，用于通过所述能耗模型计算能耗最低点时的流量，并根据流量转速模型计算得到最佳转速，通过将所述水泵的转速调整至最佳转速，以降低能耗。

53、与相关技术相比较，本发明提供的一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法及节能系统具有如下有益效果：

54、本发明通过建立精准变转速能耗模型，能够准确预测并联水泵在不同工况下的能耗情况，从而为煤矿排水系统的节能优化提供了科学的依据；同时通过确定能耗最佳时的水泵转速与水泵流量，指导煤矿排水系统进行针对性的节能减耗，从而实现能源的高效利用和节约。

技术特征：

1.一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法，其特征在于，所述节能方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法，其特征在于，所述基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率模型，包括：

4.一种煤矿排水系统的双并联水泵节能系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法及节能系统，属于煤矿开采技术领域，获取并联水泵的基本参数；基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率模型；基于所述并联水泵的基本参数建立电机效率模型；基于所述并联水泵的基本参数建立管路效率模型；基于所述电机效率、管路效率和水泵效率建立能耗模型；通过所述能耗模型计算能耗最低点时的流量，并根据流量转速模型计算得到最佳转速，通过将所述水泵的转速调整至最佳转速，本发明通过建立精准变转速能耗模型，能够准确预测并联水泵在不同工况下的能耗情况，从而为煤矿排水系统的节能优化提供了科学的依据，从而实现能源的高效利用和节约。

技术研发人员：贾顺,宋金云,王尚,任大伟,张国强,吴冰莹,闵祥鹏,安通通,厉昌俊,孟伟
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9