高效泵送方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种旨在提1?节能效率的1?效栗送方法。
【背景技术】
[0002] 至2040年全球能源需求将增加1倍，当下有一点毋庸置疑的就是大家都在寻找节 能的方法。然而，全球约20%的电力消耗来自于泵、泵系统及泵相关的设备，因此泵站节能 也是我们国家和政府节能减排减、降低单位GDP经济能耗所关注的共同话题。
[0003] 目前，国内市政污水或工业废水收集系统，一般都通过外围梯级提升泵站，采用工 频间歇运行，逐级泵送污水至污水处理厂进行处理排放。污泵机站日常运营的费用主要都 来自泵机运行的所耗电费，用户普遍认为泵机的工作效率越高越节能，并不考虑整个泵送 系统。
[0004] 但是针对整个泵站而言，实际上泵机仅是泵送系统的一部分，泵机高效并不代表 泵站高效。由于泵站带有出口输送管路，在其他条件不变时，流量越大，污水与管路的阻力 越大，能耗变大，泵送效率变小。反之，流量越小，管阻越小，能耗变小，可是泵机因转速降低 效率同时也下降，泵送效率也会变小。泵机以何种速度运行时，泵送效率最高，在满足日常 生产运营下实现最小化单位能耗，是用户最为关心问题。
【发明内容】
[0005] 目前，人们对于泵送系统，例如污水提升泵站，的泵送效率存在理解上的误区，即 "泵机最高效，即泵站最节能"。上述误解没有意识到泵送系统效率与多种因素相关，因而会 导致目前运行的泵站能耗上的浪费。对此，本案的发明人通过理论分析认识到提升泵站节 能其实还有巨大的潜力可挖。
[0006] 特别是，作为本发明的基本原理，本案发明人提出了"单耗比能'Ts概念，即单位能 耗泵送水量（kWh/m3)，并以Es为泵站最终优化指标。泵站泵送的效率最高，输送同样体积 的污水所消耗的能耗（kWh)最小。Es越小，泵送效率越高，泵站越节能。
[0007]
[0008] 由此可见，单耗比能Es与泵机扬程和泵机效率相关。全速运行相对于低速运行， 泵机自身效率较高，但是扬程H(即管阻）也很大，Es变大；泵机低速运行，扬程H(即管阻） 变小，但是泵机的效率将变小，Es也变大。通过寻找最佳的Es,可以实现节能效果的最大 化。
[0009] 基于上述本发明的基本原理，根据本发明的一个方面，提供了一种高效泵送方法， 适用于包含泵机和管道的泵送系统，所述泵机具有已知的泵机性能曲线，包括：
[0010] a.采集泵机所在的泵坑的液位，以根据所述液位与泵站管路计算静扬程；
[0011] b.采集泵机的出口处或者所述管道中的流量；
[0012]c.采集所述泵机的变频器的输出功率；
[0013]d.依据所得到的静扬程、流量和变频器的输出功率，计算单位能耗泵送水量，其中 该单位能耗泵送水量为所述泵送系统的能耗和泵送体积之比；
[0014] e.通过所述变频器来改变所述泵机的转速，并重复上述步骤b~d，以得到所述液 位下的多个单位能耗泵送水量；以及
[0015] f.确定所述多个单位能耗泵送水量中的最小者，并使所述泵机工作于同所述多个 单位能耗泵送水量中的最小者相对应的转速。
[0016] 较佳地，在上述的高效泵送方法中，所述步骤b进一步包括：采集所述管道的管 阻；以及根据所述泵机性能曲线和所述管阻，推算流量。
[0017] 较佳地，在上述的高效泵送方法中，所述步骤e进一步包括：根据预设的步长，步 进地调节所述泵机的转速，并重复上述步骤b~d，以得到多个单位能耗泵送水量。
[0018] 较佳地，在上述的高效泵送方法中，所述步骤e进一步包括：将步进地调节转速 后得到的单位能耗泵送水量与前一个单位能耗泵送水量进行比较，若小于前一个单位能耗 泵送水量，则按照所述预设的步长提高转速；若大于等于前一个单位能耗泵送水量，则按照 所述预设的步长降低转速。
[0019] 根据本发明的另一方面，提供了一种高效泵送方法，适用于包含泵机和管道的泵 送系统，包括：
[0020] a.采集所述泵送系统的能耗以及所述泵机的出口处或者所述管道中的流量；
[0021] b.将所述能耗除以所述流量以得到单位能耗泵送水量；
[0022] c.改变所述泵机的转速，并重复上述步骤a和b，以得到多个单位能耗泵送水量； 以及
[0023] d.确定所述多个单位能耗泵送水量中的最小者，并使所述泵机工作于同所述多个 单位能耗泵送水量中的最小者相对应的转速。
[0024] 较佳地，在上述的高效泵送方法中，所述泵机具有已知的泵机性能曲线，且所述采 集所述泵机的出口处或者所述管道中的流量的步骤进一步包括：采集所述管道的管阻；以 及根据所述泵机性能曲线和所述管阻，推算流量。
[0025] 较佳地，在上述的高效泵送方法中，所述步骤c进一步包括：根据预设的步长，步 进地调节所述泵机的转速，并重复上述步骤a~b，以得到多个单位能耗泵送水量。
[0026] 较佳地，在上述的高效泵送方法中，所述步骤e进一步包括：将步进地调节转速后 得到的单位能耗泵送水量与前一个单位能耗泵送水量进行比较，若小于前一个单位能耗泵 送水量，则按照所述预设的步长提高转速；若大于等于前一个单位能耗泵送水量，则按照所 述预设的步长降低转速。
[0027] 应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的， 并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
【附图说明】
[0028] 包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分， 附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
[0029] 图1示出了本发明的高效泵送方法的一个实施例。
[0030] 图2示出了本发明的高效泵送方法的另一实施例。
[0031] 图3示出了一个具体实例的Es-转速曲线。
[0032] 图4示意性地示出泵站高效泵送器通过现场总线（CANopen协议)控制泵机变频装 置运行方式。
[0033] 图5示出泵站高效泵送器通过远程I/O模块（Modbus-TCPRing)控制泵机变频装 置运行方式。
[0034] 图6示出多台泵机根据液位变化自动开停顺序。
【具体实施方式】
[0035] 在详细讨论本发明的技术方案之前，首先从简单说明一下本发明的理论基础。该 部分的描述可以证明，在每个污泵机站都具有单位能耗泵送水量Es(本文中也称作最小单 耗比能）点，同时改变泵机的转速可以实现这个最佳Es值。而本发明的主要技术特点就在 于能够找出最佳Es,然后根据"Es-转速曲线"使得泵机在与该最佳Es相对应的转速下运 行，以实现节能。
[0036] 1?泵机工况点确定
[0037] 泵站实际运行过程中，静扬程一般都不为零，需要采用已知的预测方法确定泵机 在不同转速下工况点的性能参数。通过泵机性能曲线线性化Hpunip=HfCQ,在转速下降10%以 内，可以近似计算转速变化后的流量Q数值。
[0038] 泵站管阻特性曲线(带静扬程Hs),已知工作点(流量Q1，扬程H1)，则有以下公式：
[0040] n-泵站管阻曲线指数；
[0041]入一转速比，泵机实际转速与工作点（Ql，Hl)转速之比；
[0042]H。一泵机性能曲线在（Ql，Hl)的切线与H扬程轴交点的数值；
[0043] 一般而言，泵站的管阻与流量的平方成正比，故n=2,则
[0052] 由此可见Es的大小，还与泵机静扬程Hs与泵机工况点扬程H的百分比相关，这个 百分比越小，Es值将越小，节能潜力越大。
[0053] 2)最小单耗比能Es确定
[0054] Es为转速比入与流量Q的函数(式（2))，据单变量函数经典最优化理论，Es存在 极小值点(拐点）的充要条件满足如下方程。
[0058] 泵机效率与流量之间通常有如下拟合关系：
[0059] Hpunip=Vb1Q+!^2其中I^bpb3为泵机固有效率曲线系数；
[0060] 并考虑随着转速的变化相似工况下效率不变，仅仅由于工况点的改变效率而改 变，故
[0065] 现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施 例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相 同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本 发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本 文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个 术语所蕴含的意义来理解本发明。
[0066]首先参考图1，该图示出了本发明的高效泵送方法的一个实施例。该实施例的 高效泵送方法100适用于包含泵机和管道的泵送系统，其中泵机具有已知的泵机性能 曲线。
[0067] 在该方法100中，首先分别采集泵机所在的泵坑的液位(步骤101)以及泵机的出 口处或者该管道中的流量Q(步骤102)，其中根据该液位与管路计算静扬程Hs。
[0068] 较佳地，步骤102可以进一步包括：采集该管道的管阻；以及根据该泵机性能曲线 和该管阻，推算流量Q。
[0069] 接着，采集该泵机的