一种泵装置能耗的综合加权评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水利工程技术领域，具体设及对于多工况运行的累站的能耗综合评价 技术。
【背景技术】
[0002] 在我国的大型灌排累站平均装置效率仅为40%~50%，能源单耗平均达7~8kW · h/ 化t · m)，累装置效率距《累站设计规范KGB50265-2010)第9.1.11节中累装置效率的要求 相差很多，很多累站实际运行工况严重偏离设计工况，累站的能耗问题已成为水利工程领 域的热点问题。当前，在实际工程中，累站水力模型的选择一般仅考虑设计工况时累站的效 率，人们往往认为此时累站的效率高则其运行能耗低，忽略了其他运行工况时累站效率，仅 从设计工况时累站的效率角度选择水力模型未必能达到累站的能耗最低，机组运行最节能 的目的。累站机组耗能的影响因素还包括流量、扬程及运行时间Ξ个要素。在确定的累站扬 程条件下，若累站总抽水量相同时，累站机组能耗最少则需累装置效率最大，若两套累站机 组效率及总水量相同时，则两套累站机组的耗能相同，但累站机组流量较大的机组，其运行 时间短，机电设备损耗率低，可靠性高，机组整体性能较优，因此仅将设计工况时累站效率 作为选择水力模型的依据有所不科学，两座累站机组的能耗高低很难仅通过累站效率运单 一指标给予确定。
【发明内容】
[0003] 针对上述实际工程水力模型选择存在的问题，本发明目的是提出一种累装置能耗 的综合评价方法，即从累装置运行多工况的角度出发，对多工况运行的累装置能耗进行加 权评价。
[0004] 本发明包括W下步骤： 1) 通过累装置物理模型试验或累装置整体CH)数值计算，获取多工况时累装置的能量 性能参数，包括:流量Q、扬程H、效率η; 当提供的累装置性能数据中缺少特征工况的数据，W获得的能量性能数据为样本，分 别建立因变量y与自变量X的非线性回归数学模型，采用非线性回归的Gauss-化wton算法对 回归常数和偏回归系数进行求解，非线性回归数学关系模型如下：
式中：y=Q · n，x=H;ai，a2，a3,a4，a日分别为偏回归系数;b为回归常数； 将已知累装置的特征扬程值代入非线性回归数学模型y=f(x)，即可分别求得流量Q与 效率η的乘积值Q . η，非线性回归数学模型的判定系数大于0.99; 2) 从累装置机组耗能Ε的计算式推导出累装置单工况的能耗评价指标Ρ.Ε.Ι(化mp system Energy consumption Index， P.E.I):
式中：P.E.I为累装置单工况的能耗评价指标;Q为累装置流量，单位:m3/s;ri为累装置 效率，单位:％;D为累叶轮直径，单位:m ;η为叶轮转速，单位:r/min; 将累装置的运行工况参数代入P. E. I的计算式求得各工况时累装置单工况的能耗评价 指标P. E. I; 3)建立累装置能耗的综合加权评价模型： 在累装置单工况的能耗评价指标P. E. I基础上，引入累装置每个特征工况的运行天数， 建立累装置能耗的综合加权评价指标M.P.E(Multiple operating conditions of Pump system Energy consumption Index)，计算式女曰下：
式中：Si为第i个工况加权因子，Μ为工况类别总数;Qi为第i个工况时累装置的流量;di 为第i个工况运行的总天数;sum(di)为不同工况时累装置运行的天数总和，sum(di)含366 ;n 为叶轮转速，单位:min/r; D为累叶轮直径，单位:m; ru为累装置效率，单位:％。
[0005] 本发明基于累装置的物理模型试验或CFD数值计算结果选择累装置的特征工况数 据，在已知累装置第i个工况的累装置扬程出时，通过步骤1)获取累装置运行第i个工况的 Qi · ru的数值;采用累装置机组耗能计算式推导累装置能耗的单工况能耗评价指标P.E.I， 通过步骤2)分别求出累装置第i个工况的P.E.I值；引入累装置特征工况的天数进行综合加 权平均，通过步骤3)求出不同工况的加权因子;最后分别将不同运行工况的流量、效率及运 行天数代入至累装置能耗的综合评价指标M.P.E的计算式，得出该累装置的能耗综合评价 指标。累装置能耗的综合评价指标Μ. P. E数值越大越好，且该数值为正值。
[0006] 本发明破解了仅将累装置水力效率作为评价累装置耗能的唯一指标问题，采用该 方法可综合比较不同方案的累装置的综合能耗，避免仅采用设计工况的累装置效率作为评 价指标的单一性和不科学性，有利于实际累站的节能降耗，节约累站能源成本，达到节能环 保的目的，也为不同方案累装置的优选提供了一种可靠的方法。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明累装置能耗的综合评价流程图。
【具体实施方式】
[000引下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细阐述。
[0009] 一种累装置能耗流程如图1所示。
[0010] 现有四套累装置的能量性能数据，但未包含所有的工况点数据，为此采用W上步 骤1)的方法构建Q · η与Η的数值函数关系，数学方程如下： 式中：y=Q · η，χ=Η。
[0011] 用Gauss-Newton算法对非线性回归方程的回归常数和偏回归系数进行求解，求解 结果如表1所示。各非线性回归方程的判定系数均大于0.99,满足要求。
[0012] 表1非线性回归数学方程的系数
在步骤1)基础上获取了四套累装置的Q · η与Η的多元非线性数学关系模型基础上，针 对累装置运行工况特点，确定每个工况累装置扬程Η所对应的Q · η值。针对累装置运行特 点，选择了Ξ个特征工况:工况1为设计扬程1.44 m，运行工况2为最低扬程0.30 m，工况3为 最高扬程2.80 m，在运3个特征工况时，假设累装置运行的天数分别为60天、40天及210天。
[0013] 依据W上步骤2)，对4套累装置分别计算3个特征工况时的累装置单工况的能耗评 价指标P.E.I值，计算结果如表2, W运行工况1为选择依据，则应选择累装置4; W运行工况2 为选择依据，则应选择累装置4; W运行工况3为选择依据，则应优选累装置3，从步骤2)获取 的结果，可知不能仅W累装置效率运单一指标进行累装置方案或水力模型的选择。
[0014] 在W上步骤2)的基础上，对4套累装置进行累装置能耗的综合评价指标M.P.E的求 解，求解结果如表2所示。在假设累装置运行天数的条件下，方案2的累装置多工况性能加权 评价指标M.P.E值最大，其次为累装置3、累装置1及累装置4。单工况时累装置的综合水力特 性最优，而在多工况运行时该累装置的综合特性未必最优，在对不同累装置能耗进行综合 评价时，可先选择若干优秀水力模型及累装置形式进行自由组合后对各方案累装置进行全 流道Ξ维数值计算或物理模型试验，再根据累装置实际运行特征扬程要求采用本发明提出 的累装置能耗综合评价方法对累装置的能耗进行评价分析，从而达到更全面地分析累装置 的能耗，为累装置形式的优选提供了一种可靠的方法。
[0015] 表2不同累装置的能耗综合评价P.E.I与M.P.E值
【主权项】
1. 一种栗装置能耗的综合加权评价方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 通过栗装置物理模型试验或栗装置整体CFD数值计算，获取多工况时栗装置的能量 性能参数，包括:流量Q、扬程Η、效率η; 当提供的栗装置性能数据中缺少特征工况的数据，以获得的能量性能数据为样本，分 别建立因变量y与自变量X的非线性回归数学模型，采用非线性回归的Gauss-Newton算法对 回归常数和偏回归系数进行求解，非线性回归数学关系模型如下： = + + -?- :??4：?Γ + iSi-arf·：& 式中:y=Q · n，x=H;ai，a2，a3,a4，a5分别为偏回归系数;b为回归常数； 将已知栗装置的特征扬程值代入非线性回归数学模型y=f(x)，即可分别求得流量Q与 效率η的乘积值Q · η，非线性回归数学模型的判定系数大于0.99; 2) 从栗装置机组耗能Ε的计算式推导出栗装置单工况的能耗评价指标Ρ.Ε.Ι，计算式如 下：式中:P. E. I为栗装置单工况的能耗评价指标;Q为栗装置流量，单位:m3/s; τι为栗装置效 率，单位:％;D为栗叶轮直径，单位:m ;n为叶轮转速，单位:r/min; 将栗装置的运行工况参数代入P. E. I的计算式求得各工况时栗装置单工况的能耗评价 指标P.E. I; 3) 建立栗装置能耗的综合加权评价模型： 在栗装置单工况的能耗评价指标P. E. I基础上，引入栗装置每个特征工况的运行天数， 建立栗装置能耗的综合加权评价指标M. P. E，计算式如下：式中：Sl为第i个工况加权因子，Μ为工况类别总数;Q,为第i个工况时栗装置的流量;cU 为第i个工况运行的总天数;sum(di)为不同工况时栗装置运行的天数总和，sum(diH 366 ;n 为叶轮转速，单位:min/r; D为栗叶轮直径，单位:m; ru为栗装置效率，单位:％。
【专利摘要】一种泵装置能耗的综合加权评价方法，属于水利工程技术领域，本发明基于泵装置的物理模型试验或CFD数值计算结果选择泵装置的特征工况数据，在已知泵装置第<i>i</i>个工况的泵装置扬程<i>Hi</i>时，获取泵装置运行第<i>i</i>个工况的<i>Qi</i>·<i>ηi</i>的数值；采用泵装置机组耗能计算式推导泵装置能耗的单工况能耗评价指标P.E.I，分别求出泵装置第<i>i</i>个工况的P.E.I值；引入泵装置特征工况的天数进行综合加权平均，再求出不同工况的加权因子；最后分别将不同运行工况的流量、效率及运行天数代入至泵装置能耗的综合评价指标M.P.E的计算式，得出该泵装置的能耗综合评价指标。本发明有利于实际泵站的节能降耗，节约泵站能源成本。
【IPC分类】G06F19/00, G06F17/18
【公开号】CN105631192
【申请号】CN201510961766
【发明人】杨帆, 刘超, 周济人, 赵浩儒, 夏臣智
【申请人】扬州大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月21日