一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法及节能系统

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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：

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

；

其中，

基于所述并联水泵的基本参数建立电机效率

；

其中，

基于所述并联水泵的基本参数建立管路效率

；

其中，

基于所述电机效率

其中，

通过所述能耗模型计算能耗最低点时的流量

优选的，还包括：

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；

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

其中，

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

；

由于工况点

；

；

联立上式可得：

；

由于

；

同时，联立上式可得：

；

代入

。

优选的，所述基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率

水泵并联中单泵的流量

；

其中，

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：

。

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：

并联水泵参数获取模块，用于获取并联水泵的基本参数；

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

；

其中，

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

；

其中，

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

；

其中，

能耗获取模块，用于基于所述电机效率

其中，

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

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：

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。

附图说明

图1为本发明的单水泵的流量与吨数百米电耗曲线图；

图2为本发明的双并联水泵的特性曲线图；

图3为本发明的变转速双并联水泵的特性曲线图；

图4为本发明的双并联水泵的流量与吨数百米电耗曲线图；

图5为本发明的方法流程图；

图6为本发明的模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。

实施例一

一种煤矿排水系统的双并联水泵节能方法，参考图5所示，所述节能方法包括以下步骤：

S1：获取并联水泵的基本参数；

S2：基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率

；

其中，

S3：基于所述并联水泵的基本参数建立电机效率

；

其中，

S4：基于所述并联水泵的基本参数建立管路效率

；

其中，

S5：基于所述电机效率

；

其中，

S6：通过所述能耗模型计算能耗最低点时的流量

优选的，还包括：

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；

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

其中，

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

；

由于工况点

；

联立上式可得：

；

由于

；

同时，联立上式可得：

；

代入

。

优选的，所述基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率

水泵并联中单泵的流量

；

其中，

由于两个转速相同的同型号水泵在相同流量下效率一致，因此，可得：

。

实施例二

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，参考图6所示，包括：

并联水泵参数获取模块100，用于获取并联水泵的基本参数；

水泵效率模型构建模块200，用于基于所述并联水泵的基本参数建立水泵效率

；

其中，

电机效率模型构建模块300，用于基于所述并联水泵的基本参数建立电机效率

；

其中，

管路效率模型构建模块400，用于基于所述并联水泵的基本参数建立管路效率

；

其中，

能耗获取模块500，用于基于所述电机效率

；

其中，

调速模块600，用于通过所述能耗模型计算能耗最低点时的流量

具体应用时的双并联水泵的恒转速与变转速的性能对比

具体地，以下述煤矿主排水系统为例：主排水系统的一水平中央泵房共有十一台水泵，其中九台水泵为MD420-96*10矿用离心水泵、一台MD500-85*11矿用离心水泵、一台MHP49200/13/A1-S矿用离心水泵，二水平中央泵房共有八台水泵，为MDS450-60*5矿用离心水泵，水泵所用电机型号为YB3-4502-4。

然后对双并联水泵的基本参数进行分析，水泵的性能可以通过以下几个参数来描述，包括水泵扬程

接下来对双并联水泵进行能耗特性分析，分析双并联水泵运转过程中转速、流量、扬程、功率、效率之间的相互关系，以能效最优为目标，研究变转速水泵节能方法；研究离心泵的性能可以准确地选择和使用离心泵，对提高生产效率节约能源有重要意义。

双并联水泵的恒转速的能耗模型构建：

根据实际煤矿实际测量数据，当中央泵房阀门开度最大时，1#泵房1#号泵的管路数据如表1所示：

表1 为1#泵房1#号泵管路数据

管路扬程的计算公式为：

；

将1#泵的管路数据代入管路扬程的计算公式，可以求得S为0.000098，可以得到1#号泵的管路扬程：

；

离心泵的H-Q特性曲线通常用多项式函数来表示，因此，H-Q特性曲线的方程可以表示为：

；

式中

为水泵扬程二次项系数。

中央泵房1#泵房1#号泵的水泵参数如表2所示：

表2 为1#泵房1#泵参数

。

进一步，通过数据分析软件Origin对1#号泵所测的参数数据进行非线性拟合，根据拟合结果得

；

电机效率-转速计算公式模型为：

；

式中

根据图1得电机效率计算公式：

；

图2所示为双泵并联曲线，展示了两台同型号水泵并联运行合成后的特性曲线。

双泵并联的流量—扬程特性方程仍然参照多项式进行拟合，即：

；

式中

并联运行时泵的扬程不变，因此在工况点

；

因为图中点

；

点

；

进一步，将上式联立求解，可得：

；

因此有：

；

进一步，双泵并联运行特性曲线的方程为：

；

双泵并联吨水百米电耗计算公式为

；

进一步得：

；

式中

两个同转速同类型泵效率相等，因此双泵效率

；

在水泵实际运行时：

；

进一步地，联立可得：

；

求解可得：

；

此时：

；

式中

；

进一步，恒转速双泵并联吨水百米电耗

；

双并联水泵的变转速的能耗模型构建：

变转速运行中流量

；

式中

图3为两台同型号水泵变转速并联运行合成后的特性曲线。

变转速双泵并联扬程流量特性曲线的方程仍然采用多项式的方法进行拟合，所以：

；

式中

并联运行时，流量相互叠加，扬程保持不变，因此在工况点

；

因为点

；

点

；

进一步地，可求得：

；

进一步地，

；

因为

；

进一步地，联立该式

；

此两台水泵在转速均为

；

联立下列两式，可得：

；

可求出水泵扬程随工况流量

；

水泵并联系统中单泵流量

；

进而求出单台水泵效率随工况流量

；

因为两台转速相同的同型号泵在相同流量下效率一致，因此双泵效率

；

水泵运行时管路有效扬程为管路静扬程，因此管路效率为：

；

进一步地管路效率随工况流量

；

同型号电机转速恒定时效率相同，因此电机整体效率

；

双泵变转速并联时吨水百米电耗计算仍然为

根据上述分析可得到变转速并联水泵流量

；

其中，

；

；

当1#号泵单台水泵运行时，在目前运行工况下，根据恒转速单离心泵能耗模型求得的吨水百米电耗为0.53394KW·h/(t·hm)。

当1#号泵与其他水泵变转速运行时，根据建立的模型，可知当流量为

；

当电机转速在标准转速50％以上时，

；

；

图4为双泵并联变转速吨水百米电耗图，对单泵变转速能耗模型

；

此时转速在水泵允许变转速范围内，因此可以通过变转速为1571r/min降低排水系统能耗，与步骤4所求得的目前工况下的吨水百米电耗进行对比，预计可减少的吨水百米电耗为0.0694 KW·h/(t·hm)。

T煤矿1#中央泵房水泵实际运行转速为1492 r/min，根据T煤矿平均涌水量，1#中央泵房每日双离心泵并联工作时间为11.98 h，每日用电量为38772.5度，具体工作工况数据如表3所示。

表3变转速前水泵运行工况表

。

根据所建立模型可知，双泵并联运行流量为1024m

表4变转速后水泵运行工况表

。

进行水泵变转速调节后，在水泵变转速运行工况下，T煤矿1#中央泵房日均用电量为33753.3 KW·h，应用本发明节能方法后T煤矿1#中央泵房预计每日将节约用电5019.2KW·h，产生较大的经济效益。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框，以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器，或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

还需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。