一种水处理泵组中最优泵组组合确定方法及系统与流程

1.本发明涉及水处理泵组优选技术领域，特别是涉及一种水处理泵组中最优泵组组合确定方法及系统。


背景技术：

2.水是人类赖以生存的必要物质，水处理包括给水处理和废水处理，对于人类的发展生存均具有重要意义。随着经济的快速发展和城镇人口的不断增加，居民自来水量和水质需求不断增加，同时，随着中国生态文明建设的不断推进，各种污染物排放标准也在不断提高，这就要求对现有水处理工艺与控制方法进行不断改进和完善。
3.泵在给水处理和废水处理过程中均具有重要作用，对于污水处理厂，进水提升泵站是其重要单元之一，负责将集水井中经过格栅过滤的污水提升至沉砂池，提升泵的电耗一般占全厂电耗的10％～20％，是污水处理厂的能耗大户，提升泵节能控制对降低污水处理厂能耗具有重要意义；对于自来水厂，取水泵站和送水泵站也是自来水厂重点节能降耗控制的站点。因此对于泵站泵组进行优选研究具有重要的意义。基于泵的运行特性，有学者提出了以遗传算法为主的多目标优化算法对其进行优选，但该方法需进行大量计算，不利于现场工艺人员直接运用。基于此，本领域亟需为水处理工艺运行人员提供一种简单、可靠的泵组优选方法，以确保水处理工艺的安全、稳定运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种水处理泵组中最优泵组组合确定方法及系统，能够简单、可靠地对泵组进行优选，以确保水处理工艺的安全、稳定运行。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种水处理泵组中最优泵组组合确定方法，所述方法包括：
7.获取水处理泵组中各台泵的特性曲线；所述特性曲线包括流量-扬程曲线、流量-功率曲线和流量-效率曲线；所述泵为工频泵或变频泵；
8.对各所述特性曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式、流量-功率表达式和流量-效率表达式；
9.根据各所述流量-扬程表达式、所述流量-功率表达式和所述流量-效率表达式，得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率；
10.对所述水处理泵组中各台泵进行任意组合，得到多个不同的泵组组合；每个所述泵组组合包括a台泵；a为大于等于1的正整数；
11.根据各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率，得到各所述泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率；
12.根据各所述泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率，绘制各所述泵组组合在不同扬程下所述泵组效率随所述泵组流量变化的曲线，形成各所述泵组组合在不同扬程下的泵组图版；所述曲线上标注有不同频率；
13.获取水处理过程中所需扬程和所需流量；
14.基于各所述泵组图版，根据所述所需扬程和所述所需流量，确定所述泵组效率最高的泵组组合为最优泵组组合，同时得到所述泵组效率最高时所述最优泵组组合的频率。
15.可选地，所述对各所述特性曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式、流量-功率表达式和流量-效率表达式，具体包括：
16.对各所述流量-扬程曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式；
17.对各所述流量-功率曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-功率表达式；
18.对各所述流量-效率曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-效率表达式。
19.可选地，所述根据各所述流量-扬程表达式、所述流量-功率表达式和所述流量-效率表达式，得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率，具体包括：
20.根据各所述流量-扬程表达式得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程和不同频率下的流量；
21.根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量，利用各所述流量-功率表达式得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程和不同频率下的功率；
22.根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量和功率，利用各所述流量-效率表达式得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程和不同频率下的效率。
23.可选地，所述基于各所述泵组图版，根据所述所需扬程和所述所需流量，确定所述泵组效率最高的泵组组合为最优泵组组合，同时得到所述泵组效率最高时所述最优泵组组合的频率，具体包括：
24.获取所述所需扬程对应的泵组图版；
25.根据所述所需扬程对应的泵组图版，确定所述所需流量对应的最高的所述泵组效率；
26.将所述泵组效率最高的泵组组合作为最优泵组组合，同时基于所述所需扬程对应的泵组图版得到所述泵组效率最高时所述最优泵组组合的频率。
27.本发明还提供了如下方案：
28.一种水处理泵组中最优泵组组合确定系统，所述系统包括：
29.特性曲线获取模块，用于获取水处理泵组中各台泵的特性曲线；所述特性曲线包括流量-扬程曲线、流量-功率曲线和流量-效率曲线；所述泵为工频泵或变频泵；
30.回归拟合模块，用于对各所述特性曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式、流量-功率表达式和流量-效率表达式；
31.泵参数得到模块，用于根据各所述流量-扬程表达式、所述流量-功率表达式和所述流量-效率表达式，得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率；
32.泵组合模块，用于对所述水处理泵组中各台泵进行任意组合，得到多个不同的泵组组合；每个所述泵组组合包括a台泵；a为大于等于1的正整数；
33.泵组流量和效率得到模块，用于根据各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率，得到各所述泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率；
34.泵组图版得到模块，用于根据各所述泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率，绘制各所述泵组组合在不同扬程下所述泵组效率随所述泵组流量变化的曲线，形成各所述泵组组合在不同扬程下的泵组图版；所述曲线上标注有不同频率；
35.所需扬程和流量获取模块，用于获取水处理过程中所需扬程和所需流量；
36.最优泵组组合确定模块，用于基于各所述泵组图版，根据所述所需扬程和所述所需流量，确定所述泵组效率最高的泵组组合为最优泵组组合，同时得到所述泵组效率最高时所述最优泵组组合的频率。
37.可选地，所述回归拟合模块具体包括：
38.第一回归拟合单元，用于对各所述流量-扬程曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式；
39.第二回归拟合单元，用于对各所述流量-功率曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-功率表达式；
40.第三回归拟合单元，用于对各所述流量-效率曲线进行回归拟合，得到所述水处理泵组中各台泵的流量-效率表达式。
41.可选地，所述泵参数得到模块具体包括：
42.流量得到单元，用于根据各所述流量-扬程表达式得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的流量；
43.功率得到单元，用于根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量，利用各所述流量-功率表达式得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的功率；
44.效率得到单元，用于根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量和功率，利用各所述流量-效率表达式得到所述水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的效率。
45.可选地，所述最优泵组组合确定模块具体包括：
46.泵组图版获取单元，用于获取所述所需扬程对应的泵组图版；
47.最高泵组效率确定单元，用于根据所述所需扬程对应的泵组图版，确定所述所需流量对应的最高的所述泵组效率；
48.最优泵组组合和频率得到单元，用于将所述泵组效率最高的泵组组合作为最优泵组组合，同时基于所述所需扬程对应的泵组图版得到所述泵组效率最高时所述最优泵组组合的频率。
49.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
50.本发明公开的水处理泵组中最优泵组组合确定方法及系统，根据水处理泵组中各台泵的特性曲线，回归拟合各台泵的流量-扬程、流量-功率和流量-效率表达式，以此为基础，计算不同泵组组合在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率，绘制不同扬程下不同泵组组合的效率(泵组效率)随流量(泵组流量)变化曲线，形成相应的泵组优选图版(泵组图版)，通过构建出的水处理泵组优选的图版(泵组图版)，应用泵组图版即可简单、可靠地对泵组(泵组组合)进行优选，从而确定出最优泵组组合和所对应的频率，确保水处理工艺的安全、稳定运行。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本发明水处理泵组中最优泵组组合确定方法实施例的流程图；
53.图2为本发明实施例一种水处理泵组优选的图版构建和应用方法的流程图；
54.图3为本发明实施例一种水处理泵组优选的图版构建和应用方法某一扬程下的泵组优选图版示意图；
55.图4为本发明水处理泵组中最优泵组组合确定系统实施例的结构图。
具体实施方式
56.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
57.本发明的目的是提供一种水处理泵组中最优泵组组合确定方法及系统，能够简单、可靠地对泵组进行优选，以确保水处理工艺的安全、稳定运行。
58.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
59.图1为本发明水处理泵组中最优泵组组合确定方法实施例的流程图。参见图1，该水处理泵组中最优泵组组合确定方法包括：
60.步骤101：获取水处理泵组中各台泵的特性曲线；特性曲线包括流量-扬程曲线、流量-功率曲线和流量-效率曲线；泵为工频泵或变频泵。
61.步骤102：对各特性曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式、流量-功率表达式和流量-效率表达式。
62.该步骤102具体包括：
63.对各流量-扬程曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式。
64.对各流量-功率曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-功率表达式。
65.对各流量-效率曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-效率表达式。
66.步骤103：根据各流量-扬程表达式、流量-功率表达式和流量-效率表达式，得到水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率。
67.该步骤103具体包括：
68.根据各流量-扬程表达式得到水处理泵组中各台泵在不同扬程和不同频率下的流量。
69.根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量，利用各流量-功率表达式得到水处
理泵组中各台泵在不同扬程和不同频率下的功率。
70.根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量和功率，利用各流量-效率表达式得到水处理泵组中各台泵在不同扬程和不同频率下的效率。
71.步骤104：对水处理泵组中各台泵进行任意组合，得到多个不同的泵组组合；每个泵组组合包括a台泵；a为大于等于1的正整数。
72.该步骤104中，a为大于等于(≥)1的正整数，即a为大于或等于1的正整数，1≤a≤n。
73.步骤105：根据各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率，得到各泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率。
74.步骤106：根据各泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率，绘制各泵组组合在不同扬程下泵组效率随泵组流量变化的曲线，形成各泵组组合在不同扬程下的泵组图版；曲线上标注有不同频率。
75.步骤107：获取水处理过程中所需扬程和所需流量。
76.该步骤107获取水处理过程中所需扬程和所需流量，即获取水处理过程中泵组运行扬程和所需流量。
77.步骤108：基于各泵组图版，根据所需扬程和所需流量，确定泵组效率最高的泵组组合为最优泵组组合，同时得到泵组效率最高时最优泵组组合的频率。
78.该步骤108具体包括：
79.获取所需扬程对应的泵组图版。
80.根据所需扬程对应的泵组图版，确定所需流量对应的最高的泵组效率。
81.将泵组效率最高的泵组组合作为最优泵组组合，同时基于所需扬程对应的泵组图版得到泵组效率最高时最优泵组组合的频率。
82.下面以一个具体实施例说明本发明的技术方案：
83.图2为本发明实施例一种水处理泵组优选的图版构建和应用方法的流程图。如图2所示，本发明提供的水处理泵组中最优泵组组合确定方法是一种水处理泵组优选的图版构建和应用方法，该水处理泵组优选的图版构建和应用方法包括以下步骤：
84.步骤s1：收集并统计泵组(水处理泵组)所含泵数量、泵组中各台泵属性(变频泵、工频泵)及流量-扬程、流量-功率和流量-效率特性曲线。所收集的泵组中各台泵流量-扬程、流量-功率和流量-效率特性曲线可为泵出厂时的特性曲线，也可根据泵正常运行过程中所采集各工艺运行数据拟合绘制而成；对于使用年限较长或者多次维修/维保的泵，以后者曲线为准。
85.步骤s2：根据收集的各台泵特性曲线，利用非线性方法回归拟合各台泵流量-扬程、流量-功率、流量-效率表达式，即：
[0086][0087][0088]
[0089][0090]
式中，i为泵的序号；n为泵组(水处理泵组)所含泵的总数量，无因次；h为泵的扬程，单位为m；q为泵的流量，单位为m3/h；pa为泵所消耗功率，单位为kw；s为转速比，工频泵情况下s取值为1，变频泵情况下s取值为(s
min
,1)，无因次；η为泵的效率，无因次；ρ为水的密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；a1、b1、c1分别为拟合的特性曲线系数，无因次；n和n
max
分别为泵的转速和最大转速，单位为r/min；f和f
max
分别为泵的频率和最大频率，单位为hz。
[0091]
步骤s3：基于各台泵流量-扬程、流量-功率数学表达式，计算不同泵组组合在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率值。不同泵组组合包含1台泵组合、两台泵组合，
……
，n台泵组合，各组合含纯工频泵组合、工频泵 变频泵组合和纯变频泵组合。
[0092]
不同泵组组合在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率值具体计算过程为：
[0093]
(1)根据各台泵的流量-扬程表达式，计算各台泵不同扬程不同频率下的流量，得到系列对应数据组合，即[(h1,f1,q
i11
)，(h1,f2,q
i12
)，
……
，(h1,fk,q
i1k
)，(h2,f1,q
i21
)，(h2,f2,q
i22
)，
……
，(h2,fk,q
i2k
)，
……
，(hm,f1,q
im1
)，(hm,f2,q
im2
)，
……
，(h1,fk,q
imk
)]。其中，计算表达式为：
[0094][0095]
式中，hj为第j个扬程取值，单位为m；sk为第k个频率fk对应的转速比，无因次；q
ijk
为第i台泵在扬程hj和频率fk下的流量，单位为m3/h；m为扬程取值总数，无因次；k为频率取值总数，无因次。
[0096]
(2)根据所计算流量，利用流量-功率表达式计算不同流量下的功率，得到各台泵不同扬程不同频率下的流量、功率组合，即[(h1,f1,q
i11
,p
ai11
)，(h1,f2,q
i12
,p
ai12
)，
……
，(h1,fk,q
i1k
,p
ai1k
)，(h2,f1,q
i21
,p
ai21
)，(h2,f2,q
i22
,p
ai22
)，
……
，(h2,fk,q
i2k
,p
ai2k
)，
……
，(hm,f1,q
im1
,p
aim1
)，(hm,f2,q
im2
,p
aim2
)，
……
，(hm,fk,q
imk
),p
aimk
]。
[0097]
(3)根据上述所计算各台泵数据，计算不同泵组组合在不同扬程不同频率下的流量、总功率和效率，得到不同泵组组合不同扬程下的系列数据，即
[0098]
[0099][0100]
其中，计算过程为：
[0101]
qz(il)
jk
＝q
ijk
q
ljk
(l＝1,2,
……
,n且l≠i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0102]
p
az
(il)
jk
＝p
aijk
p
aljk
(l＝1,2,
……
,n且l≠i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0103][0104]
式中，qz(il)
jk
为第i台泵和第l台泵组合在扬程hj和频率fk下的流量，单位为m3/h；p
az
(il)
jk
为第i台泵和第l台泵组合在扬程hj和频率fk下所消耗的功率，单位为kw；ηz(il)
jk
为第i台泵和第l台泵组合在扬程hj和频率fk下的效率，无因次。
[0105]
步骤s4：基于上述计算结果，绘制不同扬程下不同泵组组合的效率随流量变化曲线，并对其运行频率进行标注，形成相应的泵组优选图版。
[0106]
步骤s5：基于所构建图版，根据泵组正常运行过程中扬程和所输出总流量需求(水处理过程中泵组运行扬程和所需流量)，以效率最高为目标，即可优选最优泵组和所对应的运行频率。其扬程表达式为：
[0107][0108]
式中：h为泵的扬程，单位为m；h
后
为泵后压力表高程，单位为m；h
前
为泵前压力表高程，单位为m；p
后
为泵后压力表所测压力，单位为kpa；p
前
为泵前压力表所测压力，单位为kpa；v
后
为泵后管路内流速，单位为m/s；v
前
为泵前管路内流速，单位为m/s；hw为管路损失，单位为m。
[0109]
现场应用过程中，根据各应用场景具体管路特性和所采集工艺运行数据，采用公式(9)计算泵的扬程。计算扬程后，可寻找对应扬程下的泵组优选图版，如图3所示。根据泵组所输出总流量需求，可从图3优选出对应流量下效率最高的泵组和运行频率，如流量q为13500m3/h时，优选最优泵组为：两变频泵组合，运行频率40hz。
[0110]
本发明的目的在于提供一种水处理泵组优选的图版构建和应用方法，根据泵组中各泵运行特性曲线，回归拟合各泵流量-扬程、流量-功率、流量-效率表达式，以此为基础，计算不同泵组组合在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率值，绘制不同扬程下不同泵组组合的效率随流量变化曲线，形成相应的泵组优选图版，为水处理工艺运行人员提供简
单、可靠的泵组优选方法，确保水处理工艺的安全、稳定运行。
[0111]
图4为本发明水处理泵组中最优泵组组合确定系统实施例的结构图。参见图4，该水处理泵组中最优泵组组合确定系统包括：
[0112]
特性曲线获取模块401，用于获取水处理泵组中各台泵的特性曲线；特性曲线包括流量-扬程曲线、流量-功率曲线和流量-效率曲线；泵为工频泵或变频泵。
[0113]
回归拟合模块402，用于对各特性曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式、流量-功率表达式和流量-效率表达式。
[0114]
该回归拟合模块402具体包括：
[0115]
第一回归拟合单元，用于对各流量-扬程曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-扬程表达式。
[0116]
第二回归拟合单元，用于对各流量-功率曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-功率表达式。
[0117]
第三回归拟合单元，用于对各流量-效率曲线进行回归拟合，得到水处理泵组中各台泵的流量-效率表达式。
[0118]
泵参数得到模块403，用于根据各流量-扬程表达式、流量-功率表达式和流量-效率表达式，得到水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率。
[0119]
该泵参数得到模块403具体包括：
[0120]
流量得到单元，用于根据各流量-扬程表达式得到水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的流量。
[0121]
功率得到单元，用于根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量，利用各流量-功率表达式得到水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的功率。
[0122]
效率得到单元，用于根据各台泵在不同扬程和不同频率下的流量和功率，利用各流量-效率表达式得到水处理泵组中各台泵在不同扬程不同频率下的效率。
[0123]
其中，泵参数即各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率。
[0124]
泵组合模块404，用于对水处理泵组中各台泵进行任意组合，得到多个不同的泵组组合；每个泵组组合包括a台泵；a为大于等于1的正整数。
[0125]
泵组流量和效率得到模块405，用于根据各台泵在不同扬程不同频率下的流量、功率和效率，得到各泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率。
[0126]
泵组图版得到模块406，用于根据各泵组组合在不同扬程不同频率下的泵组流量和泵组效率，绘制各泵组组合在不同扬程下泵组效率随泵组流量变化的曲线，形成各泵组组合在不同扬程下的泵组图版；曲线上标注有不同频率。
[0127]
所需扬程和流量获取模块407，用于获取水处理过程中所需扬程和所需流量。
[0128]
最优泵组组合确定模块408，用于基于各泵组图版，根据所需扬程和所需流量，确定泵组效率最高的泵组组合为最优泵组组合，同时得到泵组效率最高时最优泵组组合的频率。
[0129]
该最优泵组组合确定模块408具体包括：
[0130]
泵组图版获取单元，用于获取所需扬程对应的泵组图版。
[0131]
最高泵组效率确定单元，用于根据所需扬程对应的泵组图版，确定所需流量对应的最高的泵组效率。
[0132]
最优泵组组合和频率得到单元，用于将泵组效率最高的泵组组合作为最优泵组组合，同时基于所需扬程对应的泵组图版得到泵组效率最高时最优泵组组合的频率。
[0133]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0134]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。