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流量计算准确性的测试

文件大小:格式:发布时间:2008-12-29浏览次数:
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【中文关键词】ACS800泵控程序  流量计算准确性  测试  
【摘要】芬兰拉普兰塔理工大学(Lappeenranta University of Technology)的实验室管理员Simo Hammo和助理研究员Juha Viholainen证实了ABB工业传动装置——ACS800泵控程序7.1的流量控制功能的准确性,并研究了与流量计算有关的不同因素。
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芬兰拉普兰塔理工大学(Lappeenranta University of Technology)的实验室管理员Simo Hammo和助理研究员Juha Viholainen证实了ABB工业传动装置——ACS800泵控程序7.1的流量控制功能的准确性,并研究了与流量计算有关的不同因素。
        
        ACS800泵控程序(正在申请专利)具有一种流量控制功能,无需安装单独的流量计就可以计算流量。该程序能够运用两个压力传感器或者一个变频器的运行数据来测量流速。流速根据以下参数来计算:例如泵特性、泵的进、出口直径以及压力传感器的高度差。 
 

       
图1:测量泵的总压头

        通过比较计算与已知的泵理论原理来研究该程序的流量测量功能,然后在一个实际的泵系统中来测试流量计算结果。包含有泵控制程序的ACS800变频器安装在该大学实验室内的泵系统中,从而可以将程序给出的结果与实验室测量设备测得的结果进行比较。当用阀门调节流量时,以及当泵的转速变换时测试流量计算结果。
        
        利用QH性能曲线计算流量
        
        该程序能够通过安装在泵的进口和出口孔处的两个压力传感器来测量泵的总压头(H),从而计算流量。泵的总压头使用QH计算法来计算。
        
        程序测量两个传感器之间的压差,并且每秒迭代演算流速100次。当计算出总压头后,程序使用根据参数数值确定的泵特性曲线(QH性能曲线)来插值计算流量。实际流量使用近似方程来计算: 
        
 

图2:泵系统

        利用QP性能曲线计算流量
        
        程序还可以通过测量泵的功率(P)输入来计算流量。如果参数数值中设置了电机的效率因子时,就可以估算出泵的输入功率。QP计算法测量电机的输入功率并计算泵的输入功率。当计算出输入功率后,程序使用根据参数数值设定的泵特性曲线(QP性能曲线)来插值计算流量。使用上述近似方程来计算实际流量:
        
        并联泵中的流量计算
        
        通常,许多泵并联在一起可以得到更高的流速。如果并联泵具有相同的进、出口状态,那么这种流量测量方法还可以用在并联泵系统中。在这些情况下,各并联泵的流速相加在一起构成同一个压头。理论上来说,总流量可以通过泵控程序计算得到,方法是测量一台泵的总压头,并利用泵特性曲线,插值计算每台泵的实际流速。
        
        系统的测量装置
        
        泵系统由一台离心泵、一台15千瓦的三相电动机、一套管道装置、开口槽和阀门组成。用安装在管道上的文丘里管(Venturi)来测量流速。ACS800变频器是泵系统的控制单元。泵系统的装置如图2所示。
        
        泵系统
        
        压力传感器安装在泵的进出口孔上。开孔不能像泵测试标准中所说明的那样来设置——但是这可能也是工业上泵安装的实际情况。流速和泵的输入功率用文丘里管和扭矩传感器来测量。
        
        比较测量设备测得的流速与泵控程序给出的流速。测试阶段,流速是通过出口和泵的转速来调节的。 
        
 



图3:恒定转速下QH计算的试验结果

        结果—QH计算
        
        图3给出了试验的一个结果。在转速为1425 rpm的条件下测量泵的工作点。在一个试验系列中,通过调节阀门增加总压头,减小流速。
        
        在一个试验系列中,测量设备与程序的QH计算模式之间的流速值相差0~9%。当流速在QH性能曲线外时,程序给出曲线中的最高流量值,如图3所示。程序的流量计算结果还通过改变泵的转速来测试。其中的一个试验结果如图4所示。
        
        改变转速时的QH计算结果
        
        在一个试验系列中,测量设备与程序的QH计算模式之间的流速值相差0~3%。泵的转速被调节得越多(从1560 rpm调至大约1100 rpm),QH性能曲线变得越平直。这通常会增加流量计算的不准确性。
        
        另外,通过进口阀调整流量,在泵被迫抽空的条件下测试了QH计算模式。在泵空化过程中,泵的工作点从QH性能曲线向左移动。由于空化阶段,工作点不在由参数数值确定的性能曲线上,所以QH计算模式不能进行插值计算得到准确的流速。
        
        但是,泵控程序包括一项功能(PFC保护功能),如果进口压力过低,泵即将空化,那么该功能就会启动,发出警报。测量期间对PFC保护功能的测试表明,报警功能确实起作用。 
        
 

图4:改变转速时QH计算的试验结果

        QP计算
        
        图5给出了QP计算模式的一个试验结果。在转速为1425 rpm的条件下测量泵的工作点。在该试验系列中,通过调节管道中的阀门使总压头增加,流速减小。
        
        在一个试验系列中,测量设备与程序的QP计算模式得到的流速值相差0~4%。然后,再次通过改变泵的转速来测试程序的流量计算结果。一个试验系列的结果如图6所示。
        
        在试验系列中,测量设备与程序的QP计算模式得到的流速值相差0~28%。流速相差很大是由于电机效率值的减小了。电机效率值根据程序参数数值来确定,但是当电机的输入功率减小时,实际电机效率就会降低。这增大了流量计算的不准确性,特别是当转速调节得较多时(从1560 rpm调至1100 rpm),因为这时QP性能曲线变得更平直。
        
        另外,通过进口阀调整流量,在泵被迫抽空的条件下测试了QP计算模式。空化现象降低了泵的效率,但是并不一定会使电机效率降低很多。因此,尽管出现空化现象,程序的QP计算模式仍然能进行插值计算得到非常准确的流速。
        
 

        结论:本文研究了泵控程序的流量计算功能,并将其与泵送的理论模型相比较,还在实际泵系统中对泵控程序进行了测试。
        
        程序的QH计算模式在泵的常规工作范围内给出了非常准确的流量结果。流量计算的不准确性在很大程度上取决于泵制造商给定的泵特性曲线的准确性。但是,只有当泵的实际工作点明显异于QH性能曲线时,流速差才会超过4%。
        程序的QP计算模式在泵的恒定转速下也给出了良好的流量结果。QP计算模式的问题在于,当通过阀门调节系统时,或者当改变泵的转速时,实际电机效率值随着电机输入功率减小。当程序计算泵的输入功率并插值计算流速时,这会引起小小的误差。尤其是当转速足够低时,影响就很明显。 


         
 

        根据泵控程序研究期间发现的观察结果,QH计算模式能够在泵的常规工作范围内进行合理准确的流量计算。当电机的实际效率接近由参数数值确定的效率因子时,QP计算方式也能够测得准确的流量。
        
        联系方式:
        Simo Hammo, laboratory manager
        Juha Viholainen, research assistant
        Lappeenranta University of
        Technology
        Department of Energy and
        Environmental Technology
        Skinnarilankatu 34
        FIN-53850
        Lappeenranta
        Finland
        电话: +358 5 621 11
        传真: +358 5 621 2350
        电邮: info@lut.fi
        网站: www.lut.fi/en(完)
 

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