基于功率匹配的机泵系统电机优化设计-陆超.pdf

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1、墨硕士学位论文基于功率匹配的机泵系统电机优化设计Motor optimizatjon design of pump systembased on power match学 号姓 名一级学科二级学科指导教师完成时间Z14201015控制科学与工程控制理论与控制工程王群京2017年5月鬻r吠疆万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的

2、说明并表示谢意。学位论文作者签名： 鸹超 签字日期： 矽77年f月砷_目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：穗 超签字日期： 。h年f月斗目导师签名：签字日期：万方数据摘要1 1每年我国机泵的耗电量约占全国总耗电量的20，机泵系统效率的提高和能源消耗的降低对发展低碳经济具有重要意义。因此，本文开展

3、基于功率匹配的机泵系统优化设计研究，使得电机输出的功率和离心泵所需要的功率相匹配，进而实现其安全、经济运行，达到节能降耗的目的。本文的主要研究工作如下：l通过搭建机泵测试平台获取离心泵系统实验数据，建立了离心泵的外特性模型，仿真结果验证了模型的正确性。2利用等效电路法建立了三相异步电机电磁计算模型，考虑离心泵系统的功率约束，利用遗传算法对离。t3泵系统的三相异步电机进行了降容优化。3建立了机泵系统的仿真模型，进行了优化前后的离心泵系统的功率匹配分析。本论文的研究工作得到国家科技支撑计划课题“大型流体机械节能技术研究与应用”(2013BAFOlB02)的资助。关键词：机泵建模；电机优化；遗传算法

4、；功率匹配万方数据AbstractIn China,motor pump power consumption accounts for about 20of the totalpower consumption annuallyEnhance pump system efficiency and reduce energyconsumption have a great significance of developing low-carbon economyTherefore，optimal design of motor pump system based on power match r

5、esearch iscarried out in this thesisThe purpose of this thesis is match the momr draft powerand the centrifugal pump required power tO achieve safe and economic operation andreducing consumptionThe main work ofthis thesis is as follows：1)Constructing test platform of motor and centrifugal pump to ob

6、tainexperimental dataThe dynamic model of centrifugal pump is implemented based onexternal characteristic method and simulation results veri黟the model2)The electromagnetic calculation model of three-phase asynchronous motor isestablished by equivalent circuit methodThe reduced capacity optimization

7、of threephase asynchronous motor is carried out by genetic algorithm consider of the powerconstraints of the centrifugal pump system3)The asynchronous motor pumP system is establishedThe power matchanalysis of the centrifugal pump system was carried out between optimizedasyncllronolls moor and origi

8、nal asynchronous motor with centrifugal pumpThe work of this thesis is supported by the national science and technologysupport Project of China“The research and application of large fluid mechanicalenergy-saving technology(2013BAF01802)”Keywords：Motor-pump modeling；Motor optimization；Genetic algorit

9、hm；Power match万方数据目录第一章绪论111论文的研究背景及意义1111研究背景1112研究意义112机泵系统功率匹配的研究现状2121国内研究现状。2122国外研究现状。4123行业标准513论文的主要研究内容6第二章机泵系统的平台搭建与建模721机泵系统测试平台的搭建与实验7211测试平台的搭建。7212测试过程与结果822基于外特性的离心泵动态建模9221基于最小二乘法的离心泵建模10222基于SimHydraulics的离心泵建模14223仿真对比分析与模型验证1623异步电机的电磁建模18231电磁计算模型18232程序实现2024本章小结22第三章基于遗传算法的异步电机

10、降容优化。2331引言2332遗传算法的基本原理23321遗传算法的运算流程23322遗传算法的基本操作24323遗传算法的基本数学模型2533优化的数学模型25331目标函数25332优化变量26333约束条件2734优化设计流程2835优化结果与分析30351参数设置30352非劣解的选择3036本章小结32第四章机泵系统功率匹配设计3341引言3342机泵系统的仿真模型设计与分析33421电机仿真模型33III万方数据422机泵系统的仿真模型3443三相异步电机与离心泵匹配情况分析“一35431原始样机与离心泵匹配情况分析35432优化后电机与离心泵匹配情况分析3844本章小结4l第五章

11、总结与展望4251总结4252展望43参敬献44j自e射47攻读硕士学位期间发表的论文48Iv万方数据第一章绪论第一章绪论11论文的研究背景及意义111研究背景随着经济水平大幅度的发展和科学技术水平不断的提高，泵在现实生活中的应用也越来越广泛了。据统计，水泵在电量和油量方面消耗甚大，其中每年电量的消耗占据我国的总耗电量的五分之一左右，耗油量大约占据二十分之一。离心泵在工业，农业，制造业和能源等领域有着不可替代的作用，从而使它成为其泵类中应甩最广泛的泵。国内离心泵的运行效率一般只能达到50左右，相比于国外离心泵的运行效率要低1030【131，因此其节能潜力是巨大的。通常，我们采用电机来拖动离心泵

12、运行。离心泵的转速一水力转矩特性属于平方转矩关系，即转矩随转速的提高以平方或者立方的关系增加，因而其电机的选用往往从上述的负载特性以及节能两个角度来考虑。由于变频调速广泛应用于离心泵组的驱动，且三相交流笼型异步电机具有结构简单、运行可靠、易于维修等优势，在无特殊要求的场合，是首选的驱动电机类型。在上述电机类型选择的一般原则基础上，通过大量的调研，我们发现在实际运行中主要存在“大马拉小车”情况，即配置的电机功率过大，离心泵运行效率较低141。比如：关醒凡在工业泵选用手册一第二版中指出，有些工程公司或设计单位为确保安全，采用全流量方式确定离心泵的电机最大轴功率【5J，并与常规的轴功率计算进行比较，

13、取较大值为选型电机功率。该方案虽然保证安全，但缺乏经济性。在设计中，电机是选择最大功率来运行，然而电机在实际中是达不到最大功率的，这就使得电机一直处于欠负载的工况下运行。这样就造成电机的运行效率降低，并且限制了整个系统的效率的提高，这种情况非常普遍。112研究意义我国在国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)中将能源排l万方数据基于功率匹配的机泵系统电机优化设计在首位重点发展领域，工业节能是该领域的优先主题，提出重点研究机电产品节能技术、高效节能装备，“重点研究开发冶金、化工等流程工业和交通运输业等主要高耗能领域的节能技术与装备”【6一】。机泵系统的用电量占总成本的60以上，属于

14、典型的高能耗机电设备。由研究背景可知电机配置的合理与否，不仅影响着离心泵运行的经济性，而且直接影响着离心泵工作的安全性。因此，要想提高机泵系统的整机功率效率，必须充分考虑相互之间的耦合关系，使得电机提供的功率和负载所需要的功率相匹配，进而实现其安全、经济运行，达到节能降耗的目的。12机泵系统功率匹配的研究现状121国内研究现状为解决三相异步电机与离心泵的功率是否合理匹配问题，上世纪90年代很多国内学者已经做了一定的研究。冯永华【8】等人从不同工况情况下，对水泵单泵、并联以及串联运行方式的过载问题展开讨论和分析，并同时提出在不同运行方式下整个机泵系统匹配应该的注意事项。曲建华【9】研究了水泵与电

15、机的配套使用问题，指出如果选择的扬程超过计算扬程很多时，会直接导致水泵流量增加超过其标定流量，从而造成水泵的轴功率增加使得配套电机负载功率增加，进而导致电机过电流。同时当运行电流比额定电流大很多时，电机温度会快速飙升。轻者将会导致水泵安全闸跳闸，重者将烧毁电动机。邓忠吲10指出实际工况点偏离工作区是导致配套电机超载的根本原因，并分析其主要原因是由于选泵用电机配比即上述的备用系数不合理。其中，配比过小易导致水泵运行区间过于狭窄，适用范围小，调节性能差；配比过大，则容易造成“大马拉小车”，不经济。最后，给出解决方案有：选用调节范围大、高效运行工作区宽、性能好的水泵，切割叶轮、调节泵阀门控制流量、整

16、改管道以及降低转速等。针对机泵匹配备用系数的不合理性，张元华【重点讨论了离心泵用电机的备用系数标准最好是在1112之问(小泵取大值)，从而提高机组的运行效率。杨维强【1 2】也指出离心泵用电机经常在低负载率的情况下运行，不仅效率低，而且影响到供电质量，使得电网无功功率增大，加大电网电力的损耗。因此有必要对备用系数减小以提高电机负载率，确保电机在高效率点运行，达到节能降耗的目的。2万方数据第一章绪论考虑到应该如何预防电机的输出功率过大，刘科B】指出在不低于水泵计算轴功率的前提下，适当地调整部分配套电机的容量，电机效率和功率因数按照满负荷设计。实际中对于如何解决已投入运行的送水泵和电动机的不匹配问

17、题，孟华114J等人给出为电机增加电容补偿或者切削水泵叶轮的方法，其中用电容补偿主要是利用相位超前的无功电流减少流入电机滞后的无功电流，间接增加电机有功功率，但是会增加成本投入。这与变频调速内部的滤波电容是一个效果。由于机泵功率匹配存在着一定的复杂性，非线性和强耦合性，针对该问题，李实求【l 5】等人提出采用Legendre神经网络法来解决燃油泵与驱动电机之问的转速匹配问题。首先，通过一组Legendre函数表达式建立神经网络模型，同时利用网络拟合出其特性曲线。然后利用同样的方法建立一个2-1的神经网络模型，其中将流量和扬程作为输入，驱动电机的转速为输出。最后，通过转速匹配仿真证实：与传统的最

18、小二乘法相比，Legendre神经网络法具有更高的精度而且算法简单，但实际可操作性未做进一步的实验研究。综上所述，整个机泵系统中的电机功率匹配选型，通常是根据离心的设计点的轴功率乘以一定的裕量系数来确定的。在中高比转速的情况下，离心泵的轴功率曲线比较平坦，则泵在较大流量范围内工作其配套电机功率不存在过载的现象。然而对于低比转速(2080)离心泵而言，情况则截然不同。根据多级离心泵的流量轴功率特性啦线可知，当流量增大时轴功率也是随着增大的。但是在比转速较低的情况下，其轴功率会随着流量的增大而快速上升，这种情况就会产生过载甚至烧坏原动机的现象，严重时甚至影响整个配套装置的可靠性。为此，刘剑掣16】

19、采用无过载设计法，并与常规设计进行了对比分析。另外，王洋17】等人提出一种改变叶轮几何参数和堵塞叶轮流道相结合的优化设计方法来改善无过载离心泵性能方面进行研究。韩建宇【l 8】等人指出性能曲线存在驼峰是一个泵外特性现象，既有缺点又有优点，缺点是驼峰前工况有不稳定现象。优点是效率相对较高，高效区宽，且节能。但对于工作条件严格以及功率小的泵就不能选用。此外，国内学者也对整个机泵系统的高效节能问题进行一定的研究。赵义191等人针对离心泵的功率损失问题，提出在转速达不到设计要求的情况下合理分配流量和扬程以实现最大效率的目的。其中，不难发现离心泵的工况特性关万方数据基于功率匹配的机泵系统电机优化设计系到

20、整个泵电机系统的节能运行。为此，黄禹忠【20等人通过理论推导得出电流I与流量Q的函数关系，进而在泵的性能曲线图上得到泵的流量、扬程和效率等关键参数，从而判断泵的工作状况，进而为泵电机的高效运行提供参考。朱君2l】等人采用质量守恒、能量守恒定律建立了潜油电泵高效运行的计算数学模型，并将多级离心泵的特性曲线回归为一些特定方程，采用“区间划分、逐点逼近”的计算方法搜索系统效率最高的工况点，在此基础上编制了“潜油电泵高效运行程序”，实现了油田的节能降耗。高国兴1221指出目前油田电动机节能主要采用三种措施：1、通过改变电机的供电频率，以实现人为改变后的电机机械特性与负荷特性的柔性配合。2、从设计上改变

21、电机的机械特性。3、电机选型的合理性，提高电机的负荷率、功率因数等，并结合现场实际使用的稀土永磁电机展开研究。122国外研究现状考虑到电机与离心泵的单独建模使得无法对各个子系统进行精确分析，Gogolyuk PF23-24提出感应电机与离心泵一体化的稳态(静态)数学模型，但需要通过定义电磁与液压模态坐标(modal coordinates)获得其控制策略的唯一解。由于该泵的模型并不考虑输入静压头，因此可能会对对电机-泵组单元的特性以及感应电机定子电压频率控制产生重大影响。为此，他又使用现有的七种异步电机控制策略进行对比，并分析输入静压头对运行模式的影响。其中离心泵的数学模型采用水电比拟法(El

22、ectricalHydraulic Analogy)，即基壬d一譬轴等效电路的T型轮廓坐标(contourcoordinates)法，而输入静压头用额外的EMF表示。在此基础上，又提出同步电机与离心泵的一体化模型。由于变频器无需额外的传感器就可以估计感应电机以及泵的运行状态，且离心泵通常基于规定的流量或扬程进行控制。为此，Tem Ahonen【25-27】等人采用两种基于模型的估计法对其运行状态进行估计，并分析了影响估计方法精度的相关因素。该方法基于自调整的水泵模型，依据泵的HQ、PQ特性曲线以及相似定律表示出不同转速下的水泵运行状态，并己被应用于ABB、Danfoss以及ITT公司的变频器产

23、品。但该方案也有局限性，由于基于PQ曲线估计万方数据第一章绪论的精度不仅受到水泵尸一Q特性曲线精度和形状的影响，同时还受用于估计转速和功率的变频器精度的影响。因而在平顶部分(1aeaQI0)等工况下并不能精确估计泵的运行状态。为此，对上述过程曲线模型估计方法进行改进，通过参数辨识并应用到平项部分的状态估计，提出一种基于变频器的混合估计法，从而提高精度。同时，考虑到定速泵系统仅能获得电机相电流，他们又提出一种基于相电流的测试方法，用于监控离心泵的运行和能效研究，更高效的能耗研究分析仍在进行中。为了提高电机泵组系统节能潜力估计的准确性，Kini P-Gf28-29对面对电压扰动和不平衡性(电能质量

24、退化现象(power quality degradation phenomena)的离心泵性能展开性能分析。其中，对三相感应电机中的单相稳态等效电路进行适当修正，考虑铁损、摩擦以及风阻损耗。并对该系统在面对平衡条件下的过压(balanced overvoltage)、欠压(under volmge)以及不平衡条件下的过压、欠压四种状态进行讨论，重点分析线电流、电机输入功率、电机效率、泵的液压输出、系统压头、泵的效率以及系统效率等关键参数。综上所述，目前国内外学者厂商对于多级离心泵系统进行了长期的研究，但对机泵系统功率匹配问题的研究主要依据工程经验，缺乏精确的评估分析方法。123行业标准由沈阳水

25、泵研究所起草的国标多级离心水泵技术条件规定：原动机功率至少要等于泵额定轴功率与功率裕量系数的乘积。同时规定原动机的功率应考虑以下五个主要因素：(1)泵的工作点在性能曲线上的位置；(2)并联使用的机泵系统中只有一台泵工作时，可能会出现的工况【30】；(3)轴封的摩擦损失；(4)传动损失；(5)现场大气压情况。在节能标准方面：GBl97622005清水离心泵能效限定值及节能评价值明确规定了清水离心泵的能效限定值、节能评价值和试验方法。在泵用电机选型方面：APl610标准，明确规定了不同功率离心泵所选电机的裕量系数。万方数据基于功率匹配的机泵系统电机优化设计13论文的主要研究内容本文首先采取基于外特

26、性的方法实现了离心泵的动态建模，采用基于电磁计算原理建立了三相异步电机模型。然后利用遗传算法优化电磁计算程序以建立异步电机节能优化数学模型。最后通过异步电机优化前后与离心泵匹配情况对比分析，优化后的电机实现了与离心泵的功率匹配。论文的章节安排以及主要工作如下：第一章：介绍了论文的研究意义以及研究背景，介绍当前机泵系统功率匹配的研究现状，以及论文的主要研究内容。第二章：介绍了机泵系统测试平台的搭建与实验过程，由测试所获取的离心泵性能数据，采取基于外特性的方法实现离心泵的动态建模，仿真结果验证了模型的正确性。同时，采用了基于电磁计算原理建立了三相异步电机模型，该模型为后续电机优化提供了基础。第三章

27、：采用了遗传算法对原始样机降容优化，简要阐述遗传算法的基本原理，给出目标函数，优化变量和约束条件的选取详细的说明。优化结果表明遗传算法实现了对原始样机的节能优化。第四章：实现机泵系统的功率匹配设计，搭建了机泵系统的联合仿真模型，通过对原始样机和优化后电机与离心泵的匹配情况分析，优化后的电机具有更好的匹配性。第五章：对所有的内容进行综述总结，同时提出一些不足和未来的研究方向。万方数据第二章机泵系统的平台搭建与建模第二章机泵系统的平台搭建与建模21机泵系统测试平台的搭建与实验211测试平台的搭建离。1、5,泵性能测试平台包括水循环系统、电气控制系统及参数测量系统，图21所示为离心泵性能测试平台现场

28、图，测试平台试验装置主要由：多级离心泵、三相异步电机、功率变送器、智能式数字压力表、电磁流量计、蓄水箱、操作平台等构成。图2-1离心泵性能测试平台Fig2-1 Centrifugal pump performance test platform离心泵选用CDL29型立式离心泵，电机额定功率为1 100W，额定转速为2900rmin，额定流量为2脚3h，额定扬程为67m。数字压力表采用智能式压力变送器EJA530A型，量程为O-lOMpa。电磁流量计选用型号为7万方数据基于功率匹配的机泵系统电机优化设计SE202MM毋ER4CLS0A2H2。操作台架上放置电流表、电压表、功率表以及各开关控制，具

29、体型号如表21所示。表21操作台架仪器及型号Tab2-1 Operating instruments and models电压变送器 YDEUAC 0。100VDC420mA电流变送器 YDEI AC 05ADC420mA功率变送器 YDDPlAC 100V 5ADC420mA高压电流互感器 LZZJB910高压电压互感器 JDZIO10精密声级计 JS1型测振仪 TVlOO212测试过程与结果离心泵性能测试主要由电泵机组的水力性能测试、噪声试验和振动试验等组成，电机采用GBT10322012三相异步电机试验方法、GB7552008旋转电机定额与性能为标准，水泵采用GBTF32162005离心

30、泵、混流泵、轴流泵与漩涡泵试验方法、GBT127852004潜水电泵试验方法为标准。具体实验过程如下：首先蓄水箱要注入足够量的水，注入蓄水箱的水量应漫过蓄水箱刻度线213以上，同时关闭蓄水箱底部排液阀。(1)启动离心泵之前，泵壳内应注满清水直至有水溢出；为了避免离心泵刚启动时出现空载运行状况，必须先关闭离心泵的出口阀。如果试验过程中出现离心泵无法输送液体，则说明离心泵壳内未注满水或者其内部有空气，此时需要将泵壳内空气排尽后离一t3泵方可输送液体。(2)同时关闭离心泵的罐泵阀，启动电泵机组，等待离心泵出口的压力表有压力数值后，再缓缓开启离心泵的出口阀，防止开阀幅度过大对泵组造成冲击；当每一次增大

31、阀门开度后，记录当前离心泵工作在额定转速下时的轴功率值、进出口压力值、流量值、电压值、电流值和电功率值等。g万方数据第二章机泵系统的平台搭建与建模(3)离心泵水力性能试验应该从流量为零时开始测试，渐渐增大流量至额定流量点的t2倍以上。流量测试点至少应取13个，且测试点之间的间隔应大致相同，确保获得精确的性能曲线。每当流量到达测量点后应等待一段时间，保证该测试点离心泵工作在稳定工况状态。(4)同时记录电泵机组噪声与振动值。(5)关闭泵组时，一定确保关闭离心泵的出口阀门后，再停泵组；采取上述步骤最终获得由表22所示离心泵水力性能试验数据。表2-2离心泵水力性能试验数据Tab22 Centrifug

32、al pump hydraulic performance test data流量 电功率 轴功率 电压 电流 泵效 电泵序 扬程 赤 效率号 m (m3功 (形) (形) (矿) (么) () ()l 8364 020 5460 34848 383 1608 1179 8342 8242 040 6160 44958 383 1650 1997 14573 8160 O60 6420 47264 382 1673 2821 20774 8078 O80 7100 53050 383 1780 3318 24795 7915 110 7780 59216 384 1810 4404 30486

33、 7589 140 8520 656Ol 380 1902 4410 33967 7344 160 9020 69925 383 1960 4576 35488 7099 180 9400 73187 384 2007 4755 37029 6814 200 9800 7664l 383 2052 4842 378710 6528 220 10000 78303 383 2085 4995 391111 6161 240 10320 81108 384 2113 4965 390212 5794 260 10400 81685 38l 2140 5022 394413 5426 280 106

34、80 84163 383 2160 4916 387414 4937 300 10780 84986 380 2177 4746 374122基于外特性的离心泵动态建模离心泵的主要性能参数有流量Q、扬程、转速力、气浊余量脚、功率尸和效率r等。要想研究离心泵的外特性首先就要建立其精确的数学动态模型。离心泵的动态建模方法有基于泵外特性和基于泵内特性两种方法【3l】【321。基于泵内特性建模需要知道离心泵的具体结构参数(包括叶轮直径、叶片进出口角、蜗壳尺寸等)。本文在未知离心泵的结构参数情况下，采用基于泵外特性方9万方数据基于功率匹配的机泵系统电机优化设计法对离心泵进行动态建模仿真研究。221基于最

35、小二乘法的离心泵建模离心泵系统简单框图如图22所示，本文以图2-2为例介绍离心泵系统的动态数学建模方法。以l图2-2离心泵系统图Fig2-2 Centrifugal pump system diagrmn首先，定义泵的扬程日为：H=_笠Pg益掣29+缉 (2-1)其中：He泵进出口的高度差。兄，吃，分别为泵进出口的液体压力：，vo。分别为泵进出口的液体流速；p，g分别为液体的密度与重力加速度。因为泵进出口液体的流速差与高度差比较小，可忽略其影响，所以式(21)可简化为：H：垒玉(2-2)Pg10=llj1lllllj|万方数据第二章机泵系统的乎台搭建与建模当离心泵短距离传输液体时，便可同时假设

36、管道和流体均为刚性，分别分析进水池液面到离心泵出水口和出水池液面到离心泵进水口有：百oul-PI+巩一够，一日=争-警 c2勘丝Pg+置也也，专警 (2-4)其中：丘，最分别为迸水池与出水池的液面压力；县。，母。分别为进水池液面与离心泵出水口的高度和液体流动损失；乙，H，：分别为出水池液面到离心泵进口的高度和液体流动损失：且为进水池液面到进水口的高度；k，厶。分别为进水管与出水管的长度；矿为液体的体积。由式(22)(24)可得：H=rd赶Q+Hl “lE：丝+KQ2+H，,Pg其中：为装置扬程。f为与管道相关的常量：，一。厶+厶f=SL_三gs为管道的截面积：皿，为离心泵的安装高度：皿，=1-

37、11+见。一Hjn一只(25)(26)(27)(28)通常情况下，液体流动损失可近似看成和流量的平方成正比关系，即：其中：K为无量纲常量。HfL+Hf2=KQ。 (29)万方数据基于功率匹配的机泵系统电机优化设计对于敞口的进水池和出水池：与=墨(2-10)对具体结构参数确定的离心泵系统，离心泵扬程只与流量和转速有关，即H=H(Q，n)。当离心泵工作在额定转速下时，离心泵的扬程可以由(211)式表达：H(Q，n)=ao+alQ+azQ2+口。Q” (211)任意转速下的离心泵的扬程可由离心泵的相似定律得到：I-I(Q,，=2日(n) 亿脚L 离心泵的动态数学模型可由式(25)(212)表达，可以

38、求解不同工况下离心泵的扬程、流量、转速关系。对于本文选用的CDL29型立式离心泵，首先运用最小二乘法处理离心泵性能试验平台所获取的水力性能数据，根据式(211)可得扬程流量的曲线拟合参数，如表23所示。表2-3 H-Q曲线拟合系数表Tab2-3 H-Q curve fitting coefficient table阶 剩余平 标准 相关系数 方程系数(aoan) 方和 误差 数02 085649 02671 099942 8344 3669 560 7611 30 080008 02582 099953 8369 O132 3 4 12 1121 17 07 078247 02553 0999

39、54 8389 0101 4 4 l 55 22一12 190 17 O7 032120 01636 0999858583 58082 6 26 l 4 06 04综合考虑相关系数以及计算难度，本文选取2阶方程表达离心泵的扬程：H(QnN)=一366Q2一o29Q+8344 (213)结合式(212)可得任意转速下的离心泵扬程：12万方数据第二章机泵系统的平台搭建与建模蚴，=-366Q2-029Q昙棚舭2 协川k，由离心泵性能试验平台可知：f=54，风=O656m，因此CDL29型立式离心泵的动态模型为：等=jI4、H(Q，n)一局(Q)H(Q，)=矗66Q2_毗9Q旦nN m44 fk旦n。

40、：)12Q。15珥=阳2+O656然后，在Simulink中搭建式(215)所表达的离心泵动态模型，如图(23)所示。刁i o图23基于动态数学方程的离心泵模型Fig23 Centrifugal pump model based on dynamic mathematical equation由表2-2数据计算置区间为(541，20746)，设置彤值控制信号如图2-4所13万方数据基于功率匹配的机泵系统电机优化设计晕型K售应截售号L) 05 1 S ：对闫(s)图24K值控制信号F垃2-4 K value control signal222基于SimHyd raulics的离心泵建模MATLA

41、B中SimHydraulics库扩展了Simulink库的功能，为液压传动系统和控制系统的动态建模和模型仿真提供了新的方法。在SimHydraulics库中建立的物理模型可以同时包含液压原件和机械元件，极大地方便了电气、水力和机械等领域系统的建模。SimHydraulics库已经在汽车制造、模型制造、机械建模等领域中有广泛应用。运用SimHydraulics库可以建立起完整的离心泵系统模型，符合流体动力学SOl219标准，建模过程与组建离心泵测试系统的_物理模型完全相同。SimHydraulics使用物理网络方式构建模型：模型中每个模块与真实的离心泵测试系统部件相对应。因此，基于SimHydr

42、aulics库的离心泵建模不用离心泵动态数学方程做起，直接以离心泵系统物理组成搭建仿真模型，并和Simulink库中三相异步电机模型集成为同一模块。基于SimHydraulics库复现离心泵性能试验平台的物理模型如图25所示。模型的输入量为转速和流量控制阀控制信号，输出量为流量和扬程。模型主要由离心泵、进出水管道、流量控制阀、流量传感器以及压力传感器等模块构成。图25模型中流量传感器输出流量单位为m3s，设置流量单位换算系数盔=3600，压力传感器输出单位为bar，由式(2-2)设置扬程单位换算系数14万方数据第二章机泵系统的平台搭建与建模奴=10。图2-5基丁SimHydraulics的离心

43、泵动态模刮Fig2-5 Centrifugal pump dynamic model based on SimHydraulics离心泵的模型有三种参数设置方式：近似多项式法，额定转速下性能数据法，不同转速性能数据法【33】。本文通过离心泵性能测试平台获得了额定转速下流量、扬程和轴功率数据，因此采用第二种方法设置离心泵参数，如图2-6所不oPararaet er8Model parameterizationReference angular velocity： 2830Reference density： 997 kgm3Pump，deliveryVector for P一4 16 1i 20

44、 j2 24 26 28 j0】；16T 1pmta01e：Pressure differential j面6810 i娩分j谳5试i砭iZi厕 baracross pump vec【o【：Pump，deliveryVector for N-4 16 18 20 22 24 26 28 30】16T lpmBr，ak、e powervector for N-6“T8l 03试08 815,85 84163谢诵 矿Interpolation methodExtrapolat ion method图2-6基于SimHydraulics的离心泵参数设置Fig2-6 Centrifugal pump parameter settings based on SimHydraulics按照管道设计图纸设置