潛水電泵變頻節能綜合測試系統的制作方法
【專利摘要】本發明屬于水泵檢測技術領域，特別涉及一種潛水電泵變頻節能綜合測試系統。本發明是由水源單元的輸出端和水路單元的輸入端相連接，水路單元的出水端和水泵的入水端相連接，水泵的電源輸入端和變頻試驗電源的輸出端相連接；水路單元的控制端和控制單元的輸出端相連接；壓力測試單元和流量測試單元的測量端均和水路單元相連接，壓力測試單元和流量測試單元的信號輸出端均和數據采集單元的信號輸入端相連接。本發明采用變頻試驗電源通過改變速度進而實現流量的調節，在同樣流量的試驗情況下，原來消耗在閥門的功率就可以避免，能節省試驗過程電能損耗，具有變頻調速效果好、節能效果顯著、安全可靠等優點。
【專利說明】
潛水電泵變頻節能綜合測試系統
技術領域
[0001] 本發明屬于水栗檢測技術領域，特別涉及一種潛水電栗變頻節能綜合測試系統。
【背景技術】
[0002] 潛水電栗是指栗體葉輪和驅動葉輪的電機都潛入水中工作的一種水栗，有深井用 和作業面用兩種。隨著機電一體化技術的迅猛發展，新的測試技術和測試手段不斷推陳出 新，使得檢測手段、檢測方法和檢測設備也發生了變革性的變化，形成了自動化、實時化和 智能化的檢測系統。微電子學、信息技術和現代控制理論在各個領域具有廣泛的運用。潛水 電栗的測試技術和測試手段不斷進步，逐漸形成了以工業計算機和變頻調速技術為核心智 能化、實時化的檢驗系統。

【發明內容】

[0003] 針對上述現有技術中存在的不足之處，本發明提供一種潛水電栗變頻節能綜合測 試系統。其目的是為了實現水栗檢驗過程的自動化和智能化，同時避免能量的浪費。
[0004] 為了實現上述發明目的，本發明是通過以下技術方案來實現的：
[0005] 潛水電栗變頻節能綜合測試系統，是由水源單元的輸出端和水路單元的輸入端相 連接，水路單元的出水端和水栗的入水端相連接，水栗的電源輸入端和變頻試驗電源的輸 出端相連接；
[0006] 水路單元的控制端和控制單元的輸出端相連接;壓力測試單元和流量測試單元的 測量端均和水路單元相連接，壓力測試單元和流量測試單元的信號輸出端均和數據采集單 元的信號輸入端相連接；
[0007] 轉差測試單元、電壓測試單元和電流測試單元的測試端均和水栗相連接，轉差測 試單元、電壓測試單元和電流測試單元的信號輸出端均和數據采集單元的信號輸入端相連 接，數據采集單元的信號輸出端和控制單元的信號輸入端相連接，工業計算機的通訊接口 和控制單元的通訊接口通過串口相連接;變頻試驗電源的控制端和控制單元的信號輸出端 相連接。
[0008] 所述水路單元的控制端為電磁閥。
[0009] 利用潛水電栗變頻節能綜合測試系統的測試方法是:水源單元具有供試驗用足夠 容量水和良好的水循環系統，為試驗的進行提供水源，同時具有水位調節功能;水路單元由 六條不同直徑的管道和電動閥門組成，實現試驗過程的水循環和壓力調節;壓力測試單元、 流量測試單元、轉差測試單元、電壓測試單元、電流測試單元采集礦用水栗的壓力、流量、轉 差、電壓和電流原始數據;數據采集單元將原始數據轉換成控制單元可識別的信號，實現二 次儀表采集數據和控制單元可接收信號之間的轉換;控制單元和變頻試驗電源為整個系統 的核心，實現整個試驗系統控制指令輸出、試驗數據的處理及試驗工況動態調節;工業計算 機完成試驗指令輸入、試驗數據分析處理、試驗曲線的擬合及系統參數和試驗結果的顯示 和存儲。
[0010] 所述變頻試驗電源在進行流量調節過程中，當流量需要從Q1減小到Q2,將速度從 N1降到N2,運行工況點則從Μ點移到0點，揚程從H1下降到H3,由于阻力曲線R1不變，試驗系 統消耗的能量不變；
[0011] 根據離心栗的特性曲線公式：
[0012] P = QiHr/102n (1);
[0013] 式中：p-水栗使用工況軸功率(kW);
[0014] Q-使用工況點的水壓或流量(m 3/s);
[0015] Η-使用工況點的揚程(m);
[0016] r一輸出介質單位體積重量(kg/m 3);
[0017] η-使用工況點的栗效率（％);
[0018] 可求出運行在Ν點栗的軸功率和0點栗的軸功率分別為：
[0019] PN=Q2Hir/102n (2)；
[0020] P〇 = Q2H2r/102n (3)；
[0021] 兩者之差為：
[0022] Δ p = pN-p〇 = Q2(Hi-H2)r/102n (4)；
[0023] 也就是說，用傳統閥門控制方式進行流量時，有ΛΡ功率被閥門阻力損耗浪費掉 了，且隨著流量的變小，閥門不斷關小，這個損耗還要增加。而用變頻電源進行流量控制時， 根據流量Q、揚程H、功率P和轉速N之間的關系，有：
[0025]根據公式（5)可知，流量Q與轉速N的一次方成正比；揚程Η與轉速N的平方成正比； 功率Ρ與轉速Ν的立方成正比，即功率與轉速成3次方的關系下降；如果不是用關小閥門的方 法，而采用變頻電源進行流量調節時，那么在同樣流量的試驗情況下，原來消耗在閥門的功 率就可以避免，從而獲得ΜΝ0區域大小的節能效果，這就是水栗調速節能原理。
[0026] 為了達到上述目的，本發明提出一種潛水電栗變頻節能綜合測試系統，該系統由 水源單元、水路單元、壓力測試單元、流量測試單元、轉差測試單元、電壓測試單元、電流測 試單元、數據采集單元、工業計算機、控制單元、變頻試驗電源和水栗組成，其中水源單元的 輸出端和水路單元的輸入端相連接，水路單元的控制端（電磁閥）和控制單元的輸出端相連 接，壓力測試單元和流量測試單元的測量端和水路單元相連接，壓力測試單元和流量測試 單元的信號輸出端和數據采集單元的信號輸入端相連接，轉差測試單元、電壓測試單元和 電流測試單元的測試端和水栗相連接，轉差測試單元、電壓測試單元和電流測試單元的的 信號輸出端和數據采集單元的信號輸入端相連接，數據采集單元的信號輸出端和控制單元 的信號輸入端相連接，工業計算機的通訊接口和控制單元的通訊接口通過串口相連接，變 頻試驗電源的控制端和控制單元的信號輸出端相連接，變頻試驗電源的輸出端和水栗的電 源輸入端相連接。
[0027] 潛水電栗變頻節能綜合測試系統各個組成部分的功能描述如下:水源單元具有供 試驗用足夠容量水和良好的水循環系統，可以為試驗的順利進行提供水源，同時具有水位 調節功能；水路單元由六條不同直徑的管道和電動閥門組成，實現試驗過程的水循環和壓 力調節;壓力測試單元、流量測試單元、轉差測試單元、電壓測試單元、電流測試單元采集礦 用水栗的壓力、流量、轉差、電壓和電流原始數據;數據采集單元將原始數據轉換成控制單 元可識別的信號，實現二次儀表采集數據和控制單元可接收信號之間的轉換;控制單元和 變頻電源為整個系統的核心，實現整個試驗系統控制指令輸出、試驗數據的處理及試驗工 況動態調節;工業計算機完成試驗指令輸入、試驗數據分析處理、試驗曲線的擬合及系統參 數和試驗結果的顯示和存儲。
[0028] 本發明相對現有技術具有如下優點和有益效果：
[0029] 傳統水栗流量調節過程采用閥門控制的方式，這種控制方式控制時管道阻力變 大，造成大量的能源浪費。潛水電栗變頻節能綜合測試系統采用變頻試驗電源通過改變速 度進而實現流量的調節，在同樣流量的試驗情況下，原來消耗在閥門的功率就可以避免，能 夠節省試驗過程電能損耗。
[0030] 礦用水栗特性變頻節能檢驗檢測系統根據"GB/T 12785《潛水電栗試驗方法》"和 "GB/T 3216《回轉動力栗水力性能驗收試驗1級和2級》"標準要求，完成不同規格的水栗揚 程、流量、效率、功率等綜合性能檢測試驗，具有變頻調速效果好、節能效果顯著、安全可靠 等優點。
[0031] 下面結合附圖和具體實施例，對本發明的技術方案進行詳細的說明。
【附圖說明】
[0032] 圖1為礦用水栗特性變頻節能檢驗檢測系統結構圖；
[0033] 圖2為控制單元與工業計算機通訊接口電路；
[0034]圖3試驗系統調速過程中H-Q關系曲線。
[0035]圖中：水源單元1，水路單元2，水栗3，變頻試驗電源4，壓力測試單元5，流量測試單 元6,轉差測試單元7,電壓測試單元8,電流測試單元9,數據采集單元10,控制單元11，工業 計算機12。
【具體實施方式】
[0036]本發明是一種潛水電栗變頻節能綜合測試系統，其結構如圖1所示，控制單元與工 業計算機通訊接口電路如圖2所示，試驗系統調速過程中H-Q關系曲線如圖3所示。
[0037] 潛水電栗變頻節能綜合測試系統由水源單元1、水路單元2、壓力測試單元5、流量 測試單元6、轉差測試單元7、電壓測試單元8、電流測試單元9、數據采集單元10、工業計算機 12、控制單元11、變頻試驗電源4和水栗3組成，其中水源單元1的輸出端和水路單元2的輸入 端相連接，水路單元2的出水端和水栗3的入水端相連接，水栗3的電源輸入端和變頻試驗電 源4的輸出端相連接。
[0038] 水路單元2的控制端也就是電磁閥，和控制單元11的輸出端相連接，壓力測試單元 5和流量測試單元6的測量端均和水路單元2相連接，壓力測試單元5和流量測試單元6的信 號輸出端均和數據采集單元10的信號輸入端相連接，轉差測試單元7、電壓測試單元8和電 流測試單元9的測試端均和水栗3相連接，轉差測試單元7、電壓測試單元8和電流測試單元9 的信號輸出端均和數據采集單元10的信號輸入端相連接，數據采集單元10的信號輸出端和 控制單元11的信號輸入端相連接，工業計算機12的通訊接口和控制單元11的通訊接口通過 串口相連接，變頻試驗電源4的控制端和控制單元11的信號輸出端相連接，變頻試驗電源4 的輸出端和水栗3的電源輸入端相連接。
[0039] 潛水電栗變頻節能綜合測試系統各個組成部分的功能描述如下：水源單元1具有 供試驗用足夠容量水和良好的水循環系統，可以為試驗的順利進行提供水源，同時具有水 位調節功能;水路單元2由六條不同直徑的管道和電動閥門組成，實現試驗過程的水循環和 壓力調節;壓力測試單元5、流量測試單元6、轉差測試單元7、電壓測試單元8、電流測試單元 9采集礦用水栗3的壓力、流量、轉差、電壓和電流原始數據;數據采集單元10將原始數據轉 換成控制單元11可識別的信號，實現二次儀表采集數據和控制單元11可接收信號之間的轉 換;控制單元11和變頻試驗電源4為整個系統的核心，實現整個試驗系統控制指令輸出、試 驗數據的處理及試驗工況動態調節;工業計算機12完成試驗指令輸入、試驗數據分析處理、 試驗曲線的擬合及系統參數和試驗結果的顯示和存儲。
[0040] 傳統水栗流量調節過程采用閥門控制的方式，這種控制方式控制時管道阻力變 大，造成大量的能源浪費。而本發明潛水電栗變頻節能綜合測試系統采用變頻試驗電源通 過改變速度進而實現流量的調節，在同樣流量的試驗情況下，原來消耗在閥門的功率就可 以避免，能夠節省試驗過程電能損耗。
[0041] 下面結合圖3進行說明：傳統閥門控制試驗過程中，當流量需要從Q1減小到Q2時， 必須關小閥門，此時閥門磨擦阻力將變大，阻力曲線從R1移到R2,揚程則從H1上升到H2,運 行工況點從Μ點移到N點。采用變頻試驗電源進行流量調節過程中，當流量需要從Q1減小到 Q2,將速度從Ν1降到Ν2,運行工況點則從Μ點移到0點，揚程從Η1下降到Η3,由于阻力曲線R1 不變，試驗系統消耗的能量不變。
[0042]根據離心栗的特性曲線公式：
[0043] P = QiHr/102n (1)
[0044] 式中：p-水栗使用工況軸功率(kW);
[0045] Q-使用工況點的水壓或流量(m 3/s);
[0046] Η-使用工況點的揚程(m);
[0047] r一輸出介質單位體積重量(kg/m 3);
[0048] η-使用工況點的栗效率（％)。
[0049] 可求出運行在Ν點栗的軸功率和0點栗的軸功率分別為：
[0050] PN=Q2Hir/102n (2)
[0051] P〇 = Q2H2r/102n (3)
[0052] 兩者之差為：
[0053] Δ p = pN-p〇 = Q2(Hi-H2)r/102n (4)
[0054] 也就是說，用傳統閥門控制方式進行流量時，有ΛΡ功率被閥門阻力損耗浪費掉 了，且隨著流量的變小，閥門不斷關小，這個損耗還要增加。而用變頻電源進行流量控制時， 根據流量Q、揚程H、功率P和轉速N之間的關系，有：
[0056]根據公式（5)可知，流量Q與轉速N的一次方成正比；揚程Η與轉速N的平方成正比； 功率P與轉速N的立方成正比，即功率與轉速成3次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方 法，而采用變頻電源進行流量調節時，那么在同樣流量的試驗情況下，原來消耗在閥門的功 率就可以避免，從而獲得圖3中ΜΝ0區域大小的節能效果，這就是水栗調速節能原理。
[0057]潛水電栗變頻節能綜合測試系統根據"GB/T 12785《潛水電栗試驗方法》"和"GB/T 3216《回轉動力栗水力性能驗收試驗1級和2級》"標準要求，完成不同規格的水栗揚程、流 量、效率、功率等綜合性能檢測試驗，具有變頻調速效果好、節能效果顯著、安全可靠等優 點。
【主權項】
1. 潛水電累變頻節能綜合測試系統，其特征是:水源單元（1)的輸出端和水路單元(2) 的輸入端相連接，水路單元(2)的出水端和水累(3)的入水端相連接，水累(3)的電源輸入端 和變頻試驗電源(4)的輸出端相連接； 水路單元(2)的控制端和控制單元（11)的輸出端相連接;壓力測試單元(5)和流量測試 單元(6)的測量端均和水路單元(2)相連接，壓力測試單元(5)和流量測試單元(6)的信號輸 出端均和數據采集單元(10)的信號輸入端相連接； 轉差測試單元（7)、電壓測試單元（8)和電流測試單元（9)的測試端均和水累（3)相連 接，轉差測試單元(7)、電壓測試單元(8)和電流測試單元(9)的信號輸出端均和數據采集單 元(10)的信號輸入端相連接，數據采集單元(10)的信號輸出端和控制單元(11)的信號輸入 端相連接，工業計算機（12)的通訊接口和控制單元（11)的通訊接口通過串口相連接;變頻 試驗電源(4)的控制端和控制單元(11)的信號輸出端相連接。2. 根據權利要求1所述的潛水電累變頻節能綜合測試系統，其特征是：所述水路單元 (2)的控制端為電磁閥。3. 利用如權利要求1所述的潛水電累變頻節能綜合測試系統的測試方法，其特征是:水 源單元具有供試驗用足夠容量水和良好的水循環系統，為試驗的進行提供水源，同時具有 水位調節功能;水路單元由六條不同直徑的管道和電動閥口組成，實現試驗過程的水循環 和壓力調節;壓力測試單元、流量測試單元、轉差測試單元、電壓測試單元、電流測試單元采 集礦用水累的壓力、流量、轉差、電壓和電流原始數據;數據采集單元將原始數據轉換成控 制單元可識別的信號，實現二次儀表采集數據和控制單元可接收信號之間的轉換;控制單 元和變頻試驗電源為整個系統的核屯、，實現整個試驗系統控制指令輸出、試驗數據的處理 及試驗工況動態調節;工業計算機完成試驗指令輸入、試驗數據分析處理、試驗曲線的擬合 及系統參數和試驗結果的顯示和存儲。4. 根據權利要求3所述的潛水電累變頻節能綜合測試系統的測試方法，其特征是:所述 變頻試驗電源在進行流量調節過程中，當流量需要從Q1減小到Q2,將速度從N1降到N2,運行 工況點則從Μ點移到0點，揚程從H1下降到H3,由于阻力曲線R1不變，試驗系統消耗的能量不 變； 根據離屯、累的特性曲線公式： Ρ=化 Hr/102n (1); 式中：p-水累使用工況軸功率化W); Q-使用工況點的水壓或流量(m 3/s); Η-使用工況點的揚程(m); r-輸出介質單位體積重量化g/m 3); η-使用工況點的累效率（％); 可求出運行在Ν點累的軸功率和0點累的軸功率分別為： 扣二化出r/10化 （2); Po =化出 r/10 化 （3); 兩者之差為： Δρ =扣-P〇 =化化廣出）r/102n (4)； 也就是說，用傳統閥口控制方式進行流量時，有ΔΡ功率被閥口阻力損耗浪費掉了，且 隨著流量的變小，閥口不斷關小，運個損耗還要增加。而用變頻電源進行流量控制時，根據 流量Q、揚程H、功率P和轉速N之間的關系，有：巧)； 根據公式(5)可知，流量Q與轉速N的一次方成正比；揚程Η與轉速N的平方成正比；功率P 與轉速Ν的立方成正比，即功率與轉速成3次方的關系下降；如果不是用關小閥口的方法，而 采用變頻電源進行流量調節時，那么在同樣流量的試驗情況下，原來消耗在閥口的功率就 可W避免，從而獲得ΜΝΟ區域大小的節能效果，運就是水累調速節能原理。
【文檔編號】F04B51/00GK106089674SQ201610613654
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610613654.0, CN 106089674 A, CN 106089674A, CN 201610613654, CN-A-106089674, CN106089674 A, CN106089674A, CN201610613654, CN201610613654.0
【發明人】郎福成, 陳立東, 張小輝, 黃旭, 齊欣, 劉鶴丹, 劉磊, 劉博
【申請人】國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 國家電網公司