本實(shí)用新型屬于水泵檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

潛水電泵是指泵體葉輪和驅(qū)動(dòng)葉輪的電機(jī)都潛入水中工作的一種水泵，有深井用和作業(yè)面用兩種。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的測(cè)試技術(shù)和測(cè)試手段不斷推陳出新，使得檢測(cè)手段、檢測(cè)方法和檢測(cè)設(shè)備也發(fā)生了變革性的變化，形成了自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和智能化的檢測(cè)系統(tǒng)。微電子學(xué)、信息技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的運(yùn)用。潛水電泵的測(cè)試技術(shù)和測(cè)試手段不斷進(jìn)步，逐漸形成了以工業(yè)計(jì)算機(jī)和變頻調(diào)速技術(shù)為核心智能化、實(shí)時(shí)化的檢驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本實(shí)用新型提供一種潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)。其目的是為了提供一種具有結(jié)構(gòu)合理、變頻調(diào)速效果好、節(jié)能效果顯著、安全可靠的綜合測(cè)試系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)水泵檢驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化，同時(shí)避免能量的浪費(fèi)。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)，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(yàn)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(cè)試單元和流量測(cè)試單元的測(cè)量端均和水路單元相連接，壓力測(cè)試單元和流量測(cè)試單元的信號(hào)輸出端均和數(shù)據(jù)采集單元的信號(hào)輸入端相連接；

轉(zhuǎn)差測(cè)試單元、電壓測(cè)試單元和電流測(cè)試單元的測(cè)試端均和水泵相連接，轉(zhuǎn)差測(cè)試單元、電壓測(cè)試單元和電流測(cè)試單元的信號(hào)輸出端均和數(shù)據(jù)采集單元的信號(hào)輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集單元的信號(hào)輸出端和控制單元的信號(hào)輸入端相連接，工業(yè)計(jì)算機(jī)的通訊接口和控制單元的通訊接口通過(guò)串口相連接；變頻試驗(yàn)電源的控制端和控制單元的信號(hào)輸出端相連接。

所述水路單元的控制端為電磁閥。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出一種潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由水源單元、水路單元、壓力測(cè)試單元、流量測(cè)試單元、轉(zhuǎn)差測(cè)試單元、電壓測(cè)試單元、電流測(cè)試單元、數(shù)據(jù)采集單元、工業(yè)計(jì)算機(jī)、控制單元、變頻試驗(yàn)電源和水泵組成，其中水源單元的輸出端和水路單元的輸入端相連接，水路單元的控制端即電磁閥和控制單元的輸出端相連接，壓力測(cè)試單元和流量測(cè)試單元的測(cè)量端和水路單元相連接，壓力測(cè)試單元和流量測(cè)試單元的信號(hào)輸出端和數(shù)據(jù)采集單元的信號(hào)輸入端相連接，轉(zhuǎn)差測(cè)試單元、電壓測(cè)試單元和電流測(cè)試單元的測(cè)試端和水泵相連接，轉(zhuǎn)差測(cè)試單元、電壓測(cè)試單元和電流測(cè)試單元的的信號(hào)輸出端和數(shù)據(jù)采集單元的信號(hào)輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集單元的信號(hào)輸出端和控制單元的信號(hào)輸入端相連接，工業(yè)計(jì)算機(jī)的通訊接口和控制單元的通訊接口通過(guò)串口相連接，變頻試驗(yàn)電源的控制端和控制單元的信號(hào)輸出端相連接，變頻試驗(yàn)電源的輸出端和水泵的電源輸入端相連接。

潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能描述如下：水源單元具有供試驗(yàn)用足夠容量水和良好的水循環(huán)系統(tǒng)，可以為試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供水源，同時(shí)具有水位調(diào)節(jié)功能；水路單元由六條不同直徑的管道和電動(dòng)閥門組成，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程的水循環(huán)和壓力調(diào)節(jié)；壓力測(cè)試單元、流量測(cè)試單元、轉(zhuǎn)差測(cè)試單元、電壓測(cè)試單元、電流測(cè)試單元采集礦用水泵的壓力、流量、轉(zhuǎn)差、電壓和電流原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集單元將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制單元可識(shí)別的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二次儀表采集數(shù)據(jù)和控制單元可接收信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；控制單元和變頻電源為整個(gè)系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)控制指令輸出、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及試驗(yàn)工況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；工業(yè)計(jì)算機(jī)完成試驗(yàn)指令輸入、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理、試驗(yàn)曲線的擬合及系統(tǒng)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果的顯示和存儲(chǔ)。

本實(shí)用新型相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

傳統(tǒng)水泵流量調(diào)節(jié)過(guò)程采用閥門控制的方式，這種控制方式控制時(shí)管道阻力變大，造成大量的能源浪費(fèi)。潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)采用變頻試驗(yàn)電源通過(guò)改變速度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，在同樣流量的試驗(yàn)情況下，原來(lái)消耗在閥門的功率就可以避免，能夠節(jié)省試驗(yàn)過(guò)程電能損耗。

礦用水泵特性變頻節(jié)能檢驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)“GB/T 12785《潛水電泵試驗(yàn)方法》”和“GB/T 3216《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1級(jí)和2級(jí)》”標(biāo)準(zhǔn)要求，完成不同規(guī)格的水泵揚(yáng)程、流量、效率、功率等綜合性能檢測(cè)試驗(yàn)，具有結(jié)構(gòu)合理、變頻調(diào)速效果好、節(jié)能效果顯著、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為礦用水泵特性變頻節(jié)能檢驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為控制單元與工業(yè)計(jì)算機(jī)通訊接口電路；

圖3試驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)速過(guò)程中H-Q關(guān)系曲線。

圖中：水源單元1，水路單元2，水泵3，變頻試驗(yàn)電源4，壓力測(cè)試單元5，流量測(cè)試單元6，轉(zhuǎn)差測(cè)試單元7，電壓測(cè)試單元8，電流測(cè)試單元9，數(shù)據(jù)采集單元10，控制單元11，工業(yè)計(jì)算機(jī)12。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型是一種潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，控制單元與工業(yè)計(jì)算機(jī)通訊接口電路如圖2所示，試驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)速過(guò)程中H-Q關(guān)系曲線如圖3所示。

潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)由水源單元1、水路單元2、壓力測(cè)試單元5、流量測(cè)試單元6、轉(zhuǎn)差測(cè)試單元7、電壓測(cè)試單元8、電流測(cè)試單元9、數(shù)據(jù)采集單元10、工業(yè)計(jì)算機(jī)12、控制單元11、變頻試驗(yàn)電源4和水泵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的出水端和水泵3的入水端相連接，水泵3的電源輸入端和變頻試驗(yàn)電源4的輸出端相連接。

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(cè)試單元5和流量測(cè)試單元6的測(cè)量端均和水路單元2相連接，壓力測(cè)試單元5和流量測(cè)試單元6的信號(hào)輸出端均和數(shù)據(jù)采集單元10的信號(hào)輸入端相連接，轉(zhuǎn)差測(cè)試單元7、電壓測(cè)試單元8和電流測(cè)試單元9的測(cè)試端均和水泵3相連接，轉(zhuǎn)差測(cè)試單元7、電壓測(cè)試單元8和電流測(cè)試單元9的信號(hào)輸出端均和數(shù)據(jù)采集單元10的信號(hào)輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集單元10的信號(hào)輸出端和控制單元11的信號(hào)輸入端相連接，工業(yè)計(jì)算機(jī)12的通訊接口和控制單元11的通訊接口通過(guò)串口相連接，變頻試驗(yàn)電源4的控制端和控制單元11的信號(hào)輸出端相連接，變頻試驗(yàn)電源4的輸出端和水泵3的電源輸入端相連接。

潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)組成部分的功能描述如下：水源單元1具有供試驗(yàn)用足夠容量水和良好的水循環(huán)系統(tǒng)，可以為試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供水源，同時(shí)具有水位調(diào)節(jié)功能；水路單元2由六條不同直徑的管道和電動(dòng)閥門組成，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程的水循環(huán)和壓力調(diào)節(jié)；壓力測(cè)試單元5、流量測(cè)試單元6、轉(zhuǎn)差測(cè)試單元7、電壓測(cè)試單元8、電流測(cè)試單元9采集礦用水泵3的壓力、流量、轉(zhuǎn)差、電壓和電流原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集單元10將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成控制單元11可識(shí)別的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二次儀表采集數(shù)據(jù)和控制單元11可接收信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；控制單元11和變頻試驗(yàn)電源4為整個(gè)系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)控制指令輸出、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及試驗(yàn)工況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；工業(yè)計(jì)算機(jī)12完成試驗(yàn)指令輸入、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理、試驗(yàn)曲線的擬合及系統(tǒng)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果的顯示和存儲(chǔ)。

傳統(tǒng)水泵流量調(diào)節(jié)過(guò)程采用閥門控制的方式，這種控制方式控制時(shí)管道阻力變大，造成大量的能源浪費(fèi)。而本實(shí)用新型潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)采用變頻試驗(yàn)電源通過(guò)改變速度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，在同樣流量的試驗(yàn)情況下，原來(lái)消耗在閥門的功率就可以避免，能夠節(jié)省試驗(yàn)過(guò)程電能損耗。

下面結(jié)合圖3進(jìn)行說(shuō)明：傳統(tǒng)閥門控制試驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)流量需要從Q1減小到Q2時(shí),必須關(guān)小閥門，此時(shí)閥門磨擦阻力將變大,阻力曲線從R1移到R2，揚(yáng)程則從H1上升到H2,運(yùn)行工況點(diǎn)從M點(diǎn)移到N點(diǎn)。采用變頻試驗(yàn)電源進(jìn)行流量調(diào)節(jié)過(guò)程中,當(dāng)流量需要從Q1減小到Q2，將速度從Nl降到N2,運(yùn)行工況點(diǎn)則從M點(diǎn)移到O點(diǎn),揚(yáng)程從H1下降到H3，由于阻力曲線R1不變,試驗(yàn)系統(tǒng)消耗的能量不變。

根據(jù)離心泵的特性曲線公式:

P＝Q₁H_r/102η (l)

式中:p—水泵使用工況軸功率(kW)；

Q—使用工況點(diǎn)的水壓或流量(m3/s)；

H—使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程(m)；

r—輸出介質(zhì)單位體積重量(kg/m3)；

η—使用工況點(diǎn)的泵效率(％)。

可求出運(yùn)行在N點(diǎn)泵的軸功率和O點(diǎn)泵的軸功率分別為:

P_N＝Q₂H_1r/102η (2)

P_O＝Q₂H_2r/102η (3)

兩者之差為:

Δρ＝P_N-P_O＝Q₂(H₁-H₂)_r/102η (4)

也就是說(shuō),用傳統(tǒng)閥門控制方式進(jìn)行流量時(shí),有△P功率被閥門阻力損耗浪費(fèi)掉了,且隨著流量的變小，閥門不斷關(guān)小,這個(gè)損耗還要增加。而用變頻電源進(jìn)行流量控制時(shí),根據(jù)流量Q、揚(yáng)程H、功率P和轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系,有:

根據(jù)公式(5)可知，流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比；功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，即功率與轉(zhuǎn)速成3次方的關(guān)系下降。如果不是用關(guān)小閥門的方法，而采用變頻電源進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，那么在同樣流量的試驗(yàn)情況下，原來(lái)消耗在閥門的功率就可以避免，從而獲得圖3中MNO區(qū)域大小的節(jié)能效果，這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。

潛水電泵變頻節(jié)能綜合測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)“GB/T 12785《潛水電泵試驗(yàn)方法》”和“GB/T 3216《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵水力性能驗(yàn)收試驗(yàn)1級(jí)和2級(jí)》”標(biāo)準(zhǔn)要求，完成不同規(guī)格的水泵揚(yáng)程、流量、效率、功率等綜合性能檢測(cè)試驗(yàn)，具有變頻調(diào)速效果好、節(jié)能效果顯著、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。