管网叠压供水系统水泵选型软件开发

节水灌溉・2008年第11期

文章编号:100724929(2008)1120037203

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管网叠压供水系统水泵选型软件开发

杨贵春,樊建军,林　林

(广州大学土木工程学院,)

　　摘　要:,、比较都相当复杂,有的因素因难以量化,,。目前尚没有管网叠压供水水泵选型专用软件,,无法进行能耗及运行性能的对比,导致性价比偏低。叙述最,并根据管网叠压供水系统的水泵运行特点,在水泵选型方法、,分析水泵选型方法的一般数学模型,为水泵选型软件的开发提供合理的计算方法和理论依据,具有广阔的实际应用前景。　　关键词:管网叠压供水;软件开发;水泵;选型方法　　中图分类号:TU991;TP311.52　　文献标识码:A

DevelopmentofPump2selectionSoftwareforNetworkPressure2superposedWaterSupplySystem

YANGGui2chun,FANJian2jun

(SchoolofCivilEngineering,GuangzhouUniversity,Guangzhou510006,China)

Abstract:Theapplicationofleastsquaremethodforfittingperformancecurveofpumpandtheestablishmentofpumpperformanceparametersdatabaseareintroducedinthispaper.Accordingtotheoperationcharacteristicsofthepumpinnetworkpressure2super2positionwatersupplysystem,basedontheanalysisofpumptype2selectionmethod,differentiatingcriterion,evaluationindexes,andsoon,thegeneralmathematicalmodelforpumptype2selectionisstudiedtoprovidereasonablecalculationmethodandtheoreticbasisforthedevelopmentofpumptype2selectionsoftware.

Keywords:networkpressure2superpositionwatersupply;softwaredevelopment;pump;type2selectionmethod

0　引　言

管网叠压供水系统已广泛应用于二次供水,尽管在充分利用市政管网剩余水压方面取得了明显的节能效果,但由于设计人员没有深刻认识到水泵运行效率对系统能耗起着至关重要的作用,选泵时未对水泵在管网叠压供水系统中的适用性进行充分而认真的研究,导致水泵在运行过程中工况点长期偏离高效区,机组效率大幅下降,大量的能量转换为无功功率而被浪费,管网叠压供水系统未取得预期的节能效果。叠压供水系统的供水管网压力受很多因素的影响而不稳定,在设计选泵时,水泵吸水口能够叠加的压力值有可能无法得到准确的数据,加之设计计算过程没有规范条款可以遵循,多数情况下设计人员会采用保守的设计方法,按最不利条件(不考虑供水管网剩余压力,在用水量最大时保证最不利点所需压力)选泵,导致设备

收稿日期:2008208228

选型偏大(主要是扬程偏高)、运行效率低,并有可能在叠压值较高时使水泵在高效区右端以外的不良工况点运行,导致电机超负荷[1-3]。目前尚没有管网叠压供水水泵选型专用软件,设计时只能对少数几个设备选型方案进行投资比较,无法进行能耗及运行性能的对比,导致性价比偏低。

1　软件基本模块及功能

软件可分为2大模块,即水泵选型模块和水泵产品数据管理模块。水泵选型模块包括选型模块、性能曲线模块、初选方案评价综合模块。数据管理模块包括数据追加、数据修改、数据查询等模块[4,5]。

(1)水泵选型模块。该模块可以完成泵站设计参数输入,

根据台数准则或用户要求确定台数范围,计算确定单泵设计扬程和流量,给出扬程和流量选型范围系数,从数据库中选出

基金项目:广东省科技计划项目(2007B031700008);广东省自然科学基金项目(06021586);广州市高校科技项目(62051)。作者简介:杨贵春(19822),男,硕士研究生,主要从事给水系统及其优化研究。

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若干种基本符合要求的方案。该模块用对话框进行数据确定和传递,在后台进行水力参数计算和选型,得出若干初选方案供用户选择,结果显示在列表框中。

(2)性能曲线模块。该模块可对列表框中显示的初选方

管网叠压供水系统水泵选型软件开发　　杨贵春　樊建军　林　林

存在唯一解。从式(4)中解出ak(k=0,1,…,n),从而可得多项式:

n

pn(x)=

k=0

∑a

k

xk(5)

案,逐一查看其性能曲线,包括Q～H、Q～N、Q～η曲线。曲线方程采用最小二乘法曲线拟合。拟合曲线可以保存和打印。

(3)初选方案综合评价模块。该模块对初选合适的泵型

2.2　水泵性能曲线方程的确定

水泵选择时,应尽量选择效率高的循环水泵,使水泵工作在高效段,节约电能。由于各个厂家生产的水泵性能不同,很难用解析形式表示[6-8]η线Q～H、QN、Q～3,,采用,建立水泵数据。据实际验证,将水。此部分可计算出所、效率流量曲线方程及功率流量曲线方程。水泵扬程、功率和效率的拟合基函数如下:

扬程流量曲线方程:

方案进行能耗及运行性能比较,进一步确定出比较优秀的水泵型号方案,然后计算选出水泵的性能曲线方程,拟合其性能曲线,对初选方案进行评价排序,向用户推荐综合性能最优的泵型方案。

(4)数据库管理模块。该模块具有追加、修改、删除、等功能。

2　理论依据和计算方法

2.1　∑ri来度量误差ri(i=0,

i=02

H=H0+a1Q+a2Q2

　　功率流量曲线方程:

N=N0+c1Q+c2Q2

1,…,m)的整体大小。数据拟合的具体作法是:对给定数据(xi,yi),在取定的函数类Φ中,求p(x)∈Φ,使误差ri=p(xi)

　　效率流量曲线方程:

2

η=η0+b1Q+b2Q

-yi(i=0,1,…,m)的平方和最小,即:

m

m

i=0

∑r

2i

=

i=0

[p(x)∑

i

-yi]2=min

式中:H为扬程;Q为流量;N为功率;η为效率;H0、a1、a2为水泵扬程、流量拟合系数;N0、b1、b2为水泵功率、流量拟合系数;ηc1、c2为水泵效率、流量拟合系数。0、

　　从几何意义上讲,就是寻求与给定点(xi,yi)的距离平方和为最小的曲线y=p(x)。函数p(x)称为拟合函数或最小二乘解,求拟合函数p(x)的方法称为曲线拟合的最小二乘法。

多项式的拟合:

假设给定数据点(xi,yi),Φ为所有次数不超过n(n≤m)的Φ,使得:多项式构成的函数类,现求pn(x)=∑akx∈

k

k=0n

k

m

m

n

n

2.3　水泵选型计算方法

(1)利用最小二乘法从数据库中的数据拟合出水泵性能曲

线,形式为:

H=a0+a1Q+a2Q2

H=Hst+SQ2

(6)(7)

　　(2)利用用户输入的参数得到管道系统特性曲线,形式为:式中:S为管道特性阻力系数;Hst为静扬程。

(3)由公式(6)和公式(7)求交点,得到水泵工作点。如果

I=

i=0

[p∑

(xi)-yi]

2

=

i=0

∑(∑a

k=0

x-yi)k

i

2

=min(1)

当拟合函数为多项式时,称为多项式拟合,满足式(1)的pn(x)称为最小二乘拟合多项式。特别地,当n=1时,称为线性拟合或直线拟合。显然,I为a0,a1,…,an的多元函数,因此上述问题即为求I=I(a0,a1,…,an)的极值问题。由多元函数求极值的必要条件得:

j

(∑=2∑akxki-yi)xi=0　j=0,1,…,n

9aji=0k=0

n

m

j+k

i

m

k=0

m

n

工作点满足以下①、②要求,则认为这个型号的水泵可选。

①工作点参数(Q0,H0)能满足用户要求,且有一定富余量

Qk,Hk(设计者可按实际情况定出)。即:

H设≤H0≤(1+Hk)H设

(8)(9)

Q设≤Q0≤(1+Qk)Q设

(2)(3)

　　②工作点处于水泵的高效区[额定点是水泵效率最高的一个点,在该点左右的一定范围内(一般不低于最高效率点的

10%左右)都属于效率较高的区段,在水泵样本中,用2条波形

∑(∑x

i=0m

)ak=

i=0

∑x

m

j

iyi　j=0,1,…,n

式(3)是关于a0,a1,…,an的线性方程组,用矩阵表示为:

m

ni

线标出,称为水泵的高效段],即:

ηη≤η′≤max-ηmax

定出。

(4)

(10)

m+1

m

i=0m

i

∑x

i

……

i=0m

∑x

a0

n+1

i

i=0m

∑y∑x

m

i

式中:η′为选型效率围范系数,约取10,设计者可按实际情况

yi

i=0

∑x

…

m

i=0

∑x

…

2i

i=0

∑x

m

a1

…

…

a=

i

i=0

…

3　水泵数据库建库

首先,需要建立包含选型软件所需要的所有数据的数据库。数据库系统软件有ACCESS,SQLServer和Oracle等,设计人员可以根据情况进行选择。

为满足用户对各种水泵型号充分了解和选型的需要,数据

m

n

i

i=0

∑x

i=0

∑x

n+1i

i=0

∑x

2ni

i=0

∑x

ni

y式(3)或式(4)称为正规方程组或法方程组。

可以证明,方程组(4)的系数矩阵是一个对称正定矩阵,故

管网叠压供水系统水泵选型软件开发　　杨贵春　樊建军　林　林库设计以下字段:水泵型号、流量、扬程、轴功率、效率、转速、汽蚀指标、生产厂家等[9]。数据库具有添加、删除、修改、查询等功能。数据库的数据主要来源可以是各种泵的手册,如《上海申宝

SBW系列稳压泵》《、KSB大中型HL型立式离心泵》和《凯泉AL

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、HL系列立式离心泵》等,也可以是别的一些水泵数据库。

4　叠压供水系统水泵选型方法特点

管网叠压供水系统一般都是由几台相同型号的水泵并联调速供水的。为此,对于该系统的选泵要考虑水泵并联与调速的组合。水泵并联调速运行,笔者根据如下2点原则编出水泵选型的计算程序:水泵额定转速下并联的总工况点满足用户要求,并有一定余量;效区内运行。

(1)n台水泵并联(,(Q2,2)3,H33个性能参数点(Q1,H1)、

。

,在管网叠压供水系统中,水泵的工况点取决于市政管网剩余水压、建筑内部用水量和水泵特性曲线3个方面,水泵的工作点范围波动较大,更无规则性,水泵更难一直在高效区运行。我们不能按水泵永远在高效区运行这原则选泵,一般情况下,这样的泵可以说是不存在。水泵房设计规范规定“水泵选型基本原则应满足水泵站设计流量、设计扬程及不同时期供排水的要求。在平均扬程时,水泵应在高效区运

[11]

行;在最高与最低扬程时,水泵应能安全、稳定的运行”。

3(nQ1,

(nQ2,H2)、(n,3H1)、

泵总的特性曲线方程Ha0+a1Q+a2Q2。总特性曲线和管道特性曲线交点可求得总工况点,此时单泵的工作点流量为

Q设/n,扬程为H设,代入单泵效率曲线方程η=η0+b1Q+b2Q

2

(9),单泵工可得工作点的效率。同时使总工况点满足式(8)、

如图2,曲线1、2分别是市政管网最高压力和最低压力下的管道特性曲线,水泵转速范围为n2～n1。管网叠压供水水泵选型时,应使市政管网最高压力和最低压力时水泵额定转速下

(9

)的要求,即并联的总工况点(如图2中O1和O2)满足式(8)、

作点效率满足式(10)为可选水泵。

(2)调速运行是指水泵在可调速的电机驱动下运行,通过

改变转速来改变水泵装置的工况点。如果说对定速运行工况,考虑的是离心泵在固定的单一转速条件下,如何充分利用其Q～H曲线上的高效工作段。那么,对于调速运行工况,将着眼于在城市管网用水量逐时变动的情况下,如何充分利用通过变速而形成的离心泵Q～H曲线的高效工作区。在管网叠压供水技术中,为适应用水量以及市政管网压力的变化,通常对水泵采用调速运行的控制方式。根据水泵的相似定律可知,水泵调速运行时特性参数满足以下关系式:

=,=Q2n2H2

n2

2

满足用户用水要求,并有一定余量;同时在市政管网“常压力”

(可取平均压力)时水泵在(可取平均转速)下并联的“常转速”

各变频泵和工频泵的工作点满足式(10),即高效区运行。

,

=N2n2

3

(11)

　　这3个公式表示同一台叶片泵,当转速n变更时,其它性能参数将按上述比例关系而变,上面这3个式子为相似定律的一个特殊形式,称为比例律[10]。

为了确定变频泵在工作点的效率,我们需要求出其调速后在工作点的水泵特性曲线。如图1,已知水泵在额定转速n1时的特性曲线1,求出经过工作点A(QA,HA),转速变为n2的变频泵特性曲线2。

由比例律公式(11)可得:

=k2=Q1Q22

H=kQ2

图2　叠压供水系统水泵工况

5　结　语

本论文主要针对管网叠压供水系统,在水泵选型方法、判别准则、评价指标等分析的基础上,分析了水泵选型的一般数学模型,利用最小二乘法对常用的水泵性能参数进行曲线拟

2

2

把Q(QA,HA)代入可求得H=(HA/QA)Q。图1中曲线3为此方程的曲线,可求出它与额定转速n1的特性曲线1的交点为B(QB,HB),所以可得到n2=(QA/QB

)n1。

我们从水泵样本可知额定转速n1的性能参数,由公式

(11)可求得转速为n2的性能参数点,再把这些点通过最小二

合,为编写水泵选型程序提供理论依据和计算方法。本课题采用SQLServer2000作为数据库管理系统,采用VisualC++

6.0作为开发工具实现较复杂的水泵选型过程。

参考文献:

[1]　樊建军,魏晓安,王　峰.管网叠压供水技术存在的主要问题及解

乘法拟合,得到变频泵在工作点运行的特性曲线方程,从而可

决途径[J].中国给排水,2006,22(22):39-42.(下转第42页)

42

3.3　模型检验与分析

新安江模型在浑河流域上的应用　　金　鑫　杨国范　古　健　等

　　用上式计算出2004、2005年的DC分别为82%、85%,达到乙级标准。按水文情报预报规范,可用于正式预报。

净雨深预报的许可误差采用实测值的20%,大于20mm时,以20mm为上限;小于3mm时,以3mm为下限。洪峰流量的许可误差取实测值的20%,并以流量测验误差为下限。洪峰流量出现时间的许可误差,取预报根据时间至实测峰现时间间距的30%,并以3h或一个计算时段为下限。

日径流过程的模拟还是很好的度误差。20032,实测流量过程与计表2　北口前水文站2003,实测径流计算径流径流深相对实测峰现计算峰现深/mm

199.69根据水利部2000年颁布的《水文情报预报规范SL2502

2000》,用2004,2005年2年资料对模型进行检验,采用确定性

系数DC检验。其计算公式如下:

n

i=1

∑[yc(i)-y(i)]2∑[yc(i)-珔y(i)]2

n

DC=1-

式中:y(i)为实测值;yc(i)为预报值;珔y(i)为实测值的均值;n为资料序列长度。

年份

20032004

降雨量/

mm788.3764.9

峰现时差

00

确定性系数/%

86.682.0

深/mm

217.误差/%

-3.52

(3・s259.213.0

3s-277.8176.9

/%

7.26-16.95

时间

07229,8:0007231,8:00

时间

07229,8:0004207,318:00

模型进行日径流模拟,率定期和预报期的模拟均取得了较好的效果,精度均达到乙级以上,可以用于正式预报。本文研究为北方地区的径流预报提供了参考,进一步验证了新安江(三水源)模型在北方半湿润地区的实用性和所能达到的精度,推进了新安江模型在北方地区的应用。参考文献:

[1]　辽宁省水利厅.防洪调度新方法及应用[M].北京:中国水利水电

出版社,2007.

图3　率定期2003年流量过程拟合曲线

[2]　赵人俊.流域水文模拟———新安江模型与陕北模型[M].北京:水

　　预报期2004年的模拟精度见表2,实测流量过程与计算流量过程的拟合情况见图4。

利电力出版社,1984.

[3]　SL25022000,水文情报预报规范[S].

[4]　孙秋萍,王玉珏,徐永红.水库自动调洪演算预报系统建立[J].

中国农村水利水电,2007,(7):57-58.

(上接第39页)

[2]　樊建军,王　峰,胡晓东,等.直接式管网叠压供水的优化设计

[J].中国给水排水,2005,21(5):59-61.

图4　预报期2004年流量过程拟合曲线

从以上检验成果看,存在一定的误差,主要原因如下:

(1)由于自然地理条件和气象、下垫面条件的影响,水文现

[3]　樊建军,王　峰,周　鸿,等.管网叠压供水系统的水泵适用性分

析[J].中国给水排水,2007,23(20):63-66.

[4]　王文杰.水泵站自动设计软件研究与开发[D].南京:河海大学,2005.[5]　张学明,张克危,孙建平,等.泵站选型专家系统的知识库设计

[J].水泵技术,1997,2:34-37.

[6]　朱劲木,曾凡春,龙新平,等.大中型泵站改造中机组选型软件开

象千变万化,流域水文模型对流域水文现象的模拟仅是一个平均情况,所以模型本身就存在一定的误差。

(2)新安江模型是根据新安江水库的实际情况提出的水文

模型,产流机制是典型的蓄满产流,而北方地区降雨主要集中在汛期6～9月,流域的植被状况、温度、湿度等在汛期各月间也有差异,使得流域降雨产流机制比较复杂。所以,在北方全年的连续计算中会产生一定的误差。

(3)模型的参数和初始条件的确定还不够准确,有待今后

发[J].中国农村水利水电,2007,(12):56-58.

[7]　陈俊博,周荣敏,季广辉,等.基于自适应惩罚遗传算法的给水管

网优化设计[J].节水灌溉,2007,(2):34-36.

[8]　储诚山,程道辉,苏小红.基于遗传算法和GIS的给水管网水力

计算[J].中国农村水利水电,2006,(2):70-72.

[9]　王颖华,曹　斌.城市住宅供水水泵组合方案选择及其优化程序

[J].住宅科技,2003,(8):17-19.

[10]　姜乃昌,金　锥.水泵及水泵站[M].北京:中国建筑工业出版

进一步研究、探讨。

4　结　语

本文以浑河北口前站以上流域为例,应用新安江(三水源)

社,1998.

[11]　GB/T50265297,泵站设计规范[S].

节水灌溉・2008年第11期

文章编号:100724929(2008)1120037203

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管网叠压供水系统水泵选型软件开发

杨贵春,樊建军,林　林

(广州大学土木工程学院,)

　　摘　要:,、比较都相当复杂,有的因素因难以量化,,。目前尚没有管网叠压供水水泵选型专用软件,,无法进行能耗及运行性能的对比,导致性价比偏低。叙述最,并根据管网叠压供水系统的水泵运行特点,在水泵选型方法、,分析水泵选型方法的一般数学模型,为水泵选型软件的开发提供合理的计算方法和理论依据,具有广阔的实际应用前景。　　关键词:管网叠压供水;软件开发;水泵;选型方法　　中图分类号:TU991;TP311.52　　文献标识码:A

DevelopmentofPump2selectionSoftwareforNetworkPressure2superposedWaterSupplySystem

YANGGui2chun,FANJian2jun

(SchoolofCivilEngineering,GuangzhouUniversity,Guangzhou510006,China)

Abstract:Theapplicationofleastsquaremethodforfittingperformancecurveofpumpandtheestablishmentofpumpperformanceparametersdatabaseareintroducedinthispaper.Accordingtotheoperationcharacteristicsofthepumpinnetworkpressure2super2positionwatersupplysystem,basedontheanalysisofpumptype2selectionmethod,differentiatingcriterion,evaluationindexes,andsoon,thegeneralmathematicalmodelforpumptype2selectionisstudiedtoprovidereasonablecalculationmethodandtheoreticbasisforthedevelopmentofpumptype2selectionsoftware.

Keywords:networkpressure2superpositionwatersupply;softwaredevelopment;pump;type2selectionmethod

0　引　言

管网叠压供水系统已广泛应用于二次供水,尽管在充分利用市政管网剩余水压方面取得了明显的节能效果,但由于设计人员没有深刻认识到水泵运行效率对系统能耗起着至关重要的作用,选泵时未对水泵在管网叠压供水系统中的适用性进行充分而认真的研究,导致水泵在运行过程中工况点长期偏离高效区,机组效率大幅下降,大量的能量转换为无功功率而被浪费,管网叠压供水系统未取得预期的节能效果。叠压供水系统的供水管网压力受很多因素的影响而不稳定,在设计选泵时,水泵吸水口能够叠加的压力值有可能无法得到准确的数据,加之设计计算过程没有规范条款可以遵循,多数情况下设计人员会采用保守的设计方法,按最不利条件(不考虑供水管网剩余压力,在用水量最大时保证最不利点所需压力)选泵,导致设备

收稿日期:2008208228

选型偏大(主要是扬程偏高)、运行效率低,并有可能在叠压值较高时使水泵在高效区右端以外的不良工况点运行,导致电机超负荷[1-3]。目前尚没有管网叠压供水水泵选型专用软件,设计时只能对少数几个设备选型方案进行投资比较,无法进行能耗及运行性能的对比,导致性价比偏低。

1　软件基本模块及功能

软件可分为2大模块,即水泵选型模块和水泵产品数据管理模块。水泵选型模块包括选型模块、性能曲线模块、初选方案评价综合模块。数据管理模块包括数据追加、数据修改、数据查询等模块[4,5]。

(1)水泵选型模块。该模块可以完成泵站设计参数输入,

根据台数准则或用户要求确定台数范围,计算确定单泵设计扬程和流量,给出扬程和流量选型范围系数,从数据库中选出

基金项目:广东省科技计划项目(2007B031700008);广东省自然科学基金项目(06021586);广州市高校科技项目(62051)。作者简介:杨贵春(19822),男,硕士研究生,主要从事给水系统及其优化研究。

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若干种基本符合要求的方案。该模块用对话框进行数据确定和传递,在后台进行水力参数计算和选型,得出若干初选方案供用户选择,结果显示在列表框中。

(2)性能曲线模块。该模块可对列表框中显示的初选方

管网叠压供水系统水泵选型软件开发　　杨贵春　樊建军　林　林

存在唯一解。从式(4)中解出ak(k=0,1,…,n),从而可得多项式:

n

pn(x)=

k=0

∑a

k

xk(5)

案,逐一查看其性能曲线,包括Q～H、Q～N、Q～η曲线。曲线方程采用最小二乘法曲线拟合。拟合曲线可以保存和打印。

(3)初选方案综合评价模块。该模块对初选合适的泵型

2.2　水泵性能曲线方程的确定

水泵选择时,应尽量选择效率高的循环水泵,使水泵工作在高效段,节约电能。由于各个厂家生产的水泵性能不同,很难用解析形式表示[6-8]η线Q～H、QN、Q～3,,采用,建立水泵数据。据实际验证,将水。此部分可计算出所、效率流量曲线方程及功率流量曲线方程。水泵扬程、功率和效率的拟合基函数如下:

扬程流量曲线方程:

方案进行能耗及运行性能比较,进一步确定出比较优秀的水泵型号方案,然后计算选出水泵的性能曲线方程,拟合其性能曲线,对初选方案进行评价排序,向用户推荐综合性能最优的泵型方案。

(4)数据库管理模块。该模块具有追加、修改、删除、等功能。

2　理论依据和计算方法

2.1　∑ri来度量误差ri(i=0,

i=02

H=H0+a1Q+a2Q2

　　功率流量曲线方程:

N=N0+c1Q+c2Q2

1,…,m)的整体大小。数据拟合的具体作法是:对给定数据(xi,yi),在取定的函数类Φ中,求p(x)∈Φ,使误差ri=p(xi)

　　效率流量曲线方程:

2

η=η0+b1Q+b2Q

-yi(i=0,1,…,m)的平方和最小,即:

m

m

i=0

∑r

2i

=

i=0

[p(x)∑

i

-yi]2=min

式中:H为扬程;Q为流量;N为功率;η为效率;H0、a1、a2为水泵扬程、流量拟合系数;N0、b1、b2为水泵功率、流量拟合系数;ηc1、c2为水泵效率、流量拟合系数。0、

　　从几何意义上讲,就是寻求与给定点(xi,yi)的距离平方和为最小的曲线y=p(x)。函数p(x)称为拟合函数或最小二乘解,求拟合函数p(x)的方法称为曲线拟合的最小二乘法。

多项式的拟合:

假设给定数据点(xi,yi),Φ为所有次数不超过n(n≤m)的Φ,使得:多项式构成的函数类,现求pn(x)=∑akx∈

k

k=0n

k

m

m

n

n

2.3　水泵选型计算方法

(1)利用最小二乘法从数据库中的数据拟合出水泵性能曲

线,形式为:

H=a0+a1Q+a2Q2

H=Hst+SQ2

(6)(7)

　　(2)利用用户输入的参数得到管道系统特性曲线,形式为:式中:S为管道特性阻力系数;Hst为静扬程。

(3)由公式(6)和公式(7)求交点,得到水泵工作点。如果

I=

i=0

[p∑

(xi)-yi]

2

=

i=0

∑(∑a

k=0

x-yi)k

i

2

=min(1)

当拟合函数为多项式时,称为多项式拟合,满足式(1)的pn(x)称为最小二乘拟合多项式。特别地,当n=1时,称为线性拟合或直线拟合。显然,I为a0,a1,…,an的多元函数,因此上述问题即为求I=I(a0,a1,…,an)的极值问题。由多元函数求极值的必要条件得:

j

(∑=2∑akxki-yi)xi=0　j=0,1,…,n

9aji=0k=0

n

m

j+k

i

m

k=0

m

n

工作点满足以下①、②要求,则认为这个型号的水泵可选。

①工作点参数(Q0,H0)能满足用户要求,且有一定富余量

Qk,Hk(设计者可按实际情况定出)。即:

H设≤H0≤(1+Hk)H设

(8)(9)

Q设≤Q0≤(1+Qk)Q设

(2)(3)

　　②工作点处于水泵的高效区[额定点是水泵效率最高的一个点,在该点左右的一定范围内(一般不低于最高效率点的

10%左右)都属于效率较高的区段,在水泵样本中,用2条波形

∑(∑x

i=0m

)ak=

i=0

∑x

m

j

iyi　j=0,1,…,n

式(3)是关于a0,a1,…,an的线性方程组,用矩阵表示为:

m

ni

线标出,称为水泵的高效段],即:

ηη≤η′≤max-ηmax

定出。

(4)

(10)

m+1

m

i=0m

i

∑x

i

……

i=0m

∑x

a0

n+1

i

i=0m

∑y∑x

m

i

式中:η′为选型效率围范系数,约取10,设计者可按实际情况

yi

i=0

∑x

…

m

i=0

∑x

…

2i

i=0

∑x

m

a1

…

…

a=

i

i=0

…

3　水泵数据库建库

首先,需要建立包含选型软件所需要的所有数据的数据库。数据库系统软件有ACCESS,SQLServer和Oracle等,设计人员可以根据情况进行选择。

为满足用户对各种水泵型号充分了解和选型的需要,数据

m

n

i

i=0

∑x

i=0

∑x

n+1i

i=0

∑x

2ni

i=0

∑x

ni

y式(3)或式(4)称为正规方程组或法方程组。

可以证明,方程组(4)的系数矩阵是一个对称正定矩阵,故

管网叠压供水系统水泵选型软件开发　　杨贵春　樊建军　林　林库设计以下字段:水泵型号、流量、扬程、轴功率、效率、转速、汽蚀指标、生产厂家等[9]。数据库具有添加、删除、修改、查询等功能。数据库的数据主要来源可以是各种泵的手册,如《上海申宝

SBW系列稳压泵》《、KSB大中型HL型立式离心泵》和《凯泉AL

39

、HL系列立式离心泵》等,也可以是别的一些水泵数据库。

4　叠压供水系统水泵选型方法特点

管网叠压供水系统一般都是由几台相同型号的水泵并联调速供水的。为此,对于该系统的选泵要考虑水泵并联与调速的组合。水泵并联调速运行,笔者根据如下2点原则编出水泵选型的计算程序:水泵额定转速下并联的总工况点满足用户要求,并有一定余量;效区内运行。

(1)n台水泵并联(,(Q2,2)3,H33个性能参数点(Q1,H1)、

。

,在管网叠压供水系统中,水泵的工况点取决于市政管网剩余水压、建筑内部用水量和水泵特性曲线3个方面,水泵的工作点范围波动较大,更无规则性,水泵更难一直在高效区运行。我们不能按水泵永远在高效区运行这原则选泵,一般情况下,这样的泵可以说是不存在。水泵房设计规范规定“水泵选型基本原则应满足水泵站设计流量、设计扬程及不同时期供排水的要求。在平均扬程时,水泵应在高效区运

[11]

行;在最高与最低扬程时,水泵应能安全、稳定的运行”。

3(nQ1,

(nQ2,H2)、(n,3H1)、

泵总的特性曲线方程Ha0+a1Q+a2Q2。总特性曲线和管道特性曲线交点可求得总工况点,此时单泵的工作点流量为

Q设/n,扬程为H设,代入单泵效率曲线方程η=η0+b1Q+b2Q

2

(9),单泵工可得工作点的效率。同时使总工况点满足式(8)、

如图2,曲线1、2分别是市政管网最高压力和最低压力下的管道特性曲线,水泵转速范围为n2～n1。管网叠压供水水泵选型时,应使市政管网最高压力和最低压力时水泵额定转速下

(9

)的要求,即并联的总工况点(如图2中O1和O2)满足式(8)、

作点效率满足式(10)为可选水泵。

(2)调速运行是指水泵在可调速的电机驱动下运行,通过

改变转速来改变水泵装置的工况点。如果说对定速运行工况,考虑的是离心泵在固定的单一转速条件下,如何充分利用其Q～H曲线上的高效工作段。那么,对于调速运行工况,将着眼于在城市管网用水量逐时变动的情况下,如何充分利用通过变速而形成的离心泵Q～H曲线的高效工作区。在管网叠压供水技术中,为适应用水量以及市政管网压力的变化,通常对水泵采用调速运行的控制方式。根据水泵的相似定律可知,水泵调速运行时特性参数满足以下关系式:

=,=Q2n2H2

n2

2

满足用户用水要求,并有一定余量;同时在市政管网“常压力”

(可取平均压力)时水泵在(可取平均转速)下并联的“常转速”

各变频泵和工频泵的工作点满足式(10),即高效区运行。

,

=N2n2

3

(11)

　　这3个公式表示同一台叶片泵,当转速n变更时,其它性能参数将按上述比例关系而变,上面这3个式子为相似定律的一个特殊形式,称为比例律[10]。

为了确定变频泵在工作点的效率,我们需要求出其调速后在工作点的水泵特性曲线。如图1,已知水泵在额定转速n1时的特性曲线1,求出经过工作点A(QA,HA),转速变为n2的变频泵特性曲线2。

由比例律公式(11)可得:

=k2=Q1Q22

H=kQ2

图2　叠压供水系统水泵工况

5　结　语

本论文主要针对管网叠压供水系统,在水泵选型方法、判别准则、评价指标等分析的基础上,分析了水泵选型的一般数学模型,利用最小二乘法对常用的水泵性能参数进行曲线拟

2

2

把Q(QA,HA)代入可求得H=(HA/QA)Q。图1中曲线3为此方程的曲线,可求出它与额定转速n1的特性曲线1的交点为B(QB,HB),所以可得到n2=(QA/QB

)n1。

我们从水泵样本可知额定转速n1的性能参数,由公式

(11)可求得转速为n2的性能参数点,再把这些点通过最小二

合,为编写水泵选型程序提供理论依据和计算方法。本课题采用SQLServer2000作为数据库管理系统,采用VisualC++

6.0作为开发工具实现较复杂的水泵选型过程。

参考文献:

[1]　樊建军,魏晓安,王　峰.管网叠压供水技术存在的主要问题及解

乘法拟合,得到变频泵在工作点运行的特性曲线方程,从而可

决途径[J].中国给排水,2006,22(22):39-42.(下转第42页)

42

3.3　模型检验与分析

新安江模型在浑河流域上的应用　　金　鑫　杨国范　古　健　等

　　用上式计算出2004、2005年的DC分别为82%、85%,达到乙级标准。按水文情报预报规范,可用于正式预报。

净雨深预报的许可误差采用实测值的20%,大于20mm时,以20mm为上限;小于3mm时,以3mm为下限。洪峰流量的许可误差取实测值的20%,并以流量测验误差为下限。洪峰流量出现时间的许可误差,取预报根据时间至实测峰现时间间距的30%,并以3h或一个计算时段为下限。

日径流过程的模拟还是很好的度误差。20032,实测流量过程与计表2　北口前水文站2003,实测径流计算径流径流深相对实测峰现计算峰现深/mm

199.69根据水利部2000年颁布的《水文情报预报规范SL2502

2000》,用2004,2005年2年资料对模型进行检验,采用确定性

系数DC检验。其计算公式如下:

n

i=1

∑[yc(i)-y(i)]2∑[yc(i)-珔y(i)]2

n

DC=1-

式中:y(i)为实测值;yc(i)为预报值;珔y(i)为实测值的均值;n为资料序列长度。

年份

20032004

降雨量/

mm788.3764.9

峰现时差

00

确定性系数/%

86.682.0

深/mm

217.误差/%

-3.52

(3・s259.213.0

3s-277.8176.9

/%

7.26-16.95

时间

07229,8:0007231,8:00

时间

07229,8:0004207,318:00

模型进行日径流模拟,率定期和预报期的模拟均取得了较好的效果,精度均达到乙级以上,可以用于正式预报。本文研究为北方地区的径流预报提供了参考,进一步验证了新安江(三水源)模型在北方半湿润地区的实用性和所能达到的精度,推进了新安江模型在北方地区的应用。参考文献:

[1]　辽宁省水利厅.防洪调度新方法及应用[M].北京:中国水利水电

出版社,2007.

图3　率定期2003年流量过程拟合曲线

[2]　赵人俊.流域水文模拟———新安江模型与陕北模型[M].北京:水

　　预报期2004年的模拟精度见表2,实测流量过程与计算流量过程的拟合情况见图4。

利电力出版社,1984.

[3]　SL25022000,水文情报预报规范[S].

[4]　孙秋萍,王玉珏,徐永红.水库自动调洪演算预报系统建立[J].

中国农村水利水电,2007,(7):57-58.

(上接第39页)

[2]　樊建军,王　峰,胡晓东,等.直接式管网叠压供水的优化设计

[J].中国给水排水,2005,21(5):59-61.

图4　预报期2004年流量过程拟合曲线

从以上检验成果看,存在一定的误差,主要原因如下:

(1)由于自然地理条件和气象、下垫面条件的影响,水文现

[3]　樊建军,王　峰,周　鸿,等.管网叠压供水系统的水泵适用性分

析[J].中国给水排水,2007,23(20):63-66.

[4]　王文杰.水泵站自动设计软件研究与开发[D].南京:河海大学,2005.[5]　张学明,张克危,孙建平,等.泵站选型专家系统的知识库设计

[J].水泵技术,1997,2:34-37.

[6]　朱劲木,曾凡春,龙新平,等.大中型泵站改造中机组选型软件开

象千变万化,流域水文模型对流域水文现象的模拟仅是一个平均情况,所以模型本身就存在一定的误差。

(2)新安江模型是根据新安江水库的实际情况提出的水文

模型,产流机制是典型的蓄满产流,而北方地区降雨主要集中在汛期6～9月,流域的植被状况、温度、湿度等在汛期各月间也有差异,使得流域降雨产流机制比较复杂。所以,在北方全年的连续计算中会产生一定的误差。

(3)模型的参数和初始条件的确定还不够准确,有待今后

发[J].中国农村水利水电,2007,(12):56-58.

[7]　陈俊博,周荣敏,季广辉,等.基于自适应惩罚遗传算法的给水管

网优化设计[J].节水灌溉,2007,(2):34-36.

[8]　储诚山,程道辉,苏小红.基于遗传算法和GIS的给水管网水力

计算[J].中国农村水利水电,2006,(2):70-72.

[9]　王颖华,曹　斌.城市住宅供水水泵组合方案选择及其优化程序

[J].住宅科技,2003,(8):17-19.

[10]　姜乃昌,金　锥.水泵及水泵站[M].北京:中国建筑工业出版

进一步研究、探讨。

4　结　语

本文以浑河北口前站以上流域为例,应用新安江(三水源)

社,1998.

[11]　GB/T50265297,泵站设计规范[S].