(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211210000.5 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 中国计量大 学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 学源街258号 (72)发明人 吴登昊　吴跃忠　费铭昊　谷云庆　 牟介刚　肖刚　吴振兴　 (74)专利代理 机构 杭州斯可 睿专利事务所有限 公司 33241 专利代理师 王利强 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 3/40(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方 法 (57)摘要 一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方 法， 包括以下步骤： 步骤1.通过设置变频器输入 频率， 调整阀门开度， 获取不同流量的离心泵的 轴功率P、 转速N和流量Q测试样本 数据； 步骤2.绘 制转速‑轴功率图， 并将不同频率下相同流量的 点拟合成多项式方程； 步骤3.基于多条拟合曲 线， 通过插值法预测离心泵的流量； 步骤4.将基 于PN曲线的离心泵流量插值预测方法植入离心 泵上位机控制程序， 基于实时测量数据， 实现离 心泵性能的准确预测。 本发明能够稳定且准确地 预测离心泵的流量， 实现无流量传感条件下离心 泵流量的实时监测， 保证设备的安全运行。 该预 测方法构造简单， 易于实现， 预测精度高， 稳定性 好。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115545302 A 2022.12.30 CN 115545302 A 1.一种基于PN曲线的离心泵流 量插值预测方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 步骤1.通过设置变频器输入频率， 调整阀门开度， 获取不同流量的离心泵 的轴功率P、 转速N和流 量Q测试样本数据； 步骤2.绘制转速 ‑轴功率图， 并将不同频率下相同流 量的点拟合成多 项式方程； 步骤3.基于多条拟合曲线， 通过插值法预测离心泵的流 量； 步骤4.将基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法植入离心泵上位机控制程序， 基于实 时测量数据， 实现离心泵性能的准确预测。 2.如权利要求1所述的一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法， 其特征在于， 所述 步骤1中， 借助离心泵综合测试系统开展离心泵流量试验， 设置变频器的输入频率， 通过改 变阀门开度获取离心泵的轴功率P、 转速N和流量Q， 整理试验数据， 剔除异常测量值后计算 多次测量的平均值。 3.如权利要求1或2所述的一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法， 其特征在于， 所述步骤2中， 以电机转速N为横坐标， 轴功 率P为纵坐标， 绘制转速 ‑轴功率图并将不同频率 下相同流 量的点拟合成多 项式方程。 4.如权利要求1或2所述的一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法， 其特征在于， 所述步骤 3中， 拟合多条不同流量的PN曲线， 其流量分别为Q0,Q1,...Qj,Qj+1,...Qk‑1,Qk，设待 测工况t的电机轴功率为Pt， 转速为Nt， 确定点t在PN图中确定的位置， 若待测工况在流量Qj 曲线和Qj+1之间， 则通过内部插值法预测该工况的流 量， 如公式(1)所示： 式中， Qest代表预测 流量， m3/h； fj是流量为Qj的PN曲线函数表达式； fj+1是流量为Qj+1的 PN曲线函数表达式； 若t位于流量为0m3/h的PN曲线的下方， 则预测的流量Qest＝0m3/h； 流量从Q0到Qk的PN曲 线包含了离心泵大部分工况， 当系统阀门开度非常大时， 即当点t位于Qk的上方时， 通过如 下外部插值法预测点t的流 量， 如公式(2)所示： 式中， fk是流量为Qk的PN曲线函数表达式； fk‑1是流量为Qk‑1的PN曲线函数表达式。 5.如权利要求1或2所述的一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 将步骤3确定的基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法植入上位机程序， 通 过标准的可编程逻辑控制器PLC或者定制式的单片机控制器采集电机轴功率P和转速N， 利 用基于PN曲线的离心泵流 量插值预测方法预测流 量， 实现离心泵流 量的实时监测。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115545302 A 2一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测方 法 技术领域 [0001]本发明属于离心泵测量和性能预测领域， 具体涉及一种基于PN  曲线的离心泵流 量插值预测方法， 主要用于稳定准确 地预测离心泵的流量数据， 实现无流量传感条件下 的 离心泵状态监测， 有效保证了设备运行的安全性和可靠性。 背景技术 [0002]离心泵是流体输送的关键设备， 广泛应用在石油化工， 建筑， 市政供水和排水等各 个领域。 实行有效的状态监测是保 障其安全高效运行 的关键。 但是通过外部传感器完成的 状态监测， 不仅要求更 大的安装空间， 也带来了更多的成本和故障分析风险。 [0003]为了解决这一问题， 一些研究人员提出了 《一种基于功率和压差的离心泵流量预 测方法》 CN  201410538240.7， 该方法通过对离心泵转矩和压差的计算与测量对离心泵流量 进行预测， 然而该方法仍需要借助压力传感器来实现流量的预测， 无法实现真正的无传感 预测。 在此基础上， 研究人员提出了 《一种基于不确定度分析的泵与风机性能预测方法》 CN201910930803.X， 该方法获取泵与风机的流量 ‑压差和流量 ‑功率性能曲线， 针对非单调 变化的性能曲线， 采用分段式的流量 ‑ 压差预测方法和流量 ‑功率预测方法， 结合不确定度 分析实现流 量的预测。 然 而， 该方法对于波动性较大的离心泵运行 数据预测效果较差 。 [0004]其他常见的基于模型的预测方法和基于数据驱动的神经网络预测方法， 主要针对 离心泵的额定工况， 或者运行情况相对稳定的区域， 对于流量波动较大的小流量区域， 仍然 缺乏精度较高的预测模型。 [0005]已有的无流量传感离心泵流量预测方法存在以下缺点： 1)传统的离心泵流量预测 方法在流量波动较大的小流量工况预测精度较差， 很难形成有效的预测； 2)预测方法由于 较高的复杂性， 难以植入到硬件设备中， 且执 行效率较低。 发明内容 [0006]为了克服已有技术的不足,本发明提供了一种基于PN曲线的离心泵流量插值预测 方法， 该方法绘制了包含轴功率、 转速和流量信息的  PN曲线， 通过采集到的轴功率和转速 信号， 对PN曲线进行插值， 得到精度更高、 适用性更广的离心泵流量预测方法， 以实现无流 量传感器下离心泵流 量的准确预测。 [0007]本发明解决其 技术问题所采用的技 术方案是： [0008]一种基于PN曲线的离心泵流 量插值预测方法， 包括以下步骤： [0009]步骤1.通过设置变频器输入频率， 调整阀门开度， 获取不 同流量的离心泵的轴功 率P、 转速N和流 量Q测试样本数据； [0010]步骤2.绘制转速 ‑轴功率图， 并将不同频率下相同流 量的点拟合成多 项式方程； [0011]步骤3.基于多条拟合曲线， 通过插值法预测离心泵的流 量； [0012]步骤4.将基于PN曲线的离心泵流量插值预测方法植入离心泵上位机控制程序， 基 于实时测量数据， 实现离心泵性能的准确预测。说　明　书 1/6 页 3 CN 115545302 A 3