變頻水泵的應(yīng)用 管理資料

1、變頻水泵的應(yīng)用-管理資料2019-01-011引言風(fēng)機(jī)水泵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及民用建筑的應(yīng)用量大、面廣，據(jù)統(tǒng)計(jì)，80年代 以來(lái)，風(fēng)機(jī)水泵的用電占全國(guó)用電總量的31%,占工業(yè)用電的40%45%1,不少變頻器生產(chǎn)廠家、變頻器應(yīng)用的書(shū)籍手冊(cè)也給出了變頻水泵、風(fēng)機(jī)節(jié)能 效果的計(jì)算公式:泵能耗與泵轉(zhuǎn)速的三次方成正比12。如果泵轉(zhuǎn)速是其額定 轉(zhuǎn)速的1/2,則功耗只有額定值的1/8,節(jié)能87.5%。我國(guó)能源形勢(shì)非常緊張、能源利用效率不高的國(guó)1W以及可持續(xù)發(fā)展國(guó)策 驅(qū)使下，被描述的風(fēng)機(jī)水泵變頻節(jié)能前景確實(shí)誘人。果真如此嗎？否，變頻泵的 三大關(guān)系式的使用是有條件的，變頻節(jié)能的主要應(yīng)用領(lǐng)域是在風(fēng)機(jī)水泵上，作 為變頻器的

2、生產(chǎn)廠家，特別是專(zhuān)門(mén)研究變頻控制的專(zhuān)家學(xué)者，必須明明白口告 訴讀者，變頻節(jié)能到底是怎么一回事。系統(tǒng)是物質(zhì)世界存在的基本方式和根本屬性，變頻水泵也不例外，它是 水路系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是為系統(tǒng)的大U標(biāo)服務(wù)的并和 系統(tǒng)中的其他子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，共同完成水系統(tǒng)的總U標(biāo)、任務(wù)。水系統(tǒng)的主 要任務(wù)、U標(biāo)是在保證水系統(tǒng)最不利環(huán)路的資用壓力的前提下，最大限度的節(jié) 省能量，如果滿足不了這個(gè)要求，水系統(tǒng)最不利環(huán)路的資用壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要 那最不利環(huán)路中的空調(diào)設(shè)備將不能正常工作，水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是失敗的。2相似定理導(dǎo)出的變頻泵的流量.壓力.功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系式在水泵內(nèi)流動(dòng)完全相似的條件下 （即滿足兒何相

3、似、 運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相 其中兒何相似是運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似的基礎(chǔ)）可以推導(dǎo)出著名的流量、壓 功率和轉(zhuǎn)速關(guān)系的方程式：下標(biāo)為0的參數(shù)，為額定工況參數(shù)，下標(biāo)為1的參數(shù)是轉(zhuǎn)速為nl時(shí)的參數(shù)。式（1廠 （3）三個(gè)關(guān)系式是把水泵從水系統(tǒng)中孤立出來(lái)， 從相似理論推導(dǎo)出 的結(jié)果。有了相似理論，人們才有可能利用模型級(jí)的方法開(kāi)發(fā)研究高效離心水 泵、風(fēng)機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)。實(shí)際水泵是在水系統(tǒng)中運(yùn)行的，它是水系統(tǒng)不可分 割的一部分，因此從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)泵完全相似要求的三個(gè)相似條件，是 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言的，而不是單單對(duì)泵要求的條件。這點(diǎn)可以從泵特性曲線和水 系統(tǒng)阻力特性曲線圖1上可以看出。水系統(tǒng)管路阻力特性曲線如圖1上的

4、n在所示，它是水管路兒何參數(shù)完 全確定的情況下實(shí)驗(yàn)或計(jì)算求得的管路的阻力一流量關(guān)系曲線。在實(shí)際工程 中，管道內(nèi)的流動(dòng)在阻力平方區(qū)，因此管路阻力特性曲線山公式(4)表示：求,似,頭、式中：6 p-管道水阻力；S-管道綜合阻力系數(shù)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)看，如果水泵所在的水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)某個(gè)部件兒何形狀發(fā) 生了變化，便破壞了整個(gè)系統(tǒng)相似的基礎(chǔ)一兒何相似，在水系統(tǒng)中工作的水泵 也不可能處在相似工況運(yùn)行。只有管路阻力特性曲線上所有的點(diǎn)在運(yùn)行時(shí)， 是保持水系統(tǒng)的兒何參數(shù)是不變的，因此泵的nl特性曲線上，唯有管路阻力特 性曲線與nl的交點(diǎn)al和額定工況點(diǎn)aO完全相似，才有上述的3個(gè)關(guān)系 式，其他任何點(diǎn)，比如nl和等壓線

5、pO的交點(diǎn)C就沒(méi)有上面3個(gè)關(guān)系。如果不 分泵所在水系統(tǒng)的運(yùn)行工況就宣稱(chēng)變頻泵功耗和轉(zhuǎn)速3次方成正比，這絕對(duì)是 誤導(dǎo)讀者。在水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)唯一可變兒何形狀的部件是各種閥門(mén)，因此水泵變頻運(yùn) 行時(shí)閥門(mén)開(kāi)度不能變動(dòng)，才能保持水系統(tǒng)流動(dòng)相似的基礎(chǔ)一兒何相似。如果閥 門(mén)在變頻過(guò)程中開(kāi)度變動(dòng)，便破壞了水系統(tǒng)相似流動(dòng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)不在相似工 況運(yùn)行，在水系統(tǒng)中工作的水泵當(dāng)然也不可能在相似工況下運(yùn)行。山系統(tǒng)分析 可知，水系統(tǒng)在相似工況運(yùn)行變頻水泵的節(jié)能效果最好，判別變頻泵是否在相 似工況運(yùn)行最簡(jiǎn)單的方法是用水泵變頻運(yùn)行時(shí)閥門(mén)開(kāi)度是否變化，閥門(mén)開(kāi)度不 變化，泵就在相似工況運(yùn)行，節(jié)能效果最顯著，這從另一個(gè)角度來(lái)看，閥門(mén)

6、在 運(yùn)行中不變的要求是為了使閥門(mén)的節(jié)流損失最小;閥門(mén)開(kāi)度變化，泵就不在相似 工況運(yùn)行，節(jié)能效果變差，而且閥門(mén)開(kāi)度變化越大，節(jié)流損失越大，節(jié)能效果 越差。常見(jiàn)的恒壓供水系統(tǒng)，泵能耗只和流量的一次方成正比，是采用變頻調(diào) 速節(jié)能效果較差的。如果采用空調(diào)變風(fēng) ft 送風(fēng)系統(tǒng)最小靜壓控制法類(lèi)似的思 想，供水過(guò)程中不再保持恒壓，而是根據(jù)大部分閥門(mén)是否全開(kāi)了來(lái)判斷供水壓 力是否繼續(xù)下降，以求得系統(tǒng)的閥門(mén)節(jié)流損失最小，0。這種觀點(diǎn)作者在文獻(xiàn)3中有詳細(xì)的論述。在定圧供水系統(tǒng)中，變頻泵在新工況點(diǎn)C的功耗和轉(zhuǎn)速不再有簡(jiǎn)單的(3)式關(guān)系，而是和水泵的當(dāng)下流量1C成正比，如公式(5)所示，當(dāng)然1C. WC和轉(zhuǎn) 速nl有

7、隱函關(guān)系了。式中：n泵傳動(dòng)總效率。從水電比擬法中也可以理解定壓水系統(tǒng)中變頻水泵功耗。在水電比擬 中，水壓相當(dāng)于電壓，水流相當(dāng)于電流，水阻相當(dāng)于電阻。水壓的含義是單位 時(shí)間內(nèi)向高水壓處輸送單位體積的水水泵做的功，電壓的含義是單位時(shí)間內(nèi)向 高電圧處輸送單位電荷電池做的功，電圧、水壓都是能量的概念，本質(zhì)上是相 同的。我們知道，所有定電壓的用電器，其功率只和電流一次方成正比，水路 和此一樣。這點(diǎn)還可以從因次分析中清楚地看出。3在定壓供水系統(tǒng)中對(duì)泵性能的要求在定壓供水系統(tǒng)中，泵性能應(yīng)和管網(wǎng)特性、控制策略相匹配才能取得滿 意的控制結(jié)果。變頻器相對(duì)價(jià)格昂貴，因此在實(shí)際應(yīng)用中，水泵群都是采取“一變多定”的配置

8、方案。 經(jīng)過(guò)分析， 要完成水泵群“一變多定”省錢(qián)的配置 方案，通常在選擇水泵性能時(shí)有以下一些考慮。3. 1完全滿足“一變多定”配置要求的方案經(jīng)分析，完全滿足水泵“一變多定”配置方案要求的，只有具有恒流特 性的容積式水泵才可以。nO為容積泵額定工況特性曲線，nl、n2為容積泵變轉(zhuǎn) 速時(shí)的特性曲線，山圖2中可以看出，容積泵具有恒流特性的。當(dāng)管網(wǎng)特性山rO變化到rl時(shí)，在控制上很容易確定開(kāi)一臺(tái)定流量泵和一臺(tái)變頻泵來(lái)適應(yīng)新 的工況點(diǎn)流量的要求。 但是容積泵的效率非常低， 在水系統(tǒng)中若采用容積泵輸 送水來(lái)滿足“一變多定”配置方案的要求，則是完全背離了采用變頻水泵進(jìn)行 節(jié)能的初衷，因此，這個(gè)配置方案不能采

9、用。3. 2高性能離心泵的變頻控制方案采用了三元流動(dòng)、進(jìn)口導(dǎo)葉等等先進(jìn)的技術(shù)，離心式水泵的特性曲線非 常平坦，高效率的工作區(qū)域很寬，這正是水泵生產(chǎn)廠家和用戶追求的。對(duì)于定 壓供水系統(tǒng)的高效離心水泵機(jī)群如果也采用一變多定”配置的控制方案， 則 會(huì)引起一些問(wèn)題。從這個(gè)圖上可以很容易分析出，在定壓供水系統(tǒng)中，變頻水 泵新的工況點(diǎn)也就是變頻泵特性曲線和等圧線交點(diǎn)，因泵的特性非常平坦，變 頻泵的變頻范W非常小，且因?yàn)楣┧畨毫π〉牟▌?dòng)(這在供水系統(tǒng)中是非常正常 的)新的工況點(diǎn)會(huì)發(fā)生劇烈變動(dòng)，工況點(diǎn)極不穩(wěn)定，雖然在控制中可以采用軟件 濾波的方法改善不穩(wěn)定的情況，但變.定水泵配置方案運(yùn)行匹配較為困難，節(jié) 省的

10、能量很有限卻是肯定的，這和采用變頻節(jié)能控制的初衷也是相違背的。因 此對(duì)于實(shí)際工程中的高性能離心泵機(jī)群，所有泵都進(jìn)行變頻控制才是合理的， 如著名的徳國(guó)wilo公司的mhie. mviv系列變頻恒圧多泵并聯(lián)供水系統(tǒng)，多臺(tái) 泵全部采用變頻控制，以避免“一變多定”運(yùn)行匹配困難的問(wèn)題。如果水系統(tǒng) 盡量采用“一變一備”的配置，用一套變頻器，切換控制兩臺(tái)水泵，同一時(shí)間 只有一臺(tái)泵處于變頻運(yùn)行，那就不會(huì)遇到“一變多定”運(yùn)行匹配困難的問(wèn)題， 同時(shí)投資也很節(jié)省，這是變頻水泵水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一種可行的方法。4結(jié)束語(yǔ)(1)在最常見(jiàn)的定圧供水系統(tǒng)中，變頻泵的功耗，只和流量的一次方成 正比，而沒(méi)有和水泵轉(zhuǎn)速的3次方成正比的關(guān)系。(2)對(duì)于高性能的離心水泵，不宜采用“一變多定”配置方案。(3)各空調(diào)機(jī)水路中采用小的變頻