【正文】 =0P / P nq / qv v n 圖 17 泵系統(tǒng)在不同靜揚(yáng)程下的軸功率流量特性 —— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)； 出口閥門調(diào)節(jié) （ 注意：這里的 Hc 為額定 揚(yáng)程） 例 3－ 2：某 發(fā)電機(jī)組循環(huán)水泵的有關(guān)參數(shù)如下： 循環(huán)泵： 64LKXA20 立式斜流泵 額定流量： Qe=19726m3/h (5480l/s) 額定揚(yáng)程： He=20m 額定轉(zhuǎn)速： 425rps 電動(dòng)機(jī)： YKSL1600－ 14/17301 額定功率； 1600kW 額定電壓： 6000V 額定電流： 額定轉(zhuǎn)速： 425rps 工頻運(yùn)行電流： 154A 額定效率： 95％ 功率因數(shù)： 由于隨著機(jī)組負(fù)荷和氣溫的變化，為了保證 汽輪機(jī)的效率，需要保證凝汽器真空度的穩(wěn)定，隨著發(fā)電負(fù)荷的變化以及晝夜季節(jié)氣溫的變化，為了保證凝汽器真空度的穩(wěn)定， 要 求 循環(huán)水流量大 幅度變化，顯然用出口閥門來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量是達(dá)不到凝汽器真空度 穩(wěn)定的目的的，只有采用變頻調(diào)速才能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)快速調(diào)節(jié)循環(huán)水的流量達(dá)到穩(wěn)定凝汽器真空度的目的。水泵所消耗的電功率 也 可用比例定律求得。在進(jìn)行節(jié)能計(jì)算時(shí)，千萬(wàn)不能將閥門開(kāi)度當(dāng)作流量來(lái)計(jì)算。若泵系統(tǒng)的靜揚(yáng)程 Hst=1500m(Hst/Hc=60%)。=√ (Hm’/HA) M/與 M 不是相似工況點(diǎn)，需在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的HQ 曲線上找出 M＇ 的相似工況點(diǎn) A，以便求出 M＇ 的轉(zhuǎn)速。 并列泵組中，變頻調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)越多，節(jié)能效果越好。因此對(duì)于實(shí)際工程中 17 的高性能離心泵機(jī)群， 所有 的 運(yùn)行 泵都采用變頻調(diào)速控制才是 最 合理的。 高性能離心式水泵由于采用了三元流動(dòng)，進(jìn)口導(dǎo)葉等先進(jìn)技術(shù)，離心式水泵的特性曲線已經(jīng)做得非常平坦，高效率的工作 區(qū)域很寬，這也正是水泵生產(chǎn)廠家努力追求的目標(biāo)。 （ 3）在這種情況下進(jìn)行變頻運(yùn)行時(shí)，流量不宜太小，以防止微小的頻率或轉(zhuǎn)速的變化引起流量較大的變化，造成水泵流量不穩(wěn)定 （水擊）而損壞水管 。從圖 15中可以看出，隨著頻率的減少，微小的頻率變化 ?F 會(huì)引起很能大的流量變化 ?Q。 水泵變頻不論是單泵運(yùn)行還是并聯(lián)運(yùn)行都有一個(gè)極端理想的特例，就是只有靜揚(yáng)程，沒(méi)有管網(wǎng)阻力，或者管網(wǎng)阻力與凈揚(yáng)程相比可以忽略，則管網(wǎng)阻力曲線可以看成是一條與凈揚(yáng)程點(diǎn)平行的一條直線。即當(dāng) F2= F1=50Hz 時(shí)，變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的特性，與兩臺(tái)性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)完全一樣。 F3也不僅僅是一條曲線，而是在 F1 性能曲線右方偏上的一系列曲線族。 供水系統(tǒng)的靜揚(yáng)程 Hst，即供水母管的最小壓力，（水泵在靜揚(yáng)程下消耗的功率稱為空載功率：在流量為零時(shí)，水泵所消耗的最大功率）。為防止定速泵的過(guò)載和汽蝕，可在定速泵出口管路設(shè)置調(diào)節(jié)閥，必要時(shí)控制其流量 。 因此， 水泵 并聯(lián)合成后的性能曲線 (Hqv)并 或 (Pqv)并 的作法是：把并聯(lián)各泵（或風(fēng)機(jī)）的（ Hqv）或（ pqv）曲線上同一揚(yáng)程（或全壓）點(diǎn)上流量值相加，以圖 10 兩臺(tái)泵并聯(lián)為例，先把這兩 臺(tái)泵的性能曲線（ Hqv） i 和 (Hqv)a 以相同的比例尺繪在同一坐標(biāo)圖上，然后把各個(gè)同一揚(yáng)程值的流量分別相加，如圖 9所示，取揚(yáng)程值為 H、 H＇ 、 H〃 、??，對(duì)應(yīng)于（ Hqv） i 和（ Hqv） a，上分別為 1＇ 、 1〃 ??和 2′、 2″??取qv1+ qv qv＇ 1+ qv＇ qv〃 1+ qv〃 2??得 3′、 3″??連接 3′、 3″??各點(diǎn)即得合成后泵并聯(lián)性能曲線 (HQ)并 ，同法可得風(fēng)機(jī)并聯(lián)性能曲線。 9 一般的供水系統(tǒng)都采用多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行的方式，并且采用大小泵搭配使用，目的是為了靈活的根據(jù)流量決定開(kāi)泵的臺(tái)數(shù)，降低供水的能耗。特別是對(duì)于水泵，其靜揚(yáng)程一般都很大， 所以變速前后的 流量比不等于轉(zhuǎn)速比，而是 流量比恒大于轉(zhuǎn)速比 。H 揚(yáng)程HSTOMM39。 339。即： 6 39。M39。 4 (7) 泵的必須氣蝕余量或泵的允許吸上真空高度 泵的必須氣蝕余量 是指：為了防止泵內(nèi)氣蝕，泵運(yùn)行時(shí)在泵進(jìn)口附近的管路截面 上單位重量液體所必須具有的超過(guò)汽化壓頭的富裕壓頭值，該值通常有泵制造廠規(guī)定。泵的揚(yáng)程即為泵所產(chǎn)生的總水頭，其值等于泵的出口總水頭和進(jìn)口總水頭的代數(shù)差。 水泵 的性能參數(shù) 水泵的基本性能參數(shù)表示水泵的基本性能，水泵的基本性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程 、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)速 、必須汽蝕余量或允許吸上真空高度 等 7個(gè)。 1 科陸變頻節(jié)能技術(shù)講座 ： 第二講 水泵 變頻調(diào)速 節(jié)能技術(shù) 目 錄 第一節(jié) 概 論 水泵的主要功能和用途 水泵的性能參數(shù) 水泵的性能曲線 水泵拖動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造 能效審計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)查表 第二節(jié) 水泵 并列運(yùn)行 分析 . 水泵 并聯(lián)運(yùn)行的一般情況 如何作出并聯(lián)水泵 的性能曲線（ HQ）或（ PQ） 當(dāng)并聯(lián)泵 中的一臺(tái)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)時(shí)，如何確定并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)？ 靜揚(yáng)程（或靜壓）對(duì)調(diào)速范圍的影響。 （ 1） 流量 以字母 Q(qv、 qm)表示，單位為 （升） l/s、 m3/s、 m3/h 等。 3 （ 3） 軸功率 由原動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)裝置傳到水泵 軸上的功率，稱為風(fēng)機(jī)的軸功率，用 P 表示，單位為 kW。 泵的必須氣蝕余量 用（ NPSH） r表示 ,單位為米（ m） 。MAH qvH q1vHM39。39。39。nn39。 管路性能 曲線的靜揚(yáng)程越高， 水泵性能曲線和管路性能曲線的夾角就越小， 則變速調(diào)節(jié)流量時(shí)，改變相同流量時(shí)的轉(zhuǎn)速變化 就 越小，其軸功率的減小值也越小， 還有可能引起管路的水擊， 因此水泵的調(diào)速節(jié)能效果 要比風(fēng)機(jī)差 一 些。供水高峰時(shí)，幾臺(tái)大泵同時(shí)運(yùn)行，以保證供水流量；當(dāng)供水負(fù)荷減小時(shí)，采用大小泵搭配使用，合理控制流量，晚上或用水低谷時(shí)，開(kāi)一臺(tái)小泵維持供水 壓力。 . 當(dāng)并聯(lián)水泵 中的一臺(tái)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)時(shí)，如何確定并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)？ 如圖 10 所示，Ⅰ、Ⅱ兩 臺(tái)性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行。 如圖 10 所示，當(dāng)靜揚(yáng)程約為額定揚(yáng)程的 20%左右時(shí)， Qb 約為額定流量的70%， Hb 約 為額定揚(yáng)程的 60%，工頻泵超載約 20%；此時(shí)變頻泵的轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的 78%（頻率為 39Hz）左右，則其中心調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 （ 50%流量） 約為額定轉(zhuǎn)速的 86%（頻率為 43Hz） ，節(jié)電率大約為 25%左右。十分明顯的是，靜揚(yáng)程越高，空載功率所占的比例越大，調(diào)速范圍越小，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果就越差。 （ 2） F2 變化時(shí)， F3 也隨著變化。 變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行特例之二， F2=Fmin， Q 流量H 揚(yáng)程HcH b 1H0OQb2 Qb1 Q c = Q a 2 = Q a 1F3F1F 2 = M I NB1B2CR = K QA1A2 圖 14 變頻泵在最低頻率下 （ F=Fmin） 與工頻泵 并聯(lián)運(yùn)行特性曲線 Q 流量H 揚(yáng)程H0OQc Qb QaF3F1F2BA2ACR = K Q△ Q△ F 圖 15 沒(méi)有管網(wǎng)阻力時(shí)變頻泵與工頻泵 并聯(lián)運(yùn)行特性曲線 15 圖 14 中： （ 1） F1 為工頻泵的性能曲線，工頻泵單泵運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn) A1。 水泵將水通過(guò)粗管道垂直向上打入一個(gè)開(kāi)口的蓄水池就是屬于這種情況。性能曲線越平坦， ?F引起的 ?Q 就越大 。 （ 4） Fmin 越高， F1－ Fmin （調(diào)速范圍） 就越小，流量和功率隨著頻率的變化就越大。但是這樣的水泵在定壓供水工況下，其調(diào)速的范圍很小。 如果出于經(jīng)濟(jì)原因的考慮，調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)應(yīng)是最常開(kāi)泵的臺(tái)數(shù)， 其它泵則采用工頻備用。在多泵并列供水系統(tǒng)中，只上一臺(tái)變頻調(diào)速泵的效果不大，且很難匹配。過(guò) M/點(diǎn)作相似拋物線，由比例定律得 : H=Hm’/’=1670/(190)2 n=√ (1670/2360)則變速調(diào)節(jié)流 量至 60%最大流量（ 300m3/h）時(shí)，相應(yīng)轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速的 89%（ 2625r/min）。 20 當(dāng)水泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，由于其靜揚(yáng)程一般都不等于零， 故 其阻力曲線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，因此不是相似曲線， 其流量和揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的關(guān)系要在作出各工況點(diǎn)的相似拋物線后，才能用比例定律計(jì)算。 在 進(jìn)行節(jié)能計(jì)算時(shí)要用流量（百分比額定流量）作為根據(jù)（而不是閥門開(kāi)度）；全流量軸功率也不能 簡(jiǎn)單的采 用額定軸功率， 而應(yīng)采用實(shí)際水泵系統(tǒng)的全流量軸功率進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榫唧w選定的泵用在不同的管路系統(tǒng)時(shí)其實(shí)際參數(shù)是不一樣的。 23 圖 18 水泵 在不同工作點(diǎn)的 變頻調(diào)速 相似拋物線 解： 圖 18 所示為循環(huán)水泵變頻調(diào)速節(jié)能原理圖，從圖中可以得出：水泵的額定工況點(diǎn)為“ A”， 循環(huán)水泵系統(tǒng)的靜揚(yáng)程 Hst=， （水泵的關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程約為 30 米，靜揚(yáng)程占 30%左右） ， 80％流量工況點(diǎn)為 A1， 70％流量工況點(diǎn)為A2， 60％流量工況點(diǎn)為 A3，對(duì)應(yīng)的相似工況點(diǎn)分別為： A1’(18800 m3/h， )、A2’(17600 m3/h， )、 A3’(16200 m3/h， )。在變頻技術(shù)發(fā)明以前，人們只能采用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，而電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速又不適合大功率電機(jī)；繼而又發(fā)明了液力耦合器，解決了大功率電 動(dòng)機(jī)的調(diào)速問(wèn)題，并獲得了廣泛的應(yīng)用。 調(diào)速型液力耦合器主要由泵輪、渦輪、旋轉(zhuǎn)外套和勺管組成，泵輪和渦輪均為具有徑向葉輪的工作輪，泵輪與主動(dòng)軸固定連接，渦輪與從動(dòng)軸固定連接；主動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)連接，而從動(dòng)軸則與風(fēng)機(jī)或水泵 連接。渦輪的輸出軸又與風(fēng)機(jī)或水泵相聯(lián)接，因此輸出軸又把機(jī)械能傳給風(fēng)機(jī)或水泵，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵旋轉(zhuǎn)。著就是說(shuō)，液力耦合器不能改變其所傳遞的力矩，其輸出力矩 M2等于其輸入力矩 M1。轉(zhuǎn)矩系數(shù)λ越大，表示液力耦合器得動(dòng)力儲(chǔ)存也越大，亦即其傳遞功率和轉(zhuǎn)矩得能力越大。這是因?yàn)槿~片式風(fēng)機(jī)水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正 比，這時(shí)液力耦合器所傳遞的功率也迅速減小，轉(zhuǎn)差功率損耗 P? 也就是一個(gè)很小的量了。 圖 19. 葉片式風(fēng)機(jī)水泵在采用液力耦合器調(diào)速時(shí)的調(diào)速效率、泵輪傳遞功率、 渦輪傳遞功率、轉(zhuǎn)差損失功率與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系曲線 從圖中可以直觀地看出：隨著轉(zhuǎn)速比的減小，液力耦合器泵輪和渦輪所傳遞的功率也迅速減小，而轉(zhuǎn)差損失功率 P? ＝ PBPT，因而當(dāng)液力耦合器泵輪所傳遞的功率 PB和渦輪所傳遞的功率 PT都變得很小時(shí)，轉(zhuǎn)差損失功率 P? 也是一個(gè)很小的量了。 239。39。 M/與 M 不是相似工況點(diǎn)，需在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的 HQ 曲線上找出 M＇ 的相似工況點(diǎn) A，以便求出 M＇ 的轉(zhuǎn)速。從計(jì)算結(jié)果知，此泵裝置因管路靜揚(yáng)程 Hst很高，故當(dāng)流量減少到原流量的 50%時(shí)，其轉(zhuǎn)速只降到原轉(zhuǎn)速的 2469/2950 =%，而不是 50%。 取水泵的靜揚(yáng)程為 全 揚(yáng)程的 60％，根據(jù)液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比，和液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等于額定傳動(dòng)功率的 3％～ 4％（取 %），以及變頻器的效率為 94％～ 97％計(jì)算，結(jié)果列于下表。當(dāng)主動(dòng)軸有周期性的震動(dòng)（如扭震等）時(shí)，不會(huì)傳到從動(dòng)軸上，具有良好的隔震效果。液力耦合器是無(wú)級(jí)調(diào)速，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，適用于各種伺服系統(tǒng)控制。 （ 4）液力耦合器在運(yùn)轉(zhuǎn)中隨著負(fù)載的變化，其輸出轉(zhuǎn)速也要相應(yīng) 的變化，所以不能保持精確的轉(zhuǎn)速比，因此不適用于要求精確轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。 （ 3）調(diào)速范圍寬，一般可達(dá) 10∶ 1（ 50～ 5Hz）或 20∶ 1（ 50～ ）。 （ 6）變頻裝置可以兼作軟起動(dòng)設(shè)備，通過(guò)變頻器可將電動(dòng)機(jī)從零速起動(dòng)連續(xù)平滑加速直致全速運(yùn)行。因此，裝置系統(tǒng)必須注意避免在共振點(diǎn)附近運(yùn)行。 . 結(jié) 論 液力耦合器雖然屬于 低效調(diào)速方式，但是即使在低轉(zhuǎn)速比時(shí)，相對(duì)于節(jié)流調(diào)節(jié)方式而言，也有明顯的節(jié)能效果。 變頻調(diào)速的主要缺點(diǎn)是： 35 （ 1）目前，變頻調(diào)速技術(shù)在高壓大容量傳動(dòng)中推廣應(yīng)用的主 要問(wèn)題有兩個(gè)：一個(gè)是我國(guó)發(fā)電廠輔機(jī)電動(dòng)機(jī)供電電壓高（ 3～ 10KV），而功率開(kāi)關(guān)器件耐壓水平不夠，造成電壓匹配上的問(wèn)題；二是高壓大功率變頻調(diào)速裝置技術(shù)含量高、難度大，因而投入也高，而一般風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能改造都要求低投入，高回報(bào)，從而造成經(jīng)濟(jì)效益上的問(wèn)題。所以變頻調(diào)速方式適用于調(diào)速范圍寬，且經(jīng)常處于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)行的負(fù)載。 （ 6）雖然液力耦合器用于風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速時(shí)具有顯著的節(jié)能效果，但是由于液力耦合器的調(diào)速效率等于轉(zhuǎn)速比，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差損耗還是較大的，因此液力耦合器仍屬低效調(diào)速裝置。 液力耦合器的主要缺點(diǎn)是： （ 1）和節(jié)流調(diào)節(jié)相比，增加了初投資，增加了設(shè)備安裝空間。 （ 4）過(guò)載保護(hù)。在液力耦合器輸入轉(zhuǎn)速不變的情況下，可以輸出無(wú)級(jí)連續(xù)變化的、且變化范圍很寬的轉(zhuǎn)速。由以上的計(jì)算可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到 2469r/min，即額定轉(zhuǎn)速的 %時(shí)，流量為 190t/h， 即額定流量的 50%，壓力為 ，略高于鍋爐汽包壓力，為了保證汽包順利進(jìn)水，