【文章內(nèi)容簡介】 也很難說與頻率是幾次方的關(guān)系。 （ 3）在這種情況下進行變頻運行時，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 。 （ 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。 16 . 高性能離心 水 泵群的變頻控制方案 恒壓供水的控制特點 供水控制，歸根結(jié)底，是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費用也較高。考慮到在動態(tài)供水情況下，供水管道中水的壓力 P 的大小與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關(guān)：當(dāng)供水能力大于用水量時，管道壓力上升；當(dāng)供水能力小于用水量時，則管道壓力下降；當(dāng)供水能力等于用水量時，則管道壓力保持不變。可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在供水壓力的變化上。從而壓力就成了用來作為控制流量大小的參變量，也就是說，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保 證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶的用水要求，這就是恒壓供水所要達到的目的。 目前一般的供水系統(tǒng)，也都采用了多泵并列運行，大小泵搭配，以及采用泵的臺數(shù)調(diào)節(jié)等經(jīng)濟運行方式，其運行的經(jīng)濟性也很好；在此基礎(chǔ)上進行變頻調(diào)速節(jié)能改造，其節(jié)能潛力已不是很大了， 對于這一點應(yīng)當(dāng)有一個清醒的認識 ，不要過分夸大變頻調(diào)速的節(jié)能效果，否則將適得其反！ 高性能離心泵的變頻控制方案。 高性能離心式水泵由于采用了三元流動，進口導(dǎo)葉等先進技術(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)。但是這樣的水泵在定壓供水工況下，其調(diào)速的范圍很小。供水系統(tǒng)的靜揚程越大，也就是空載功率所占的比例越大，水泵特性越平坦，調(diào)速范圍就越小，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果也就越差。 對于定壓供水系統(tǒng)的高效離心水泵群如果采用“一變多定”配置的控制方案，則會引起一些問題。圖 11 是定壓供水系統(tǒng)中變頻水泵的調(diào)速特性曲線圖，從圖中容量看出，在定壓供水系統(tǒng)中，變頻水泵新的工況點也就是變頻泵特性曲線和等壓線的交點。因水泵的特性曲線非常平坦，變頻器的調(diào)速范圍非常小。且因為供水壓力小的波動 （這在供水系統(tǒng)中是很常見的）。新的工況點會發(fā)生劇烈變動，工況點極不穩(wěn)定，雖然在控制程序中可以采用軟件濾波的方法改善不穩(wěn)定的情況，但變、定 速 水泵配置方案運行匹配較為困難，且節(jié)能效果有限卻是肯定的，這也是和采用變頻節(jié)能控制的初衷相違背的。因此對于實際工程中 17 的高性能離心泵機群， 所有 的 運行 泵都采用變頻調(diào)速控制才是 最 合理的。 如果出于經(jīng)濟原因的考慮，調(diào)速泵的臺數(shù)應(yīng)是最常開泵的臺數(shù)， 其它泵則采用工頻備用。如果還要減少調(diào)速泵的臺數(shù)的話，則一定要使揚程最高、流量最大的泵調(diào)速運行。 變、定水泵并列運行 在實際工程中，考慮到投資的可能性和運行工況的必要性，也常設(shè)計變、定水泵的并列運行方式，但應(yīng)考慮以下方面的因素。 首先，在滿足最大設(shè)計水量的基礎(chǔ)上，盡量使調(diào)速高效特性曲線接近系統(tǒng)的特性曲線，也就是說，盡量將各種調(diào)速泵組合的高效區(qū)能套入出現(xiàn)機率最高的工作段或點上。調(diào)速水泵的臺數(shù)，應(yīng)是全年內(nèi)運行工況中開泵運行時間最長的臺數(shù)，而備用泵則采用工頻定速泵。當(dāng)一臺調(diào)速泵出現(xiàn)故障時，可以允許一臺工頻定速泵運行，其綜合效率會稍有降低，而揚程則會有所增加。 在變、定速泵并列運行時，供水工作壓力應(yīng)保證定速泵工作在高效區(qū)，以提高定 速泵的效率。 并列泵組中，變頻調(diào)速泵的臺數(shù)越多，節(jié)能效果越好。在多泵并列供水系統(tǒng)中，只上一臺變頻調(diào)速泵的效果不大，且很難匹配。必須只上一臺時，也要選揚程最高，流量最大的那一臺，其效果會較好些。 在多臺調(diào)速泵并列運行時，所有的調(diào)速泵應(yīng)在同一轉(zhuǎn)速下運行；對于關(guān)死點揚程不同的泵，則應(yīng)保證各泵的出口揚程（壓力）基本一致，這時的轉(zhuǎn)速就不一樣了，要進行折算，就不容易匹配了。 第三 節(jié) 水泵 變頻調(diào)速節(jié)能效果的計算方法 相似拋物線的求法 水泵與風(fēng)機不同，由于靜揚程的存在，阻力曲線不是相似曲線，因此圖 16中 轉(zhuǎn)速變化前 后的運行工況點 M 與 M＇ 不是相似工況點，故其流量、揚程（或全壓）與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不符合比例定律，不能直接用比例定律求得。但當(dāng)管路性能曲線的靜揚程（或靜壓）等于零時，即 HST=0（或 PST=0）時，管路性能曲線是一條通過坐標(biāo)原點的二次拋物線，它與過 M 點的變轉(zhuǎn)速時的相擬拋物線重合，因此， M 與 M＇ 又都是相似工況點（比如風(fēng)機），故可用比例定律直接由 M 點的參數(shù)求出 M＇ 點的參數(shù)。 18 圖 16 某鍋爐給水泵的性能曲線 相似拋物線的求法 例 3－ 1：某鍋爐給水泵的性能曲線如圖 16所示，其在額定轉(zhuǎn)速下運行時的運行工況點為 M，相應(yīng)的 QM =380m3/h?，F(xiàn)欲通過變速調(diào)節(jié)，使新運行工況點M＇ 的流量減為 190m3/h ，試問其轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？（額定轉(zhuǎn)速為 2950r/min） 解 : 變速調(diào)節(jié)時管路性能曲線不變，而泵的運行工況點必在管路性能曲線上，故 M＇ 點可由 QM’ =190m3/h處向上作垂直線與管路性能曲線相交得出，由圖可讀出 M＇ 點的揚程 HM1=1670m。 M/與 M 不是相似工況點，需在額定轉(zhuǎn)速時的HQ 曲線上找出 M＇ 的相似工況點 A，以便求出 M＇ 的轉(zhuǎn)速。過 M/點作相似拋物線，由比例定律得 : H=Hm’/’=1670/(190)2 Q2= 為了把相似拋物線作到圖 17 上，上式（ H=）中 H與 Q 的關(guān)系列表如下： Q(m3/h) 0 100 200 220 240 H(m) 0 460 1840 2226 2650 把列表中數(shù)值作到圖 16上，此過 M＇ 點的相似拋物線與額定轉(zhuǎn)速下 HQ 特性曲線 相交于 A 點。 用同樣的方法 可以作出過 M M2點的 相似拋物線與額定轉(zhuǎn)速下 HQ 特性曲線相交于 B 點和 C 點。 19 由圖可讀出 QA=227m3/h， HA=2360m，故得 : n39。=Qm’/QA n=190/227 2950=2469(r/min) 或 n39。=√ (Hm’/HA) n=√ (1670/2360) 2950=2481(r/min) 上述兩式得出的結(jié)果略有不同是因作圖及讀數(shù)誤差引起的。 從計算結(jié)果知，此泵裝置因管路靜揚程 Hst 很高 (60%)，故當(dāng)流量減少到原流量的 50%時，其轉(zhuǎn)速只降到原轉(zhuǎn)速的 2469/2950 =%，而不是 50%； 其節(jié)能率約 為 1— （ ） = ％，而不是 1— （ 50％） 3＝ ％！ 水泵系統(tǒng)管路性能曲線中靜揚程（靜壓）所占比例的大小，與調(diào)速裝置節(jié)能效果的大小相 關(guān)。當(dāng)靜揚程所占比例很大時，即使泵系統(tǒng)的工作流量變化很大，但調(diào)速裝置的轉(zhuǎn)速變化范圍并不大，結(jié)果變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效果也不大。這是因為靜揚程（靜壓）不等于零時，管路性能曲線與變轉(zhuǎn)速時的相似拋物線不重合，故變速前后各工作點間的關(guān)系并不符合比例定律，即 流量比不等于轉(zhuǎn)速比 。當(dāng)靜揚程（靜壓）為正值時， 流量比恒大于轉(zhuǎn)速比 。 例如 DG500180 型鍋爐給水泵，其最高轉(zhuǎn)速 n=2950r/min，相應(yīng) Q=500m3/h，He=1800m， Hc=2500m。若泵系統(tǒng)的靜揚程 Hst=1500m(Hst/Hc=60%)。則變速調(diào)節(jié)流 量至 60%最大流量（ 300m3/h）時，相應(yīng)轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速的 89%（ 2625r/min）?？梢娺@比靜揚程為零時流量比為 60%時，轉(zhuǎn)速比也為 60%時要高多了。因此，管路性能曲線的靜揚程越高，則變速調(diào)節(jié)流量時，其軸功率的減少值也越小。 所以說，對于有較大靜揚程的水泵，只用工作流量變化范圍大小確定節(jié)能效益的大小就不正確了，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速變化范圍確定節(jié)能效益的大小才是正確的。 圖 16 所示為 水泵在不同工作點的變頻調(diào)速相似拋物線的求法，表1 為 某離心泵在不同靜揚程 和不同流量時轉(zhuǎn)速、軸功率和節(jié)電率的關(guān)系。 調(diào)速范圍的確定 水泵系統(tǒng)由于泵徑與管徑不同（管徑一般要大于泵徑），且千差萬別，所以閥門開度與流量的關(guān)系比較復(fù)雜，一般來說沒有固定的關(guān)系可循。常?？梢钥吹介y門開度才 30%左右，而泵和電動機度已經(jīng)過載的情況，也就是說流量已經(jīng)超過了額定流量！如湄洲灣電廠的給水泵，當(dāng)機組滿負荷運行時，其閥門開度只有 26％。在進行節(jié)能計算時，千萬不能將閥門開度當(dāng)作流量來計算。 20 當(dāng)水泵采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，由于其靜揚程一般都不等于零， 故 其阻力曲線不通過坐標(biāo)原點，因此不是相似曲線， 其流量和揚程與轉(zhuǎn)速的關(guān)系要在作出各工況點的相似拋物線后，才能用比例定律計算。 所 以變速前后的 流量比不等于轉(zhuǎn)速比， 也就是說流量不再與轉(zhuǎn)速的一次方成正比， 而是 流量比恒大于轉(zhuǎn)速比 。 例32 中 圖 18 所示為某循環(huán)水泵變頻調(diào)速節(jié)能原理圖，圖中分別畫出了當(dāng)流量分別為額定流量的 60％、 70％和 80％時的相似拋物線，由此可進行調(diào)速范圍和節(jié)能效果的計算。 在確定調(diào)速范圍時應(yīng)兼顧流量和揚程的要求，一般這時將閥門開到最大，僅用轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，并要留有一定的揚程裕量。所以一定要知道生產(chǎn)工藝所要求的最小揚程（包括靜揚程和管路阻力），作為確定最低轉(zhuǎn)速的根據(jù)。當(dāng)然，當(dāng)最小揚程要求低于最小流量要求時，可以流量要求為準(zhǔn)。 節(jié)能效果的計算 水泵的調(diào)速節(jié)能效果計算比較復(fù)雜，由于水泵的靜揚程一般都不等于零，故其流量、揚程和軸功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系要在作出各工況點的相似拋物線，并求出各工況點的轉(zhuǎn)速后，才能用比例定律計算。水泵所消耗的電功率 也 可用比例定律求得。 在 進行節(jié)能計算時要用流量（百分比額定流量）作為根據(jù)（而不是閥門開度）；全流量軸功率也不能 簡單的采 用額定軸功率， 而應(yīng)采用實際水泵系統(tǒng)的全流量軸功率進行計算，因為具體選定的泵用在不同的管路系統(tǒng)時其實際參數(shù)是不一樣的。 并要 注意在計算節(jié)電率時使用的比較 電功率應(yīng)為采用閥門調(diào)節(jié)時 相同流量 下 水泵實際所消耗的電功率，而不 應(yīng)當(dāng) 是電動機的額定電功率 ，因為采用閥門調(diào)節(jié)時，隨著流量的減小，電動機的電流（電功率）也是有所減小的 。 在相同的流量百分比時 ，不 同的靜揚程 的 轉(zhuǎn)速、軸功率和節(jié)電率 都 是不同的，應(yīng)逐點進行計算 。 表 1 所列 為某離心泵在不同靜揚程 和不同流量時轉(zhuǎn)速、軸功率和節(jié)電率的關(guān)系。 而圖 17 所示則為某離心式水泵在不同靜揚程下采用變速調(diào)節(jié)及出口閥門調(diào)節(jié)方式時流量比 qv/qvn 和所消耗的軸功率之比 P/Pn 的關(guān)系曲線。 注意： 1. 表中最左邊一欄為水泵系統(tǒng)靜揚程與全 揚程的百分比 ； 2. 表中最 上 邊一欄為水泵系統(tǒng) 的 實際流量與額定 流量的百分比。 3. 本表所列數(shù)據(jù)系根據(jù)某典型水泵特性 得出 ，與實際的泵有一定誤差。 21 表 1 水泵系統(tǒng)在不同靜揚程和不同流量時轉(zhuǎn)速、軸功率和節(jié)電率： 流量 Q/Qe 靜揚程 Hst 零 流量 10％ 20％ 30％ 40％ 50％ 60％ 70％ 80％ 90％ 10％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 節(jié)電率 % 20％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 節(jié)電率 % 30％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 41,7 節(jié)電率 % 40％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 節(jié)電率 % 50％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 節(jié)電率 % 60％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 節(jié)電率 % 70％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 節(jié)電率 % 80％ 轉(zhuǎn)速 % 軸功率 % 節(jié)電率 % 閥門 調(diào)節(jié)功耗 ％ 73 77 80 84 87 90 93 96 98 22 通常選定的泵理想選定的泵00 . 20 . 20 . 40 . 40 . 60 . 60 . 80 . 81 . 01 . 01 . 21 . 2H/ H0 Cc =1. 0HC/ Hc=0. 751H2C/ Hc=0.5H3 C/ Hc=0.25H4C/ Hc=0P / P nq / qv v n 圖 17 泵系統(tǒng)在不同靜揚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 揚程） 例 3－ 2：某 發(fā)電機組循環(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) 額定揚程： He=20m 額定轉(zhuǎn)速： 425rps 電動機： YKSL1600－ 14/17301 額定功率；