【導讀】當并聯泵中的一臺進行變速調節(jié)時，如何確定并聯運行工況點？靜揚程（或靜壓）對調速范圍的影響。用是把原動機的機械能或其它能源的能量傳遞給流體，以實現流體的輸送。區(qū)輸送到高壓區(qū)，或從低位區(qū)輸送到高位區(qū)。通常用來輸送氣體的機械設備稱。葉輪式或透平式）、容積式和其他類型三大類。泵、滑片泵和液環(huán)泵。的流量是指單位時間內從泵出口排出并進入管路系統的液體體積。用上述體積流量qv外，還可用質量流量qm表示。排出并進入管路的液體質量。顯然qv與qm間的關系為：。置高度、壓力和速度值?？偹^和進口總水頭的代數差。式中：“102”----由。對于幾何相似的泵，不論其尺寸大小、轉速高低，其比轉速均是一定的。下及不同的液體溫度時需要進行換算。隨著流量的增加而單調下降，零流量時的揚程稱為關死點揚程。風機的P-Q特性曲線，而與阻力曲線無關。轉速的二次方成正比。風機水泵在滿足三個相似條件：幾何相似、運動相似和

　　

【正文】 也迅速減小，而轉差損失功率 P? ＝ PBPT，因而當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，轉差損失功率 P? 也是一個很小的量了。 液力耦合器在風機 水泵調速中的節(jié)能效果 例 4－ 1： 下面通過一個具體的例子來說明葉片式風機水泵在采用液力耦合器調速，即使工作在低轉速比時，盡管其調速效率很低，但與節(jié)流調節(jié)相比，也還具有顯著的節(jié)能效果。 圖 20 某離心式通風機的性能曲線 30 圖 20所示為某離心式通風機的性能曲線，設此風機系統在未經節(jié)流調節(jié)和液力耦合器調節(jié)時，管路性能曲線經過最高效率點，即 Q = 190 103m3/h， p = 280 ；由于管路靜壓 pst=0，管路性能曲線 經過坐標原點，故此管路性能曲線與經過最高效率點的相似拋物線相重合（因為它們都是經過坐標原點和最佳工況點的二次拋物線）。下面分析比較將流量調節(jié)到風機額定流量的 50％時，即95 103m3/h 時，采用節(jié)流調節(jié)和液力耦合器調節(jié)時各自所需的原動機功率。 先看節(jié)流調節(jié)，從圖 20可直接讀出：當 Q = 190 103m3/h 時，風機的軸功率為 158 kW，當通過節(jié)流調節(jié)使 Q = 95 103m3/h 時，風機的軸功率為 115 kW。 而通過液力耦合器調速時，風機的性能曲線要發(fā)生變化，但管路性能曲線不變，故變速前后的運行工況 點均位于管路性能曲線上，而管路性能曲線上的各點又都是相似工況點，相互之間的參數關系遵守比例定律： 39。39。 nn? 。 239。39。 )(nnHH ? 239。39。 )(nnpp? 。 339。39。 )(nnPP ? 故當流量下降到額定值的 50％時，轉速應下降到額定轉速的 50％，降速后風機所需的軸功率為： kWkWPnnPP 39。39。39。 333 ????????????????????????? 若再考慮到液力 耦合器的損耗功率，則得實際所需的原動機功率。由式（ 2－ 4）可知，液力耦合器的調速效率等于調速比，當轉速比 i= 時，調速效率也等于 ，這就意味著從液力耦合器輸入的功率只有一半為有效功率，而另一半則要損耗掉！因此，原動機的輸出功率應為 +=?？梢?，當把風量調節(jié)到額定風量的 50％時，盡管在液力耦合器中要產生較大的損耗，但它較之節(jié)流調節(jié)來說，所損耗的原動機功率仍然要少得多，比節(jié)流調節(jié)少消耗=，其節(jié)約的功率還是相當可觀的，節(jié)電率達 %。當然，這只 是粗略的計算，實際上液力耦合器的冷卻水系統和油泵系統等輔助設備以及液力耦合器的機械損失和容積損失也要消耗一定的功率（一般為額定傳動功率的 3％～ 4％），故實際節(jié)約的功率比上述計算結果要少一些，約在 70kW 左右，節(jié)電率約為 60%。 例 4－ 2： 某鍋爐給水泵的性能曲線如圖 6 所示，其在額定轉速下運行時的運行工況點為 M，相應的 =380m3/h。現欲通過變速調節(jié)，使新運行工況點 31 M＇ 的流量減為 190m3/h ，試問其轉速應為多少？（額定轉速為 2950r/min） 變速調節(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（見圖 6），由圖可讀出 M＇ 點的揚程 HM1=1670m。 M/與 M 不是相似工況點，需在額定轉速時的 HQ 曲線上找出 M＇ 的相似工況點 A，以便求出 M＇ 的轉速。過 M/點作相似拋物線，由相似定律可推得 : 222239。239。 HHmm ??? 為把相似拋物線作到圖 4 上，上式（ H=）中 H 與 Q 的關系列表如下： Q(m3/h) 0 100 200 220 240 H(m) 0 460 1840 2226 2650 把列表 中數值作到圖 4上，此過 M＇ 點的相似拋物線與額定轉速下 HQ 相交于 A 點。由圖可讀出 QA=227m3/h， HA=2360m，故得 : 2469295022719039。 39。 ＝??? nn Am (r/min) 或 2 4 8 12 9 5 02 3 6 01 6 7 039。 ＝??n (r/min) 上述兩式得出的結果略有不同是因作圖及讀數誤差引起的。從計算結果知，此泵裝置因管路靜揚程 Hst很高，故當流量減少到原流量的 50%時，其轉速只降到原轉速的 2469/2950 =%，而不是 50%。 若鍋爐給水泵電動機的額定功率為 2300kW，節(jié)流調節(jié) 到 50％流量時的實際消耗功率為 2020kW，試計算采用 液力耦合器調速的 節(jié)能效果。由以上的計算可知，當轉速下降到 2469r/min，即額定轉速的 %時，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水，轉速已不能再下降了。所以其調速范圍為 %~100%，當水泵轉速為額定轉速的 %時，由 P/P＇ =(n/n＇ )3，其軸功率 P＇ =1173kW，因為 液力耦合器的調速效率等于調速比 ，這時 液力耦合器的輸入功率為 1173kW/% = 1400kW,再加上液力耦合器本身的損耗，輸入功率約為 1480kW， 最大 節(jié)電率約為 30%左右。 與上面的風機相比，同樣是 50％ 流量，節(jié)電率卻相差一半。 32 水泵 變頻調速和液力耦合器調速對比計算 在液力耦合器調速的基礎上進行變頻調速節(jié)能改造，盡管在低轉速時也有很高的節(jié)電率， 但其最大節(jié)電量也不超過額定傳送功率 (Pec)的 18％ （發(fā)生在三分之二額定轉速時）。用變頻器取代液力耦合器調速的節(jié)能計算： 一般可以認為變頻器 的 損耗 和 液力耦合器的機械損失和容積損失 相當，則節(jié)電率的計算可以簡化為： 節(jié)電率 == 100％ — 調速比 。 在 采用變頻器時，如果保留其 液力耦合器 的話，其 節(jié)電率相差 12～ 15％！ 節(jié)電率 == 100％ — 調速比 － （ 12～ 15％ ） 所以 當 采用變頻器取代液力耦合器進行 水泵 節(jié)能改造時， 不 去掉液力耦合器是毫無意義的 ！ （見下例） 例 4－ 3： 某鍋爐給水泵不同調速方式的節(jié)能對比計算。 取水泵的靜揚程為 全 揚程的 60％，根據液力耦合器的調速效率等于調速比，和液力耦合器的機械損失和容積損失等于額定傳動功率的 3％～ 4％（取 %），以及變頻器的效率為 94％～ 97％計算，結果列于下表。由下表可見，由于水泵的靜揚程較大（額定 揚程的 60％），轉速比大大減小，變速調節(jié)的節(jié)能效果也大大減小 ： 流量百分比（％） 轉速百分比（ %） 變速調節(jié)理論軸功率（％） 節(jié)流調節(jié)電功率（％） 液力偶合器調節(jié)電功率（％） 液力偶合器節(jié)電率 （％） 變頻調速電功率（％） 變頻調速節(jié)電率（％） 兩種調速節(jié)電率之差（％） 變頻器相對 液耦 節(jié)電率（％） 100 100. 100. 100． 106 103 3. 90 98 5. 80 96 67 94 60 92 50 90 40 88 33 . 液力耦合器調速和變頻調速的主要優(yōu)缺點比較 液力耦合器調速的主要優(yōu)缺點 液力耦合器用于葉片式風機水泵的變速調節(jié)時，具有以下優(yōu)點： （ 1）可實現無級調速。在液力耦合器輸入轉速不變的情況下，可以輸出無級連續(xù)變化的、且變化范圍很寬的轉速。當轉速變化較大時，與節(jié)流調節(jié)相比較，有顯著的節(jié)能效果。 （ 2）可實現電動機的空載啟動，降低啟動電流。因而可選用容量較小的電動機及電控設備，減少設備的投資。 （ 3）可隔離震動。液力耦合器的泵輪和渦輪之間沒有機械聯系，轉矩通 過工作液體傳遞，是柔性連接。當主動軸有周期性的震動（如扭震等）時，不會傳到從動軸上，具有良好的隔震效果。能減緩沖擊負荷，延長電動機和風機水泵的機械壽命。 （ 4）過載保護。由于液力耦合器是柔性傳動，其泵輪和渦輪之間有轉速差，故當從動軸阻力矩突然增加時，轉速差增大，甚至當風機或水泵等負載機器制動時，原動機或電動機仍能繼續(xù)運轉而不致被燒毀，風機與水泵也可受到保護。同時裝在液力耦合器上的易熔放油塞還能及時地把流道熱油自動排空，切斷轉矩的傳遞。 （ 5） 除軸承外無其它磨損部件，故工作可靠，能長期無檢修運行，壽命長。 （ 6）工作平穩(wěn)，可以和緩地啟動、加速、減速和停車。 （ 7）便于控制。液力耦合器是無級調速，便于實現自動控制，適用于各種伺服系統控制。 （ 8）能用于大容量風機與水泵的變速調節(jié)，目前單臺液力耦合器傳遞的功率已達 20MW 以上。 液力耦合器的主要缺點是： （ 1）和節(jié)流調節(jié)相比，增加了初投資，增加了設備安裝空間。大功率的液力耦合器除本體設備外，還要一套諸如冷油器等輔助設備和管路系統。 （ 2）由于液力耦合器的最大轉速比為 in = ～ ，故液力耦合器輸出的最大轉速要比輸入轉速低。因此在選擇風機與水泵時，要按 照液力耦合器的最大輸出轉速確定其容量，而不能用電動機的額定轉速來確定風機與水泵的容量。此外考慮到液力耦合器的轉差損失（ 2％～ 3％）、升速齒輪損失（ ％～3％）、機械損失和容積損失及油泵功率消耗（總計小于 1％）等因素，電動機的 34 容量亦要稍增大些。 （ 3）當液力耦合器的轉矩一定而轉速比較低時，不僅液力耦合器的體積和重量將增加，而且調速的延遲時間增大，反應變慢，當轉速比小于 時，還會使工作不穩(wěn)定，因此液力耦合器最適用于較高轉速的風機水泵調速的場合。 （ 4）液力耦合器在運轉中隨著負載的變化，其輸出轉速也要相應 的變化，所以不能保持精確的轉速比，因此不適用于要求精確轉速的場合。 （ 5）液力耦合器一旦發(fā)生故障，被拖動的負載也就不能工作。 （ 6）雖然液力耦合器用于風機水泵調速時具有顯著的節(jié)能效果，但是由于液力耦合器的調速效率等于轉速比，產生的轉差損耗還是較大的，因此液力耦合器仍屬低效調速裝置。 變頻調速的主要優(yōu)缺點 變頻調速的主要優(yōu)點是： （ 1）可實現平滑的無級調速，且調速精度高，轉速（頻率）分辯率高。 （ 2）調速效率高。變頻調速的特點是在頻率變化后，電動機仍在該頻率的同步轉速附近運行，基本上保持額定轉差率 ，轉差損失不增加。變頻調速時的損失，只是在變頻裝置中產生的變流損失，以及由于高次諧波的影響，使電動機的損耗有所增加，相應效率有所下降。所以變頻調速是一種高效調速方式。 （ 3）調速范圍寬，一般可達 10∶ 1（ 50～ 5Hz）或 20∶ 1（ 50～ ）。并在整個調速范圍內均具有較高的調速裝置效率 η V。所以變頻調速方式適用于調速范圍寬，且經常處于低轉速狀態(tài)下運行的負載。 （ 4）功率因數高，可以降低變壓器和輸電線路的容量，減少線損，節(jié)省投資。 或在同樣的電源容量下，可以多裝風機或水泵負載。 （ 5）變頻裝置故障時可以 退出運行，改由電網直接供電（工頻旁路）。這對于泵或風機的安全經濟運行是很有利的。如萬一變頻裝置發(fā)生故障，就退出運行，不影響泵與風機的繼續(xù)運行；又如在接近額定頻率（ 50Hz）范圍工作時，由變頻裝置調速的經濟性并不高，變頻裝置可退出運行，由電網直接供電，改用節(jié)流等常規(guī)的調節(jié)方式。 （ 6）變頻裝置可以兼作軟起動設備，通過變頻器可將電動機從零速起動連續(xù)平滑加速直致全速運行。變頻軟起動是目前最好的軟起動方式，變頻器是目前最好的軟起動設備。 變頻調速的主要缺點是： 35 （ 1）目前，變頻調速技術在高壓大容量傳動中推廣應用的主 要問題有兩個：一個是我國發(fā)電廠輔機電動機供電電壓高（ 3～ 10KV），而功率開關器件耐壓水平不夠，造成電壓匹配上的問題；二是高壓大功率變頻調速裝置技術含量高、難度大，因而投入也高，而一般風機水泵節(jié)能改造都要求低投入，高回報，從而造成經濟效益上的問題。這兩個問題是它應用于風機水泵調速節(jié)能的主要障礙。 （ 2） 因電流型變頻器輸出電流的波形和電壓型變頻器輸出電壓的波形均為非正弦波形而產生的高次諧波，對電動機和供電電源會產生種種不良影響。如使電動機附加損耗增加、溫升增高，從而使電動機的效率和功率因數下降，出力受到限制 ，噪聲增大以及對無線電通信干擾增大等。同時，高次諧波會引起電動機轉矩產生脈動，其脈動頻率為 6kf(k=1， 2， 3? )。當轉矩脈動頻率較低并接近裝置系統的固有頻率時，可能產生共振現象。因此，裝置系統必須注意避免在共振點附近運行。如采用 PWM 變頻器或采用多重化技術的電流型和電壓型變頻器，其輸出波形大為改善，高次諧波大大減少，所以這個問題可以得到大大的改善。 . 結 論 液力耦合器雖然屬于 低效調速方式，但是即使在低轉速比時，相對于節(jié)流調節(jié)方式而言，也有明顯的節(jié)能效果。且因其投資少，見效快，資金回收周期短，在老設備的 改造中，容易收到明顯的節(jié)能效益。 變頻調速因其調速效率高，力能指標（功率因數）高，調速范圍寬，調速精度高等優(yōu)勢，又可以實現軟起動，減少電網的電流沖擊及設備的機