供水泵变频调速范围的确定

山东农业大学学报( 自然科学版) ，2 0 1 0 ，4 1 ( 4 ) ：5 7 9 5 8 2 J o u r n a lo fS h a n d o n gA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ( N a t u r a lS c i e n c e ) 供水泵变频调速范围的确定 宋学东，王增奇，吕艳，宋元 ( 山东农业大学水利土木工程学院。山东泰安2 7 1 0 1 8 ) 摘要：本文从影响水泵调速范围的三个因素入手阐述了采用变频调速的供水泵其调速范围的确定方法，并推导 了不同抽水装置、不同选泵参数和不同水泵性能时的调速范围参考值。一般情况下损失扬程占总扬程比重较大 的泵站可以有较大的调速范围，另外选用高比转速的供水泵、选泵参数靠近水泵高效区右端点在同等条件下都 可以获得较大的调速区间，但最大调速范围不宜超过额定转速的4 0 一5 0 。 关键词：供水泵；变频调速；调速范围；抽水装置 中图分类号：T N9 1 5 0 2文献标识码：A 文章编号：1 0 0 0 2 3 2 4 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 5 7 9 0 4 D E T E R M I N A T I O NO F T H EW A T E RP U M P S 7 V A R Y I N GF P E Q U E N C Y S P E E DP E G U L A T I O NR A N G E S O N GX u e d o n g ，W A N GZ e n g q i ，L VY a n ，S o n g Y u a n ( C o l l e g eo fW a t e rC o n s e r v a n c ya n dC i V i lE n g i n e e r i n g ，S h a m o n gA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ，T a i n a2 7 1 0 1 8 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h i sp a p e rs t u d yt h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o d so ft h es p e e dr e g u l a t i o nr a n g eo fw a t e rp u m p su s e df o rv a r - y i n gf r e q u e n c ys p e e dr e g u l a t i o nf r o mt h r e ef a c t o r sw h i c hi n f l u n c e dt h ep u m p s v a r y i n gf r e q u e n c ys p e e dr e g u l a t i o n r a n g e ，a n dd e r i v e sas p e e dr e g u l a t i o nr a n g e “ sr e f e r e n c ev a l u eo fd i f f e r e n tp u m p i n gd e v i c e s ，d i f f e r e n ts e l e c t i o n p u m p s 7p a r a m e t e r sa n dd i f f e r e n tp u m p s 7p e r f o r m a n c e U n d e rn o r m a lc i r c u m s t a n c e sp u m p i n gs t a t i o n t h a tt h el o s s h e a da c c o u n t sf o ra l a r g e rp r o p o r t i o no ft h et o t a lh e a dc a nh a v eag r e a t e rs p e e dr e g u l a t i o nr a n g e ，a n du n d e rt h e s a m ec o n d i t i o n so fs e l e c t i o nf o rh i i s hs p e c i f i cs p e e dp u m p sa n dp u m pp a r a m e t e r ss e l e c t e da r o u n dt h er i g h ts i d e p o i n to ft h ee f f i c i e n ta r e a sc a ng e tag r e a t e rs p e e dr e g u l a t i o nr a n g e ，b u tt h em a x i m u ms p e e dr e g u l a t i o nr a n g e s h o u l dn o te x c e e dt h er a t e ds p e e d 备4 0 5 0 K e yw o r d s ：W a t e rp u m p ；v a r y i n gf r e q u e n c ys p e e dr e g u l a t i o n ；s p e e dr e g u l a t i o nr a n g e ；p u m p i n gd e v i c e 近几年随着变频技术的日趋成熟( 包括在技术和价格两个层面上) ，变频调速以其显著的节能效果和 调速性能在城市供水泵站设计和运行中得到普遍采用和认可。但是人们对变频调速的范围或者说经济高 效范围有时存在模糊认识，盲目认为变频调速可以无限制调速，甚至认为一旦采用变频技术一切问题都会 迎刃而解，从而造成在泵站运行中出现与预期效果有较大差距的现象。为了更好地推动变频调速技术 在供水泵站中的应用和提高应用效果，经过分析和研究提出供水泵变频调速范围的确定方法，以供泵站设 计和运行人员参考。 1 影响变频调速范围的因素 影响水泵变频调速范围的因素有三项：一是装置特性，主要是管路损失扬程与装置净扬程的比例；二 是选泵参数，主要是选泵参数在水泵高效区中的位置；三是水泵性能，主要是高效区内扬程的变化幅度。 2 装置特性对调速范围的影响 水泵抽水装置特性体现在两个方面：一是反映进出水位置的装置净扬程，二是管路阻力特性。其对调 收稿日期：2 0 0 9 一l l 0 4 作者简介：宋学东( 1 9 6 2 一) ，男，山东青州人，副教授，主要从事工程检测和试验。 万方数据 5 8 0 山东农业大学学报( 自然科学版)第4 l 卷 速范围的影响主要是装置净扬程与管路损失扬程的比例，亦即装置净扬程占总扬程的比例。水泵调速运 行一般是在额定转速之内降速运行，不允许超速运行口J 。 2 1 一定抽水装置调速范围即最低转速的确定 理论上，水泵调速高效区为通过水泵工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域O A l A 2 ( 见图1 ) 。图中H O B 为管路特性曲线，与左端点相似工况抛物线相交于C 点，则C 点就成为最小转速时 水泵性能曲线高效区的左端点，即调速极限点pJ 。 图1调速极限点确定示意图 F i g 1I r 哪r mo fd e t e r m i n i n gt h es p e e dl i m i tp o i n t 最低转速推求： 由于C 点和A l 点工况相似，根据比例律有： ( Q c Q 1 ) 2 = H c H l c 点在曲线H = H 。+ S Q 2 上有： H c = H o + S Q 。2其中，H c 、Q 。为未知数，解方程得： H c = H l H o ( H l S Q 1 2 ) Q c = Q 。 H 。( H l S Q 。2 ) 忱 根据比例律有： n I i 。= n o H o ( H l S Q 1 2 ) 2 ( 1 令 H o ( H 。一S Q 。2 ) 1 2 = B ，则： B = n m i n I l o 。 ( 2 ) 式中：1 3 一最低转速相对值，其值越小代表调速范围或调速幅度越大【4 】。 2 2 不同抽水装置对调速范围的影响和估算 通过公式可以看出B 在水泵一定的情况下与抽水装置的净扬程H O 和管路阻力参数S 有关，亦即与 装置净扬程H o 或管路损失水头S Q 2 在总扬程H 所占比例的大小有关。 水泵常规选型时一般以泵站参数与所选水泵的设计参数一致或接近较为合适，为简化计算，取两者一 致。现假定五种装置情况进行分析。分别为：a H o = 0 ，S Q 2 = H 、b H o = 2 5 H ，S Q 2 = 7 5 H 、C H 。= 5 0 H ，S Q 2 = 5 0 H 、d H o = 7 5 H ，S Q 2 = 2 5 H 、e H o = H ，S Q 2 = 0 ，各装置曲线见图2 。从图中可以看 出，调速范围随净扬程H O 在总扬程H 占的比例减小而增大，而随管路损失水头S Q 2 在总扬程H 占的比 例增大而增大。 图2 不同装置调速范围确定示意图 F i g 2D i a 掣狮o fd e t e r m i n i n gt h el l m g eo fd i f f e r e n td e v i c e s 研d 殆 笛 D 万方数据 第4 期宋学东等：供水泵变频调速范围的确定 5 8 l 用水泵设计参数( H ，Q ) 代替B 式中的H 。和Q ，则p = H 。( a H b 2 S Q 2 ) l 忱，式中a 、b 分别为左端 点参数与水泵设计参数的比值，由H = H 。+ S Q 2 得S Q 2 = H H 。代入p 式即得： B = H o a H b 2 ( H H 。) 1 2 ( 3 ) 通过对大量中高扬程的供水泵分析计算得知：a = 1 1 3 、b = O 6 ，代入上式得： B = H o ( 0 7 7 H + 0 3 6 H o ) l 以( 4 ) 令装置静扬程与总扬程的比值H 。H = a 代入上式整理得 p = 0 ( 0 7 7 + 0 3 6 a ) 2 ( 5 ) 将五种装置情况的O t 值代入上式即得各自的最低转速相对值和可调速范围，见表l ： 表1不同装置情况下的最低转速相对值和可调速范围 T a b l e1 I nc a s eo fd i f f e r e n td e v i c e s r e l a t i v ev a l u eo ft h em i n i H l u l ns p e e da n dS p l N dr a n g e 从上表可以看出不同抽水装置其供水泵的可调速范围变化很大，一般随装置净扬程占总扬程的比例 增大而减小。装置a , e 均为特例：装置a 可以表达为无装置净扬程的输水泵站，它理论上具有1 0 0 的可 调速范围，但受水泵、电机效率等影响，供水泵变频控制的最低转速亦不宜低于4 0 额定转速；装置e 可 以近似表达为无管路损失的超低扬程泵站，它可调速范围最小。 3 选泵参数对调速范围的影响 选泵参数在水泵高效区中的位置直接影响供水泵变频调速的范围，取水泵高效区左、右端点进行分 析，分别得出水泵最低转速相对值计算公式( 推导从略) 。 左端点：d 0 时，B = 1 ；a = 0 时，B = O 右端点：B = 0 ( 1 1 5 + 0 4 2 7 ) ( 6 ) 将五种装置情况的n 值代入上面两式即得各自选泵参数在左右端点的最低转速相对值和可调速范 围，同时将上表成果( 对应设计点) 列入，可得选泵参数在水泵高效区位置对调速范围影响比较表，见表2 ： 裹2 不同选泵参数时的最低转速相对值和可调速范围 T a b l e 2I nc 墩o fd i f f e r e n ts e l e c t e dp u m pp a r a m e t e r s r e l a t i v ev a l u eo ft h em i n l n l u ms p e e da n ds p l N 强 r a n g e 装置情况 a- DcdeaCoe D e v i c e s g i t u a t i o n aOO 2 5O 50 7 51 O 左端点L e f tp o i n t 01 01 01 01 0 9设计点D e s i g np o i n t 00 5 3 90 7 2 5 0 8 4 90 9 4 1 右端点R i g h tp o i n t 0 0 4 5 5 0 6 2 8 0 7 5 20 8 5 可调速左端点L e f tp o i n t 1000000 范围 设计点D e s i g np o i n t 1 0 0 4 6 1 2 7 5 1 5 1 5 9 S p e e dr a n g e 右端点R i g h tp o i n t 1 0 0 5 4 5 3 7 2 2 4 8 1 5 从上表可以看出，选泵参数在水泵高效区的位置对调速范围影响比较大，在左端点时几乎无经济调速 范围，在右端点则有较大的调速区间，比在设计点高出近1 0 。因此，采用变频调速的供水泵在选泵时尽 量使参数靠近水泵高效区右端点，以求获得较大的调速区间。 万方数据 5 8 2 山东农业大学学报( 自然科学版)第4 l 卷 4 水泵高效区内扬程变化幅度对调速范围的影响 水泵高效区内扬程的变化幅度直接影响到变频调速泵的经济调速范围。高效区扬程变化幅度与水泵 比转速有关，比转速越大，其幅度越大；反之，则越小“ 】。 公式( 3 ) 可以看出a b 数值大小直接影响到B 值的大小，亦即经济调速范围的大小。通过对大量水 泵分析计算得知：低比转速供水泵a = 1 0 5 、b = O 6 ；高比转速供水泵a = 1 2 5 、b = 0 6 ，代入公式( 3 ) 得： 低比转速供水泵B = H o ( 0 6 9 H + 0 3 6 H o ) 抛，亦即 B = ( O 6 9 + 0 3 6 a ) 忱；( 7 ) 高比转速供水泵p = H 。( 0 8 9 H + 0 3 6 H o ) 忱，亦即 B = ( O 8 9 + 0 3 6 a ) ；( 8 ) 将五种装置情况的O t 值代入上式即得各自的最低转速相对值和可调速范围，见表3 ： 表3 不同比转速情况下的最低转速相对值和可调速范围 T a b l e 3 I nc a s eo fd i f f e r e n ts p e c i n cs p e e d sr e l a t i v ev a l u eo ft h em i n i n l u l l ls p e e da n df l p e e dr a n g e 装置情况 aDCdeaQe D e v i c e s b i t u a t i o n n 00 2 5 0 5 0 7 51 0 B 低比转速 O O 6 7 90 7 5 8O 8 8 3 0 9 7 5 L o ws p e c i f i cs p e e d 可调速 高比转速 OO 5 0 5O 6 8 3O 8 0 4O 8 舛 H i g hs p e c i f i cs p e e d 范围 低比转速 1 0 0 3 2 1 2 4 2 1 1 7 2 5 L o ws p e c i f i cs p e e d S p e e dr a n g eX 低比转速 1 0 0 3 2 1 2 4 2 1 1 7 2 5 从上表可以看出，低比转速供水泵比高比转速供水泵可调速范围一般低8 左右，因此，选用高比转 速的供水泵可以获得较大的调速区间。 5结论 变频调速在供水泵站中使用广泛，但调节效能受使用条件和选泵性能影响很大，应认真分析研究。 变频调速供水泵适用于流量不稳定，压力变化频繁且幅度较大，经常流量明显偏小以及管路损失占 总扬程比例较大的供水系统。 变频调速供水泵应选择比转速较高的水泵，并尽量使选泵参数靠近水泵高效区右端点，可获得较大 的调速区间；但最大调速范围不宜超过额定转速的4 0 一5 0 。 参考文献 1 】马学文，李亚峰，孙凤海，等小区供水系统水泵调速运行应注意的问题 J 黄金学报，2 0 0 0 。( 0 3 ) ：2 2 2 - 2 2 6 2 姜乃昌水泵及水泵站 M 北京：中国建筑工业出版社，1 9 9 3 3 王锡仲，蒋志坚，高景峰变频优化调压节能供水装置的研制 J 给水排水，1 9 9 8 ，2 4 ( 1 0 ) ：6 4 6 7 4 吴自凯，余承烈，薛学功水泵变频调速应用的注意事项 J 工业用水与废水，2 0 0 2 ，0 5 ：4 5 4 7 5 谷晋龙水泵调定混合给水系统运行工况分析 J 给水排水，1 9 9 7 ，2 3 ( 1 2 ) ：l 一4 万方数据 供水泵变频调速范围的确定供水泵变频调速范围的确定 作者：宋学东， 王增奇， 吕艳， 宋元， SONG Xue-dong， WANG Zeng-qi， LV Yan， SongYuan 作者单位：山东农业大学,水利土木工程学院,山东泰安,271018 刊名： 山东农业大学学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)：2010，41(4) 被引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条) 1.马学文.李亚峰.孙凤海 小区供水系统水泵调速运行应注意的问题 2000(3) 2.姜乃昌 水泵及水泵站 1993 3.王锡仲.蒋志坚.高景峰 变频优化调压节能供水装置的研制 1998(10) 4.吴自凯.余承烈.薛学功 水泵变频调速应用的注意事项 2002(5) 5.谷晋龙 水泵调定混合给水系统运行工况分析 1997(12) 相似文献(10条)相似文献(10条) 1.期刊论文 张春光 全自动变频调速供水泵运行工况与节能分析 -节能技术2003,21(4) 详细分析了全自动变频调速供水泵在定压和定扬程两种运行方式下的运行工况及管网特性曲线,同时对两种运行方式下的实际运行节能情况进行了分 析,并提出改进意见. 2.会议论文 刘桂恒.李泽辉.陈德明.刘彬.张金中 变频调速技术在生活供水系统中的探讨 2007 近年来,电力电子技术、计算机技术及自动控制理论的迅猛发展极大地促进了变频调速技术的进步.变频调速技术对供水泵组进行控制,长时间的运行 表明系统的稳定性和安全性很好。实践证明,改造后的运行数据表明,改造是成功的,节能效果是明显的。电机变频调速是有效的节电措施.采用变频调速 是节能的最佳选择。现在要加强各行业实践中的应用研究。 3.期刊论文 许健 高压变频在冶金轧钢厂供水泵上的应用 -节能与环保2010(7) 介绍高压变频调速技术的基本原理及单元串联多电平型高压变频调速系统及其在轧钢供水系统中的应用. 4.期刊论文 张初阳.沈和平.吕瑞典 蒸汽发生器供水泵系统节能降耗分析与计算 -石油机械2002,30(6) 针对油田蒸汽发生器供水系统电能居高不下的工况,通过对供水泵系统流程分析,进行了回流调节和变频调节锅炉需水量的能耗计算,并做了更换电动 机的经济性分析.计算结果表明,供水泵系统是否节能除与负载对功率的要求有关外,还与电动机自身的功率损耗有关;工况不同其功率损耗不同;锅炉供水 泵电动机在油田长期连续运行,企图简单地以更换电动机的方式来达到节能的目的是不可取的.变频调速节能效果显著,建议采用变频调速方法. 5.期刊论文 池雪莲.Chi Xue-lian 高压变频调速技术在控制水泵运行中的应用 -安徽电子信息职业技术学院学报 2008,7(2) 本文介绍了一种功率单元串联,多电平高压变频调速装置,采用了高压变频调速技术来控制供水泵的运行,可以稳定供水水压、提高供水自动化水平 ,节约能源,有广泛的应用前景. 6.会议论文 韩洪伟 7泵房供水泵变频改造节约电能 2007 通过对公司动力车间7泵房供水泵的运行分析,并对各用户用水特点及要求进行了调查,根据运行工况提出了变频调速改造方案并进行了实施,实 践证明改造后节能效果明显,实际节电率达到31,并实现了自动控制。 7.期刊论文 张敏 PLC和变频器在小水电站技术供水中的应用 -小水电2004(5) 介绍了在