水泵变频调速节能技术

1 水泵变频调速节能技术水泵变频调速节能技术 目 录 第一节第一节 概概 论论 1 11 1 水泵的主要功能和用途水泵的主要功能和用途 1 21 2 水泵的性能参数水泵的性能参数 1 31 3 水泵的性能曲线水泵的性能曲线 1 41 4 水泵拖动系统的主要特点水泵拖动系统的主要特点 第二节第二节 水泵并列运行分析水泵并列运行分析 2 1 2 1 水泵并联运行的一般情况水泵并联运行的一般情况 2 22 2 如何作出并联水泵的性能曲线 如何作出并联水泵的性能曲线 H QH Q 或 或 P QP Q 2 32 3 当并联泵中的一台进行变速调节时 如何确定并联运行工况点 当并联泵中的一台进行变速调节时 如何确定并联运行工况点 2 42 4 静扬程 或静压 对调速范围的影响 静扬程 或静压 对调速范围的影响 2 5 2 5 变频泵与工频泵的并联运行分析变频泵与工频泵的并联运行分析 2 6 2 6 高性能离心泵群的变频控制方案高性能离心泵群的变频控制方案 第三节第三节 水泵变频调速节能效果的计算方法水泵变频调速节能效果的计算方法 3 13 1 相似抛物线的求法相似抛物线的求法 3 2 3 2 调速范围的确定调速范围的确定 3 3 3 3 节能效果的计算节能效果的计算 第四节第四节 水泵变频调速和液力偶合器调速节能比较水泵变频调速和液力偶合器调速节能比较 4 1 4 1 液力耦合器的工作原理和主要特性参数液力耦合器的工作原理和主要特性参数 4 2 4 2 液力耦合器在风机水泵调速中的节能效果液力耦合器在风机水泵调速中的节能效果 4 3 4 3 风机水泵变频调速和液力耦合器调速对比计算风机水泵变频调速和液力耦合器调速对比计算 4 4 4 4 液力耦合器调速和变频调速的主要优缺点比较液力耦合器调速和变频调速的主要优缺点比较 4 5 4 5 结结 论论 2 第一节第一节 概概 论论 风机与水泵是用于输送流体 气体和液体 的机械设备 风机与水泵的作风机与水泵是用于输送流体 气体和液体 的机械设备 风机与水泵的作 用是把原动机的机械能或其它能源的能量传递给流体 以实现流体的输送 即用是把原动机的机械能或其它能源的能量传递给流体 以实现流体的输送 即 流体获得机械能后 除用于克服输送过程中的通流阻力外 还可以实现从低压流体获得机械能后 除用于克服输送过程中的通流阻力外 还可以实现从低压 区输送到高压区 或从低位区输送到高位区 通常用来输送气体的机械设备称区输送到高压区 或从低位区输送到高位区 通常用来输送气体的机械设备称 为风机 压缩机 为风机 压缩机 而输送液体的机械设备则称为泵 而输送液体的机械设备则称为泵 1 11 1 水泵的分类水泵的分类 水泵通常按工作原理及结构形式的不同进行分类 可以分为叶片式 又称水泵通常按工作原理及结构形式的不同进行分类 可以分为叶片式 又称 叶轮式或透平式 叶轮式或透平式 容积式 又称定排量式 和其他类型三大类 叶片式泵又可 容积式 又称定排量式 和其他类型三大类 叶片式泵又可 以分为离心泵 轴流泵 混流泵和漩涡泵 容积式泵又可以分为往复泵和回转以分为离心泵 轴流泵 混流泵和漩涡泵 容积式泵又可以分为往复泵和回转 泵 往复泵可分为活塞泵 柱塞泵和隔膜泵 而回转泵又可分为齿轮泵 螺杆泵 往复泵可分为活塞泵 柱塞泵和隔膜泵 而回转泵又可分为齿轮泵 螺杆 泵 滑片泵和液环泵 泵 滑片泵和液环泵 1 21 2 水泵的性能参数水泵的性能参数 水泵的基本性能参数表示水泵的基本性能 水泵的基本性能参数有流量 水泵的基本性能参数表示水泵的基本性能 水泵的基本性能参数有流量 扬程 轴功率 效率 转速 比转速 必须汽蚀余量或允许吸上真空高度等扬程 轴功率 效率 转速 比转速 必须汽蚀余量或允许吸上真空高度等 7 7 个 个 1 1 流量流量 以字母以字母 Q Q q qv v q qm m 表示 单位为 升 表示 单位为 升 l sl s m m3 3 s s m m3 3 h h 等 等 泵的流量是指单位时间内从泵出口排出并进入管路系统的液体体积 泵的流量泵的流量是指单位时间内从泵出口排出并进入管路系统的液体体积 泵的流量 除用上述体积流量除用上述体积流量q qv v外 还可用质量流量外 还可用质量流量q qm m表示 表示 q qm m定义为单位时间内从泵定义为单位时间内从泵 出口排出并进入管路的液体质量 显然出口排出并进入管路的液体质量 显然q qv v与与q qm m间的关系为 间的关系为 vm qq 2 2 扬程扬程 水泵的扬程水泵的扬程 H H 表示液体经泵后所获得的机械能 泵的扬程表示液体经泵后所获得的机械能 泵的扬程 H H 是指单位重量液体经过泵后所获得的机械能 水泵扬程的计算式为 是指单位重量液体经过泵后所获得的机械能 水泵扬程的计算式为 m g vv g pp ZZH 2 2 1 2 212 12 式中 式中 Z2Z2 p2p2 v2v2 与与 Z1Z1 p1p1 v1v1 分别为泵的出口截面分别为泵的出口截面 2 2 和进口截面和进口截面 1 1 的位的位 置高度 压力和速度值 泵的扬程即为泵所产生的总水头 其值等于泵的出口置高度 压力和速度值 泵的扬程即为泵所产生的总水头 其值等于泵的出口 总水头和进口总水头的代数差 总水头和进口总水头的代数差 3 3 3 轴功率轴功率 由原动机或传动装置传到水泵轴上的功率 称为风机的轴由原动机或传动装置传到水泵轴上的功率 称为风机的轴 功率 用功率 用 P P 表示 单位为表示 单位为 kWkW brbr HQgHQ P 1021000 式中 式中 Q Q 水泵流量水泵流量 m m3 3 s s H H 水泵扬程水泵扬程 m m gHp 传动装置效率 传动装置效率 r 风机效率 风机效率 f 电动机效率 电动机效率 d 电动机容量选择 电动机容量选择 dfr gHQ P 1000 式中 式中 102 102 由由 kg m skg m s 变换为变换为 kWkW 的单位变换系数 的单位变换系数 因为水的密度为因为水的密度为 10001000 kg mkg m3 3 所以水泵轴功率的计算公式可以简化为 所以水泵轴功率的计算公式可以简化为 br gHQ P 电动机容量选择 电动机容量选择 若流量的单位用若流量的单位用 m m3 3 s s dbr d gHQ P 4 4 效率效率 水泵的输出功率 有效功率 水泵的输出功率 有效功率 PuPu 与输入功率 轴功率 与输入功率 轴功率 P P 之之 比 称为水泵的效率或全效率 以比 称为水泵的效率或全效率 以 表示 表示 P gHQ P Pu f 1000 5 5 转速转速 水泵的转速指水泵轴旋转的速度 即单位时间内水泵轴的转水泵的转速指水泵轴旋转的速度 即单位时间内水泵轴的转 数 以数 以 n n 表示 单位为表示 单位为 rpm r min rpm r min 或或 s s 1 1 弧度 弧度 秒 秒 6 6 比转速比转速 水泵的比转速以水泵的比转速以 n ny y表示 用下式定义 表示 用下式定义 4 3 65 3 H Qn ny 作为性能参数的比转速是按泵最高效率点对应的基本性能参数计算得出的 作为性能参数的比转速是按泵最高效率点对应的基本性能参数计算得出的 对于几何相似的泵 不论其尺寸大小 转速高低 其比转速均是一定的 因此 对于几何相似的泵 不论其尺寸大小 转速高低 其比转速均是一定的 因此 比转速也是泵分类的一种准则 比转速也是泵分类的一种准则 4 7 7 泵的必须气蚀余量或泵的允许吸上真空高度泵的必须气蚀余量或泵的允许吸上真空高度 泵的必须气蚀余量是指 为了防止泵内气蚀 泵运行时在泵进口附近的管泵的必须气蚀余量是指 为了防止泵内气蚀 泵运行时在泵进口附近的管 路截面上单位重量液体所必须具有的超过汽化压头的富裕压头值 该值通常有路截面上单位重量液体所必须具有的超过汽化压头的富裕压头值 该值通常有 泵制造厂规定 泵的必须气蚀余量用 泵制造厂规定 泵的必须气蚀余量用 NPSHNPSH r r表示表示 单位为米 单位为米 m m 泵的允许 泵的允许 吸上真空高度是指 为了防止泵内气蚀 泵运行时在泵进口附近的管路截面上吸上真空高度是指 为了防止泵内气蚀 泵运行时在泵进口附近的管路截面上 所容许达到的最大真空高度值 该值也通常由泵制造厂规定 在不同的大气压所容许达到的最大真空高度值 该值也通常由泵制造厂规定 在不同的大气压 力下及不同的液体温度时需要进行换算 泵的允许吸上真空高度用力下及不同的液体温度时需要进行换算 泵的允许吸上真空高度用 Hs Hs 表示 表示 单位为米 单位为米 m m 1 31 3 水泵的性能曲线水泵的性能曲线 图图 5 所示是典型的锅炉给水泵性能曲线 所示是典型的锅炉给水泵性能曲线 H Q 以及效率和轴功率曲线 以及效率和轴功率曲线 它是一条较为平坦的曲线 与风机的一族梳状曲线不同 其出口压力 扬程 它是一条较为平坦的曲线 与风机的一族梳状曲线不同 其出口压力 扬程 随着流量的增加而单调下降 零流量时的扬程称为关死点扬程 水泵的静扬程随着流量的增加而单调下降 零流量时的扬程称为关死点扬程 水泵的静扬程 Hst 一般都不为零 图 一般都不为零 图 6 所示为静扬程占到关死点扬程所示为静扬程占到关死点扬程 60 时的某给水泵 时的某给水泵 的调速性能曲线和阻力曲线 的调速性能曲线和阻力曲线 80 70 60 50 40 30 20 2000 2500 3000 3500 N kW 100200300400500 Q m h 3 2200 2100 2000 1900 1800 H m h 2985r min 图图 5 5 典型的锅炉给水泵性能曲线典型的锅炉给水泵性能曲线 5 H扬程 O 500 1000 2000 2500 1500 400300200100 q M h v 3 qv a qv m M M A H qv H q 1 v HM HA 相似抛 物线 图图 6 某给水泵的调速性能曲线和阻力曲线某给水泵的调速性能曲线和阻力曲线 风机的性能曲线呈梳状 一般通过入口风门调节风量和风压 随着风门风机的性能曲线呈梳状 一般通过入口风门调节风量和风压 随着风门 叶片 开大 风机的出口风量和风压都沿阻力曲线增大 其等效率曲线是一 叶片 开大 风机的出口风量和风压都沿阻力曲线增大 其等效率曲线是一 组闭合的椭元 这一点是与水泵的性能曲线不同的 对于水泵 一般通过组闭合的椭元 这一点是与水泵的性能曲线不同的 对于水泵 一般通过出口出口 阀门阀门调节流量和压力 当出口阀门开大时 流量增大 而压力却减小 当阀门调节流量和压力 当出口阀门开大时 流量增大 而压力却减小 当阀门 关小时 流量减小 压力则增大 见图关小时 流量减小 压力则增大 见图 5 5 图 图 6 6 所示 对于水泵 阀门开度的所示 对于水泵 阀门开度的 变化改变的是阻力曲线 陡度 变化改变的是阻力曲线 陡度 而对于风机 风门开度 叶片角度 的变化改 而对于风机 风门开度 叶片角度 的变化改 变的是风机的变的是风机的 P QP Q 特性曲线 而与阻力曲线无关 风机水泵所消耗的轴功率 特性曲线 而与阻力曲线无关 风机水泵所消耗的轴功率 则都与压力和流量的乘积成正比 但则都与压力和流量的乘积成正比 但风机的轴功率随着风门开大而增大 而水风机的轴功率随着风门开大而增大 而水 泵则当其流量增大到一定程度后 其轴功率随着流量的增大增加不多甚至反而泵则当其流量增大到一定程度后 其轴功率随着流量的增大增加不多甚至反而 减小 减小 1 41 4 水泵拖动系统的主要特点水泵拖动系统的主要特点 叶片式风机水泵的负载特性属于平方转矩型 即其轴上需要提供的转矩与叶片式风机水泵的负载特性属于平方转矩型 即其轴上需要提供的转矩与 转速的二次方成正比 风机水泵在满足三个相似条件 几何相似 运动相似和转速的二次方成正比 风机水泵在满足三个相似条件 几何相似 运动相似和 动力相似的情况下遵循相似定律 对于同一台风机 或水泵 动力相似的情况下遵循相似定律 对于同一台风机 或水泵 当输送的流体密 当输送的流体密 度度 不变仅转速改变时 其性能参数的变化遵循比例定律 流量与转速的一次不变仅转速改变时 其性能参数的变化遵循比例定律 流量与转速的一次 方成正比 扬程 压力 与转速的二次方成正比 轴功率则与转速的三次方成方成正比 扬程 压力 与转速的二次方成正比 轴功率则与转速的三次方成 6 正比 即 正比 即 n n Q Q 2 n n H H 3 n n P P 风机与水泵转速变化时 其本身性能曲线的变化可由比例定律作出 如图风机与水泵转速变化时 其本身性能曲线的变化可由比例定律作出 如图 7 所示 因管路阻力曲线不随转速变化而变化 故当转速由所示 因管路阻力曲线不随转速变化而变化 故当转速由 n 变至变至 n 时 运行时 运行 工况点将由工况点将由 M 点变至点变至 M 点 点 qv P O P qv P q v n n n n M M H扬程 HST O M M n n n n qv a b 图图 7 转速变化时风机 水泵 装置运行工况点的变化转速变化时风机 水泵 装置运行工况点的变化 a 风机 当管路静压风机 当管路静压 Pst 0 时 时 b 水泵 当管路静扬程 水泵 当管路静扬程 Hst 0 时 时 应该注意的是 风机水泵比例定律三大关系式的使用是有条件的 在实际应该注意的是 风机水泵比例定律三大关系式的使用是有条件的 在实际 使用中 风机水泵由于受系统参数和运行工况的限制 并不能简单地套用比例使用中 风机水泵由于受系统参数和运行工况的限制 并不能简单地套用比例 定律来计算调速范围和估算节能效果 定律来计算调速范围和估算节能效果 当管路阻力曲线的静扬程 或静压 等于零时 即当管路阻力曲线的静扬程 或静压 等于零时 即 HST 0 或 或 PST 0 时 时 管路阻力曲线是一条通过坐标原点的二次抛物线 它与过管路阻力曲线是一条通过坐标原点的二次抛物线 它与过 M 点的变转速时的相点的变转速时的相 拟抛物线重合 因此 拟抛物线重合 因此 M 与与 M 又都是相似工况点 故可用比例定律直接由 又都是相似工况点 故可用比例定律直接由 M 点的参数求出点的参数求出 M 点的参数 对于风机 其管路静压一般为零 故可用相似定 点的参数 对于风机 其管路静压一般为零 故可用相似定 律直接求出变速后的参数 律直接求出变速后的参数 而对于水泵 其管路阻力曲线的静扬程 或静压 不等于零时 即而对于水泵 其管路阻力曲线的静扬程 或静压 不等于零时 即 Hst 0 或 或 Pst 0 时 转速变化前后运行工况点 时 转速变化前后运行工况点 M 与与 M 不是相似工况点 不是相似工况点 故其流量 扬程 或全压 与转速的关系不符合比例定律 不能直接用比例定故其流量 扬程 或全压 与转速的关系不符合比例定律 不能直接用比例定 律求得 而应将实际工况转化为相似工况后 才能用比例定律进行计算 特别律求得 而应将实际工况转化为相似工况后 才能用比例定律进行计算 特别 是对于水泵 其静扬程一般都很大 所以变速前后的是对于水泵 其静扬程一般都很大 所以变速前后的流量比不等于转速比 而流量比不等于转速比 而 是是流量比恒大于转速比 流量比恒大于转速比 管路性能曲线的静扬程越高 水泵性能曲线和管路性管路性能曲线的静扬程越高 水泵性能曲线和管路性 能曲线的夹角就越小 则变速调节流量时 改变相同流量时的转速变化就越小 能曲线的夹角就越小 则变速调节流量时 改变相同流量时的转速变化就越小 其轴功率的减小值也越小 还有可能引起管路的水击 其轴功率的减小值也越小 还有可能引起管路的水击 因此水泵的调速节能效因此水泵的调速节能效 7 果要比风机差一些 果要比风机差一些 第二节第二节 水泵的并联运行分析水泵的并联运行分析 2 1 2 1 水泵并联运行的一般情况水泵并联运行的一般情况 水泵并联运行的主要目的是增大所输送的流量 但流量增加的幅度大小与水泵并联运行的主要目的是增大所输送的流量 但流量增加的幅度大小与 管路性能曲线的特性及并联台数有关 图管路性能曲线的特性及并联台数有关 图 8 所示为两台及三台性能相同的所示为两台及三台性能相同的 20Sh 13 型离心泵并联时 在不同陡度管路性能曲线下流量增加幅度的情况 型离心泵并联时 在不同陡度管路性能曲线下流量增加幅度的情况 从图从图 8 可见 当管路性能曲线方程为可见 当管路性能曲线方程为 Hc 20 10Q2时 时 Q 的单位为的单位为 m3 s 从图 从图 中查得 中查得 一台泵单独运行时 一台泵单独运行时 Q1 730L s 100 两台泵关联运行时 两台泵关联运行时 Q2 1160L s 159 三台泵并联运行时 三台泵并联运行时 Q3 1360L s 186 但当管路性能曲线方程为但当管路性能曲线方程为 Hc 20 100Q2时 时 Q 的单位为的单位为 m3 s 从图 从图 9 可可 查出 查出 一台泵单独运行时 一台泵单独运行时 Q1 450L s 100 二台泵并联运行时 二台泵并联运行时 Q2 520L s 116 三台泵并联运行时 三台泵并联运行时 Q3 540L s 120 10 04006002001000 120014008001600 20 30 40 50 60 70 Hc 20 10Q 2 Hc 20 100Q 2 Q L S H m 图图 8 不同陡度管路性能曲线对泵并联效果的影响不同陡度管路性能曲线对泵并联效果的影响 比较两组数据可以看出 管路性能曲线越陡 并联的台数越多 流量增加比较两组数据可以看出 管路性能曲线越陡 并联的台数越多 流量增加 的幅度就越小 因此 并联运行方式适用于管路性能曲线不十分陡的场合 且的幅度就越小 因此 并联运行方式适用于管路性能曲线不十分陡的场合 且 并联的台数不宜过多 若实际并联管路性能曲线很陡时 则应采取措施 如增并联的台数不宜过多 若实际并联管路性能曲线很陡时 则应采取措施 如增 8 大管径 减少局部阻力等 使管路性能曲线变得平坦些 以获得好的并联效果 大管径 减少局部阻力等 使管路性能曲线变得平坦些 以获得好的并联效果 一般的供水系统都采用多台泵并联运行的方式 并且采用大小泵搭配使用 一般的供水系统都采用多台泵并联运行的方式 并且采用大小泵搭配使用 目的是为了灵活的根据流量决定开泵的台数 降低供水的能耗 供水高峰时 目的是为了灵活的根据流量决定开泵的台数 降低供水的能耗 供水高峰时 几台大泵同时运行 以保证供水流量 当供水负荷减小时 采用大小泵搭配使几台大泵同时运行 以保证供水流量 当供水负荷减小时 采用大小泵搭配使 用 合理控制流量 晚上或用水低谷时 开一台小泵维持供水压力 用 合理控制流量 晚上或用水低谷时 开一台小泵维持供水压力 多台并联运行的水泵 一般采用关死点扬程 或最大扬程 相同 而流量多台并联运行的水泵 一般采用关死点扬程 或最大扬程 相同 而流量 不同的水泵 这些泵并联运行时 每台泵的出口压力即为母管压力 且一定大不同的水泵 这些泵并联运行时 每台泵的出口压力即为母管压力 且一定大 于每一台泵单泵运时的出口压力 或扬程 于每一台泵单泵运时的出口压力 或扬程 管道系统不变 管道系统不变 HN HA2 HB2 HC2 HA1 HB1 HC1 并联运行泵的总出口流量为每台泵出口流量之和 且每台泵的流量一定小并联运行泵的总出口流量为每台泵出口流量之和 且每台泵的流量一定小 于该泵单泵运行时的流量 于该泵单泵运行时的流量 管道系统不变 管道系统不变 QN QA2 QB2 QC2 QA1 QB1 QC1 若并联运行的泵的扬程不同 而且流量也不同时 则在并联运行时扬程低若并联运行的泵的扬程不同 而且流量也不同时 则在并联运行时扬程低 的泵的供水流量会比单泵运行时减小很多 当管网阻力曲线变化时 容易发生的泵的供水流量会比单泵运行时减小很多 当管网阻力曲线变化时 容易发生 不出水和汽蚀现象 母管制运行的水泵群的母管压力可由下式求出 不出水和汽蚀现象 母管制运行的水泵群的母管压力可由下式求出 H1Q1 H2Q2 H3Q3 HiQi H Q1 Q2 Q3 Qi 2 2 2 2 如何作出并联运行水泵的性能曲线 如何作出并联运行水泵的性能曲线 H qH qv v 或 或 P qP qv v 两台或两台以上风机 水泵 向同一压出管路压送流体的运行方式称为并两台或两台以上风机 水泵 向同一压出管路压送流体的运行方式称为并 联运行 如图联运行 如图 9 a 所示 所示 H qV H H H 123 H q 3 H q 2 H q 1 G O I II EF 9 图图 9 两泵并联及并联性能曲线两泵并联及并联性能曲线 H qv 并 并 a 两台泵并联示意图 两台泵并联示意图 b 并联性能曲线作法 并联性能曲线作法 水泵并联运行的基本规律是 并联后的总流量应等于并联各泵流量之和 水泵并联运行的基本规律是 并联后的总流量应等于并联各泵流量之和 并联后产生的扬程与各泵产生的扬程都相等 母管压力 并联后产生的扬程与各泵产生的扬程都相等 母管压力 因此 水泵并联合成因此 水泵并联合成 后的性能曲线后的性能曲线 H qv 并 并或 或 P qv 并 并的作法是 把并联各泵 或风机 的 的作法是 把并联各泵 或风机 的 H qv 或 或 p qv 曲线上同一扬程 或全压 点上流量值相加 以图 曲线上同一扬程 或全压 点上流量值相加 以图 10 两台泵并联为例 两台泵并联为例 先把这两台泵的性能曲线 先把这两台泵的性能曲线 H qv i和和 H qv a以相同的比例尺绘在同一坐标图上 以相同的比例尺绘在同一坐标图上 然后把各个同一扬程值的流量分别相加 如图然后把各个同一扬程值的流量分别相加 如图 9 所示 取扬程值为所示 取扬程值为 H H H 对应于 对应于 H qv i和 和 H qv a 上分别为 上分别为 1 1 1 和和 2 2 2 取取 qv1 qv2 qv 1 qv 2 qv 1 qv 2 得得 3 3 3 连接连接 3 3 3 各点即得合成后泵并联性能曲线各点即得合成后泵并联性能曲线 H Q 并 并 同法可得风机并联性能曲线 同法可得风机并联性能曲线 2 3 2 3 当并联水泵中的一台进行变速调节时 如何确定并联运行工况点 当并联水泵中的一台进行变速调节时 如何确定并联运行工况点 如图如图 10 所示 所示 两台性能相同的泵并联运行 但泵两台性能相同的泵并联运行 但泵 与泵与泵 有一台为有一台为 变速泵 另一台为定速泵 当变速泵与定速泵以相同的额定转速运行时变速泵 另一台为定速泵 当变速泵与定速泵以相同的额定转速运行时 和和 的并联性能曲线的并联性能曲线 H Q 并 并为 为 并联运行工况点为 并联运行工况点为 M 但当变速泵的转速降低时 但当变速泵的转速降低时 并联性能曲线变为如图并联性能曲线变为如图 11 中的虚线所示 其并联运行工况点也相应地变为中的虚线所示 其并联运行工况点也相应地变为 M M Hc Q Q H III III N M M I M II M III Hst 图图 10 两泵并联其中一台转速降低时并联运行工况点的变化两泵并联其中一台转速降低时并联运行工况点的变化 从图从图 10 可以看出 当变速泵的转速降低时 变速泵的流量减小 但定速泵可以看出 当变速泵的转速降低时 变速泵的流量减小 但定速泵 10 的流量却增大 当变速泵的转速降低到某一转速值时 其输出流量为零 这时的流量却增大 当变速泵的转速降低到某一转速值时 其输出流量为零 这时 并联运行实际上相当于一台定速泵单独运行 若变速泵转速进一步降低 且变并联运行实际上相当于一台定速泵单独运行 若变速泵转速进一步降低 且变 速泵出口管路又未设置逆止阀时 就会出现定速泵部分流量向变速泵倒灌 这速泵出口管路又未设置逆止阀时 就会出现定速泵部分流量向变速泵倒灌 这 种现象在实际上是不容许产生的 从图种现象在实际上是不容许产生的 从图 10 可见 当变速泵的转速由额定转速降可见 当变速泵的转速由额定转速降 低到该泵输出流量为零的转速时 定速泵的流量将由低到该泵输出流量为零的转速时 定速泵的流量将由 QN增大到增大到 QB 而扬程将 而扬程将 由由 HN减小到减小到 HB 这可能会导致定速泵产生过载或泵内汽蚀 为防止定速泵的 这可能会导致定速泵产生过载或泵内汽蚀 为防止定速泵的 过载和汽蚀 可在定速泵出口管路设置调节阀 必要时控制其流量 过载和汽蚀 可在定速泵出口管路设置调节阀 必要时控制其流量 如图如图 10 所示 当静扬程约为额定扬程的所示 当静扬程约为额定扬程的 20 左右时 左右时 Qb 约为额定流量的约为额定流量的 70 Hb 约为额定扬程的约为额定扬程的 60 工频泵超载约 工频泵超载约 20 此时变频泵的转速约为 此时变频泵的转速约为 额定转速的额定转速的 78 频率为 频率为 39Hz 左右 则其中心调节转速 左右 则其中心调节转速 50 流量 约为流量 约为 额定转速的额定转速的 86 频率为 频率为 43Hz 节电率大约为 节电率大约为 25 左右 左右 变速泵在变速泵在 B 点运行 虽然已经不出水了 但是还要消耗空载功率 很不经点运行 虽然已经不出水了 但是还要消耗空载功率 很不经 济 此时的转速济 此时的转速 nB只是最低转速 不能在节能计算时作为调节转速使用 而应只是最低转速 不能在节能计算时作为调节转速使用 而应 以不同流量时的转速为依据 或者以中心调节频率 以不同流量时的转速为依据 或者以中心调节频率 50 流量时的转速流量时的转速 为依 为依 据 注意 由于水泵系统静扬程的存在 中心调节频率 转速 不是最低转速据 注意 由于水泵系统静扬程的存在 中心调节频率 转速 不是最低转速 与额定转速的平均值 而应取与额定转速的平均值 而应取 50 流量时的频率 转速 流量时的频率 转速 如图 如图 11 所示 当静所示 当静 扬程约为额定扬程的扬程约为额定扬程的 20 左右时 左右时 Qb 约为额定流量的约为额定流量的 70 Hb 约为额定扬约为额定扬 程的程的 60 此时变频泵的最低转速约为额定转速的 此时变频泵的最低转速约为额定转速的 78 频率为 频率为 39Hz 左右 左右 而其中心调节转速 而其中心调节转速 50 流量 约为额定转速的流量 约为额定转速的 86 频率为 频率为 43Hz 当定速泵的数量增加 当定速泵的数量增加 B 点的扬程点的扬程 HB将升高 最低转速将升高 最低转速 nB也将升高 变也将升高 变 速泵的调速范围变小 调节效果及节能效果变差 一般定速泵与变速泵的比例速泵的调速范围变小 调节效果及节能效果变差 一般定速泵与变速泵的比例 达到达到 3 1 时 采用变速泵已无多大意义了 而此时往往还有一台泵是采用起时 采用变速泵已无多大意义了 而此时往往还有一台泵是采用起 停调节的 此时采用变速泵就更无什么意义了 见图停调节的 此时采用变速泵就更无什么意义了 见图 11 11 图图 11 多泵并联其中一台转速降低时并联运行工况点的变化多泵并联其中一台转速降低时并联运行工况点的变化 如图如图 11 所示 当静扬程约为额定扬程的所示 当静扬程约为额定扬程的 20 左右时 左右时 Qm 约为额定流量的约为额定流量的 85 Hm 约为额定扬程的约为额定扬程的 80 工频泵超载约 工频泵超载约 20 此时变频泵的转速约为 此时变频泵的转速约为 额定转速的额定转速的 89 频率为 频率为 44 5Hz 左右 则其中心调节转速约为额定转速的 左右 则其中心调节转速约为额定转速的 93 6 频率为 频率为 46 8Hz 节电率大约为 节电率大约为 10 左右 也就是所需消耗的电功率左右 也就是所需消耗的电功率 为采用阀门调节时的为采用阀门调节时的 90 若第三台泵是采用起若第三台泵是采用起 停调节 起停调节 起 停比为停比为 3 2 的话 则反而费电的话 则反而费电 30 所以 所以 在有三台以上泵并联运行时 只改一台变频泵是没有什么意义的 在有三台以上泵并联运行时 只改一台变频泵是没有什么意义的 2 4 2 4 静扬程 或静压 对调速范围的影响 静扬程 或静压 对调速范围的影响 供水系统的静扬程供水系统的静扬程 Hst 即供水母管的最小压力 即供水母管的最小压力 水泵在静扬程下消耗的 水泵在静扬程下消耗的 功率称为空载功率 在流量为零时 水泵所消耗的最大功率 功率称为空载功率 在流量为零时 水泵所消耗的最大功率 十分明显的是 十分明显的是 静扬程越高 空载功率所占的比例越大 调速范围越小 调节转速的节能效果静扬程越高 空载功率所占的比例越大 调速范围越小 调节转速的节能效果 就越差 就越差 静扬程可由水泵进水口和出水口的落差形成 也可由管网阻力曲线形成 静扬程可由水泵进水口和出水口的落差形成 也可由管网阻力曲线形成 也可由用户要求的供水压力来决定 也可由用户要求的供水压力来决定 如锅炉给水泵 必须大于汽包压力才能进 如锅炉给水泵 必须大于汽包压力才能进 水 水 当然也可由变 当然也可由变 定水泵并列运行的定速水泵的出口压力造成 定水泵并列运行的定速水泵的出口压力造成 2 5 2 5 变频泵与工频泵的并联运行分析变频泵与工频泵的并联运行分析 2 5 1 变频泵与工频泵并联运行时总的性能曲线 与关死点扬程 最大扬程 变频泵与工频泵并联运行时总的性能曲线 与关死点扬程 最大扬程 不同 流量也不同的水泵并联运行时的情况非常类似 可以用相同的方法来分不同 流量也不同的水泵并联运行时的情况非常类似 可以用相同的方法来分 析析 12 Q流量 H扬程 Hc Ha1 H 1b H0 O Qb2Qb1 Qa1 Qa2 Qc F3 F1 F2 B1 A2 A1 B2 C R K Q22 R K Q11 D 图图 12 变频泵与工频泵并联运行特性曲线变频泵与工频泵并联运行特性曲线 Q流量 H扬程 Hc Ha1 Hb1 H0 O Qb2 Qa2 Qb2 Qa1 Qb1 Qc 20A2 F3 F1 F1 F2 50Hz B1 A2A1 B2 C R KQ 图图 13 变频泵在变频泵在 50Hz 时与工频泵并联运行特性曲线时与工频泵并联运行特性曲线 1 F1为工频泵的性能曲线 也是变频泵在为工频泵的性能曲线 也是变频泵在 50Hz 下满负荷运行时的性能曲下满负荷运行时的性能曲 线 假定变频泵与工频泵性能相同 线 假定变频泵与工频泵性能相同 工频泵单泵运行时的工作点 工频泵单泵运行时的工作点 A1 2 F2为变频泵在频率为变频泵在频率 F2时的性能曲线 变频泵在频率时的性能曲线 变频泵在频率 F2单独运行时的工单独运行时的工 作点作点 B1 3 F3为变频和工频水泵并联运行的总的性能曲线 工作点为变频和工频水泵并联运行的总的性能曲线 工作点 C 扬程 扬程 HC 流量流量 QC QA2 QB2 2 5 2 变频泵与工频泵并联运行时的特点变频泵与工频泵并联运行时的特点 13 1 F2不仅仅是一条曲线 而是不仅仅是一条曲线 而是 F1性能曲线下方偏左的一系列曲线族 性能曲线下方偏左的一系列曲线族 F3 也不仅仅是一条曲线 而是在也不仅仅是一条曲线 而是在 F1性能曲线右方偏上的一系列曲线族 性能曲线右方偏上的一系列曲线族 2 F2变化时 变化时 F3也随着变化 工作点也随着变化 工作点 C 也跟着变化 因此变频泵的扬程也跟着变化 因此变频泵的扬程 HB2 流量 流量 QB2 工频泵扬程 工频泵扬程 HA2 流量 流量 QA2 以及总的扬程 以及总的扬程 HC HB2 HA2 和 和 总流量总流量 QC QA2 QB2都会随着频率都会随着频率 F2的变化而变化 的变化而变化 3 随着变频泵频率 随着变频泵频率 F2的降低 变频泵的扬程逐渐降低 变频泵流量的降低 变频泵的扬程逐渐降低 变频泵流量 QB2 快速减少 工作点快速减少 工作点 C 的扬程也随着降低 使总的流量的扬程也随着降低 使总的流量 QC减少 因此工频泵的减少 因此工频泵的 扬程也降低 使工频泵流量扬程也降低 使工频泵流量 QA2反而略有增加 此时要警惕工频泵过载 反而略有增加 此时要警惕工频泵过载 2 5 3 变频泵与工频泵并联运行特例之一 变频泵与工频泵并联运行特例之一 频率频率 F F1 50Hz 1 F1为工频泵的性能曲线 也是变频泵为工频泵的性能曲线 也是变频泵 F2 F1 50Hz 下满负荷运行时的下满负荷运行时的 性能曲线 假定变频泵与工频泵性能相同 性能曲线 假定变频泵与工频泵性能相同 工频泵和变频泵单泵运行时的工作 工频泵和变频泵单泵运行时的工作 点点 A1 2 F3为变频泵和工频泵并联运行的总的性能曲线 工作点为变频泵和工频泵并联运行的总的性能曲线 工作点 C 扬程 扬程 HC HB2 HA2等于每台泵的扬程 每台泵的流量等于每台泵的扬程 每台泵的流量 QA2 QB2 总流量 总流量 QC QA2 QB2 2 QA2 即当 即当 F2 F1 50Hz 时 变频泵与工频泵并联运行时的特性 与两台性能相时 变频泵与工频泵并联运行时的特性 与两台性能相 同的泵并联运行时完全一样 同的泵并联运行时完全一样 2 5 4变频泵与工频泵并联运行特例之二 变频泵与工频泵并联运行特例之二 F2 Fmin Q流量 H扬程 Hc Hb1 H0 OQb2 Qb1 Qc Qa2 Qa1 F3 F1 F2 MIN B1 B2 C R KQ A1 A2 图图 14 变频泵在最低频率下 变频泵在最低频率下 F Fmin 与工频泵并联运行特性曲线 与工频泵并联运行特性曲线 14 Q流量 H扬程 H0 O QcQbQa F3 F1 F2 B A2 A C R KQ Q F 图图 15 没有管网阻力时变频泵与工频泵并联运行特性曲线没有管网阻力时变频泵与工频泵并联运行特性曲线 图图 14 中 中 1 F1为工频泵的性能曲线 工频泵单泵运行时的工作点为工频泵的性能曲线 工频泵单泵运行时的工作点 A1 2 F2 Fmin为变频泵最低频率下单泵运行时的性能曲线 为变频泵最低频率下单泵运行时的性能曲线 3 F3为变频和工频泵并联运行的总的性能曲线 工作点为变频和工频泵并联运行的总的性能曲线 工作点 C 不与不与 F3相交 只相交 只 与与 F1相交 扬程相交 扬程 HC HA1 HA2 HB2等于每台泵的扬程 工频泵的流量等于每台泵的扬程 工频泵的流量 QA2 QA1 总流量 总流量 QC QA2 QA1 QB2 0 即当即当 F2 Fmin时 变频泵的扬程不能超过工频泵的扬程 因此变频泵的流量时 变频泵的扬程不能超过工频泵的扬程 因此变频泵的流量 为零 变频泵与工频泵并联运行时总的性能曲线 与单台工频泵运行时的性能为零 变频泵与工频泵并联运行时总的性能曲线 与单台工频泵运行时的性能 曲线相同 曲线相同 变频泵虽然没有流量输出 但仍然要消耗一定的功率变频泵虽然没有流量输出 但仍然要消耗一定的功率 4 在此运行状况中 变频泵的效率降到最低 因此变频泵最好不要工作在这 在此运行状况中 变频泵的效率降到最低 因此变频泵最好不要工作在这 种工况中 种工况中 5 在这种特例中 在这种特例中 变频泵极易产生汽蚀现象 易造成泵的损坏变频泵极易产生汽蚀现象 易造成泵的损坏 解决的办法 解决的办法 是将再循环阀打开 使泵保持一定的最小流量 但这样做会使泵的能耗增加 是将再循环阀打开 使泵保持一定的最小流量 但这样做会使泵的能耗增加 水泵变频不论是单泵运行还是并联运行都有一个极端理想的特例 就是只水泵变频不论是单泵运行还是并联运行都有一个极端理想的特例 就是只 有静扬程 没有管网阻力 或者管网阻力与净扬程相比可以忽略 则管网阻力有静扬程 没有管网阻力 或者管网阻力与净扬程相比可以忽略 则管网阻力 曲线可以看成是一条与净扬程点平行的一条直线 曲线可以看成是一条与净扬程点平行的一条直线 水泵将水通过粗管道垂直向上打入一个开口的蓄水池就是属于这种情况 水泵将水通过粗管道垂直向上打入一个开口的蓄水池就是属于这种情况 电厂锅炉给水泵系统中 由于给水压力极高 管网阻力相对较小 因此采用变电厂锅炉给水泵系统中 由于给水压力极高 管网阻力相对较小 因此采用变 频运行时也可以看成属于这种情况 频运行时也可以看成属于这种情况 见图 见图 15 15 1 F1为变频器最高运行频率性能曲线 工作点为变频器最高运行频率性能曲线 工作点 A F2和和 F3为变频运行性能为变频运行性能 曲线 曲线 H0为静扬程 也是实际工作扬程 为静扬程 也是实际工作扬程 2 图 图 15 中不论怎样调节频率 扬程都恒定不变 只是流量变化 水泵的输中不论怎样调节频率 扬程都恒定不变 只是流量变化 水泵的输 出功率只随流量的变化而变化 从图出功率只随流量的变化而变化 从图 15 中可以看出 随着频率的减少 微小的中可以看出 随着频率的减少 微小的 频率变化频率变化 F 会引起很能大的流量变化会引起很能大的流量变化 Q 性能曲线越平坦 性能曲线越平坦 F 引起的引起的 Q 就就 越大 因此频率越低 流量越小时这种变化就越大 越大 因此频率越低 流量越小时这种变化就越大 所以说频率与流量之间的所以说频率与流量之间的 关系为关系为 QA F1 Fmin 是一种非线性的很难说是几次方的关系 是一种非线性的很难说是几次方的关系 由于功率与 由于功率与 流量成正比 功率与频率的关系为流量成正比 功率与频率的关系为 H0 QA F1 Fmin 也很难说与频率是几 也很难说与频率是几 次方的关系 次方的关系 3 在这种情况下进行变频运行时 流量不宜太小 以防止微小的频率或转速 在这种情况下进行变频运行时 流量不宜太小 以防止微小的频率或转速 的变化引起流量较大的变化 造成水泵流量不稳定 水击 而损坏水管 的变化引起流量较大的变化 造成水泵流量不稳定 水击 而损坏水管 4 Fmin越高 越高 F1 Fmin 调速范围 就越小 流量和功率随着频率的变化就 调速范围 就越小 流量和功率随着频率的变化就 越大 越大 2 6 2 6 高性能离心水泵群的变频控制方案高性能离心水泵群的变频控制方案 2 6 12 6 1 恒压供水的控制特点恒压供水的控制特点 供水控制 归根结底 是为了满足用户对流量的需求 所以 流量是供水供水控制 归根结底 是为了满足用户对流量的需求 所以 流量是供水 系统的基本控制对象 但流量的检测比较困难 费用也较高 考虑到在动态供系统的基本控制对象 但流量的检测比较困难 费用也较高 考虑到在动态供 水情况下 供水管道中水的压力水情况下 供水管道中水的压力 P 的大小与供水能力和用水需求之间的平衡情的大小与供水能力和用水需求之间的平衡情 况有关 当供水能力大于用水量时 管道压力上升 当供水能力小于用水量时 况有关 当供水能力大于用水量时 管道压力上升 当供水能力小于用水量时 则管道压力下降 当供水能力等于用水量时 则管道压力保持不变 可见 供则管道压力下降 当供水能力等于用水量时 则管道压力保持不变 可见 供 水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在供水压力的变化上 从而压力就成水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在供水压力的变化上 从而压力就成 了用来作为控制流量大小的参变量 也就是说 保持供水系统中某处压力的恒了用来作为控制流量大小的参变量 也就是说 保持供水系统中某处压力的恒 定 也就保证了使供水能力和用水需求处于平衡状态 恰到好处地满足了用户定 也就保证了使供水能力和用水需求处于平衡状态 恰到好处地满足了用户 的用水要求 这就是恒压供水所要达到的目的 的用水要求 这就是恒压供水所要达到的目的 目前一般的供水系统 也都采用了多泵并列运行 大小泵搭配 以及采用目前一般的供水系统 也都采用了多泵并列运行 大小泵搭配 以及采用 泵的台数调节等经济运行方式 其运行的经济性也很好 在此基础上进行变频泵的台数调节等经济运行方式 其运行的经济性也很好 在此基础上进行变频 调速节能改造 其节能潜力已不是很大了 调速节能改造 其节能潜力已不是很大了 对于这一点应当有一个清醒的认识 对于这一点应当有一个清醒的认识 不要过分夸大变频调速的节能效果 否则将适得其反 不要过分夸大变频调速的节能效果 否则将适得其反 2 6 2 6 2 高性能离心泵的变频控制方案 高性能离心泵的变频控制方案 16 高性能离心式水泵由于采用了三元流动 进口导叶等先进技术 离心式水高性能离心式水泵由于采用了三元流动 进口导叶等先进技术 离心式水 泵的特性曲线已经做得非常平坦 高效率的工作区域很宽 这也正是水泵生产泵的特性曲线已经做得非常平坦 高效率的工作区域很宽 这也正是水泵生产 厂家努力追求的目标 但是这样的水泵在定压供水工况下 其调速的范围很小 厂家努力追求的目标 但是这样的水泵在定压供水工况下 其调速的范围很小 供水系统的静扬程越大 也就是空载功率所占的比例越大 水泵特性越平坦 供水系统的静扬程越大 也就是空载功率所占的比例越大 水泵特性越平坦 调速范围就越小 调节转速的节能效果也就越差 调速范围就越小 调节转速的节能效果也就越差 对于定压供水系统的高效离心水泵群如果采用对于定压供水系统的高效离心水泵群如果采用 一变多定一变多定 配置的控制方配置的控制方 案 则会引起一些问题 图案 则会引起一些问题 图 11 是定压供水系统中变频水泵的调速特性曲线图 是定压供水系统中变频水泵的调速特性曲线图 从图中容量看出 在定压供水系统中 变频水泵新的工况点也就是变频泵特性从图中容量看出 在定压供水系统中 变频水泵新的工况点也就是变频泵特性 曲线和等压线的交点 因水泵的特性曲线非常平坦 变频器的调速范围非常小 曲线和等压线的交点 因水泵的特性曲线非常平坦 变频器的调速范围非常小 且因为供水压力小的波动 这在供水系统中是很常见的 且因为供水压力小的波动 这在供水系统中是很常见的 新的工况点会发生剧 新的工况点会发生剧 烈变动 工况点极不稳定 虽然在控制程序中可以采用软件滤波的方法改善不烈变动 工况点极不稳定 虽然在控制程序中可以采用软件滤波的方法改善不 稳定的情况 但变 定速水泵配置方案运行匹配较为困难 且节能效果有限却稳定的情况 但变 定速水泵配置方案运行匹配较为困难 且节能效果有限却 是肯定的 这也是和采用变频节能控制的初衷相违背的 因此对于实际工程中是肯定的 这也是和采用变频节能控制的初衷相违背的 因此对于实际工程中 的高性能离心泵机群 的高性能离心泵机群 所有的运行泵都采用变频调速控制才是最合理的 所有的运行泵都采用变频调速控制才是最合理的 如果出于经济原因的考虑 调速泵的台数应是最常开泵的台数 其它泵则如果出于经济原因的考虑 调速泵的台数应是最常开泵的台数 其它泵则 采用工频备用 如果还要减少调速泵的台数的话 则一定要使扬程最高 流量采用工频备用 如果还要减少调速泵的台数的话 则一定要使扬程最高 流量 最大的泵调速运行 最大的泵调速运行 2 6 32 6 3 变 定水泵并列运行变 定水泵并列运行 在实际工程中 考虑到投资的可能性和运行工况的必要性 也常设计