恒壓供水中水泵調(diào)速控制的節(jié)能分析

葛勝升

(蕪湖信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院電子信息系，安徽蕪湖241003)

1 節(jié)流調(diào)節(jié)

節(jié)流調(diào)節(jié)控制法，又稱為閥門調(diào)節(jié)法(閥門控制法)，這種方法就是將閥門裝在水泵出口管網(wǎng)上用以調(diào)節(jié)流量，通過改變閥門的開度來調(diào)節(jié)流量，不改變水泵的轉(zhuǎn)速。其實(shí)質(zhì)是通過使管網(wǎng)中的阻力發(fā)生變化，改變管網(wǎng)特性曲線(阻力損失在閥門上的變化)來改變流量，水泵的特性曲線保持不變。隨著閥門的開度變化，管網(wǎng)阻力將發(fā)生變化，但是揚(yáng)程(壓力)不變。此種方法較為方便，但是管路上的閥門阻力損耗較大，對水泵系統(tǒng)來說增加了額外的能量消耗，從節(jié)能的角度出發(fā)，這種所謂的“調(diào)節(jié)”將造成更大的電能浪費(fèi)。并且由于在實(shí)際的用水當(dāng)中，每時每刻都發(fā)生著變化，高峰期與低峰期用水量相差甚大，夜晚用水量極小，如果保持閥門開度不變，那么在管網(wǎng)中，高峰期會出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，低峰期特別是夜晚會出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。所以此種調(diào)節(jié)方法只適用于流量調(diào)節(jié)幅度不大的地方。

2 水泵的轉(zhuǎn)速與各種參數(shù)性能的關(guān)系

一般泵的效率、葉輪出口速度三角形近似保持不變，若轉(zhuǎn)速由n'變?yōu)閚后，則有比例定律:

式中，n表示轉(zhuǎn)速，qv表示流量，H表示壓頭(揚(yáng)程)，P表示功率

式(1)說明:流量qv與轉(zhuǎn)速成正比，壓頭(揚(yáng)程)與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

3 水泵的調(diào)速調(diào)節(jié)

水泵的調(diào)速調(diào)節(jié)，又稱為調(diào)速控制，這種調(diào)節(jié)流量的方法是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，不改變閥門的開度。其實(shí)質(zhì)是管網(wǎng)特性曲線保持不變，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變了水的動能，改變了水泵的特性曲線。

4 水泵的調(diào)速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)能的原因分析

節(jié)流調(diào)節(jié)時，假設(shè)水泵運(yùn)行時的特性曲線為n1，與管網(wǎng)特性曲線β2相交于E點(diǎn)，此時，流量、揚(yáng)程分別為Q1、H2;現(xiàn)要關(guān)小閥門，管網(wǎng)特性曲線發(fā)生變化，從β2變成β1，與水泵性能曲線相交于F點(diǎn)，流量、揚(yáng)程分別為Q2、H1，由圖1可見，此時 F、Q2、0、H1圍成的面積即為水泵的功率消耗。

圖1 水泵及管網(wǎng)的運(yùn)行特性曲線

調(diào)速調(diào)節(jié)時，原來仍運(yùn)于E點(diǎn)，水泵降低速度后的特性曲線為n2，與管網(wǎng)特性曲線β2相交D點(diǎn)，由圖1可見，此時由D、Q2、0、H0圍成的面積即為水泵的功率消耗。

由圖1可見，比較F、Q2、0、H1和D、Q2、0、H0所圍成的面積，節(jié)流調(diào)節(jié)控制比調(diào)速調(diào)節(jié)多消耗了功率，即F、D、H0、H1所圍成的面積，造成了浪費(fèi)。隨著閥門的不斷關(guān)小，管網(wǎng)特性曲線上移，與水泵特性曲線的相交點(diǎn)也隨之上移，H1增大，造成被功率的浪費(fèi)也不斷增加。

水泵調(diào)速調(diào)節(jié)能夠節(jié)能，這決定于是由水泵自身的特性。水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓頭(揚(yáng)程)與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低，流量則隨之降低，而功率由于與轉(zhuǎn)速的三次方成正比而大幅度降低。這也是水泵調(diào)速控制能夠節(jié)約能量的實(shí)質(zhì)所在。

5 恒壓供水中的水泵變頻調(diào)速控制

從管網(wǎng)特性曲線和水泵特性曲線可得出一個結(jié)論:在現(xiàn)代供水控制系統(tǒng)中，水泵的調(diào)速方式因其具有較好的節(jié)能效果越來越被廣泛應(yīng)用，進(jìn)而取代了以往的節(jié)流控制方式(閥門控制方式)，

根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式:

式中:n1表示異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速;s表示異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率;f1表示異步電動機(jī)定子側(cè)電源供電頻率;p表示異步電動機(jī)定子磁極對數(shù)

式(2)說明改變轉(zhuǎn)差率、電源頻率、定子極對數(shù)均可實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的改變，其中改變電源頻率調(diào)速方式可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在實(shí)際供水控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)一般是指通過PLC或者單片機(jī)作為控制器，通過給定壓力值與實(shí)際壓力值的比較計算，控制變頻器，利用改變電源頻率來實(shí)現(xiàn)對水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，使管網(wǎng)壓力保持恒定的閉環(huán)控制方式。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能適應(yīng)多種場合，比如生活用水、消防用水、工業(yè)用水等，在與過去的水塔、水箱供水或者氣壓泵供水等方式相比，不論是在可靠性、穩(wěn)定性還是在設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)行成本等方面，都有著極大的優(yōu)勢，并且具有可擴(kuò)充性、非線性、多變性、滯后性、容錯性、節(jié)能性等特性，其中節(jié)能性的優(yōu)越性更為突出，除了上文已經(jīng)闡明了水泵調(diào)速調(diào)節(jié)具有明顯的節(jié)約電能的優(yōu)點(diǎn)，同時，采用變頻恒壓供水，在管網(wǎng)中，由于供水的壓力恒定，使管網(wǎng)壓力保持在一定的范圍內(nèi)，可延長水管的使用壽命，更不會造成因水壓太高使水管崩裂的現(xiàn)象，避免或者減少了事故的發(fā)生，減少了維修的費(fèi)用。

6 總結(jié)

對節(jié)能調(diào)節(jié)及水泵的調(diào)速調(diào)節(jié)進(jìn)行了簡要的闡述，結(jié)合水泵及管網(wǎng)的特性曲線，分析了水泵的調(diào)速調(diào)節(jié)的優(yōu)越性，進(jìn)而介紹了變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)，該技術(shù)在現(xiàn)代小區(qū)中已經(jīng)得到廣泛使用，它具有可靠性高、節(jié)約材料、節(jié)約能量、節(jié)約用工、占地少、投資成本較低、特性平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)的供水方式。

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