壓差旁通控制單臺變頻的水泵并聯工作特性研究

摘 要：理論分析了壓差旁通控制下單臺變頻的水泵并聯工作特性，結合工程實例進行了驗證。結果表明，工頻泵能耗隨變頻泵運行頻數的降低而增加，隨冷源側管路阻力的增大而減小；冷源側管路阻力越小，工頻泵能耗變化越小，運行越穩定。

關鍵詞：壓差旁通 并聯水泵 變頻 能耗

中圖分類號：TU991.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0080-03

Study on characteristics of parallel pumps with single variable-speed pump by pressure difference bypass

TAO jia

（Technician College，Guangdong Province，Huizhou Guangdong，516100，China）

Abstract：Theoretical analysis is implemented on characteristics of parallel pumps with single variable-speed pump by pressure difference bypass，the practical project verifies the results.The results show that the energy of constant-speed pumps increase when the operating frequency of variable-speed pump reduces.The energy of constant-speed pumps reduce when the pipeline resistance of cold source increases.The less pipeline resistance of cold source， the less energy of constant-speed pumps and the more stable operation of constant-speed pumps.

Key Words：Pressure bypass；Parallel pumps；Variable-speed；Energy

隨著變頻器技術的日趨成熟，產量的迅猛增加以及價格的不斷下降，變頻器的應用場合不斷擴大。目前，在大型樓宇、生產廠房的供水及冷熱源系統中，變頻泵的應用越來越廣泛。其中多臺定速泵加一臺變頻泵并聯運行的系統配置方式越來越多的被采用[1]。本文根據水泵的特性曲線，對壓差旁通控制條件下單臺變頻的水泵并聯工作特性進行了探討。

1 系統組成

一般的壓差旁通控制冷凍水泵并聯系統如圖1所示。將供水壓力和回水壓力引入壓差控制器，根據設定值控制旁通電動閥，通過調節旁通水量，恒定冷水系統供水和回水之間的壓差。使冷水系統能夠在末端負荷較低的情況下，仍能保證冷凍機等設備的正常運轉。

2 壓差旁通下單式泵的工作特性

在壓差旁通控制系統中，系統的管網曲線并不通過坐標原點，而在壓頭坐標軸上有一截距，截距值為壓差設定值ΔP（圖2 ）。系統管網曲線方程為：

ΔH=ΔP+S'Q2

式中ΔH為管路壓降，kPa；

ΔP為控制壓差，kPa；

S為冷源側的阻力特性數，kPa/（t/h）；

Q為水泵流量，t/h。

在壓差旁通控制方式下，工頻水泵（性能曲線n）的工作點將一直維持在A點。當末端電動調節閥關小時，供水和回水壓差大于設定值，旁通電動閥開大，系統阻力和管網特性曲線保持不變，壓差信號等于設定值，水泵的工作點仍然維持在A點。

在壓差旁通控制方式下，變頻水泵（性能曲線n’）的工作點將沿著系統管網特性曲線變化。當末端電動調節閥關小時，系統冷負荷減小，變頻水泵工作頻率降低，由設計工況下的A點變化到A‘點。管路阻抗阻力特性曲線保持不變，供水和回水壓差信號等于設定值。

3 壓差旁通下并聯水泵的工作特性

對于水泵并聯運行時工作點的確定，多應用疊加原理（橫加法）求解，該方法具有直觀、簡便的優點。以2臺水泵并聯為例，分析其在壓差旁通控制下的工作特性。

3.1 兩臺同型號泵并聯

在（圖3）中曲線4表示兩臺同型號水泵工頻并聯運行的性能曲線，其工作點為C 點。曲線2表示單臺水泵工頻運行時的性能曲線，A點表示對應于并聯工作點C點時單臺水泵的工作點。曲線1表示水泵變頻時的性能曲線，曲線3表示變頻水泵和工頻水泵并聯運行的性能曲線，A’點和B點分別為對應于并聯工作點C’點時變頻水泵和工頻水泵的工作點。從（圖3）中可以看出，當一臺水泵變頻運行時，另一臺工頻水泵的工作點將偏離設計工況點（A點），造成工頻水泵運行能耗的增加，這種能耗的增加隨變頻水泵運行頻率的減小而加劇。工頻水泵能耗的變化量除了受到水泵特性及水泵變頻頻率的影響，還與冷水系統的冷源側阻力特性數S’有關，S’值越大能耗的變化量也越大，反之越小。

3.2 兩臺不同型號泵并聯

在（圖4）中曲線5表示兩臺不同型號水泵（一大一小）工頻并聯運行的性能曲線，其工作點為C點。曲線2、曲線3分別表示小泵、大泵工頻運行時的性能曲線，A點、B點表示對應于并聯工作點C點時小泵、大泵的工作點。曲線1表示小泵變頻時的性能曲線，曲線3表示變頻小泵和工頻大泵并聯運行的性能曲線，A’點和B’點分別為對應于并聯工作點C’點時小泵和大泵的工作點。從圖4中可以看出，兩臺不同型號的并聯水泵單臺變頻調節時，工頻水泵的能耗除受到變頻泵運行頻率和特性數S’的影響外，變頻泵的選取也很重要。如果選擇小泵變頻，則其變頻范圍會受到一定限制，過低時將會出現空轉的現象，嚴重影響水泵的安全。

4 工程實例

某政府辦公大樓的空調系統冷源設備有1臺型號YEWS170SC50冷水機組（約克），單機額定制冷量598kW；2臺型號YSDBCA

S35CHE冷水機組（約克），單機額定制冷量1125 kW。2臺額定功率為37 kW的冷卻水泵，2臺額定功率為18.5 kW的冷卻水泵。冷水系統為壓差旁通控制方式，冷水泵采用了并聯運行、單臺變頻的調節方式，經過多次現場測試得到以下冷水泵運行數據（表1）。

（表1）中的數據表明：當冷水機組開機數從3臺減為2臺，大泵變頻頻數同樣為 35 Hz時，小泵工頻能耗從34.06 kW減為 33.21 kW；而變頻頻數為38 Hz，小泵工頻能耗從33.58 kW減為32.59 kW。這說明壓差旁通控制方式下，并聯水泵單臺變頻調節時，工頻水泵的能耗隨冷源側管路阻力的增大而減小。

當冷水機組開機數3臺，大泵變頻頻數從35 Hz升高到38 Hz時，小泵工頻能耗從34.06 kW降為33.58 kW，減少了0.48 kW。而冷水機組開機數2臺，大泵變頻頻數從35 Hz升高到38 Hz時，小泵工頻能耗從33.21 kW降為32.59 kW，減少了0.61 kW。這說明壓差旁通控制方式下，并聯水泵單臺變頻調節時，冷源側管路阻力越小，小泵工頻能耗的變化量越小。換而言之，冷源側管路阻力越小，工頻泵運行越穩定。同時變頻水泵降頻運行時，工頻水泵的能耗會隨之增加，變頻頻數越低，工頻泵能耗的增加就越大。

5 結論

（1）并聯水泵單臺變頻時，工頻水泵的功耗隨變頻水泵變頻頻數的降低而增加。

（2）并聯水泵單臺變頻時，冷源側管路阻力越小，工頻水泵能耗變化越小，運行越穩定。

（3）并聯水泵單臺變頻時，工頻水泵能耗隨冷源側管路阻力的增大而減小。

參考文獻

[1]呂文，陳洪亮.多臺并聯變頻調速水泵的控制方式[J].電力自動化設備，2005， 25（4）：89-91.

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