關(guān)于變頻調(diào)速恒壓供水水泵設計選型問題探討

黃文清 趙王麗

【摘要】從離心泵葉輪的相似定律入手，對如何使變頻調(diào)速水泵處于高效率區(qū)工作進行了分析，提出了變頻調(diào)速供水的節(jié)能條件以及合理選用調(diào)速水泵性能參數(shù)需注意的問題。

【關(guān)鍵詞】變頻；調(diào)速；供水；節(jié)能

變頻調(diào)速恒壓供水是一種節(jié)能的有效途徑，它采用交流變頻調(diào)速技術(shù)及單片機技術(shù)，可以滿足恒壓供水的要求，避免了由于超壓供水而造成的能量浪費，這在中國目前能源相當緊張的情況下，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。然而變速水泵的調(diào)速，調(diào)流量仍有一定的范圍，如果我們對水泵及其性能參數(shù)選擇不當，或按常規(guī)采用一臺水泵變頻，多臺水泵工頻的方式供水，將會造成一定的能量損耗，本文試就上述問題作一下探討。

根據(jù)水泵比例律可得H=KQ2，可看出，凡是符合比例律關(guān)系的工況點，均分布在一條以座標原點為頂點的二次拋物線上，此拋物線稱為相似工況拋物線（等效率曲線）。

1 變頻調(diào)速供水的節(jié)能條件

目前，市場上的變頻調(diào)速供水設備一般都采用1臺水泵變頻，多臺水泵工頻的方式供水，這種方式是否合理，下面通過分析水泵并聯(lián)工作過程來加以說明。

現(xiàn)假設采用3臺同型號水泵并聯(lián)工作，其并聯(lián)特性曲線及管道特性曲線如圖1所示。

圖中A至B為定速泵的高效區(qū)，n0為水泵的額定轉(zhuǎn)數(shù)，nmin為變速水泵在高效區(qū)內(nèi)的最小轉(zhuǎn)數(shù)，由上述比律可知，當水泵轉(zhuǎn)速由n0下調(diào)至nmin時其高效區(qū)為拋物線1與2所夾的范圍為，若設定恒壓值為Hb，由圖可知，2臺水泵工頻時的流量為Qc，2臺工頻1臺變頻時，在高效區(qū)內(nèi)水泵并聯(lián)運行的最小流量為Qd，顯然Qd>Qc，因為管網(wǎng)的工況點是任意的，當流量Q在Qc與Qd之間變化時，調(diào)速泵的工況點就會落在高效區(qū)之外，也就是說在高效區(qū)內(nèi)的流量變化不連續(xù)，這樣將造成能量浪費，因此單憑1臺水泵變頻調(diào)速是不合理的，必須采用2臺變頻，1臺工頻的方式，3臺全部變頻調(diào)速當然可以，但由于市場上調(diào)速裝置（特別是進口調(diào)速裝置）價格很貴，并且調(diào)速裝置也有個效率問題，因此3臺全部變速不現(xiàn)實。然而2臺變頻，1臺工頻的方式只是解決節(jié)能問題的條件之一，要真正解決節(jié)能問題，并聯(lián)工作水泵的性能參數(shù)還必須滿足條件：

（1）

式中：Hb----為設計恒壓值；

Ha----為水泵特性曲線高效段內(nèi)揚程的最大值；

b、 a----分別為Hb、Ha相對應的流量值。

如圖1所示，設定恒壓值為Hb，要保證3臺水泵在高效區(qū)并聯(lián)工作時的流量連續(xù)，而不至使變速水泵工況點落在高效區(qū)之外，就必須使Ⅳ曲線穿過B點或在B點之下，相應的Ⅴ曲線就會穿過C點或在C點之下，這樣就有： （2）

由水泵比例律可知，相似工況點A、E的關(guān)系為

由圖1可知，為保證3臺水泵并聯(lián)工作時，定速泵與變速泵的工況點都落在其相應的高效區(qū)內(nèi)，變速泵轉(zhuǎn)數(shù)下調(diào)以后的特性曲線不能在E點以下穿過，也就是說在高效區(qū)內(nèi)變速泵以最小轉(zhuǎn)數(shù)nmin運行時的特性曲線必定穿過E點，因此有He=Hb

則 （3）

將（3）式代入（2）式就可得到（4）式 （4）

設

則可得到 （5）

上述推導結(jié)果是由3臺水泵并聯(lián)工作時分析的，同樣適用于3臺以上水泵并聯(lián)工作時的情況。

2 變頻調(diào)速供水水泵恒壓值的選定

目前，市場上的變頻調(diào)速供水設備都以水泵出口的壓力進行恒壓自動調(diào)速，該恒壓應怎樣確定，有些產(chǎn)品樣本中所提供的揚程為水泵高效區(qū)內(nèi)揚程的中間值，我們是否可以用這個值作為恒壓值呢？下面就該問題進行探討。

圖2表示1臺水泵的（Q—H）特性曲線，其中A～B段表示水泵的高效段，A、B、C三點表示水泵樣本中提供的三個高效點，圖中陰影部分表示調(diào)速水泵在不同恒壓值的節(jié)能量，由圖2可知，當調(diào)速水泵出口恒壓設定值為Hc時的節(jié)能量顯然要大于恒壓設定為Hb時的節(jié)能量。

由附表可知，當選用水泵高效區(qū)內(nèi)揚程的中間作為水泵出口的恒壓值時，所有水泵的性能參數(shù)都不符合前面所述的節(jié)能條件：α≥β，而當選用水泵高效區(qū)揚程的最小值作為恒壓值時，絕大部分DL、IS、LG水泵都符合上述節(jié)能條件，大部分TSWA水泵不符合上述節(jié)能條件，因此，水泵高效段內(nèi)揚程的中間值不能作為恒壓值，在滿足給水系統(tǒng)水壓要求的前提下，恒壓值的設定應盡可能靠近水泵高效段內(nèi)的最小揚程值。

3 結(jié) 語

（1）為保證變頻調(diào)速供水水泵在運行時始終處于高效區(qū)工作，達到節(jié)能的目的，水泵同時調(diào)速的最佳臺數(shù)為2臺，同時水泵的性能參數(shù)必須滿足條件α≥β。

（2）水泵出口恒壓值不應選擇水泵高效段內(nèi)揚程的中間值及中間值以上的值，只要滿足給水系統(tǒng)水壓要求，應盡可能選擇靠近水泵高效段內(nèi)的最低揚程值。

（3）變頻調(diào)速供水設備宜選用IS、DL、LG等水泵作為并聯(lián)工作水泵。

參考文獻

[1]姜乃昌，金錐《水泵及水泵站》（第四版）：中國建筑工業(yè)出版社，1998