變頻器冷卻系統管路分析初探

陳丕+王春林

摘 要：本文根據變頻器冷卻系統管道及負載的規格與分布情況，提出兩點假設，一是每臺變頻器水力屬性相同，即相同的壓差具有相同的流量；二是相同區域、同一規格的供回水管路流量相同，據此建立管路模型，繪出管路特性曲線，推出管路特性曲線方程，并結合水泵的輸出特性曲線，分別求出變頻器冷卻系統在雙管及單管運行時的工作點，得出系統雙管、單管運行時的流量。本文結論可為變頻器冷卻系統轉單管運行的可行性分析提供理論依據。

關鍵詞：管路模型；系統流量；單管運行；水泵外特性；管路特性曲線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.210

0 前言

變頻器冷卻系統采用雙管運行，流量可通過流量計測得，當對系統進行改造或更換閥門時，需轉為單管運行，此時變頻器單臺中的流量又如何變化，轉換前是無法通過流量計測量的。文章中我們運用泵的輸出特性及變頻器冷卻系統的管路特性對這兩種工況下系統中的流量進行分析，分別求出雙管及單管運行時的系統流量。在做管路特性分析時提出了兩點假設，但根據假設求出的是變頻器流量平均值，不影響整個系統的流量計算。

1 系統概述

系統共有4臺DFG100-315/4水泵，功率15KW，揚程32m，額定流量83.9m3/h。正常工況下兩臺水泵并聯運行，此時泵組的外特性曲線是由兩個100-315/4的曲線疊加而成。當水泵的外特性曲線與系統的管路特性曲線相交時[1]，交點即是水泵的工作點。當管路情況發生改變時，水泵的流量及揚程也會有一定的變化。

2 變頻器冷卻系統的管路模型

實際情況下，不同管道內的流量不完全相同，如圖1所示，兩根DN150供水干管流量分別為Qg1、Qg3，回水干管為Qg2、Qg4，流經節點A以后，變為Qg1- Q1，Qg3- Q3， Qg2- Q2、Qg4- Q4，而Qg1+ Qg3= Qg2+ Qg4，Q1+Q3=Q2+Q4，q1+q3=q2+q4，q5+q7=q6+q8等，圖1所示的情況會遍及到整個系統，使得管路的分析計算過于復雜。

為了方便于管路分析，作如下假設：每臺變頻器水力屬性相同，即相同的壓差具有相同的流量；相同區域、同一規格的供回水管路流量相同。

3 管路特性曲線

管路系統的總水力損失由三部分組成[3]，分別為沿程水力損失、局部水力損失和負載水力損失。

（1）來自《水力計算圖表》[2]

i—水力坡降

K—修正系數 DN150的值0.7055

3.1 雙管運行

系統流量分別為Q（4、8、16、20、28、32、36、40）L/S，對應ΔHλ分別為（0、0.247、0.972、1.502、2.94、3.839、4.86、5.958）m；

與上述流量Q對應的局部水力損失分別為（0、0.016、0.062、0.097、0.187、0.246、0.31、0.388）m；

與上述流量Q對應的負載水力損失分別為（0.11、0.459、1.806、2.816、5.53、7.22、9.14、11.3）m；

將以上沿程水力損失、局部水力損失和負載水力損失各對應值分別相加，得到管路總壓降與流量的對應關系，考慮到熱交換器及泵的進出口閥門在以供、回平衡管為界的管路系統之外，所以直接將這段水力損失記為H0與管路系統水力計算結果ΔH疊加。見表1。

注：4.08為泵出口到板式換熱器出口的壓差，記為H0

利用描點法繪出管路特性曲線，縱坐標是疊加了H0的管路總壓降。它與兩臺水泵并聯運行的外特性曲線相交，交點就是水泵工作點，見圖2。

將表1中對應的ΔH與Q2相除，得到ΔH/Q2，稱為管道總阻力系數，記為B。

根據水泵壓力頭與流量的關系ΔHw=H0+BQ2，以及表1的結果，可以得出變頻器冷卻系統雙管運行時的管路特性曲線計算公式：

式中：

ΔHw——系統總壓頭損失，單位[米]

4.08——水泵前后供、回水平衡管之間從泵出口到板換出口的壓頭損失單位[米]

0.011——管道總阻力系數，單位[米·秒2/升6]

Q——系統流量，單位[升/秒]

3.2 單管運行時的管路特性

對應前述系統流量，ΔHλ為（0.248、0.853、3.829、5.968、11.686、15.25、23.79、34.36）m；

局部水力損失為（0016、0.062、0.246、0.388、0.758、0.995、1.55、2.23）m；

負載水力損失（0.11、0.459、1.806、2.816、5.53、7.22、9.14、11.3）m；

從而得到管路總壓降與流量的對應關系，考慮到熱交換器及泵的進出口閥門在以供、回平衡管為界的管路系統之外，所以直接將這段水力損失記為H0與管路系統水力計算結果ΔH疊加。見表2。

根據圖3，在雙泵運行情況下，系統單管運行時的工作點在A點與D點之間。流量為小于39.9L/S，但大于37.67L/S。單臺變頻器平均流量42.67L/min到45.17L/min。

單管運行的管路特性方程：ΔHw= H0+0.023Q2。0< H0<4.08。

4 結論

運用水泵理論的相關知識，結合現場參數，本文對變頻器冷卻系統管路進行分析，做出兩點假設，方便了理論分析和計算。分別繪出了雙管運行與單管運行的管路特性曲線，確定水泵在兩種工況下的工作點。由于數據采集較充分，雙管運行的結論與實際非常接近。單管運行時的工作點則限制在了小的范圍里，流量為37.67L/S 到39.9L/S之間。同時，還建立了變頻器冷卻系統管路特性曲線方程，分別是雙管運行：ΔHw=4.08+0.011Q2；單管運行：ΔHw=B+0.023Q2 0

參考文獻：

[1]姚玉英.化工原理[M].天津：天津科學技術出版社，1988：98-123.

[2]李田，寧希南.水力計算圖表[M].北京：中國建筑工業出版社， 2008：1-11.

[3]陳榕林，張磊.液壓技術與應用[M].北京：電子工業出版社， 2002：26-27.