變頻器冷卻系統(tǒng)管路分析初探

陳丕+王春林

摘 要：本文根據(jù)變頻器冷卻系統(tǒng)管道及負載的規(guī)格與分布情況，提出兩點假設(shè)，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(qū)域、同一規(guī)格的供回水管路流量相同，據(jù)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(jié)合水泵的輸出特性曲線，分別求出變頻器冷卻系統(tǒng)在雙管及單管運行時的工作點，得出系統(tǒng)雙管、單管運行時的流量。本文結(jié)論可為變頻器冷卻系統(tǒng)轉(zhuǎn)單管運行的可行性分析提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：管路模型；系統(tǒng)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(tǒng)采用雙管運行，流量可通過流量計測得，當(dāng)對系統(tǒng)進行改造或更換閥門時，需轉(zhuǎn)為單管運行，此時變頻器單臺中的流量又如何變化，轉(zhuǎn)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(tǒng)的管路特性對這兩種工況下系統(tǒng)中的流量進行分析，分別求出雙管及單管運行時的系統(tǒng)流量。在做管路特性分析時提出了兩點假設(shè)，但根據(jù)假設(shè)求出的是變頻器流量平均值，不影響整個系統(tǒng)的流量計算。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)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(lián)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(dāng)水泵的外特性曲線與系統(tǒng)的管路特性曲線相交時[1]，交點即是水泵的工作點。當(dāng)管路情況發(fā)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(tǒng)的管路模型

實際情況下，不同管道內(nèi)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(jīng)節(jié)點A以后，變?yōu)镼g1- 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(tǒng)，使得管路的分析計算過于復(fù)雜。

為了方便于管路分析，作如下假設(shè)：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(qū)域、同一規(guī)格的供回水管路流量相同。

3 管路特性曲線

管路系統(tǒng)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(shù) DN150的值0.7055

3.1 雙管運行

系統(tǒng)流量分別為Q（4、8、16、20、28、32、36、40）L/S，對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)值分別相加，得到管路總壓降與流量的對應(yīng)關(guān)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(tǒng)之外，所以直接將這段水力損失記為H0與管路系統(tǒng)水力計算結(jié)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(biāo)是疊加了H0的管路總壓降。它與兩臺水泵并聯(lián)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(yīng)的ΔH與Q2相除，得到ΔH/Q2，稱為管道總阻力系數(shù)，記為B。

根據(jù)水泵壓力頭與流量的關(guān)系ΔHw=H0+BQ2，以及表1的結(jié)果，可以得出變頻器冷卻系統(tǒng)雙管運行時的管路特性曲線計算公式：

式中：

ΔHw——系統(tǒng)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(shù)，單位[米·秒2/升6]

Q——系統(tǒng)流量，單位[升/秒]

3.2 單管運行時的管路特性

對應(yīng)前述系統(tǒng)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(yīng)關(guān)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(tǒng)之外，所以直接將這段水力損失記為H0與管路系統(tǒng)水力計算結(jié)果ΔH疊加。見表2。

根據(jù)圖3，在雙泵運行情況下，系統(tǒng)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(jié)論

運用水泵理論的相關(guān)知識，結(jié)合現(xiàn)場參數(shù)，本文對變頻器冷卻系統(tǒng)管路進行分析，做出兩點假設(shè)，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(shù)據(jù)采集較充分，雙管運行的結(jié)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(tǒng)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(xué)技術(shù)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(yè)出版社， 2008：1-11.

[3]陳榕林，張磊.液壓技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2002：26-27.