黃文清 趙王麗

【摘要】從離心泵葉輪的相似定律入手，對(duì)如何使變頻調(diào)速水泵處于高效率區(qū)工作進(jìn)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(jī)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(fèi)，這在中國目前能源相當(dāng)緊張的情況下，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(duì)水泵及其性能參數(shù)選擇不當(dāng)，或按常規(guī)采用一臺(tái)水泵變頻，多臺(tái)水泵工頻的方式供水，將會(huì)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(diǎn)，均分布在一條以座標(biāo)原點(diǎn)為頂點(diǎn)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(shè)備一般都采用1臺(tái)水泵變頻，多臺(tái)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(shè)采用3臺(tái)同型號(hào)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(dāng)水泵轉(zhuǎn)速由n0下調(diào)至nmin時(shí)其高效區(qū)為拋物線1與2所夾的范圍為，若設(shè)定恒壓值為Hb，由圖可知，2臺(tái)水泵工頻時(shí)的流量為Qc，2臺(tái)工頻1臺(tái)變頻時(shí)，在高效區(qū)內(nèi)水泵并聯(lián)運(yùn)行的最小流量為Qd，顯然Qd>Qc，因?yàn)楣芫W(wǎng)的工況點(diǎn)是任意的，當(dāng)流量Q在Qc與Qd之間變化時(shí)，調(diào)速泵的工況點(diǎn)就會(huì)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(fèi)，因此單憑1臺(tái)水泵變頻調(diào)速是不合理的，必須采用2臺(tái)變頻，1臺(tái)工頻的方式，3臺(tái)全部變頻調(diào)速當(dāng)然可以，但由于市場上調(diào)速裝置（特別是進(jìn)口調(diào)速裝置）價(jià)格很貴，并且調(diào)速裝置也有個(gè)效率問題，因此3臺(tái)全部變速不現(xiàn)實(shí)。然而2臺(tái)變頻，1臺(tái)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(shè)計(jì)恒壓值；

Ha----為水泵特性曲線高效段內(nèi)揚(yáng)程的最大值；

b、 a----分別為Hb、Ha相對(duì)應(yīng)的流量值。

如圖1所示，設(shè)定恒壓值為Hb，要保證3臺(tái)水泵在高效區(qū)并聯(lián)工作時(shí)的流量連續(xù)，而不至使變速水泵工況點(diǎn)落在高效區(qū)之外，就必須使Ⅳ曲線穿過B點(diǎn)或在B點(diǎn)之下，相應(yīng)的Ⅴ曲線就會(huì)穿過C點(diǎn)或在C點(diǎn)之下，這樣就有： （2）

由水泵比例律可知，相似工況點(diǎn)A、E的關(guān)系為

由圖1可知，為保證3臺(tái)水泵并聯(lián)工作時(shí)，定速泵與變速泵的工況點(diǎn)都落在其相應(yīng)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(diǎn)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(yùn)行時(shí)的特性曲線必定穿過E點(diǎn)，因此有He=Hb

則 （3）

將（3）式代入（2）式就可得到（4）式 （4）

設(shè)

則可得到 （5）

上述推導(dǎo)結(jié)果是由3臺(tái)水泵并聯(lián)工作時(shí)分析的，同樣適用于3臺(tái)以上水泵并聯(lián)工作時(shí)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(shè)備都以水泵出口的壓力進(jìn)行恒壓自動(dòng)調(diào)速，該恒壓應(yīng)怎樣確定，有些產(chǎn)品樣本中所提供的揚(yáng)程為水泵高效區(qū)內(nèi)揚(yáng)程的中間值，我們是否可以用這個(gè)值作為恒壓值呢？下面就該問題進(jìn)行探討。

圖2表示1臺(tái)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(diǎn)表示水泵樣本中提供的三個(gè)高效點(diǎn)，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(dāng)調(diào)速水泵出口恒壓設(shè)定值為Hc時(shí)的節(jié)能量顯然要大于恒壓設(shè)定為Hb時(shí)的節(jié)能量。

由附表可知，當(dāng)選用水泵高效區(qū)內(nèi)揚(yáng)程的中間作為水泵出口的恒壓值時(shí)，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(dāng)選用水泵高效區(qū)揚(yáng)程的最小值作為恒壓值時(shí)，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(yáng)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(shè)定應(yīng)盡可能靠近水泵高效段內(nèi)的最小揚(yáng)程值。

3 結(jié) 語

（1）為保證變頻調(diào)速供水水泵在運(yùn)行時(shí)始終處于高效區(qū)工作，達(dá)到節(jié)能的目的，水泵同時(shí)調(diào)速的最佳臺(tái)數(shù)為2臺(tái)，同時(shí)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(yīng)選擇水泵高效段內(nèi)揚(yáng)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(yīng)盡可能選擇靠近水泵高效段內(nèi)的最低揚(yáng)程值。

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

參考文獻(xiàn)

[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