供水系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能改造的可行性研究

供水系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能改造的可行性研究 1 引言 風(fēng)機和水泵在國民經(jīng)濟各部門的數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，全國風(fēng)機、水泵電動機裝機總?cè)萘考s為35000MW，耗電量約占全國電力消耗總量的 40%左右。目前，風(fēng)機水泵的耗電量中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的焦點是提高風(fēng)機和水泵的運行效率。據(jù)估計，提高風(fēng)機和水泵系統(tǒng)運行效率的節(jié)能潛力可達 300 500億 kWh/ 年，相當于 6 10個裝機容量為 1000MW 級的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。 離心式的風(fēng)機水泵的負載特性屬平方轉(zhuǎn)矩型的負載 ，即其軸上需要提供的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。風(fēng)機水泵在滿足三個相似條件：幾何相似、運動相似和動力相似的情況下遵循相似定律；對于同一臺風(fēng)機（或水泵）。當輸送流體的密度 不變僅轉(zhuǎn)速改變時，其性能參數(shù)的變化遵循比例定律：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比；壓頭（揚程）與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；軸功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。如果水泵轉(zhuǎn)速是其額定轉(zhuǎn)速的 50%時，則功耗只有額定值的 12.5%，節(jié)能率可達 87.5%。 果真如此嗎？否。風(fēng)機水泵比例定律的三大關(guān)系式的使用是有條件的，在實際使用中，風(fēng)機水泵由于受系統(tǒng)參數(shù)和運行工況的限制， 并不能簡單地套用比例定律來計算調(diào)速范圍和估算節(jié)能效果，而應(yīng)將實際工況轉(zhuǎn)化為相似工況后，才能用比例定律進行計算。其結(jié)果的差別還是很大的。作為變頻器的生產(chǎn)廠家，特別是專門研究變頻控制的專家學(xué)者，必須明明白白地告訴用戶，風(fēng)機水泵的變頻節(jié)能到底是怎么一回事，而不能有意無意地誤導(dǎo)讀者，片面夸大節(jié)能效果。 2 風(fēng)機水泵的相似定律 2.1 風(fēng)機（水泵）的幾何相似，運動相似和動力相似 兩臺泵（風(fēng)機）若幾何相似，就是說它們的形狀完全相同，只是大小不同，其中一臺泵（風(fēng)機）相當于另一臺泵（風(fēng)機）按一定比例的放大或縮小。舉個形象 的例子：兩張不同比例尺的中國地圖，它是幾何相似的，但大小相差一定的倍數(shù)。應(yīng)指出的是：本書所說的兩泵（風(fēng)機）幾何相似，是指通流部分的幾何相似，并不是要求泵（風(fēng)機）之間的輪廓外形也必須幾何相似。 兩臺泵（風(fēng)機）的運動相似是指兩臺幾何相似泵（風(fēng)機）通流部分各對應(yīng)點的速度三角形相似。顯然，只有當兩臺泵（風(fēng)機）的通流部分幾何相似，才有可能運動相似，但滿足幾何相似條件的，不一定滿足運動相似的條件，只有當兩臺幾何相似泵（風(fēng)機）都在相似工況點運行時（例如：都運行在最高效率工況點時），才是運動相似，所以運動相似又稱工況相似 。 兩臺風(fēng)機（水泵）的動力相似則是指作用于兩臺泵（風(fēng)機）內(nèi)各對應(yīng)點上力的方向相同，大小成比例。作用于泵（風(fēng)機）內(nèi)流體的力主要有慣性力、粘性力的總壓力。因此，為使泵（風(fēng)機）中的動力相似，必須對應(yīng)點上的慣性力與彈性力（或壓力與密度）之比相等，慣性力與粘性力之比相等。 2.2 離心式風(fēng)機（水泵）的相似定律 葉片式泵與風(fēng)機的相似定律是兩臺泵（或風(fēng)機）在滿足幾何相似和運動相似的前提下導(dǎo)出的。它給出幾何相似的泵（或風(fēng)機），在相似工況點的流量之間、揚程（或全壓）之間、功率之間的相互關(guān)系為： 即把泵的線性尺寸幾何相似地均放大一倍時，對應(yīng)工況點的流量、揚程、軸功率將各增到原來的 8 倍、 4 倍和 32倍。 例 2 某臺離心式風(fēng)機采用變 速調(diào)節(jié)方式，當其轉(zhuǎn)速降低到原來額定轉(zhuǎn)速的一半時，其對應(yīng)工況點的流量、全壓、軸功率各降到原額定轉(zhuǎn)速時的多少倍？（設(shè)氣體密度不變） 解 由比例定律式（ 7） 式（ 9）得 即當風(fēng)機的轉(zhuǎn)速降低到原額定轉(zhuǎn)速的一半時，對應(yīng)工況點的流量、全壓、軸功率各下降到原來的 1/2、 1/4 和 1/8，換句話說，用變速調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)流量可使 軸功率值大大下降，這也就是變速調(diào)節(jié)方式可以大幅度節(jié)電的原因。 應(yīng)該指出的是本題中的 n /n=2 1.3，所以計算的結(jié)果可能會有一定誤差。 例 3 已知 Y4-73No28 型鍋爐引風(fēng)機在抽送 140oC 的煙氣時所需的軸功率為 636kW，試問若用以輸送 20oC的空氣時所需的軸功率為多少？已知煙氣在 140oC 時的密度為 0.85kg/m3，空氣在20oC 時的密度為 1.2kg/m3。 解 由相似定律（ 3-8）得在 20oC 空氣時風(fēng)機所消耗的軸功率 p為： 故在考慮引風(fēng)機電動機的功率時，應(yīng)注意到引風(fēng)機在冷態(tài)起動時所需的軸功率值。 2.3 求出幾何相似風(fēng)機（水泵）之間的相似工況點。 相似定律只適用于幾何相似泵（風(fēng)機）對應(yīng)工況點之間的關(guān)系，因此，在應(yīng)用相似定律之前，需要先找到對應(yīng)工況點關(guān)系。對應(yīng)工況點又稱相似工況點，可以通過下面兩種方法求幾何相似泵（風(fēng)機）的相似工況點。 （ 1） 根據(jù)相似工況點的效率相等求相似工況點間的關(guān)系，相似定律 式（ 4） 式（ 6）是在假設(shè)相似工況點各效率對應(yīng)相等的前提下得出的，這就是說，相似工況點的效率必相等。下面根據(jù)這一思路求相似工況點間的關(guān)系。兩臺幾何相似泵（風(fēng)機）的最高效率是相等的，且每臺泵（風(fēng)機）都只有一個最高效率點，所以各幾何相似泵（風(fēng)機）的最高效率點是相似工況點；進一步看，在各幾何相似泵（風(fēng)機）的性能曲線上最高效率點的右側(cè)（大流量側(cè)）也彼此有一個效率相等的工況點，它們也都是相似工況點，同理在最高效率的左側(cè)（小流量側(cè)），又可找到彼此效率相等的相似工況點。 （ 2） 求出各相似工況點的連接曲線 相似拋物線。 下面以求同一臺泵在轉(zhuǎn)速變化時的相似拋物線為例說明，若某泵在額定轉(zhuǎn)速 n 下某工況點的流量為 q v，揚程為 H，需要求當轉(zhuǎn)速變化時，與其對應(yīng)的各相似工況點。設(shè)與工況點（ q v,H）對應(yīng)各相似工況點的流量為 qv，揚程 H， qv 與 H 隨著轉(zhuǎn)速的變化而改變。因為相似工況點間都滿足相似定律和比例定律，故由式（ 7）qv/q v=n/n與式（ 8） H/H =（ n/n） 2 聯(lián)立求解，消去轉(zhuǎn)速比 n/n項得： 式（ 10）即為一條經(jīng)額定轉(zhuǎn)速 n 某工況點（ q v ,H）的相似拋物線。其上各點為變轉(zhuǎn)速時的各相似工況點。如圖 1 所示，當轉(zhuǎn)速為 n1、 n2 時，對應(yīng)的相似工況點為（ qv1,H1）、（ qv2,H2） 。 圖 1 過（ q v,H）點的相似拋物線 . 同理，（通）風(fēng)機變轉(zhuǎn)速時，過（ q v,p）點的相似拋物為 (11) 2.4. 風(fēng)機（水泵）的轉(zhuǎn)速變化時，風(fēng)機（水泵）裝置的運行參數(shù)將如何變化？ 風(fēng)機與水泵轉(zhuǎn)速變化時 ,其本身 性能曲線的變化可由比例定律 qv/qv=n /n,H /H=(n /n)2或 p /p=(n /n)2作出，如圖 2所示。因管路性能曲線不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，故當轉(zhuǎn)速由 n 變至n/時，運行工況點將由 M 點變至 M/點。 圖 2 轉(zhuǎn)速變化時風(fēng)機（水泵）裝置運行工況點的變化 (a)泵（當管路靜揚程 Pst0 時）； （ b）風(fēng)機（當管路靜壓Pst=0 時） 應(yīng)注意的是：當管路性能曲線的靜揚程（或靜壓）不等于零時，即 Hst0 （或 Pst0 ）時，轉(zhuǎn)速變化前后運行工況點 M 與 M不是相似工況點，故其流量、揚程（或全壓）與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不 符合比例定律，不能直接用比例定律求得。但當管路性能曲線的靜揚程（或靜壓）等于零時，即 HST=0（或 PST=0）時，管路性能曲線是一條通過坐標原點的二次拋物線，它與過 M 點的變轉(zhuǎn)速時的相擬拋物線重合，因此， M 與 M又都是相似工況點，故可用比例定律直接由 M 點的參數(shù)求出 M點的參數(shù)。 例 4 某鍋爐給水泵裝置的性能曲線如圖 3 所示，其在額定轉(zhuǎn)速下運行時的運行工況點為 M，相應(yīng)的 qv.M=380m3/h?，F(xiàn)欲通過變速調(diào)節(jié)，使新運行工況點 M的流量減為 190m3/h ，試問其轉(zhuǎn)速應(yīng)為多少？（額定轉(zhuǎn)速為 2950r/min） 解 變速調(diào)節(jié)時管路性能曲線不變，而泵的運行工況點必在管路性能曲線上，故 M點可由 qv.M/=190m3/h 處向上作垂直線與管路性能曲線相交得出（見圖 3），由圖可讀出 M點的揚程HM/=1670m。 M/與 M 不是相似工況點，需在額定轉(zhuǎn)速時的 H-qv 曲線上找出 M的相似工況點 A，以便求出 M的轉(zhuǎn)速。過 M/點作相似拋物線，由式（ 10）得 圖 3 某給水泵裝置的性能曲線和管路性能曲線 為把相似拋物線作到圖 3-4 上，上式（ H=0.046q2v）中 H 與 qv的關(guān)系列表如下： qv(m3/h) 0 100 200 220 240 H(m) 0 460 1840 2226 2650 把列表中數(shù)值作到圖 3 上，此過 M點的相似拋物線與額定 轉(zhuǎn)速下 H-qv相交于 A點。由圖可讀出 qvA=227m3/h， HA=2360m，故得 上述兩式得出的結(jié)果略有不同是因作圖及讀數(shù)誤差引起的。 從計算結(jié)果知，此泵裝置因管路靜揚程 Hst很高，故當流量減少到原流量的 50%時，其轉(zhuǎn)速只降到原轉(zhuǎn)速的 2469/2950 =83.7%，而不是 50%。 泵或風(fēng)機系統(tǒng)管路性 能曲線中靜揚程（靜壓）所占比例的大小，與調(diào)速裝置節(jié)能效果的大小相關(guān)。當靜揚程所占比例很大時，即使泵系統(tǒng)的工作流量變化很大，但調(diào)速裝置的轉(zhuǎn)速變化范圍并不大，結(jié)果變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效果也不大。這是因為靜揚程（靜壓）不等于零時，管路性能曲線與變轉(zhuǎn)速時的相似拋物線不重合，故變速前后各工作點間的關(guān)系并不符合比例律，即流量比不等于轉(zhuǎn)速比。當靜揚程（靜壓）為正值時，流量比恒大于轉(zhuǎn)速比。例如DG500-180 型鍋爐給水泵，其最高轉(zhuǎn)速 n=2950r/min，相應(yīng)qv=500m3/h,H=1800m。若泵系統(tǒng)的靜揚程 Hst=1500m。則變速調(diào)節(jié)流量至 60%最大流量（ 300m3/h）時，相應(yīng)轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速的89%（ 2625r/min）。可見這比靜揚程為零時流量比為 60%時，轉(zhuǎn)速比也為 60%時要高多了。因此，管路性能曲線的靜揚程越高，則變速調(diào)節(jié)流量時，其軸功率的減少值也越小。如圖 4 所示某離心泵在不同靜揚程下采用變速調(diào)節(jié)及出口閥門調(diào)節(jié)方式時流量比 qv/qvn 和所消耗軸功率比 P/Pn的關(guān)系。 所以說，對于有較大靜揚程的泵或風(fēng)機，只用工作流量變化范圍大小確定節(jié)能效益的大小就不正確了，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速變化范圍確定節(jié)能效益的大小才是正確的。 圖 4 泵系統(tǒng)在不同靜揚程下的軸功率流量特性 圖中 線轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)； 線出口閥門調(diào)節(jié) 例 5 若例 4 中的鍋爐給水泵電動機的額定功率為 2300kW，額定轉(zhuǎn)速時的實際出力為 2000kW，試估算其節(jié)能效果。 由圖 3 可以看出，此給水泵的出口壓力為 25MPa，鍋爐氣包壓力為 15MPa，由上例計算結(jié)果，當轉(zhuǎn)速下降到 2469r/min，即額定轉(zhuǎn)速的 83.7%時，流量為 190t/h， 即額定流量的 50%，壓力為16.7MPa，略高于鍋爐汽包壓力，為了保證汽包順利進水，轉(zhuǎn)速已不能再下降了。所以其調(diào)速范圍為 83.7%100%，根據(jù)式（ 9）P/P =(n/n )3，其軸功率 P =1173kW，最大節(jié)能率為 41.4%。 若給水泵的流量余量以 15%計算，當流量為 190t/h 時，鍋爐的負荷約為 58.8%左右。作為一般的機組，也已經(jīng)接近最低不投油穩(wěn)燃負荷了。正巧，由以上計算數(shù)據(jù)看出，給水泵的調(diào)速能耗率與鍋爐的負荷率是基本一致的，也即能耗 與流量的一次方成正比。所以，可依據(jù)鍋爐的負荷率來粗略估算給水泵的調(diào)速節(jié)能率。 電站水泵的靜揚程都不等于零，所以其調(diào)速范圍和節(jié)能效果都不能簡單地采用比例定律計算，都要先求出相似曲線，然后才能進行計算。除了鍋爐給水泵外（汽包壓力為其靜揚程），對循環(huán)水泵則水塔高程為其靜揚程，對于凝結(jié)水泵，凝結(jié)水出口母管壓力為其靜揚程。因為凝結(jié)水泵除了調(diào)節(jié)凝汽器熱井水位恒定外，還要保證凝結(jié)水出口母管壓力足夠大（一般 0.75MPa），以防止空氣由排水閥經(jīng)凝結(jié)水再循環(huán)管進入凝汽器中，而破壞汽輪機真空。 電站風(fēng)機，則由于其靜壓很小 ，所以可以直接用比例定律估算其調(diào)速范圍和節(jié)能效益，只是要求以輸出風(fēng)壓作為調(diào)速范圍的校驗指標。 3 風(fēng)機水泵的并聯(lián)運行 泵或風(fēng)機并聯(lián)運行的主要目的是增大所輸送的流量。但流量增加的幅度大小與管路性能曲線的特性及并聯(lián)臺數(shù)有關(guān)。圖 5 所示為兩臺及三臺性能相同的 20Sh-13型離心泵并聯(lián)時，在不同陡度管路性能曲線下流量增加幅度的情況，從圖可見，當管路性能曲線方程為 Hc=20+10q2v 時（ qv單位為 m3/s），從圖中查得： 一臺泵單獨運行時： qv1=730L/s(100%) 兩臺泵關(guān)聯(lián)運行時： qv2=1160L/s(159%) 三臺泵并聯(lián)運行時： qv3=1360L/s(186%) 當管路性能曲線方程為 Hc=20+100q2v 時，從圖 可查出： 一臺泵單獨運行時： qv1=450L/s(100%) 二臺泵并聯(lián)運行時： qv1=520L/s(116%) 三臺泵并聯(lián)運行時： qv1=540L/s(120%) 圖 5 不同陡度管路性能曲線對泵并聯(lián)效果的影響 比較兩組數(shù)據(jù)可以看出：管路性能曲線越陡，并聯(lián)的臺數(shù)越多，流量增加的幅度就越小。因此，并聯(lián)運行方式 適用于管路性能曲線不十分陡的場合，且并聯(lián)的臺數(shù)不宜過多。若實際并聯(lián)管路性能曲線很陡時，則應(yīng)采取措施，如增大管徑、減少局部阻力等，使管路性能曲線變得平坦些，以獲得好的并聯(lián)效果。 3.1. 如何作出并聯(lián)泵（或風(fēng)機）的性能曲線（ H-qv）或（ P-qv） 兩臺或兩臺以上泵（風(fēng)機）向同一壓出管路壓送流體的運行方式稱為并聯(lián)運行，如圖 6（ a）所示。 圖 6 兩泵并聯(lián)及并聯(lián)性能曲線 (H-qv)并 （ a）兩臺泵并聯(lián)示意圖；（ b）并聯(lián)性能曲線作法。 泵（或風(fēng)機）并聯(lián)運行的基本規(guī)律是：并聯(lián)后的總流量應(yīng)等于并聯(lián)各泵流量之和；并聯(lián)后產(chǎn)生的揚程與各泵產(chǎn)生的揚程都相等。因此，泵（風(fēng)機）并聯(lián)合成后的性能曲線 (H-qv)并或 (P-qv)并的作法是：把并聯(lián)各泵（或風(fēng)機）的（ H-qv）或（ p-qv）曲線上同一揚程（或全壓）點上流量值相加，以圖 6 兩臺泵并聯(lián)為例，先把這兩臺泵的性能曲線（ H-qv） i 和 (H-qv)a 以相同的比例尺繪在同一坐標圖上，然后把各 個同一揚程值的流量分別相加，如圖6 所示，取揚程值為 H、 H、 H、 ，對應(yīng)于（ H-qv） i 和（ H-qv） a，上分別為 1、 1、 1 和 2、 2 、 2 取qv1+ qv2、 qv 1+ qv 2、 qv 1+ qv 2 得 3、 3 、 3連接 3、 3 、 3 各點即得合成后泵并聯(lián)性能曲線 (H-qv)并，同法可得風(fēng)機并聯(lián)性能曲線。 3.2. 當并聯(lián)泵（或風(fēng)機）中的一臺進行變速調(diào)節(jié)時，如何確定并聯(lián)運行工況點？ 如圖 7 所示， 、 兩臺性能相同的泵并聯(lián)運行。但泵 與泵 有一臺為變速泵，另一臺為定速泵。當變速泵與 定速泵以相同的額定轉(zhuǎn)速運行時 , 和 的并聯(lián)性能曲線 (H-qv)并為 ，并聯(lián)運行工況點為 M。但當變速泵的轉(zhuǎn)速降低時，并聯(lián)性能曲線變?yōu)槿鐖D 7 中的虛線所示，其并聯(lián)運行工況點也相應(yīng)地變?yōu)?M 、M 、 從圖 7 可以看出，當變速泵的轉(zhuǎn)速降低時，變速泵的流量減小，但定速泵的流量卻增大。當變速泵的轉(zhuǎn)速降低到某一轉(zhuǎn)速值時，其輸出流量為零，這時并聯(lián)運行實際上相當于一臺定速泵單獨運行。若變速泵轉(zhuǎn)速進一步降低，且變速泵出口管路又未設(shè)置逆止閥時，就會出現(xiàn)定速泵部分流量向變速泵倒灌，這種現(xiàn)象在實際上是不容許產(chǎn)生的。從圖可見，當變速泵的轉(zhuǎn)速由額定轉(zhuǎn)速降低到該泵輸出流量為零的轉(zhuǎn)速時，定速泵的流量將由 qvN增大到qvB，這可能會導(dǎo)致定速泵產(chǎn)生過載或泵內(nèi)汽蝕。為防止定速泵的過載和汽蝕，可在定速泵出口管路設(shè)置調(diào)節(jié)閥，必要時控制其流量。 4 供水系統(tǒng)的水泵運行工況分析 4.1 多泵并聯(lián)運行 一般的供水系統(tǒng)都采用多臺泵并聯(lián)運行的方式，并且采用大小泵搭 配使用，目的是為了靈活地根據(jù)流量決定開泵的臺數(shù)，降低供水的能耗。供水高峰時，幾臺大泵同時運行，以保證供水流量；當供水負荷減小時，采用大小泵搭配使用，合理控制流量，晚上或用水低谷時，開一臺小泵維持供水壓力。 多臺并聯(lián)運行的水泵，一般采用關(guān)死點揚程（或最大揚程）相同，而流量不同的水泵。這些泵并聯(lián)運行時，每臺泵的出口壓力即為母管壓力，且一定大于每一臺泵單泵運時的出口壓力（或揚程）： HN=HA2=HB2=HC2 HA1、 HB1、 HC1 并聯(lián)運行泵的總出口流量為每臺泵出口流量之和，且每臺泵的流量一定小于該 泵單泵運行時的流量： QN=QA2 QB2 QC2 QA1 QB1 QC1 若并聯(lián)運行的泵的揚程不同，則在并聯(lián)運行時揚程低的泵的供水流量會比單泵運行時減小很多。當管網(wǎng)阻力曲線變化時，容易發(fā)生不出水和汽蝕現(xiàn)象。 4.2 靜揚程對調(diào)速范圍的影響。 供水系統(tǒng)的靜揚程 H0，即供水母管的最小壓力（水泵在靜揚程下消耗的功率稱為空載功率：在流量為零時，水泵所消耗的最大功率）。十分明顯的是，靜揚程越高，空載功率所占的比例越大，調(diào)速范圍越小，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果就越差。 靜揚程可由水泵進水口和出水口的落差形成，也可 由管網(wǎng)阻力曲線形成，也可由用戶要求的供水壓力來決定。（如鍋爐給水泵，必須大于汽包壓力才能進水。）當然也可由變 /定速水泵并列運行的定速水泵的出口壓力造成！ 4.3 變頻泵與工頻泵的并聯(lián)運行分析 4.3.1 變頻泵與工頻泵并聯(lián)運行時總的性能曲線，與關(guān)死點揚程（最大揚程）不同，流量也不同的水泵并聯(lián)運行時的情況非常類似，可以用相同的方法來分析 圖 8 中： （ 1） F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵在 50Hz下滿負荷運行時的性能曲線（假定變頻泵與工頻泵性能相同，如圖 9 所示），工頻泵單泵運行時的工作點 A1。 （ 2） F2為變頻泵在頻率 F2時的性能曲線，變頻泵在頻率 F2單獨運行時的工作點 B1。 （ 3） F3 為變頻和工頻水泵并聯(lián)運行的總的性能曲線，工作點 C，揚程 HC，流量 QC=QA2 QB2。 4.3.2 變頻泵與工頻泵并聯(lián)運行時的特點 （ 1） F2不僅僅是一條曲線，而是 F1性能曲線下方偏左的一系列曲線族。 F3也不僅僅是一條曲線，而是在 F1性能曲線右方偏上的一系列曲線族。 （ 2） F2變化時， F3 也隨著變化。工作點 C 也跟著變化。因此變頻泵的揚程 HB2，流量 QB2，工頻泵揚程 HA2，流量 QA2，以及總的揚程 HC= HB2= HA2，和總流量 QC=QA2 QB2 都會隨著頻率 F2的變化而變化。 （ 3）隨著變頻泵頻率 F2的降低，變頻泵的揚程逐漸降低。變頻泵流量 QB2快速減少；工作點 C 的揚程也隨著降低，使總的流量QC減少；因此工頻泵的揚程也降低，使工頻泵流量 QA2反而略有增加，此時要警惕工頻泵過載。 4.3.3 變頻泵與工頻泵并聯(lián)運行特例之一，是頻率 F= F1=50Hz 圖 10變頻泵最低頻率下與工頻泵并聯(lián)運行時總的性能曲線 圖11沒有管網(wǎng)阻力時變頻泵與工頻泵并聯(lián)運行時的特性 圖 9 中： （ 1） F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵 F2= F1=50Hz 下滿負荷運行時的性能曲線（假定變頻泵與工頻泵性能相同），工頻泵和變頻泵單泵運行時的工作點 A1。 （ 2） F3為變頻 泵和工頻泵并聯(lián)運行的總的性能曲線，工作點 C，揚程 HC= HB2= HA2 等于每臺泵的揚程，每臺泵的流量 QA2=QB2，總流量 QC=QA2 QB2=2 QA2。即當 F2= F1=50Hz 時，變頻泵與工頻泵并聯(lián)運行時的特性，與兩臺性能相同的泵并聯(lián)運行時完全一樣。 4.3.4 變頻泵與工頻泵并聯(lián)運行特例之二，是 F2=Fmin(變頻泵設(shè)置的最低工作頻率 )。 圖 10中： （ 1） F1為工頻泵的性能曲線，工頻泵單泵運行時的工作點 A1。 （ 2） F2=Fmin 為變頻泵最低頻率下單泵運行時的性能曲線。 （ 3） F3 為變頻和工 頻泵并聯(lián)運行的總的性能曲線，工作點 C不與 F3相交，只與 F1相交，揚程 HC=HA1= HA2= HB2 等于每臺泵的揚程，工頻泵的流量 QA2=QA1，總流量 QC=QA2=QA1， QB2=0。 即當 F2=MIN 時，變頻泵的揚程不能超過工頻泵的揚程，因此變頻泵的流量為零。變頻泵與工頻泵并聯(lián)運行時總的性能曲線，與單臺工頻泵運行時的性能曲線相同，變頻泵沒有流量輸出，但仍然消耗一定的功率。 （ 4） 在此運行狀況中，變頻泵的效率降到最低，因此變頻泵不能工作在這種工況中。 （ 5） 在這種特例中，變頻泵極易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，易造成 泵的損壞，解決的辦法是將再循環(huán)閥門打開，使泵保持一定的最小流量，但這樣做使泵的能耗增加。 水泵變頻不論是單泵運行還是并聯(lián)運行都有一個極端理想的特例，就是只有凈揚程，沒有管網(wǎng)阻力，或者管網(wǎng)阻力與凈揚程相比可以忽略，則管網(wǎng)阻力曲線可以看成是一條與凈揚程點平行的一條直線。 水泵將水通過粗管道垂直向上打入一個開口的蓄水池就是屬于這種情況。電廠鍋爐給水泵系統(tǒng)中，由于給水壓力極高，管網(wǎng)阻力相對較小，因此采用變頻運行時也可以看成屬于這種情況，如圖 11所示。 F1為變頻器最高運行頻率性能曲線。工作點 A， F2和 F3為變頻運 行性能曲線。 H0為實際揚程。 圖 9 中不論怎樣調(diào)節(jié)頻率，揚程都恒定不變，只是流量變化。水泵的輸出功率只隨流量的變化而變化。從圖 11中可以看出，隨著頻率的減少，微小的頻率變化 F 會引起很能大的流量變化 Q。性能曲線越平坦， F 引起的 Q 就越大。因此頻率越低，流量越小時這種變化就越大。所以說頻率與流量之間的關(guān)系為 QA/（ F1 Fmin）。是一種非線性的很難說是幾次方的關(guān)系。由于功率與流量成正比。功率與頻率的關(guān)系為 H0 QA/（ F1 Fmin），也很難說與頻率是幾次方的關(guān)系。 在這種情況下進行變頻運行時，流量不宜太 小，以防止微小的頻率或轉(zhuǎn)速的變化引起流量較大的變化，造成水泵流量不穩(wěn)定。 Fmin 越高， F1 Fmin 就越小，流量和功率隨著頻率的變化就越大。 4.4 高性能離心泵群的變頻控制方案 4.4.1 恒壓供水的控制特點 供水控制，歸根結(jié)底，是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費用也較高?？紤]到在動態(tài)供水情況下，供水管道中水的壓力 P 的大小與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關(guān)：當供水能力大于用水量時，管道壓力上升；當供水能力小于用水量時，則管道壓力下降；當供水能力等于 用水量時，則管道壓力保持不變。可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在供水壓力的變化上。從而壓力就成了用來作為控制流量大小的參變量，也就是說，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶的用水要求，這就是恒壓供水所要達到的目的。 4.4.2 高性能離心泵的變頻控制方案。 高性能離心式水泵由于采用了三元流動，進口導(dǎo)葉等先進技術(shù)，離心式水泵的特性曲線已經(jīng)做得非常平坦，高效率的工作區(qū)域很寬，這也正