泵與風(fēng)機(jī)演示文稿 CHP-3

1、第3章 離心泵的運(yùn)行工況及其分析離心泵的運(yùn)行工況及其分析 離心泵的運(yùn)行工況及其分析 在實(shí)際運(yùn)行中，泵的瞬時(shí)出水量Q、揚(yáng)程H、軸功率N及效率等在Q-H、Q-N、Q-曲線上的具體位置，稱為該泵裝置的瞬時(shí)工況點(diǎn)，它表示了該泵在此瞬間的實(shí)際工作能力。 影響工況點(diǎn)的因素：1）泵本身的型號(hào)；2）泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速；3）輸、配水管路系統(tǒng)的布置以及水池、水塔的水位值及其變動(dòng)等邊界條件。水泵工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法 這些調(diào)節(jié)方法基本上可歸結(jié)為二條，即：1）改變輸、配水管路系統(tǒng) 的性能調(diào)節(jié)；2）改變泵本身的特性調(diào)節(jié)。 實(shí)際運(yùn)行中，可根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選用合適的調(diào)節(jié)方法，并可同時(shí)采用數(shù)種調(diào)節(jié)方式以使水泵運(yùn)行在所需要的或最佳的狀態(tài)

2、。 閥門節(jié)流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)串/并聯(lián)臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)變?nèi)~輪大小調(diào)節(jié)3.1 3.1 離心泵管道系統(tǒng)特性曲線離心泵管道系統(tǒng)特性曲線 水流經(jīng)過管道時(shí)，一定存在管道水頭損失，其值用h表示，它是管道中沿程摩擦阻力和局部阻力產(chǎn)生的水頭損失之和。對(duì)于一定的管道來說，可以表示為： 2SQh 式中S代表長度、直徑已定的管道的沿程摩阻與局部摩阻之和的系數(shù)，稱為阻力系數(shù)。 上式可用一條拋物線（也即Q-h曲線來表示），此曲線一般稱為管道水頭損失特性曲線。曲線的曲率取決于管道的直徑、長度、管壁粗糙度以及局部阻力附件的布置情況。 水泵裝置的管道系統(tǒng)特性曲線 為了確定水泵裝置的工況點(diǎn)，我們利用Q-h曲線，并且將它與水泵工作的外界條件（

3、如水泵的靜揚(yáng)程HST等）聯(lián)系起來考慮，按水泵的揚(yáng)程計(jì)算式H=HST+h可畫出如圖所示的曲線，我們稱此曲線為水泵裝置的管道系統(tǒng)特性曲線。 該曲線上任意一點(diǎn)K的一段縱坐標(biāo)hK，表示水泵輸送流量為QK、將水提升至HST高度時(shí)，管道中每單位重量液體所需消耗的能量值。 圖3-1 管道水頭損失特性曲線 圖3-2 管道系統(tǒng)特性曲線 水泵裝置的管道系統(tǒng)特性曲線 水泵裝置的靜揚(yáng)程HST，在實(shí)際工程中，可以是吸水池至壓出水池水面間的垂直幾何高差，也可能是吸水池與壓水密閉水箱之間的表壓差。 因此，管道水頭損失特性曲線只表示在水泵裝置管道系統(tǒng)中，當(dāng)HST=0時(shí)，管道中水頭損失與流量之間的關(guān)系曲線，此情況為管道系統(tǒng)特性

4、曲線的一個(gè)特例。 3.2 離心泵定速運(yùn)行工況與調(diào)節(jié)離心泵定速運(yùn)行工況與調(diào)節(jié) 離心泵的工況點(diǎn)即其運(yùn)行時(shí)所處的狀態(tài)點(diǎn)，該狀態(tài)點(diǎn)由離心泵在管路系統(tǒng)中所具有的一些特性參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程等）共同確定。 3.2.1 3.2.1 離心泵的定速運(yùn)行工況離心泵的定速運(yùn)行工況 當(dāng)離心泵的轉(zhuǎn)速保持不變時(shí)，所對(duì)應(yīng)的工況稱為離心泵的定速運(yùn)行工況 M點(diǎn)表示將水輸送到高度為HST時(shí)，水泵所供給水的總比能與管道所要求的總比能相等的那個(gè)點(diǎn)，稱它為該水泵裝置的平衡工況點(diǎn)（也稱工作點(diǎn)）。只要外界條件不發(fā)生變化，水泵裝置將穩(wěn)定地在這點(diǎn)工作，其出水量為QM，揚(yáng)程為HM，該點(diǎn)即為該離心泵的定速工況點(diǎn)。 圖圖3-3 離心泵裝置的工況

5、離心泵裝置的工況3.2.23.2.2離心泵定速工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)離心泵定速工況點(diǎn)的調(diào)節(jié) 在水泵的運(yùn)行管理中，常需要人為地對(duì)水泵裝置的工況點(diǎn)進(jìn)行必要的改變和控制，我們稱這種改變和控制為“調(diào)節(jié)”。 最常見的調(diào)節(jié)是用閘閥來節(jié)流，也就是改變水泵出水閘閥的開啟度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 利用閘閥的開啟度可使水泵裝置的工況點(diǎn)由零到極限工況點(diǎn)QA之間變化 圖3-4 離心泵工況點(diǎn)隨水位變化 圖3-5 閘閥節(jié)流調(diào)節(jié) 3.3 離心泵并聯(lián)及串聯(lián)運(yùn)行工況 3.3.3.3.離心泵并聯(lián)運(yùn)行的適用場(chǎng)所離心泵并聯(lián)運(yùn)行的適用場(chǎng)所1 1 離心泵并聯(lián)運(yùn)離心泵并聯(lián)運(yùn)行：行：1 1）用戶需要大流量而單臺(tái)泵滿足不了要求；）用戶需要大流量而單臺(tái)泵滿足不了要

6、求；2 2）使用過程中流量要大幅度變化，且要求能進(jìn)）使用過程中流量要大幅度變化，且要求能進(jìn)行行 水泵臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)；水泵臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)；3 3）要求有水泵備用以滿足不間斷供水需要時(shí)；）要求有水泵備用以滿足不間斷供水需要時(shí)；4 4）盡管單臺(tái)泵可滿足流量要求，但多臺(tái)泵并聯(lián)）盡管單臺(tái)泵可滿足流量要求，但多臺(tái)泵并聯(lián)的的 效率高于單臺(tái)泵時(shí)。效率高于單臺(tái)泵時(shí)。 離心泵并聯(lián)運(yùn)行工況的圖解法離心泵并聯(lián)運(yùn)行工況的圖解法原理原理 把I號(hào)泵Q-H曲線上的1、1、1，分別與II號(hào)泵Q-H曲線上的2、2、2各點(diǎn)的流量相加，則得到I、II號(hào)泵并聯(lián)后的流量3、3、3，然后連接3、3、3各點(diǎn)即得水泵并聯(lián)后的總（Q-H）1+2曲線。

7、圖圖3-6 水泵并聯(lián)水泵并聯(lián)QH曲線曲線圖圖3-7 同型號(hào)、同水位、對(duì)稱布置的兩臺(tái)水泵并聯(lián)同型號(hào)、同水位、對(duì)稱布置的兩臺(tái)水泵并聯(lián) 一臺(tái)泵單獨(dú)工作時(shí)的流量，大于并聯(lián)工作時(shí)每一臺(tái)泵的流量，也即兩臺(tái)泵并聯(lián)工作時(shí)，其流量不是單泵工作時(shí)的流量加倍。這種現(xiàn)象在多臺(tái)泵并聯(lián)時(shí)，就很明顯，而且當(dāng)管道系統(tǒng)特性趨向較陡時(shí)，就更為突出。如圖3-8。 注意：注意：圖圖3-8 五臺(tái)同型號(hào)泵并聯(lián)工作示意圖五臺(tái)同型號(hào)泵并聯(lián)工作示意圖不同型號(hào)的兩臺(tái)水泵在相同水位下的并聯(lián)工作 這種情況不同于上面所述的主要是： 兩臺(tái)水泵的特性曲線不同，管道中水流的水力不對(duì)稱。 兩臺(tái)水泵并聯(lián)后，每臺(tái)泵工況點(diǎn)的揚(yáng)程也不相等。因此，欲繪制并聯(lián)后的總Q-

8、H曲線，就不能簡(jiǎn)單地使用等揚(yáng)程下流量疊加的原理，而要先扣除造成兩臺(tái)泵揚(yáng)程差異的因素，即將兩臺(tái)泵的揚(yáng)程換算為平衡揚(yáng)程后（亦可用圖解法），才能采用等揚(yáng)程下流量疊加的原理。 其具體方法是：在各臺(tái)水泵的特性曲線上分別減去各自由吸水管口到并聯(lián)交匯點(diǎn)這段管道的能量損失，得到兩條新的水泵特性曲線即為扣除了阻力影響的水泵等效特性曲線，再在等效特性曲線上應(yīng)用圖解法即可。 3.3.2 3.3.2 離心泵串聯(lián)運(yùn)行離心泵串聯(lián)運(yùn)行 離心泵串聯(lián)離心泵串聯(lián) 就是將第一臺(tái)水泵的壓水管作為第二臺(tái)水泵的吸水管，水由第一臺(tái)水泵壓入第二臺(tái)水泵，水以同一流量依次流過各臺(tái)水泵。 水泵的串聯(lián)主要應(yīng)用在以下場(chǎng)合：水泵的串聯(lián)主要應(yīng)用在以下場(chǎng)合

9、： 1）單臺(tái)泵的揚(yáng)程不能滿足供水要求時(shí)； 2）對(duì)舊系統(tǒng)進(jìn)行改造后，管路系統(tǒng)的阻力增大，使 原有的水泵難以滿足要求，而此時(shí)又要利用原有 水泵時(shí)。 離心泵串聯(lián)運(yùn)行圖解法 各臺(tái)水泵串聯(lián)工作時(shí)，其總Q-H曲線等于同一流量下?lián)P程的疊加 。 水泵串聯(lián)運(yùn)行，要注意參加串聯(lián)工作的各臺(tái)水泵的設(shè)計(jì)流量應(yīng)是接近的，否則，就不能保證兩臺(tái)泵都在較高效率下運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可使小泵過載或者反而不如大泵單獨(dú)運(yùn)行。因?yàn)樵谒么?lián)條件下，通過大泵的流量也必須通過小泵，這樣，水泵就可能在很大的流量下強(qiáng)迫工作，軸功率增大，電動(dòng)機(jī)可能過載。 另外，兩臺(tái)泵串聯(lián)時(shí)，應(yīng)考慮到后一臺(tái)泵泵體的強(qiáng)度問題。 圖3-9 水泵串聯(lián)工作 3.4 3.4 離心

10、泵的調(diào)速運(yùn)行工況離心泵的調(diào)速運(yùn)行工況 調(diào)速運(yùn)行是指水泵在可調(diào)速的電機(jī)或其它變速裝置的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行，通過改變轉(zhuǎn)速來改變水泵裝置的工況點(diǎn) 。 對(duì)調(diào)速運(yùn)行工況，將著眼于在管網(wǎng)用水量逐時(shí)變動(dòng)的情況下，如何充分利用通過變速而形成的離心泵Q-H曲線的高效工作區(qū)。因此，調(diào)速運(yùn)行大大地?cái)U(kuò)展了離心泵的有效工作范圍，是水泵運(yùn)行中十分合理的調(diào)節(jié)方式。 3.4.1 3.4.1 相似定律相似定律 實(shí)際應(yīng)用中，如果實(shí)際水泵與模型水泵的尺寸相差不大，且轉(zhuǎn)數(shù)相差也不大時(shí)，可近似地認(rèn)為三種局部效率都不隨尺寸而變，則相似定律可寫為： 3352223mmmmmmnnNNnnHHnnQQ （3-5） 3.4.2 離心泵調(diào)速性能分析32

11、121221212121nnNNnnHHnnQQ 此式表示同一臺(tái)離心泵，當(dāng)轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，其它性能參數(shù)將按上述比例關(guān)系而變，上面這三個(gè)式子為相似定律的一個(gè)特殊形式，稱為比例律。 它反映出轉(zhuǎn)速改變時(shí)，水泵主要性能變化的規(guī)律。在后述的關(guān)于離心泵裝置的變速調(diào)節(jié)工況就是應(yīng)用比例定律來換算的。 應(yīng)用：應(yīng)用：（1）已知水泵轉(zhuǎn)速為n1時(shí)的（Q-H）1曲線，但所需工況點(diǎn)并不在該特性曲線上，而在坐標(biāo)點(diǎn)A2處。則要知道水泵在A2點(diǎn)工作時(shí)，其轉(zhuǎn)速n2應(yīng)為多少；（2）已知水泵n1時(shí)的（Q-H）1曲線，試用比例律畫出轉(zhuǎn)速為n2時(shí)的（Q-H）2曲線。 圖圖3-10 比例律的應(yīng)用比例律的應(yīng)用 圖圖3-11 轉(zhuǎn)速改變時(shí)特性曲線

12、變化轉(zhuǎn)速改變時(shí)特性曲線變化 3.4.3 離心泵的調(diào)速途徑及調(diào)速范圍 制冷空調(diào)工程中的離心泵都是通過交流電機(jī)來帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的，交流電機(jī)調(diào)速方法多種多樣，從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同調(diào)速方式無非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。u 在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法，有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用的電磁轉(zhuǎn)差離合器，液力偶合器，油膜離合器等調(diào)速。u 改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī)，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速以及無換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。 3.4.3 離心泵的調(diào)速途徑及調(diào)速范圍 從能耗觀點(diǎn)來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種： 高效調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差率不變

13、，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電機(jī)，變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差回收的調(diào)速方法（如串級(jí)調(diào)速等）。 低效調(diào)速屬有轉(zhuǎn)差損耗，如轉(zhuǎn)子串電阻，電磁離合器，液力偶合器。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。3.4.3 離心泵的調(diào)速途徑及調(diào)速范圍 為了合理選擇調(diào)速方案，必須對(duì)各種方法進(jìn)行分析、比較，并結(jié)合泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況來決定。一般遵循下列原則進(jìn)行：電動(dòng)機(jī)及負(fù)載類型和容量大小。節(jié)電效果和收回設(shè)備投資成本時(shí)間。性能指標(biāo)：調(diào)速范圍、機(jī)械特性、效率、功率因數(shù)、對(duì)電網(wǎng)的干擾等。易維修和使用單位維修能力，設(shè)備的可靠性。3.4.4 3.4.4 離心泵調(diào)速的注意事項(xiàng)離心泵調(diào)速的注意事項(xiàng) 1）水泵機(jī)組

14、的轉(zhuǎn)子與其它軸系一樣，在配置一定的基礎(chǔ)后，都有自己的固有頻率。 要防止出現(xiàn)共振。 2）水泵的調(diào)速一般不輕易地調(diào)高轉(zhuǎn)速（指高于額定轉(zhuǎn)速）。 3）調(diào)速裝置價(jià)格昂貴，一般采用調(diào)速泵與定速泵并聯(lián)工作的方式 。 4）調(diào)速后工況點(diǎn)的揚(yáng)程如果等于調(diào)速泵的啟動(dòng)揚(yáng)程，調(diào)速泵不起作用（即調(diào)速泵流量為零）。 5）一般地，調(diào)速后泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)在額定轉(zhuǎn)速的50%65%以上。 3.4.5 離心泵變頻節(jié)能原理與系統(tǒng)組成離心泵變頻節(jié)能原理與系統(tǒng)組成 1. 離心泵變頻節(jié)能原理離心泵變頻節(jié)能原理 根據(jù)電機(jī)的特性，其轉(zhuǎn)速n與其電源頻率f之間存在如下關(guān)系： psfn)1 (60 當(dāng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)固定后，其p就是一個(gè)常數(shù)，s也可當(dāng)作常數(shù)，因此

15、電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其電源頻率f成正比關(guān)系。也即改變電機(jī)的電源頻率，即可改變其轉(zhuǎn)速。這就是所謂的變頻調(diào)速。1. 離心泵變頻節(jié)能原理離心泵變頻節(jié)能原理 不難發(fā)現(xiàn)，通過改變離心泵電機(jī)的電源頻率，可以改變離心泵的轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)速的改變則會(huì)引起離心泵功率以三次方的規(guī)律隨之變化。也就是說，只要改變離心泵的供電電源頻率，就能較大幅度地降低離心泵的功率消耗，這就是離心泵變頻調(diào)速的節(jié)能原理。 2. 離心泵變頻系統(tǒng)的組成離心泵變頻系統(tǒng)的組成 簡(jiǎn)單的離心泵變頻調(diào)速系統(tǒng)由離心泵及其電機(jī)、變頻器、傳感器、控制器（部分系統(tǒng)無專門控制器，而是由變頻器來完成其控制功能）等組成，其示意圖如圖3-12所示。 圖3-12 空調(diào)用離心泵變頻調(diào)

16、速系統(tǒng)組成示意圖（帶工頻/變頻切換） 3. 變頻器的組成與工作原理變頻器的組成與工作原理 變頻器的工作原理與變頻器的類型有關(guān)。目前在離心泵與風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速中采用的變頻器一般是交直交變頻器，其組成如圖3-13所示。 圖3-13 變頻器的組成示意圖 a） b）圖3-14 變頻器的整流電路與逆變電路示意圖（a）整流電路（交流變直流） （b）逆變電路（直流變交流） a） b）圖3-15 三相交流逆變電路工作示意圖（a）逆變電路組成 （b）逆變電路三相輸出信號(hào)變化4.管路系統(tǒng)中離心泵變頻調(diào)速的節(jié)能特性管路系統(tǒng)中離心泵變頻調(diào)速的節(jié)能特性 根據(jù)比例定律，離心泵的功耗與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即其節(jié)能量（定義為額

17、定轉(zhuǎn)速下的功耗與新轉(zhuǎn)速下的功耗之差）隨轉(zhuǎn)速的下降而迅速增大，這就是變頻調(diào)速離心泵的理論節(jié)能特性。 需要注意的是，這只是對(duì)孤立的泵而言，比例定律只說明離心泵自身的工作參數(shù)與轉(zhuǎn)速或頻率之間的關(guān)系，并未考慮其與外界的聯(lián)系（如管路系統(tǒng)等），因此也只適用于這一特定的條件。 一旦離心泵與特定的管路連在一起，或管路上的閥門隨運(yùn)行控制出現(xiàn)開/閉動(dòng)作時(shí)，就不能簡(jiǎn)單地直接應(yīng)用比例定律來計(jì)算變頻離心泵的節(jié)能量了。這是因?yàn)殡x心泵在管路系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，其揚(yáng)程與流量除了與自身有關(guān)外，還要滿足管路系統(tǒng)的特定要求。 圖3-16 S不同時(shí)變頻離心泵的工況對(duì)比 圖3-17 有背壓系統(tǒng)變速后工況點(diǎn)的確定 圖3-18 背壓對(duì)變速調(diào)節(jié)節(jié)

18、能效益影響的示意圖 表表3-1 變速調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)的比較（變速調(diào)節(jié)與節(jié)流調(diào)節(jié)的比較（參見圖參見圖3-18） Q2 工況點(diǎn)參 數(shù)0.045m3/s (0.75Q1)0.03m3/s (0.5Q1)DEFGDEFGH (m)27.035.846.752.212.027.045.854.0 (%)74.073.572.071.074.067.061.060.0N (kW)16.121.528.632.44.811.822.126.5n (r/min)10881208137714507251061133814504.管路系統(tǒng)中離心泵變頻調(diào)速的節(jié)能特性管路系統(tǒng)中離心泵變頻調(diào)速的節(jié)能特性 1）無論背壓大小

19、，各系統(tǒng)采用變速調(diào)節(jié)與采用節(jié)流調(diào)節(jié)相比，軸功率都有所減小。 2）兩種系統(tǒng)的軸功率減小的幅度不同，無背壓系統(tǒng)減小的幅度最大，隨著背壓的增大，減小的幅度也就越來越小。也就是說，無背壓系統(tǒng)采用變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效益最好，隨著背壓的增大，變速調(diào)節(jié)的軸功率逐漸趨近于節(jié)流調(diào)節(jié)，變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效益也就逐漸降低。 3）背壓增大到一定程度，若把變速裝置的效率考慮在內(nèi)，變速調(diào)節(jié)的實(shí)際能耗就會(huì)很接近、甚至可能超過節(jié)流調(diào)節(jié)的能耗。以效率較高、目前應(yīng)用較多的變頻調(diào)速裝置為例，效率約在0.80.9之間。那么如果把這個(gè)效率考慮在內(nèi)，F(xiàn)工況的能耗就會(huì)很接近、甚至可能超過G工況的能耗。也就是說，在本例當(dāng)中，對(duì)于管路系統(tǒng)H=45+0

20、.833103Q2，變速調(diào)節(jié)就失去了節(jié)能意義。 3.4.6 空調(diào)用離心泵變頻運(yùn)行的控制及其應(yīng)注意的問題 在離心泵的變頻調(diào)速過程中，有一點(diǎn)應(yīng)引起特別注意，那就是控制方式也會(huì)對(duì)其變頻調(diào)速的節(jié)能效果帶來影響。1.空調(diào)用離心泵變頻運(yùn)行的常用控制方式空調(diào)用離心泵變頻運(yùn)行的常用控制方式 （1）壓力或壓差控制 圖3-22 壓力（差）閉環(huán)控制框圖 圖3-24 溫度或溫差控制框圖 （2）溫度或溫差控制 （3）流量控制 （4）其他控制方式 u1）變?cè)O(shè)定壓差值控制 u2）按管段流量分配的分段控制 u3）檢測(cè)水閥閥位或開度的控制 2. 控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響 表3-2 各種控制方

21、式的簡(jiǎn)要比較2. 控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響 由此可以看出： 1）空調(diào)冷凍水泵變頻運(yùn)行的穩(wěn)定性與節(jié)能效果的好壞，除與設(shè)備的選用等有關(guān)外，還與其控制系統(tǒng)密切相關(guān)。好的控制系統(tǒng)既可以維持空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行又能獲得最好的節(jié)能效果；相反，不合適的控制方式不但沒有節(jié)能效果，還會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定、正常運(yùn)行，影響空調(diào)品質(zhì)。在進(jìn)行冷凍水泵變頻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和使用要求、系統(tǒng)負(fù)荷變化的特點(diǎn)或規(guī)律、運(yùn)行管理人員的技術(shù)水平等，以穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果為指標(biāo)選用合適的控制方式。 2. 控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響 2）對(duì)于空

22、調(diào)末端采用二通調(diào)節(jié)閥的冷凍水系統(tǒng)，采用壓力或壓差控制既可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，又能獲得一定的節(jié)能效果，且控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作管理都很方便，是一般空調(diào)冷凍水泵變頻系統(tǒng)較為合適的控制方式；對(duì)于無調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)，采用溫度或流量控制較為合適；如果對(duì)控制精度要求很高，可以考慮多種控制結(jié)合的方式，如流量分段控制、變?cè)O(shè)定壓差值控制等。 2. 控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響控制方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與能耗的影響 3）值得注意的是，目前很多空調(diào)系統(tǒng)冷凍水泵變頻采用的是一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)冷凍水泵（切換控制）當(dāng)一臺(tái)定速泵與一臺(tái)同型號(hào)變速泵并聯(lián)工作時(shí)，相當(dāng)于一大一小的兩泵并聯(lián)，變速泵可能難以充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因?yàn)檫@時(shí)定速泵

23、與變速泵的流量分配量不同，即定速泵的流量總是大于變速泵的流量，且總流量越小，二者間的流量差別越大。而當(dāng)變速泵的轉(zhuǎn)速降到其額定轉(zhuǎn)速的30%40%左右時(shí)，變頻的節(jié)能效果已經(jīng)體現(xiàn)不出來了。因此，在進(jìn)行定速泵與變速泵的運(yùn)行組合控制時(shí)，應(yīng)對(duì)這一問題引起注意。 3.4.7 空調(diào)用離心泵變頻運(yùn)行性能空調(diào)用離心泵變頻運(yùn)行性能 測(cè)試與實(shí)例測(cè)試與實(shí)例 1.測(cè)試任務(wù)與步驟測(cè)試任務(wù)與步驟 根據(jù)要解決的問題，我們首先要明確測(cè)試的目的是什么，如：了解變頻泵的運(yùn)行狀態(tài)是否正常、了解其能耗和節(jié)能情況、了解變頻泵的詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)與特點(diǎn)等等。 其次，需要明確測(cè)試哪些必要的參數(shù)，確定用什么樣的方法獲得這些參數(shù)，選定符合測(cè)試精度要求的

24、儀器儀表及確定采集測(cè)試數(shù)據(jù)的方法。同時(shí)還要考慮和明確測(cè)試的數(shù)據(jù)應(yīng)如何正確處理與分析. 2. 測(cè)試與分析實(shí)例測(cè)試與分析實(shí)例 1) 系統(tǒng)概況 2)測(cè)試方案 1冷凍水泵 2冷水機(jī)組 3旁通閥 4壓差傳感器 5立式風(fēng)柜6吊頂式風(fēng)柜 7、8、9風(fēng)機(jī)盤管 10DDC控制器 11變頻器 圖圖3-25 冷凍水系統(tǒng)示意圖冷凍水系統(tǒng)示意圖 3) 測(cè)試結(jié)果與分析 0ff0nn圖圖3-26 各測(cè)試條件下各測(cè)試條件下的關(guān)系的關(guān)系圖3-27 各測(cè)試條件下0QQ0nn的關(guān)系 a) 總輸入功率比 b）冷凍水泵電機(jī)的輸入功率比 c）冷凍水泵有效功率比 由以上分析可以認(rèn)為，在該變頻冷凍水泵系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速處于73%100%范圍時(shí)：

25、u 1）冷凍水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率與轉(zhuǎn)速成正比例（特指形如y=x的直線，下同）。u 2）變頻冷凍水泵的特性參數(shù)中，除揚(yáng)程可認(rèn)為與轉(zhuǎn)速平方成正比例外，流量并不與轉(zhuǎn)速成正比例、泵的有效功率不與轉(zhuǎn)速的3次方成正比例。其中，流量與轉(zhuǎn)速間的差別最為顯著。而且設(shè)定壓差值越大，變頻冷凍水泵的實(shí)測(cè)性能與按相似定律確定的性能間的差別也越大。 u 3）在按壓差控制的中央空調(diào)冷凍水泵的變頻運(yùn)行中，設(shè)定壓差值越大，可變頻運(yùn)行的范圍越小。u 4）當(dāng)壓差信號(hào)取于冷凍水供、回水總管時(shí)，設(shè)定壓差值對(duì)應(yīng)的阻抗在系統(tǒng)總阻抗中所占的比例越大，定壓差能耗在總能耗中所占的比重也越大，當(dāng)該比例達(dá)到一定程度后，變頻冷凍水泵的能耗就主要由定壓差能耗

26、決定。由于定壓差能耗只與流量的一次方成正比例，從節(jié)能的角度而言，在滿足空調(diào)運(yùn)行要求時(shí)，設(shè)定壓差值應(yīng)越小越好，同時(shí)也說明從最遠(yuǎn)端空調(diào)用戶處取壓差控制信號(hào)要優(yōu)于從供、回水總管處取壓差信號(hào)。 u 5）由于設(shè)定壓差值的影響，隨著頻率或轉(zhuǎn)速的降低，管路中冷凍水的流態(tài)可能出現(xiàn)由充分發(fā)展的紊流區(qū)向過渡區(qū)甚至層流區(qū)的轉(zhuǎn)變，從而加劇管路特性的變化。u 6）在設(shè)定壓差值的影響下，由于流量的顯著變化，導(dǎo)致冷凍水泵的容積效率也出現(xiàn)較大的變化；而冷凍水泵的流動(dòng)效率（水力效率）變化不大。 u 7）在水泵的變頻調(diào)速過程中，有無改變管路系統(tǒng)的特性對(duì)變頻泵的性能有著決定性的影響。如在不改變冷凍水管路中任何設(shè)備狀態(tài)及不設(shè)定壓差值

27、時(shí)，在相當(dāng)大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)（50%100%），冷凍水管路系統(tǒng)的特性將基本保持不變，泵的各種效率也基本保持不變，可以直接應(yīng)用相似定律來計(jì)算各參數(shù)。3.4.8 空調(diào)用離心泵變頻改造及實(shí)例空調(diào)用離心泵變頻改造及實(shí)例 1. 空調(diào)水泵變頻改造的步驟空調(diào)水泵變頻改造的步驟 1）對(duì)擬改造的空調(diào)系統(tǒng)及其服務(wù)對(duì)象進(jìn)行全面的分析 2）制定詳細(xì)的改造方案 3）現(xiàn)場(chǎng)改造施工 4）驗(yàn)收與技術(shù)交接 2. 改造實(shí)例改造實(shí)例表3-5 東樓設(shè)備簡(jiǎn)表設(shè)備名稱型號(hào)規(guī)格與特點(diǎn)數(shù)量設(shè)備名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量制冷機(jī)Carrier，30HR195，單機(jī)制冷量580KW，蒸發(fā)器額定流量100m3/h； 蒸發(fā)器壓頭損失36Kpa； 冷凝器額定流量12

28、5m3/h， 冷凝器壓頭損失80Kpa5臺(tái)（高區(qū)2臺(tái)，低區(qū)3臺(tái)）低區(qū)冷凍水泵離心式水泵，XA100/32，22KW， 并聯(lián)安裝（二開二備），進(jìn)出水溫差T=2；運(yùn)行電流44.4A， 揚(yáng)程32M4臺(tái)高區(qū)冷凍水泵離心式水泵XA80/40，30KW， 并聯(lián)安裝（二開一備）， 進(jìn)出水溫差T=1.9； 額定電流57.6A， 流量100m3/h， 運(yùn)行電流72A，揚(yáng)程53M3臺(tái)冷卻水泵離心式水泵XA100/32，30KW，并聯(lián)安裝（三開二備），進(jìn)出水溫差T=2.5；額定電流57.6A，流量125m3/h，揚(yáng)程32M5臺(tái)2. 改造實(shí)例改造實(shí)例表3-6 西樓設(shè)備簡(jiǎn)表設(shè)備名稱型號(hào)規(guī)格與特點(diǎn)數(shù)量制冷機(jī)Carrier

29、，30HT290A901EE型， 單機(jī)制冷量1020KW，蒸發(fā)器額定流量100m3/h； 蒸發(fā)器壓頭損失36Kpa； 冷凝器額定流量125m3/h， 冷凝器壓頭損失80Kpa4臺(tái)冷凍水泵離心式水泵， AKP2517C型，30KW， 并聯(lián)安裝（三開二備）， 進(jìn)出水溫差T=2； 額定電流58A， 流量286m3/h， 運(yùn)行電流55A，揚(yáng)程32M5臺(tái)冷卻水泵離心式水泵200-150-315型，45KW，并聯(lián)安裝（三開二備），進(jìn)出水溫差T=2.5；額定電流84.9A，運(yùn)行電流70A，流量374m3/h，揚(yáng)程28M5臺(tái)2. 改造實(shí)例改造實(shí)例 根據(jù)以上設(shè)備參數(shù)及水泵機(jī)組特性曲線和水網(wǎng)管道壓力差的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)

30、東樓、西樓中央空調(diào)水系統(tǒng)的水流量都大于設(shè)計(jì)流量，有較大的節(jié)能空間。同時(shí)，由于東樓高區(qū)冷凍泵原始運(yùn)行狀態(tài)存在一些問題，因此以東樓中央空調(diào)高區(qū)作為具體設(shè)計(jì)和分析對(duì)象。 1） 高區(qū)冷凍泵原設(shè)計(jì)為運(yùn)行一臺(tái)主機(jī)，開一臺(tái)泵。而現(xiàn)在運(yùn)行情況是開一臺(tái)主機(jī)需開兩臺(tái)高區(qū)冷凍泵；實(shí)際運(yùn)行中，3臺(tái)高區(qū)冷凍泵的電機(jī)，由于嚴(yán)重超負(fù)荷，其原始繞組都已燒壞，現(xiàn)在的3臺(tái)電機(jī)繞組全部為新更換的，且增大了漆包線的線徑，使電機(jī)能承載72A的電流負(fù)荷。即使加大了繞組線徑，但在該電流下每臺(tái)電機(jī)只能間斷運(yùn)行，工作時(shí)間最多不能超過8小時(shí)。所以3臺(tái)水泵必須按每4小時(shí)依次組合（兩臺(tái)泵）循環(huán)投入運(yùn)行。該中央空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行不正常及大量耗電是毋庸置

31、疑的。 2）酒店多年夏季最熱時(shí)記錄及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得高區(qū)中央空調(diào)冷水機(jī)主蒸發(fā)器進(jìn)出水溫差偏小（溫差在2以下），說明高區(qū)冷凍水泵系統(tǒng)水流量有大大的富余，大量的電能在做無用功使高區(qū)中央空調(diào)主機(jī)、蒸發(fā)器、水泵等都工作在低效狀態(tài)，有很大的節(jié)能空間。 3） 根據(jù)高區(qū)中央空調(diào)主機(jī)參數(shù)可知，冷凍水在額定工況下蒸發(fā)器進(jìn)出口兩端壓差為36Kpa（0.367kgf/cm2）。而在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得，在運(yùn)行兩臺(tái)高區(qū)冷凍泵時(shí)，蒸發(fā)器進(jìn)出口壓差為2.5kgf/cm2，水流量是額定流量的2.6倍，即使工作在單泵運(yùn)行狀況下，冷凍水在蒸發(fā)器進(jìn)出口兩端的壓差為1.5 kgf/cm2，流量也是額定流量的兩倍。說明該水系統(tǒng)工作狀況調(diào)試很差，系統(tǒng)管阻

32、小，水泵揚(yáng)程存在較大余量，水流量過大，水泵電機(jī)嚴(yán)重過載，該水系統(tǒng)有較大的節(jié)能空間。 高區(qū)冷凍泵改造方案的確定高區(qū)冷凍泵改造方案的確定 3種可能的解決方案： 對(duì)高區(qū)冷凍水管路系統(tǒng)進(jìn)行水力調(diào)節(jié)，增加各管路設(shè)備阻力，使水泵工作點(diǎn)左移，使水泵運(yùn)行參數(shù)趨于合理，達(dá)到減少運(yùn)行電流的效果。該方法工作量大，需更換部分流量調(diào)節(jié)閥，增設(shè)一些溫度檢測(cè)裝置，施工期間將影響酒店?duì)I業(yè)。 以改變?nèi)~輪直徑方法調(diào)整水泵工作點(diǎn)，對(duì)高區(qū)冷凍泵的葉輪直徑進(jìn)行調(diào)整，減少葉輪直徑，適當(dāng)降低水泵的揚(yáng)程、流量，在保證空調(diào)系統(tǒng)各未端流量和房間冷量的前提下，減輕水泵電機(jī)負(fù)載，使運(yùn)行電流趨于額定電流值。 對(duì)高區(qū)三臺(tái)冷凍水泵均采取變頻控制運(yùn)行，改變

33、水泵運(yùn)行特性曲線與目前的管路特性曲線交匯后，水泵處于合理的運(yùn)行狀態(tài)，此方法節(jié)能效果佳，但初投資大，改造后單臺(tái)機(jī)也不能工頻運(yùn)行。 經(jīng)過綜合的分析比較和考慮初投資問題，對(duì)高區(qū)三臺(tái)冷凍泵采取方案與方案綜合并用。 先把5#水泵葉輪進(jìn)行調(diào)整，葉輪型號(hào)更換為XA80/40B型葉輪，其運(yùn)行電流下降6A，使5#水泵電機(jī)（單臺(tái)）能在工頻狀態(tài)下正常投入運(yùn)行。 另在6#、7#泵上，由于其運(yùn)行電流超過額定電流，所以變頻器必須加大一級(jí)。 設(shè)計(jì)安裝一臺(tái)某品牌風(fēng)機(jī)水泵型變頻器的冷凍水泵控制系統(tǒng)，其容量為37KW，變頻控制系統(tǒng)可在2臺(tái)（6#、7#）30KW冷凍水泵電機(jī)之間切換。 在其中一臺(tái)（如6#）30KW冷凍水泵電機(jī)由變頻

34、器控制運(yùn)行時(shí)，另外一臺(tái)（7#）冷凍水泵電機(jī)可以根據(jù)系統(tǒng)需要手動(dòng)投入工頻運(yùn)行（5#必須先啟動(dòng)或已在工頻運(yùn)行）或手動(dòng)退出（此2臺(tái)水泵變頻控制和工頻控制互鎖），剩余一臺(tái)（5#）水泵電機(jī)可在工頻下運(yùn)行或停止。 這樣既能徹底解決原系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，又能達(dá)到節(jié)能的目的，投資少，施工期間也不影響酒店的正常營業(yè)。 該改造方案具有以下特點(diǎn)： 1） 采用SPWM變頻閉環(huán)控制，可按需要進(jìn)行軟件組態(tài)；并設(shè)定溫度或溫差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速隨空調(diào)熱負(fù)載的變化而變化，在滿足使用要求的前提下，達(dá)到最大限度的節(jié)能。 2） 由于軟啟動(dòng)、軟停機(jī)和降速運(yùn)行，減少了振動(dòng)、噪音和磨損，延長了設(shè)備維修周期和使用壽命，提高了設(shè)備的M

35、TBF（平均故障維修時(shí)間）值，并減少對(duì)電網(wǎng)沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性。 3） 變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路與原水泵主回路并聯(lián)，變頻系統(tǒng)控制回路與原水泵工頻控制回路互鎖；變頻系統(tǒng)并入不影響其原系統(tǒng)的正常使用。變頻系統(tǒng)需檢修，可立即切換到原工頻狀態(tài)運(yùn)行。 4） 本系統(tǒng)的保護(hù)功能較為完善，還設(shè)有自動(dòng)重新啟動(dòng)功能，選擇自動(dòng)重新啟動(dòng)以后，變頻系統(tǒng)在跳開后自動(dòng)啟動(dòng)（變頻器不需手動(dòng)復(fù)位）。提高了系統(tǒng)自動(dòng)化操作能力，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和安全可靠性大大提高。 3.53.5離心泵吸水性能及其影響因素離心泵吸水性能及其影響因素 3.5.1 3.5.1 離心泵吸水管中的壓力變化過程離心泵吸水管中的壓力變化過程 3.5.2 3.5.2 離心泵中的氣穴和氣蝕離心泵中的氣穴和氣蝕 氣穴現(xiàn)象 “氣蝕”效應(yīng) 氣蝕是氣穴現(xiàn)象侵蝕材料的結(jié)果，很多時(shí)候?qū)⑵浣y(tǒng)稱為氣蝕現(xiàn)象。 在氣蝕開始時(shí)，表現(xiàn)在水泵外部的是輕微噪音、振動(dòng)和水泵揚(yáng)程、功率開始有些下降； 氣蝕嚴(yán)重時(shí)，氣穴區(qū)就會(huì)突然擴(kuò)大，這時(shí)，氣泡大量產(chǎn)生，使水泵中過流減小以致流量降低，并使水流狀態(tài)遭到破壞、能量損失增大，水泵的H、N、就將到達(dá)臨界值而急劇下降，最后停止出水。氣蝕嚴(yán)重時(shí)，水泵的葉輪會(huì)遭到嚴(yán)重破壞與毀損，此時(shí)需要分