水泵變頻運(yùn)行的特性曲線

水泵變頻運(yùn)行的特性曲線1引言水泵采用變頻調(diào)速可以達(dá)到很好的節(jié)能效果，這在同行業(yè)中已經(jīng)有很多人寫了大量的論文進(jìn)行論述。但其結(jié)果卻有很多不盡人意的地方，有很多結(jié)論甚至是錯誤的和無法解釋清楚的，本文以簡易的圖解分析法來進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和分析。2水泵變頻運(yùn)行分析的誤區(qū)2.1有很多人在水泵變頻運(yùn)行的分析中都習(xí)慣引用風(fēng)機(jī)水泵中的比例定律流量比例定律Q1/Q2=n1/n2揚(yáng)程比例定律H1/H2=(n1/n2)2軸功率比例定律P1/P2=(n1/n2)3并由此得出結(jié)論:水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的輸出功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比。以上結(jié)論確實(shí)是由風(fēng)機(jī)和水泵的比例定律中引導(dǎo)出來的，但是卻無法解釋如下問題:(1)為什么水泵變頻運(yùn)行時頻率在30~35Hz以上時才出水,(2)為什么水泵在不出水時電流和功率極小，一旦出水時電流和功率會有一個突跳，然后才隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高,2.2繪制水泵的性能特性曲線和管道阻力曲線很多人繪制出水泵的性能特性曲線和管道阻力曲線如圖1所示。(圖1水泵的特性曲線)圖1中，水泵在工頻運(yùn)行的特性曲線為F1，額定工作點(diǎn)為A，額定流量QA，額定揚(yáng)程HA，管網(wǎng)理想阻力曲線R1=KQ與流量Q成正比。采用節(jié)流調(diào)節(jié)時的實(shí)際管網(wǎng)阻力曲線R2，工作點(diǎn)為B，流量QB，揚(yáng)程HB。采用變頻調(diào)速且沒有節(jié)流的特性曲線F2，理想工作點(diǎn)為C，流量QC，揚(yáng)程HC;這里QB=QC。按圖1中所示曲線，要想用調(diào)速的方法將流量降到零，必須將變頻器的頻率也降到零，但這與實(shí)際情況是不相符的。實(shí)際水泵變頻調(diào)速時，頻率降到30~35Hz以下時就不出水了，流量已經(jīng)降到零。2.3變頻泵與工頻泵并聯(lián)變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時，由于工頻泵出口壓力大，變頻泵出口壓力小，因此懷疑變頻泵是否會不出水,是否工頻泵的水會向變頻泵倒灌,3以上分析的誤區(qū)(1)相似定律確實(shí)是風(fēng)機(jī)水泵在理論分析當(dāng)中的一條很重要的定律，它表明相似泵(或風(fēng)機(jī))在相似工況下運(yùn)行時，對應(yīng)各參數(shù)之相互關(guān)系的計算公式。而比例定律是相似定律作為特例演變而來的。即兩臺完全相同的泵在相同的工況條件下，輸送相同的流體，且泵的直徑和輸送流體的密度不變，僅僅轉(zhuǎn)速不同時，水泵的流量、揚(yáng)程和功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。(2)在風(fēng)機(jī)單機(jī)運(yùn)行時，風(fēng)門擋板不變且溫度和密度不變時，管網(wǎng)阻力只與風(fēng)機(jī)的流量有關(guān)，阻力系數(shù)為常數(shù)。因此其運(yùn)行工況與標(biāo)準(zhǔn)工況相同，可以應(yīng)用比例定律。但在風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，由于出口風(fēng)壓受其它風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓的影響，出口流量也與總流量不同，造成工況變化，因此比例定律已經(jīng)不再適用了。(3)相似定律在引風(fēng)機(jī)中，如果擋板不變但介質(zhì)溫度和密度發(fā)生了變化時，作為特例，其形式也發(fā)生了變化，與上述比例定律不同，必須進(jìn)行溫度或密度的修正。(4)在水泵方面，比例定律僅適用于水泵的出水口和進(jìn)水口之間沒有高度差，即沒有凈揚(yáng)程的情況。比如在沒有落差的同一水平面上遠(yuǎn)距離輸水，水泵的輸出揚(yáng)程(壓力)僅用來克服管道的阻力，在這種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到零時，揚(yáng)程(壓力)也降到零，流量也正好降到零，這是理想的水泵運(yùn)行工況。圖1中工作點(diǎn)A和C就完全適合這種工況，可以使用比例定律。(5)但實(shí)際水泵運(yùn)行工況不可能達(dá)到理想工況，水泵的出水口和進(jìn)水口之間是有高度差的，有時還很大。在水泵并聯(lián)運(yùn)行時，水泵的出水口壓力還要受到其它水泵運(yùn)行壓力的影響。并聯(lián)運(yùn)行的泵要想出水，水其揚(yáng)程必須大于其他水泵當(dāng)時的壓力。水泵出口流量并不是總管網(wǎng)流量，總管網(wǎng)流量為所有運(yùn)行的水泵的流量和。由于管網(wǎng)總流量增大和阻力增大，因此并聯(lián)運(yùn)行的水泵揚(yáng)程更高，工況發(fā)生變化，因此比例定律在此也不再適用。4單臺水泵變頻運(yùn)行的圖解分析(1)單臺水泵變頻運(yùn)行分析的關(guān)鍵，在于水泵進(jìn)出口水位的高度差，也就是水泵的凈揚(yáng)程H0。水泵的揚(yáng)程只有大于凈揚(yáng)程時才能出水。因此管網(wǎng)阻力曲線的起始點(diǎn)就是該凈揚(yáng)程的高度，見圖2。圖2中，額定工作點(diǎn)仍然為A，理想管網(wǎng)阻力曲線R1與流量成正比。變頻后的特性曲線F2，工作點(diǎn)B。流量為零時的凈揚(yáng)程H0，變頻運(yùn)行實(shí)際工作點(diǎn)HB與凈揚(yáng)程的差?H=HB-H0，為克服管網(wǎng)阻力達(dá)到所需流量QB時的附加揚(yáng)程。由于管網(wǎng)阻力曲線與圖1不同，因此不滿足相似定律。(2)圖2中的工作點(diǎn)A為水泵額定工作點(diǎn)，滿足水泵的額定揚(yáng)程和額定流量。因此R1成為理想的管網(wǎng)阻力曲線。但是由于實(shí)際管網(wǎng)阻力曲線不可能為理想曲線，因此實(shí)際的最大工作點(diǎn)一定要偏離A點(diǎn)。如果實(shí)際最大工作點(diǎn)向A點(diǎn)右下方偏移，則由于流量增加較大，容易造成水泵過載。因此實(shí)際額定工作點(diǎn)應(yīng)該向A點(diǎn)左上方偏移，見圖3。(3)圖3中，在節(jié)流閥門全部打開，管網(wǎng)阻力曲線R2為實(shí)際管網(wǎng)阻力曲線。變頻器在50Hz下運(yùn)行時的實(shí)際最大工作點(diǎn)C，實(shí)際最大流量QC(比水泵的額定流量QA小)，最大流量時的揚(yáng)程HC(比水泵實(shí)際額定揚(yáng)程HA高)。實(shí)際工作點(diǎn)C的參數(shù)只能通過實(shí)際測試才能得出。當(dāng)在變頻器頻率為F2時的特性曲線F2，實(shí)際工作點(diǎn)B。實(shí)際工作點(diǎn)與凈揚(yáng)程的差?H=HB-H0=K2QB2，為克服實(shí)際管網(wǎng)阻力達(dá)到所需流量QB時的附加揚(yáng)程。工作點(diǎn)B的實(shí)際揚(yáng)程HB=K2QB2+H0。5相同性能曲線水泵工頻并聯(lián)運(yùn)行時的圖解分析(1)兩臺或兩臺以上的泵向同一壓力管道輸送流體時的運(yùn)行方式稱為并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行的目的是為了增加流體的流量，適用于流量變化較大，采用一臺大型泵的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差的場合。同時水泵并聯(lián)運(yùn)行時可以有備用泵，來保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。(2)水泵并聯(lián)運(yùn)行工況的工作點(diǎn)，由并聯(lián)運(yùn)行的總性能曲線和總的管道特性曲線的交點(diǎn)來確定。并聯(lián)運(yùn)行的總性能曲線，是根據(jù)并聯(lián)運(yùn)行時工作揚(yáng)程相等，流量相加的原則，在同一坐標(biāo)揚(yáng)程下，將每臺泵性能曲線上相應(yīng)的橫坐標(biāo)流量相加繪制而成的，見圖4。相加的原則，在同一坐標(biāo)揚(yáng)程下，將每臺泵性能曲線上相應(yīng)的橫坐標(biāo)流量相加繪制而成的，見圖4。3)圖4為兩臺相同性能泵并聯(lián)工作的總性能曲線與工作點(diǎn)。其中A為任意一臺泵單泵運(yùn)行時的工作點(diǎn)，凈揚(yáng)程H0。B為兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行時單臺泵的工作點(diǎn)。F2為兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行時的總的性能曲線，在縱坐標(biāo)相同的情況下，橫坐標(biāo)為單臺泵性能曲線的兩倍。并聯(lián)運(yùn)行的工作點(diǎn)C點(diǎn)的流量QC=2QB，揚(yáng)程HC=HB。管網(wǎng)阻力曲線不變，只是兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行時，流量為兩臺泵的流量和。(4)兩臺相同性能的水泵并聯(lián)運(yùn)行有如下特點(diǎn):lHC=HB>HA:即兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行時揚(yáng)程相同，且一定大于單臺泵運(yùn)行時的揚(yáng)程。lQC=2QB<2QA:即兩臺并聯(lián)運(yùn)行的總輸出流量為兩臺單泵輸出流量之和，每臺泵的流量一定小于單泵運(yùn)行時的流量。因此并聯(lián)運(yùn)行時的總流量，不能達(dá)到兩臺單泵的流量和。l管網(wǎng)阻力曲線越陡，泵的性能曲線越平坦，并聯(lián)后的每臺泵的流量同單泵運(yùn)行時的流量比較就越小，并聯(lián)工作的效果越差。l并聯(lián)運(yùn)行適合于性能曲線較陡，以及管網(wǎng)阻力曲線較平坦的場合。6不同性能水泵并聯(lián)運(yùn)行的圖解分析6.1關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(或最大揚(yáng)程)相同，流量不同的水泵并聯(lián)運(yùn)行時的性能曲線圖5中:(1)F1為大泵的性能曲線，大泵單泵運(yùn)行時的工作點(diǎn)A1。(2)F2為小泵的性能曲線，小泵單獨(dú)運(yùn)行時的工作點(diǎn)B1。(3)F3為并聯(lián)水泵的總性能曲線，工作點(diǎn)C，揚(yáng)程HC，流量QC=QA2+QB2。6.2關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(或最大揚(yáng)程)相同，流量不同的水泵并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)(1)HC=HB2=HA2>HA1>HB1:即兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行時揚(yáng)程相同，且一定大于每臺泵單泵運(yùn)行時的揚(yáng)程。(2)QC=QA2+QB2<QA1+QB1:即兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行的總輸出流量為兩臺泵輸出流量之和;每臺泵的流量一定小于該泵單泵運(yùn)行時的流量。因此并聯(lián)運(yùn)行時的總流量，不能達(dá)到每臺泵單泵運(yùn)行的流量和。關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(或最大揚(yáng)程)不同，流量也不同的水泵并聯(lián)運(yùn)行時的性能曲線如圖6所示。(1)F1為大泵的性能曲線，大泵單泵運(yùn)行時的工作點(diǎn)A1。(2)F2為小泵的性能曲線，小泵單獨(dú)運(yùn)行時的工作點(diǎn)B1。(3)F3為并聯(lián)水泵的總的性能曲線，工作點(diǎn)C，揚(yáng)程HC，流量QC=QA2+QB2。6.4關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(或最大揚(yáng)程)不同，流量也不同的水泵運(yùn)行時特點(diǎn)(1)HC=HB2=HA2>HA1>HB1:即兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行時揚(yáng)程相同，且一定大于大泵單泵運(yùn)行時的揚(yáng)程HA1，更大于小泵單泵運(yùn)行時的揚(yáng)程HB1。(2)QC=QA2+QB2<QA1+QB1:即兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行的總輸出流量為兩臺泵輸出流量之和;每臺泵的流量一定小于該泵單泵運(yùn)行時的流量。因此并聯(lián)運(yùn)行時的總流量，不能達(dá)到每臺泵單泵運(yùn)行的流量和。(3)兩泵并聯(lián)運(yùn)行時，揚(yáng)程低的水泵并聯(lián)運(yùn)行時流量減少更快。(4)當(dāng)管網(wǎng)阻力曲線變化時，容易發(fā)生工作點(diǎn)在D的位置，該點(diǎn)的揚(yáng)程高于小泵的最大揚(yáng)程，造成小泵因揚(yáng)程不足不出水，嚴(yán)重時會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。7變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時的圖解分析7.1變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時總的性能曲線，與關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(最大揚(yáng)程)不同，流量也不同的水泵并聯(lián)運(yùn)行時的情況非常類似，可以用相同的方法來分析。圖7中:(1)F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵在50Hz下滿負(fù)荷運(yùn)行時的性能曲線(假定變頻泵與工頻泵性能相同)，工頻泵單泵運(yùn)行時的工作點(diǎn)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(dú)運(yùn)行時的工作點(diǎn)B1。(3)F3為變頻和工頻水泵并聯(lián)運(yùn)行的總的性能曲線，工作點(diǎn)C，揚(yáng)程HC，流量QC=QA2+QB2。7.2變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時的特點(diǎn)(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，F(xiàn)3也隨著變化。工作點(diǎn)C也跟著變化。因此變頻泵的揚(yáng)程HB2，流量QB2，工頻泵揚(yáng)程HA2，流量QA2，以及總的揚(yáng)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(yáng)程逐漸降低，變頻泵流量QB2快速減少;工作點(diǎn)C的揚(yáng)程也隨著降低，使總的流量QC減少;因此工頻泵的揚(yáng)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。8水泵運(yùn)行時的特例8.1變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行特例之一，是頻率F2=F1=50Hz圖8中:(1)F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵F2=F1=50Hz下滿負(fù)荷運(yùn)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(yùn)行時的工作點(diǎn)A1。(2)F3為變頻和工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時總的性能曲線。工作點(diǎn)C，揚(yáng)程HC=HB2=HA2等于每臺泵的揚(yáng)程，每臺泵的流量QA2=QB2，總流量QC=QA2+QB2=2QA2。即當(dāng)F2=F1=50Hz時，變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時的特性，與兩臺性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行時完全一樣。8.2變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行特例之二是F2=MIN圖9中:(1)F1為工頻泵的性能曲線，工頻泵單泵運(yùn)行時的工作點(diǎn)A1。(2)F2=MIN為變頻泵最低頻率下單泵運(yùn)行時的性能曲線。(3)F3為變頻和工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時總的性能曲線，工作點(diǎn)C不與F3相交，只與F1相交，揚(yáng)程HC=HA1=HA2=HB2等于每臺泵的揚(yáng)程，工頻泵的流量QA2=QA1，總流量QC=QA2=QA1，QB2=0。即當(dāng)F2=MIN時，變頻泵的揚(yáng)程不能超過工頻泵的揚(yáng)程，因此變頻泵的流量為零。變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時總的性能曲線，與單臺工頻泵運(yùn)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(yùn)行狀況中，變頻泵的效率降到最低，因此變頻泵最好不要工作在這種工況中。(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)打開，使泵保持一定的最小流量，但這樣做使泵的能耗增加。8.3水泵變頻不論是單泵運(yùn)行還是并聯(lián)運(yùn)行都有一個極端理想的特例，就是只有凈揚(yáng)程，沒有管網(wǎng)阻力?；蛘吖芫W(wǎng)阻力與凈揚(yáng)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(yáng)程點(diǎn)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(yùn)行時也可以看成屬于這種情況(見圖10)。圖10沒有管網(wǎng)阻力時變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行特性曲線(1)F1為變頻器最高運(yùn)行頻率性能曲線，工作點(diǎn)A，F(xiàn)2和F3為變頻運(yùn)行性能曲線。H0為實(shí)際揚(yáng)程。(2)圖10中不論怎樣調(diào)節(jié)頻率，揚(yáng)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10中可以看出，隨著頻率的減少，微小的頻率變化ΔF會引起很大的流量變化ΔQ。性能曲線越平坦，ΔF引起的ΔQ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H0QA/(F1-FMIN)，也很難說與頻率是幾次方的關(guān)系。(3)在這種情況下進(jìn)行變頻運(yùn)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。(4)FMIN越高，F(xiàn)1-FMIIN就越小，流量和功率隨頻率的變化就越大。9結(jié)束語經(jīng)過以上分析，就可以解釋上面2.1-2.3當(dāng)中的一些問題了:(1)水泵在30~35Hz以上時才能出水，是因?yàn)樗眯阅芮€的最高揚(yáng)程必須大于水泵的凈揚(yáng)程，或者大于并聯(lián)運(yùn)行的工頻泵的工作揚(yáng)程，該頻率對應(yīng)于水泵變頻運(yùn)行時的最低頻率F2=FMIN。(2)頻率在最低頻率以下時，水泵不出水，沒有有效功率輸出，其損耗僅為水泵的空載損耗，因此電機(jī)的電流和功率都非常小，此時水泵效率降到最低。一旦運(yùn)行頻率大于最低頻率，水泵出水后的流量一方面要克服管網(wǎng)阻力做功，另一方面還要克服凈揚(yáng)程做功，因此水泵功率大幅度增加，電機(jī)電流也大幅度增加，有一個突跳。然后才隨著頻率的增加繼續(xù)增加。只要運(yùn)行頻率大于最低頻率FMIN，水泵就不會不出水。這是因?yàn)橹灰眯阅芮€的最高揚(yáng)程大于凈揚(yáng)程或其它泵工作揚(yáng)程，水泵就一定會出水。不要總以為變頻泵的揚(yáng)程比工頻泵的揚(yáng)程低，其實(shí)變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時的揚(yáng)程是一樣的，只是性能曲線中的最高揚(yáng)程不同，性能曲線不同，因此流量不同。(3)由于變頻泵始終有流量，因此不存在工頻泵的流量向變頻泵倒灌的現(xiàn)象。何況管道中還有逆止閥的存在，如果變頻器的頻率低于最低頻率，則變頻泵不出水，逆止閥自動關(guān)閉。(end)水泵的工作原理～開泵前,吸入管和泵內(nèi)必須充滿液體。開泵后，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，其中的液體隨著葉片一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，飛離葉輪向外射出，射出的液體在泵殼擴(kuò)散室內(nèi)速度逐漸變慢，壓力逐漸增加，然后從泵出口，排出管流出。此時，在葉片中心處由于液體被甩向周圍而形成既沒有空氣又沒有液體的真空低壓區(qū)，液池中的液體在池面大氣壓的作用下，經(jīng)吸入管流入泵內(nèi)，液體就是這樣連續(xù)不斷地從液池中被抽吸上來又連續(xù)不斷地從排出管流出。對水泵機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整的方法發(fā)布單位:新鄉(xiāng)水司岳建新|點(diǎn)擊數(shù):487|更新時間:2011-11-21對水泵機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整的方法新鄉(xiāng)市中源水務(wù)有限責(zé)任公司岳建新下圖是管道性能曲線的工況點(diǎn)變化規(guī)律:輸水管道性能的ΣS值隨著輸水量q及壓差值Δhg的增加而增加。圖示:1根據(jù)管道性能曲線的特點(diǎn):通過管道的送水量愈大、管道的水頭損失愈大即管網(wǎng)壓差值愈大。2管道性能曲線公式:H=h+?SQ?S值的確定:22根據(jù)管道性能曲線公式:H=hm+?SQ可以求出?S=,H-hm,/Q2?S=Δhg/Qhm:管網(wǎng)末端壓力值Δhg:管道壓差值2根據(jù)公式:?S=Δhg/Q通過計算得出以下結(jié)論,計算結(jié)果如下圖,:?S值是隨著Δh及Q值的增加而增加。下圖是水泵性能曲線的工況點(diǎn)變化規(guī)律:運(yùn)行水泵性能的ΣS值隨著輸水量q及壓差值Δhg的增加而減小。圖示:22水泵性能曲線公式:H=he-SQXSx值的確定:根據(jù)水泵性能曲線公式:可2以求出Sx=,he-H,/Q2設(shè):Δh=he-HSx=Δh/Q2根據(jù)公式:Sx=Δh/Q通過計算得出以下結(jié)論,計算結(jié)果如圖,:Sx值是隨著Δh和Q值的增加而減小的。水泵機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)變化分析及調(diào)配方法:一、水泵并聯(lián)運(yùn)行就是相當(dāng)于幾臺水泵并聯(lián)運(yùn)行后其綜合工況點(diǎn)變?yōu)橐慌_水泵運(yùn)行的性能曲線。圖示:3當(dāng)單臺水泵運(yùn)行時其工況點(diǎn)為a、揚(yáng)程為h1、流量為q7,若流量增加到q8時～此時、管道的工況點(diǎn)在b點(diǎn)～可以換成揚(yáng)程為h2、流量為q8的單臺水泵。或者增加一臺揚(yáng)程為h2、流量為q3的水泵～這時原來的單臺水泵的揚(yáng)程變?yōu)閔2、流量變?yōu)閝3～此時、管道的工況點(diǎn)在d點(diǎn),若流量增加到q9時～此時、管道的工況點(diǎn)在c點(diǎn)～可以換成揚(yáng)程為h3、流量為q9的單臺水泵?；蛘咴僭黾右慌_揚(yáng)程為h3、流量為q6的水泵～這時原來的1#單臺水泵的揚(yáng)程變?yōu)閔3、流量變?yōu)閝4～此時、管道的工況點(diǎn)在e點(diǎn)～原來的2#單臺水泵的揚(yáng)程變?yōu)閔3、流量變?yōu)閝5,此時、管道的工況點(diǎn)在f點(diǎn)。由此、可以看出:水泵并聯(lián)運(yùn)行時其單臺水泵運(yùn)行的工況點(diǎn)是在不斷地發(fā)生變化的～其綜合工況點(diǎn)一定要滿足管道工況點(diǎn)變化的要求。管網(wǎng)調(diào)度的原理:只有滿足了管道性能工況點(diǎn)的要求才能滿足用戶對需水量的要求,因此水泵運(yùn)行的工況點(diǎn)必須滿足管道性能工況點(diǎn)的要求。在圖示2中:設(shè)工況點(diǎn)a所在的管道性能曲線為標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行曲線～管道性能曲線工況a的?S值就是標(biāo)準(zhǔn)值,其相對應(yīng)的水泵性能工況點(diǎn)的Sx值就是水泵性能工況點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值,因此、如果其Sx值大于標(biāo)準(zhǔn)值、說明其工況點(diǎn)在b點(diǎn)～雖然滿足了需水量的要求、但其管網(wǎng)末端壓力值高于要求的數(shù)值過高時會影響管網(wǎng)的安全運(yùn)行,如果其Sx值小于標(biāo)準(zhǔn)值、說明其工況點(diǎn)在c點(diǎn)～既滿足不了需水量的要求、又滿足不了管網(wǎng)末端壓力值的要求。根據(jù)以上原理:當(dāng)工況點(diǎn)發(fā)生變化時、對水泵的調(diào)配以標(biāo)準(zhǔn)Sa值為依據(jù)進(jìn)行比較～確定工況點(diǎn)的位置是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求、并且根據(jù)差異的情況對并聯(lián)運(yùn)行的水泵進(jìn)行合理的調(diào)配。二、在水泵機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的過程中、隨著對并聯(lián)水泵運(yùn)行臺數(shù)的調(diào)配其工況點(diǎn)就會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。變化后的工況點(diǎn)是否符合管道工況點(diǎn)的要求、就要看對并聯(lián)運(yùn)行水泵進(jìn)行調(diào)配是否合理。圖示:2設(shè)Ha=h2+ΣSaQa為標(biāo)準(zhǔn)管道運(yùn)行性能曲線～a、b、c分別為單臺、雙臺、三臺水泵并聯(lián)運(yùn)行的工況點(diǎn)～其特點(diǎn)是隨著管道輸水量的增加水泵的揚(yáng)程值隨之增加,因此可以得出以下結(jié)論:根據(jù)管道性能曲線的特點(diǎn)～隨著輸水量的增加并聯(lián)運(yùn)行水泵的揚(yáng)程隨之增加。以工況點(diǎn)a、b、c的流量及對應(yīng)的水泵的揚(yáng)程為標(biāo)準(zhǔn)值、當(dāng)雙臺水泵并聯(lián)運(yùn)行其工況點(diǎn)在d點(diǎn)時～說明隨著輸水量的增加而水泵的揚(yáng)程低于標(biāo)準(zhǔn)值～此時、管網(wǎng)2末端壓力值低于管道性能曲線Ha=h2+ΣSaQa的標(biāo)準(zhǔn)值、不能滿足需水量的要求～因此、應(yīng)該對并聯(lián)運(yùn)行的水泵進(jìn)行重新調(diào)配。同理、當(dāng)三臺水泵并聯(lián)運(yùn)行其工況點(diǎn)在e點(diǎn)時～說明隨著輸水量的增加而水泵的揚(yáng)程高于標(biāo)準(zhǔn)值～此時、管網(wǎng)末端壓力2值高于管道性能曲線Ha=h2+ΣSaQa的標(biāo)準(zhǔn)值、增加了水泵的電耗、過高時可能發(fā)生爆管事故～因此、應(yīng)該對并聯(lián)運(yùn)行的水泵進(jìn)行重新調(diào)配。當(dāng)管道末端壓力值確定以后、在滿足管道末端壓力值的前提下～根據(jù)管道性能2曲線Ha=h2+ΣSaQa的特性～并聯(lián)運(yùn)行水泵的揚(yáng)程隨著管道輸水量的增加值而增加一個相應(yīng)的值,當(dāng)水量一定時水泵揚(yáng)程值低于標(biāo)準(zhǔn)值時、說明送水量沒有滿足需水量的要求～應(yīng)該開啟一臺送水量大一些的水泵,當(dāng)水量一定時水泵揚(yáng)程值高于標(biāo)準(zhǔn)值時、說明送水壓力高、增加了水泵的電耗、應(yīng)該開啟一臺送水量小一些的水泵。三、對變頻水泵進(jìn)行調(diào)配的方法變頻水泵是一臺一定范圍內(nèi)的不同型號水泵的組合～可以通過調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)數(shù)來滿足一定范圍內(nèi)的流量及揚(yáng)程的需要。下面以圖示為例說明在水泵并聯(lián)運(yùn)行中如何正確使用變頻泵:變頻泵單獨(dú)運(yùn)行時～當(dāng)工況點(diǎn)在a點(diǎn)時、揚(yáng)程為h1、流量為q1,當(dāng)工況點(diǎn)在b點(diǎn)時、揚(yáng)程為h2、流量為q2,當(dāng)管道性能曲線工況點(diǎn)在c點(diǎn)時～單臺變頻水泵的流量及揚(yáng)程已經(jīng)滿足不了要求～此時、需要開啟一臺工頻水泵對流量及揚(yáng)程進(jìn)行補(bǔ)充。根據(jù)工況點(diǎn)c點(diǎn)對流量及揚(yáng)程的要求～所開啟的工頻泵揚(yáng)程為h3～流量在q3于q3+q6之間。此時變頻水泵的揚(yáng)程應(yīng)該調(diào)整為h3～流量為q6至q3之間。綜上所述:對變頻水泵的使用應(yīng)該根據(jù)送水量的變化進(jìn)行及時的調(diào)整～其調(diào)整方法:隨著送水量的增加揚(yáng)程需要相應(yīng)的提高,隨著送水量的減小揚(yáng)程需要相應(yīng)的降低。因?yàn)?、工頻水泵的性能曲線不會發(fā)生變化～因此、當(dāng)開啟或關(guān)閉一臺工頻水泵時、都要對變頻水泵的揚(yáng)程進(jìn)行合理的調(diào)整～使并聯(lián)運(yùn)行水泵的綜合工況點(diǎn)滿足管道工況點(diǎn)的要求?？傊⒃跐M足管網(wǎng)末端壓力值要求的前提下～當(dāng)管道輸水量增加時水泵的揚(yáng)程就要相應(yīng)的提高。如果輸水量增加時水泵的揚(yáng)程反而降低～說明增加開啟的送水泵的流量低于要求值,如果輸水量下降時水泵的揚(yáng)程反而升高～說明需要關(guān)閉相應(yīng)流量的送水泵。根據(jù)管網(wǎng)調(diào)度的原理結(jié)合供水要求的需要、在對水泵運(yùn)行的調(diào)配中應(yīng)該滿足一下幾個方面的要求:1、根據(jù)用戶對需水量的要求依據(jù)國家關(guān)于管網(wǎng)末端壓力值數(shù)值的要求、在任何供水量的條件下其壓力值不得低于0.18兆帕。2、當(dāng)需水量發(fā)生變化時、根據(jù)管網(wǎng)?S值的標(biāo)準(zhǔn)值確定水泵的Sx值標(biāo)準(zhǔn)值,并且依據(jù)Sx值標(biāo)準(zhǔn)值及需水量的數(shù)值利用2Sx=Δh/Q公式計算出水泵的揚(yáng)程～然后與實(shí)際運(yùn)行中的揚(yáng)程進(jìn)行比較、確定如何對運(yùn)行水泵進(jìn)行調(diào)配。3、水泵并聯(lián)運(yùn)行的目的就是將幾臺并聯(lián)運(yùn)行后的水泵的綜合工況點(diǎn)調(diào)整為一臺水泵運(yùn)行時的工況點(diǎn),送水量增加了水泵的揚(yáng)程就要與之相應(yīng)的增加～以滿足管道性能工況點(diǎn)的要求。2011年11月16日風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速節(jié)能運(yùn)行電動機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程是國家發(fā)改委制定的國家中長期節(jié)能規(guī)劃中的重點(diǎn)工程。目前我國各類電動機(jī)總裝機(jī)容量約4.2億kW，實(shí)際運(yùn)行率比國外低10%~30%，用電量占全國總用電量的60%左右。如果對這些電動機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，推廣變頻調(diào)速、自動化系統(tǒng)控制技術(shù)，使運(yùn)行效率提高2個百分點(diǎn)，年節(jié)電就可達(dá)到200億kW·h。為了推廣變頻技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用，普及變頻技術(shù)的理論知識，本刊特邀徐甫榮高工，專門撰寫一輯“變頻技術(shù)應(yīng)用講座”，分6期刊出。主要面向應(yīng)用變頻技術(shù)的初學(xué)者，從電動機(jī)及電力拖動的基本知識入手，由淺入深地講述變頻技術(shù)的工作原理，通過工程應(yīng)用實(shí)例，分析應(yīng)用變頻器時會遇到的問題，提出解決方案，指導(dǎo)生產(chǎn)一線的工程技術(shù)人員將變頻技術(shù)用于自己的實(shí)際工作中。1風(fēng)機(jī)水泵的并聯(lián)運(yùn)行泵或風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)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1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(dāng)管路性能曲線方程比較兩組數(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(yùn)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(shí)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。1.1并聯(lián)泵(或風(fēng)機(jī))的性能曲線(h-q)或(p-q)兩臺或兩臺以上泵(風(fēng)機(jī))向同一壓出管路壓送流體的運(yùn)行方式稱為并聯(lián)運(yùn)行，如圖2所示。泵(或風(fēng)機(jī))并聯(lián)運(yùn)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(yáng)程與各泵產(chǎn)生的揚(yáng)程都相等。因此，泵(風(fēng)機(jī))并聯(lián)合成后的性能曲線(h-q)并或(p-q)并的作法是:把并聯(lián)各泵(或風(fēng)機(jī))的(h-q)或(p-q)曲線上同一揚(yáng)程(或全壓)點(diǎn)上流量值相加，以圖2(a)兩臺泵并聯(lián)為例，先把這兩臺泵的性能曲線(h-q)1和(h-q)2以相同的比例尺繪在同一坐標(biāo)圖上，然后把各個同一揚(yáng)程值的流量分別相加，如圖2(b)所示，取揚(yáng)程值為h、h,、h〃、??，對應(yīng)于(h-q)1和(h-q)2，上分別為1、1,、1〃??和2、2′、2″??取q1+q2、q1,+q2,、q1〃+q2〃??得3、3′、3″??連接3、3′、3″??各點(diǎn)即得合成后泵并聯(lián)性能曲線(h-q)并，同法可得風(fēng)機(jī)并聯(lián)性能曲線。1.2并聯(lián)泵(或風(fēng)機(jī))中的一臺進(jìn)行變速調(diào)節(jié)的并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)如圖3所示，?、?兩臺性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行。但泵?與泵?有一臺為變速泵，另一臺為定速泵。當(dāng)變速泵與定速泵以相同的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時,?和?的并聯(lián)性能曲線(h-q)并為?，并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)為M。但當(dāng)變速泵的轉(zhuǎn)速降低時，并聯(lián)性能曲線變?yōu)槿鐖D3中的虛線所示，其并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)也相應(yīng)地變?yōu)镸′、M″、??從圖3可以看出，當(dāng)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(dāng)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(yùn)行實(shí)際上相當(dāng)于一臺定速泵單獨(dú)運(yùn)行。若變速泵轉(zhuǎn)速進(jìn)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(shí)際上是不容許產(chǎn)生的。從圖可見，當(dāng)變增大到速泵的轉(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qNqB，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。2供水系統(tǒng)的水泵運(yùn)行工況分析2.1多泵并聯(lián)運(yùn)行一般的供水系統(tǒng)都采用多臺泵并聯(lián)運(yùn)行的方式，并且采用大小泵搭配使用，目的是為了靈活的根據(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(yùn)行，以保證供水流量;當(dāng)供水負(fù)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(yùn)行的水泵，一般采用關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(或最大揚(yáng)程)相同，而流量不同的水泵。這些泵并聯(lián)運(yùn)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(yùn)時的出口壓力(或揚(yáng)程)，即hN=hA2=hB2=hC2??,hA1、hB1、hC1??并聯(lián)運(yùn)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(yùn)行時的流量，即qN=qA2+qB2+qC2??<qA1+qB1+qC1??若并聯(lián)運(yùn)行的泵的揚(yáng)程不同，則在并聯(lián)運(yùn)行時揚(yáng)程低的泵的供水流量會比單泵運(yùn)行時減小很多。因此當(dāng)管網(wǎng)阻力曲線變化時，容易發(fā)生不出水和汽蝕現(xiàn)象。2.2靜揚(yáng)程對調(diào)速范圍的影響供水系統(tǒng)的靜揚(yáng)程h0，即供水母管的最小壓力，水泵在靜揚(yáng)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(yáng)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(yáng)程可由水泵進(jìn)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(jìn)水。當(dāng)然也可由變/定水泵并列運(yùn)行的定速水泵的出口壓力造成。,2.3變頻泵與工頻泵的并聯(lián)運(yùn)行分析2.3.1變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時總的性能曲線這時總的特性曲線與關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(最大揚(yáng)程)不同，流量也不同的水泵并聯(lián)運(yùn)行時的情況非常類似，可以用相同的方法來分析，如圖4所示。1)F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵在50Hz下滿負(fù)荷運(yùn)行時的性能曲線(假定變頻泵與工頻泵性能相同)，工頻泵單泵運(yùn)行時的工作點(diǎn)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(dú)運(yùn)行時的工作點(diǎn)B1。3)F3為變頻和工頻水泵并聯(lián)運(yùn)行的總的性能曲線，工作點(diǎn)C，揚(yáng)程hC，流量qC=qA2，qB2。2.3.2變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時的特點(diǎn)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，F(xiàn)3也隨著變化。工作點(diǎn)C也跟著變化。因此變頻泵的揚(yáng)程hB2，流量qB2，工頻泵揚(yáng)程hA2流量qA2，以及總的揚(yáng)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(yáng)程逐漸降低。變頻泵流量qB2快速減少;工作點(diǎn)C的揚(yáng)程也隨著降低，使總的流量qC減少;因此工頻泵的揚(yáng)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。2.3.3并聯(lián)運(yùn)行特性之一(f2=f1=50Hz)變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行頻率f2=f1=50Hz的性能曲線，如圖5所示。1)F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵在滿負(fù)荷運(yùn)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(yùn)行時的工作點(diǎn)A1。2)F3為變頻泵和工頻泵并聯(lián)運(yùn)行的總的性能曲線，工作點(diǎn)C，揚(yáng)程hC=hB2=hA2等于每臺泵的揚(yáng)程，每臺泵的流量qA2=qB2，總流量qC=qA2，qB2=2qA2。即當(dāng)f2=f1=50Hz時，變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時的特性，與兩臺性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行時完全一樣。2.3.4并聯(lián)運(yùn)行特例之二(f2=fmin)變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行頻率f2=fmin的性能曲線，如圖6所示。1)F1為工頻泵的性能曲線，工頻泵單泵運(yùn)行時的工作點(diǎn)A1。2)F2為f2=fmin，即變頻泵最低頻率下單泵運(yùn)行時的性能曲線。3)F3為變頻和工頻泵并聯(lián)運(yùn)行的總的性能曲線，工作點(diǎn)C不與F3相交，只與F1相交，揚(yáng)程hC=hA1=hA2=hB2等于每臺泵的揚(yáng)程，工頻泵的流量qA2=qA1，總流量qC=qA2=qA1，qB2=0。即當(dāng)f2=fmin時，變頻泵的揚(yáng)程不能超過工頻泵的揚(yáng)程，因此變頻泵的流量為零。變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時總的性能曲線，與單臺工頻泵運(yùn)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(yùn)行狀況中，變頻泵的效率降到最低，因此變頻泵最好不要工作在這種工況中。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)打開，使泵保持一定的最小流量，但這樣做使泵的能耗增加。2.3.5運(yùn)行特例之三(忽略管網(wǎng)阻力)水泵變頻運(yùn)行不論是單泵運(yùn)行還是并聯(lián)運(yùn)行都有一個極端理想的特例，就是只有凈揚(yáng)程，沒有管網(wǎng)阻力，或者管網(wǎng)阻力與凈揚(yáng)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(yáng)程平行的一條直線。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(yùn)行時也可以看成屬于這種情況，其運(yùn)行曲線如圖7所示。1)F1為變頻器最高運(yùn)行頻率性能曲線。工作點(diǎn)A，F(xiàn)2和F3為變頻運(yùn)行性能曲線，h0為實(shí)際揚(yáng)程。2)圖7中不論怎樣調(diào)節(jié)頻率，揚(yáng)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7中可以看出，隨著頻率的減少，微小的頻率變化Δf會引起很能大的流量變化Δq。性能曲線越平坦，Δf引起的Δq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，但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h0qA/(f1,fmin)，也很難說與頻率是幾次方的關(guān)系。3)在這種情況下進(jìn)行變頻運(yùn)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。4)fmin越高，f1,fmin就越小，流量和功率隨著頻率的變化就越大