水泵變頻運行特性曲線

水泵變頻運行特性曲線

Introduction:Variablefrequencyspeedregulationcanachievegoodenergysavingeffectinwaterpumps,whichhasbeenextensivelydiscussedintheindustry.However,manyoftheconclusionsdrawnhavebeenunsatisfactory,andsomeareevenincorrectorunclear.Thisarticlewillusesimplegraphicanalysistofurtherexplainandanalyzetheissue.2CommonMisunderstandingsinVariableFrequencyOperationAnalysisofWaterPumps2.1Manypeopleareaccustomedtousingtheproportionalitylawoffansandwaterpumpsintheiranalysisofvariablefrequencyoperation:FlowproportionalitylawQ1/Q2=n1/n2HeadproportionalitylawH1/H2=(n1/n2)2ShaftpowerproportionalitylawP1/P2=(n1/n2)3Fromthis,itisconcludedthattheflowrateofwaterpumpsisproportionaltothespeed,theheadisproportionaltothesquareofthespeed,andtheoutputpowerisproportionaltothecubeofthespeed.Theseconclusionsareindeedderivedfromtheproportionalitylawoffansandwaterpumps,buttheycannotexplainthefollowingissues:(1)Whydoesthewaterpumponlystarttodischargewateratfrequenciesabove30-35Hzinvariablefrequencyoperation?(2)Whyisthecurrentandpowerextremelylowwhenthewaterpumpisnotdischargingwater,butjumpssuddenlywhenwaterisdischarged,andthenincreaseswiththeincreaseofspeed?2.2DrawingthePerformanceCharacteristicCurveandPipeResistanceCurveofWaterPumpsManypeopledrawtheperformancecharacteristiccurveandpiperesistancecurveofwaterpumpsasshowninFigure1.Figure1:PerformancecharacteristiccurveofwaterpumpInFigure1,thecharacteristiccurveofthewaterpumpundernormalfrequencyoperationisF1,withtheratedworkingpointA,ratedflowrateQA,andratedheadHA.TheidealpiperesistancecurveR1=KQisproportionaltotheflowrateQ.TheactualpiperesistancecurveR2underthrottleregulationisused,withworkingpointB,flowrateQB,andheadHB.ThecharacteristiccurveF2undervariablefrequencyregulationwithoutthrottlehasanidealworkingpointC,flowrateQC,andheadHC,whereQB=QC.AccordingtothecurveshowninFigure1,inordertoreducetheflowratetozerousingvariablefrequencyregulation,thefrequencyconvertermustbereducedtozeroaswell,whichisnotconsistentwiththeactualsituation.Inactualvariablefrequencyregulationofwaterpumps,thefrequencymustbereducedtobelow30-35Hztostopwaterdischarge,andtheflowratehasalreadybeenreducedtozero.2.3ParallelOperationofVariableFrequencyPumpsandNormalFrequencyPumpsInparalleloperationofvariablefrequencypumpsandnormalfrequencypumps,theoutletpressureofthenormalfrequencypumpishigh,whilethatofthevariablefrequencypumpislow.Therefore,itissuspectedthatthevariablefrequencypumpwillnotdischargewater,andthatthewaterfromthenormalfrequencypumpwillflowbacktothevariablefrequencypump.Conclusion:在圖2中，工作點A是水泵的額定工作點，符合水泵的額定流量和揚程。因此，R1被視為理想的管網(wǎng)阻力曲線。但是，由于實際管網(wǎng)阻力曲線不可能完全符合理想曲線，因此實際最大工作點必須偏離A點。如果實際最大工作點向A點右下方偏移，則會增加流量，導(dǎo)致水泵過載。因此，實際額定工作點應(yīng)該向A點左上方偏移，如圖3所示。在圖3中，當(dāng)節(jié)流閥門全部打開時，管網(wǎng)阻力曲線R2為實際管網(wǎng)阻力曲線。在50Hz下運行的變頻器的實際最大工作點C，實際最大流量QC（小于水泵的額定流量QA），最大流量時的揚程HC（高于水泵的實際額定揚程HA）。實際工作點C的參數(shù)只能通過實際測試得出。在變頻器頻率為F2時，實際工作點B對應(yīng)特性曲線F2。實際工作點B與凈揚程的差△H=HB-H0=K2QB2，是為了克服實際管網(wǎng)阻力而達到所需流量QB時的附加揚程。工作點B的實際揚程HB=K2QB2+H0。并聯(lián)運行是指兩臺或兩臺以上的泵向同一壓力管道輸送流體的運行方式。并聯(lián)運行的目的是為了增加流體的流量，適用于流量變化較大，采用單臺大型泵的運行經(jīng)濟性差的場合。同時，水泵并聯(lián)運行時可以有備用泵，以保證系統(tǒng)運行的安全可靠性。水泵并聯(lián)運行的工作點由總性能曲線和管道特性曲線的交點來確定。總性能曲線是根據(jù)并聯(lián)運行時工作揚程相等、流量相加的原則，在同一坐標(biāo)揚程下，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，如圖4所示。圖4展示了兩臺相同性能泵并聯(lián)運行的總性能曲線和工作點。其中，A是任意一臺泵單泵運行時的工作點和凈揚程H0，B是兩臺泵并聯(lián)運行時單臺泵的工作點，F(xiàn)2是兩臺泵并聯(lián)運行時的總性能曲線，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)運行的工作點C的流量QC等于兩臺泵的流量之和，揚程HC等于單臺泵的揚程HB。管網(wǎng)阻力曲線不變，只是在兩臺泵并聯(lián)運行時，流量為兩臺泵的流量之和。兩臺相同性能的水泵并聯(lián)運行有如下特點：-HC=HB>HA：即兩臺泵并聯(lián)運行時揚程相同，且一定大于單臺泵運行時的揚程。3.F3為變頻泵和工頻泵并聯(lián)運行時的總性能曲線。工作點C只與F1相交，而不與F3相交。揚程HC等于每臺泵的揚程，工頻泵的流量QA2等于QA1，總流量QC等于QA2等于QA1，QB2等于0。當(dāng)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。變頻泵和工頻泵并聯(lián)運行時，總性能曲線與單臺工頻泵運行時的性能曲線相同。雖然變頻泵沒有流量輸出，但仍然會消耗一定的功率。4.在這種運行狀態(tài)下，變頻泵的效率會降到最低點。因此，最好不要讓變頻泵工作在這種工況下。5.在這種特殊情況下，變頻泵很容易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，從而導(dǎo)致泵的損壞。解決方法是打開再循環(huán)，使泵保持一定的最小流量。但這樣做會增加泵的能耗。8.3水泵變頻運行時，不管是單泵運行還是并聯(lián)運行，都存在一個理想的特例，即只有凈揚程，沒有管網(wǎng)阻力，或者管網(wǎng)阻力可以忽略不計。在這種情況下，管網(wǎng)阻力曲線可以看作是一條與凈揚程點平行的直線。例如，將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。在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(見圖10)。圖10顯示了沒有管網(wǎng)阻力時，變頻泵和工頻泵并聯(lián)運行的特性曲線。1.F1為變頻器最高運行頻率性能曲線，工作點A，F(xiàn)2和F3為變頻運行性能曲線。H0為實際揚程。2.在圖10中，不論如何調(diào)節(jié)頻率，揚程都保持不變，只有流量會發(fā)生變化。水泵的輸出功率只會隨著流量的變化而變化。從圖10中可以看出，隨著頻率的降低，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。因此，頻率與流量之間的關(guān)系為QA/(F1-FMIN)，是一種非線性的關(guān)系，很難確定是幾次方的關(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)，也很難確定與頻率是幾次方的關(guān)系。3.在這種情況下進行變頻運行時，流量不宜太小，以防微小的頻率或轉(zhuǎn)速變化引起較大的流量變化，導(dǎo)致水泵流量不穩(wěn)定。4.FMIN越高，F(xiàn)1-FMIN就越小，流量和功率隨頻率的變化就越大。結(jié)束語：通過以上分析，我們可以解釋2.1-2.3中提到的一些問題。水泵出水的最低頻率為30~35Hz，這是因為水泵的性能曲線最高揚程必須大于凈揚程或并聯(lián)運行的工頻泵的