离心泵的调速原则

众所周知，水泵调速通常都是进行转速下调，那么水泵的转速是否可以调高呢？泵 的调速一般不轻易调高转速，即不超过额定转速。因为泵机组的转速大于额定转速时， 相应地电机转子和泵叶轮的离心力就会变大，如果泵轴铸造时均匀性较差或材质的抗裂 性能不好，就有可能出现机械性损耗，甚至可能出现叶轮飞裂现象；且与水泵匹配的电 动机通常也不允许水泵超过额定功率运行（除了瞬时的微量超载外），因此水泵转速都 是下调的，本文讨论的也是水泵转速下调的情况。

3.2水泵机组能耗分析

水泵机组能耗分析应包括电动机、传动和水泵三个部分，示意图如图3.1

图3.1水泵能耗分析示意图

附注：Pi-电动机有功输入功率；P2-电动机有功输出功率；Nu-水泵有效功率；Cos0-电动机功率因素; g传-传动装置效率；g泵-水泵效率；g电-电动机效率；N-水泵轴功率

水泵能耗分析应从水泵有效功率Nu和电动机有功输入功率Pi之间的关系入手，两 者之间存在如下关系：

Nu=g 泵• g 传• g 电• Pi    (3.1)

传动装置有齿轮、皮带、联轴器，而齿轮和皮带的传动效率小于1，联轴器的传动 效率等于1。通常，水泵采用的是联轴器传动，那么由图3.1有P2=N，公式（3.1)可简 化为Nu= g泵• g电• Pi，很明显整个机组的效率不仅与水泵效率有关，与电机效率也有关 系[32]。下面对电动机的特性曲线进行分析。

如图3.2所示，由效率曲线看出，电动机有很宽的高效区（运>40%)，当电动机空 载或轻载（即零流量或小流量）运行时，电动机效率和功率因数都快速下降，因此电动 机的转速比应在一定范围内才行。

注：g-效率曲线；Cos0-功率因素曲线；电动机负载率

文献[33]中，对富士:FRN110P9S-4JE型变频器及其供电的Y315S-4型电机组成系统 进行了效率测定，实验数据如表3.1所示。

表3.1变频器及电机效率-变速比实验数据

k     1     0.95 0.9   0.85 0.8

电机效率       0.9345     0.9291     0.9251     0.9218     0.9083

变频器效率    0.9779     0.9768     0.9738     0.9688     0.9668

k     0.75 0.7   0.65 0.6   0.5

电机效率       0.9001     0.8945     0.8501     0.8356     0.7675

变频器效率    0.9642     0.9631     0.9604     0.9551     0.9478

实验结果表明，在电动机转速比不低于0.6时电动机效率和变频器的效率下降值都 在可接受范围内，而调速比小于0.6时，二者效率明显下降。因此可见，当采用变频器 对电动机进行调速时，并不是电机转速想降多少就降多少，而是有一定范围的，否则电 动机和变频器的效率会急速下降，反而造成整个系统不节能。

我们知道，水泵和电动机通过联轴器连接，电动机通过联轴器带动水泵运转，变频 器对电动机转速的改变势必也会改变水泵叶轮的转速，那么水泵转速的改变会对水泵本 身效率产生什么样的影响呢？下面将进行分析。