变频调速恒压供水中运行工况分析

同型号水泵并联供水中的一台泵调速，其他泵恒速运转，为目前最常见的变频调速 恒压供水方式。图4.6为两台同型号水泵并联运行，其中一台调速，一台恒速。通常为 了使系统高效率运行，最大限度的节能，在变频调速时，在保证系统压力H。的前提下， 调速泵和定速泵均应在高效段运行。也就是说在变频调速恒压供水系统中，为了保证定、 调速泵均在高效段运行，调速泵调速时，特性曲线与恒压线的交点不能左移超过C点， 由于水泵出口压力恒定为H。，定速泵的工况点一直不变，只要一开始选的工况点在水 泵特性曲线的高效段，定速泵就一直在高效段运行。图4.6中，假设系统所需流量为Qmax， 供水压力为H。，H。位于水泵高效段的右端点。


在系统用水量小于等于Q2时，调速泵单 独运行，其中高效运行的流量范围为QI~Q2，那么流量0〜Qi范围就属于流量失调区， 调速泵调速理论上不应进入该流量范围，否则调速泵在保证系统压力H。的基础上，无 法保证调速泵高效运行。当用水量大于Q2时，此时调速泵与定速泵并联运行。显然， 为了保证系统高效运转，这时又出现了新的流量失调区即Q2〜QI+Q2。新出现的流量失 调区范围与前面的流量失调区范围相同。现在我们来求出调速泵在高效段与流量失调区 临界位置的转速与频率。如图4.6,假设水泵工频工作时的转速为n。，当调速到与恒压 线交点C时的转速为n’，水泵工频运转高效段左端点扬程为H高左，流量为Q高左。 我们对Ki相似工况抛物线上的C点及水泵高效段左端点运用比例律公式有：Q高左/ Qi=

如/ n’，H高左/ H0=(如/ n’)，由此可得：H高左/ H0=( Q高左/ QI)，QI= Q高左• (H0/ H高左)，n’=

n0*(H0/H高左)1/2。又由于电机的转速与频率的变化成正比关系，令水泵工频运转的频率

为f〇, n’转速时对应的频率为f’，那么有下列关系：f’= f〇*(H〇/H高左)1/2。因此，当调速 泵的转速在（n〇.(H〇/H高左)1/2, n〇)，电机频率在（f〇.(H〇/H高左)1/2, f〇)之间变化时， 整个系统可在高效率范围内运行。由此，我们提出水泵高效频率的下限值概念[42]。我们 知道，水泵的高效段一般指效率下降在5%〜7%范围之内，在水泵的特性曲线图上可看 出，这个高效段就是水泵资料所给出的最大额定流量和最小额定流量的区段。为了使水 泵能在高效段工作，利用比例律可计算出水泵高效频率的下限值，作为水泵控制的依据。 下面我们根据国内水泵样本中一些型号的水泵，分析其水泵高效频率的下限值如表4.1、 4.2所示。由表4.1、4.2可看出，同型号变频调速恒压供水时，要想保证调速泵和定速 泵均在高效段运行，其调速范围及频率变化范围很小。并且，额定转速大的水泵比额定 转速小的水泵调速范围普遍要宽。按照水泵高效频率的下限值概念，及水泵运转时需处 于高效段，如图当4.6当系统需水量在Q1+Q2〜Qmax时，调、定速泵都可以满足高效运行， 而当系统需水量在Q2〜Q1+ Q2时，为了保持调速泵在高效段运行，其转速得保持在n〇 (H〇/ H高左)1/2这个转速不变，此时可以把调速泵看作是额定转速为n〇 (H〇/H高左)1/2的恒速泵。 此时Q2〜Q1+Q2区间的流量供给相当于是一个额定转速为n〇的工频泵和一个额定转速为 n〇 -(HQ/H高左)1/2的工频泵并联供水，此时作为工频泵运转的调速泵其工况点已不在高效 范围，这就是同型号变频调速恒压供水中，一台调速泵，其他为恒速泵会存在的流量失 调区问题。目前我们国内普遍使用的同型号变频调速恒压供水泵站中，大部分使用的是 一台调速泵，其他为恒速泵的方式。为了解决如图4.6所示的Q2〜Q1+Q2流量失调区问 题，很多泵站都是不断地降低水泵转速，以满足流量和压力的需求。但是其实，调速泵 的工况点早已偏离高效段，甚至进入不稳定工况运行的工况点，造成能量利用率极低的 普遍现象。

针对传统单变频调速技术中存在的流量失调区问题，接下来对单变频调速技术进行 优化。

注：图中(Q-H)i为单台泵工频运转时的特性曲线；（Q-H)i+i为两台泵都工频运转时的并联特性曲线； Q-Sh为管路特性曲线；H。为恒压线;HST为系统静扬程；曲线OC为通过水泵特性曲线高效段左端 点的相似工况抛物线，交恒压线H。于C。

表4.1 DL型水泵高效频率的下限值

型号       水泵高效

段左端点

扬程

H1(m)     水泵高效 段右端点 扬程 H2(m)       高效运转 调速比  高效运行 最低转速 (r/min) 额定转速 (r/min)  高效段工作频率下限值 (HZ)

40DL      11.5 10.2 0.942      1366       1450       47.1

50DL      13.5 10.5 0.882      1279       1450       44.1

65DL      18.5 14.5 0.885      1283       1450       44.14

80DL      21.4 16.8 0.886      1285       1450       44.31

100DL     21.5 16.7 0.884      1282       1450       44.2

附注：水泵工频运转的频率为50HZ

表4.2 LG型水泵高效频率的下限值

型号       水泵高效 段左端点 扬程 H1(m)       水泵高效 段右端点 扬程 H2(m)       高效运转

调速比    高效运行

最低转速

(r/min)    额定转速

(r/min)    高效段工作频率下限值 ( HZ)

32LG      15.5 11.4 0.858      2487       2900       42.88

40LG      13.5 12.5 0.888      2575       2900       44.4

50LG      18.5 17    0.86 2537       2900       43.74

65LG      21.4 16    0.826      2437       2900       41.3

80LG      21.5 16    0.828      2443       2900       41.41

附注：水泵工频运转的频率为50HZ