同型号多台调速泵实现的变频恒压高效运转

变频恒压供水设备在保证水泵出口压力恒定的前提下，通过电机频率与水泵转速的 改变达到流量调节的目的。假设管网所需流量在[QC,3QB]范围内变化（没有考虑夜间小 流量问题，将在后续章节中分析讨论），见图4.7。

注：①(Q-H)I曲线代表单台泵的特性曲线（其中AB段表示高效段），（Q-H)HI、（Q-H)I+HI曲线分别 代表二台、三台同型号水泵在额定转速下运行的合成特性曲线②H=KAQ2, H=KBQ2分别表示经过 高效段A、B端点的相似工况抛物线③CD表示单台调速泵的最小转速对应的高效段，C'D'表示两 台调速泵最小转速高效段的合成曲线④Q〜Eh表示管路特性曲线。

当系统所需流量Q的变化范围在[QC, QB]之间时，此时只需要一台调速泵即可满足 流量需求且处于高效率运行，工作点在直线BC之间变化，节省的能量如图4.8中阴影 部分I所示；当Q的变化范围在[QB, QC+QB]之间时，采用一台定速泵供给的流量不够， 而采用一定一调恒压供水，定速泵供给的流量为QB是不变的，那么调速泵供给的流量 就小于QC，也即调速泵将不会处于高效率范围工作，显然此时采用一定一调的方案是

行不通的[44,45]。假设现在采用n台调速泵的方案来解决此流量范围的供水，那么每台调 速泵的出水量在[QBM, (QC+QB) /n]区间某一点取值，前面已分析过恒压变量供水中， 要使定调速泵均高效运转，调速泵的流量变化应处于[Qc, QB]之间，而单台调速泵的出 水流量显然又是小于QB的，故有下列不等式：

QB,n》QC，（ QC+QB ) /H〈QB      (4.1)

化简后得：   

1+(QC/ QB) <n<QB/ QC     (4.2)

由QC〈QB且n应是整数，则化简后的不等式可变为： 2彡n彡[QB/QC] ([QB/QC]表示对 QB/QC取整）

此不等式有解的条件是：    (4.3)

2 QC^QB      (4.4)

即2台调速泵并联合成特性曲线在恒压HB时的工况点正好与B点重合或者在B点

左端。在满足前提条件后，很显然，n的取值为2是能够使Q的变化范围在[QB, QC+QB] 之间时，水泵处于高效运转状态的。当然，n还有可能取比2大的值，这里我们暂且假 设n取2，由图4.7可知，此系统供需同型号的3台水泵才能保证系统的最大供水量， 因此n取2的话，即有两台调速泵1台定速泵。

由图4.7分析可知，当系统所需流量Q的变化范围在[QC, QB]之间时,单台调速泵变 频供水，此时水泵满足高效运转要求。

当系统所需流量Q的变化范围在[QB, QC+QB]之间时，两台调速泵得同时工作，且调 速泵性能满足2 QC<QB的条件才能保证在此范围内高效运转。

对于条件2 QC彡QB的要求，对应的肯定是对水泵性能参数的要求，现分析满足此 条件的水泵需具备什么样的性能参数。

由A、C在同一相似工况抛物线上，则满足比例律可得QC= QA」HC/HA =

QA^/HC/HB,则：

(4H~A /QA) / (4H~B / QB)^2     (4.5)

又由相似工况抛物线：      

HA=KAQA2, HB=KBQB2     (4.6)

将式（4.6)分别带入式（4.5)，并两边同时取平方值，可得:

KA/KB 彡 4   (4.7)

公式（4.7)实质是公式（4.4)的等效替代，也即为了满足两台调速泵并联运行在 高效段，在选择水泵的性能参数，它反映了水泵特性曲线上高效段左右两端点对应的相 似工况抛物线系数的关系。

当系统所需流量的变化范围在[QC+QB, 2QB]之间时，依然是两台调速泵供水就能满 足系统需求。

当系统所需流量的变化范围在[2QB，2QB+QC]之间时，与流量在[QC，QB]之间时相 似，此时需要一台定速泵供给QB的流量，其余[QB，QC]的流量由两台调速泵供给。

当系统所需流量的变化范围在[2QB+QC, 3QB]之间时，与流量在[QC+QB, 2QB]之间时 相似，此时需要一台定速泵供给QB的流量，其余[QC+QB, 2QB]的流量由两台调速泵供 给。因此，在图4.7中，当使用两台同型号的调速泵一台定速泵时，在流量[QC，3QB] 范围间系统高效运转的调速方案如表4.3所示，且水泵性能必须满足式（4.7)这个条件。

表4.3 2台调速泵高效运转的调节方案

方案号    流量变化范围       运行方式

I      [QC，QB]      一台调速

II      [QB，QB+QC]      二台调速

III     [QB+QC，2QB]    二台调速

IV    [2QB，2QB+QC]  一定速、二调速

V     [2QB+QC,3QB]     一定速、二调速

上面分析了 n取2时的情况，现分析n取3，即图4.7中的三台水泵都选择为调速 泵时，系统高效运转需要满足的条件。

当系统所需流量Q的变化范围在[QC, QB]之间时，此时只需要一台调速泵即可满足 流量需求且处于高效率运行；

当系统所需流量Q的变化范围在[QB, QC+QB]之间时，两台调速泵得同时工作，且调 速泵性能满足2 QC<QB，即QC< 1/2QB的条件才能保证才此范围内高效运转；

当系统所需流量的变化范围在[QC+QB, 2QB]之间时，依然是两台调速泵供水就能满 足系统需求；

当系统所需流量的变化范围在[2QB，2QB+QC]之间时，需开启三台调速泵供水，要 使三台调速泵高效运转，需满足3QC彡2QB，即QC彡2/3QB，由于在[QB, 2QB]范围内是 两台调速泵供水，满足的关系式为QC彡1/2QB，因此很明显在[2QB，2QB+QC]范围内三 台调速泵高效运转的条件QC<2/3QB肯定成立。

当系统所需流量的变化范围在[2QB+ QC, 3QB]之间时，依然是三台调速泵供水满足 系统需求。

因此，当在图4.7中，当三台泵均为调速泵时，整个系统高效运转的方案如表4.4 所示，调速泵需要满足性能关系式与n取2时相同，即KA/KB>4。

表4.4 3台调速泵高效运转的调节方案

方案号    流量变化范围       运行方式

I      [QC，QB]      一台调速

II      [QB，QB+QC]      二台调速

III     [QB+QC,2QB]       二台调速

IV    [2QB,2QB+QC]     三台调速

V     [2QB+QC,3QB]     三台调速

在上述两种方案中，n取2时的2台调速泵一台定速泵的方案属于多变频调速系统， 而n取3时三台都为调速泵的方案为全变频调速系统。经过上述分析，我们知道，两种 方案都能解决单台变频调速系统中存在的流量失调区问题。但是，由多变频调速引申出 的全变频调速系统，可以做到各调速泵之间的互联互通，从而让各调速泵等量调速，做 到齐头并进，这样能让系统的运转更加高效。因此，在下一章节中将会对全变频恒压供 水进行详细的介绍和分析。