数字集成全变频控制恒压供水技术的节能分析

数字集成全变频恒压供水技术节能原理

数字集成全变频恒压供水设备的高效节能主要是通过以下三个途径实现的[51]。 水泵Q-H特性曲线具有很宽的高效段 在第四章分析过，同型号变频调速恒压供水系统中，单变频恒压调速技术由于存在

流量失调区的问题，无法实现整个系统完全高效运转。所以提出用两台同型号调速泵解 决流量失调区的问题，此时这里的水泵需满足：经过水泵特性曲线高效段左端点的相似 工况抛物线系数Ka与经过特性曲线高效段右端点的相似工况抛物线系数Kb之比需大于

等于4，即Ka/Kb多4。当水泵特性曲线的高效段越宽时，高效段左右两端点相距越远，

从而满足Ka/Kb多4条件的概率也就越大。韩国杜科泵业制造有限公司的数字集成全变

频恒压供水设备就是使用的高效段很宽的不锈钢离心泵。如表5.1所示为杜科公司各类 不同型号的不锈钢的高效段流量范围，可以看出其各型号的不锈钢离心泵高效段流量范 围很宽。我们对其技术样本中的各类不同型号的水泵经过计算发现，都能满足Ka/Kb^ 4这个条件。因此杜科公司的不锈钢离心泵为数字集成全变频恒压供水设备高效运行打 下了很好的基础。   表5.1杜科公司各型号不锈钢离心泵高效段流量范围     说明 DRL1 DRL2 DRL3 DRL4 DRL5 DRL10 DRL15      

额定流量(m3/h) 1 2 3 4 5 10 15 额定流量(L/s) 0.28 0.56 0.83 1.1 1.3 2.7 4.2 流量范围(m3/h) 0.4~2 1〜3.5 1.2〜4 1.5~8 2.5~8.5 5~13 9~24 流量范围(L/s) 0.11〜0.56 0.28〜0.97 0.33〜1.1 0.42〜2.2 0.7〜2.3 1.3〜3.6 2.5~6.6 最大压力(MPa) 2.2 2.3 2.4 2.1 2.4 2.2 2.3 电机功率(KW) 0.37〜2.2 0.37〜3 0.37〜3 0.37〜4 0.37〜4 0.75〜7.5 2.2~15 温度范围(°c)       -15〜+120       最高效率(°%) 49 46 58 63 64 70 72      

说明 DRL20 DRL32 DRL45 DRL64 DRL90 DRL120 DRL150 额定流量(m3/h) 20 32 45 64 90 120 150 额定流量(L/s) 5.6 8.9 12.5 18 25 33 41.6 流量范围(m3/h) 10〜28 16〜40 25~55 30〜80 50〜110 60~150 80〜180 流量范围(L/s) 2.8〜7.8 4.4〜11.1 6.9〜15.3 8.3~22.2 13.8〜30.5 16.7〜41.7 22〜50 最大压力(MPa) 2.5 2.8 3.3 2.2 2.0 2.1 1.9 电机功率(KW) 1.1〜18.5 1.5〜30 3.0~45 4.0~45 5.5〜45 11〜75 11〜75 温度范围(c)       -15〜+120       最高效率(％) 72 76 78 80 81 75 73      

全变频效率均衡运行 在同一数字集成全变频恒压供水设备中，每台泵变频运行工作效率相同能够实现所 有工作水泵同步变频运行，能够根据用水总需求量自动分配、均衡分摊运行效率，运行 能耗低。在第四章4.4.1节的图4.8中我们分析过，当系统流量在[Qb+Qc,2Qb]流量范 围内，用一定速、一调速的方案或用两台调速泵的方案都能满足高效运行。那么此时在 都能满足高效运行的情况下，哪种方式会更加节能呢？通过一个例子进行分析。

如图5.6为某水泵流量-效率曲线图关于效率轴的对称图，图中虚效率曲线为工频运 行时的效率曲线，实效率曲线为变频运行时的效率曲线[52]。在流量轴取一固定长度的线 段，线段长度表示总流量大小，将此线段在效率曲线上以平行流量轴的方式移动，线段 平移过程中与各曲线的交点的横、纵坐标值即可表示此总流量中泵组各自分配的流量和 效率。由图中可看出，水泵的额定流量为8m3/h。假设系统现在需求的总流量为12m3/h， 图中线段AC此时可表示一台水泵工频运行（对应A点），另一台水泵变频恒压运行（对 应G点）。由图可见，此时工频运行的泵供水流量为8m3/h，效率为64.4%;变频恒压 运行的的泵供水量为4m3/h，效率为48.6%。而线段DF此时表示两台水泵都变频调速运 行，由图可见，此时两台调速泵的出水量都为6 m3/h，效率都为60.8%。综上所述，我 们可以看到，当采用一调速，一工频运行方案时，泵组的平均效率为（48.6%+64.4%) /2=56.5%;而采用两台泵都调速的方案，泵组的平均效率为60.8%，显然两台泵调速的 方案泵组平均效率高于一调速，一工频运行方案。     工麵 S C F   1 广 / \崎w ^ ：/ 、 恒压变頻运行| 1 \ 30       ：：\ ^   » n \   ：： '/ ：： ::

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因此，数字集成全变频恒压供水设备中的效率均摊使得整个系统的效率得到提高。 (3 )控制系统中兀器件和电气线路的自身电能损耗大幅减少

把变频器和控制器集成为一体的水泵专用变频控制器不需要PLC可编程控制器， 不需要继电器电路，不需要另配变频器，也没有了体积庞大的控制柜，使控制系统中元 器件及电气线路的自身损耗大幅度降低数字集成全变频控制恒压供水技术的节能分析

5.3.1数字集成全变频恒压供水技术节能原理

数字集成全变频恒压供水设备的高效节能主要是通过以下三个途径实现的[51]。

(1)   水泵Q-H特性曲线具有很宽的高效段

在第四章分析过，同型号变频调速恒压供水系统中，单变频恒压调速技术由于存在

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流量失调区的问题，无法实现整个系统完全高效运转。所以提出用两台同型号调速泵解 决流量失调区的问题，此时这里的水泵需满足：经过水泵特性曲线高效段左端点的相似 工况抛物线系数KA与经过特性曲线高效段右端点的相似工况抛物线系数KB之比需大于

等于4，即KA/KB多4。当水泵特性曲线的高效段越宽时，高效段左右两端点相距越远，

从而满足KA/KB多4条件的概率也就越大。韩国杜科泵业制造有限公司的数字集成全变

频恒压供水设备就是使用的高效段很宽的不锈钢离心泵。如表5.1所示为杜科公司各类 不同型号的不锈钢的高效段流量范围，可以看出其各型号的不锈钢离心泵高效段流量范 围很宽。我们对其技术样本中的各类不同型号的水泵经过计算发现，都能满足KA/KB^ 4这个条件。因此杜科公司的不锈钢离心泵为数字集成全变频恒压供水设备高效运行打 下了很好的基础。

表5.1杜科公司各型号不锈钢离心泵高效段流量范围           

说明       DRL1 DRL2 DRL3 DRL4 DRL5      DRL10    DRL15

额定流量(m3/h)    1     2     3     4     5     10    15

额定流量(L/s) 0.28 0.56 0.83 1.1   1.3   2.7   4.2

流量范围(m3/h)    0.4~2      1〜3.5     1.2〜4     1.5~8      2.5~8.5   5~13       9~24

流量范围(L/s) 0.11〜0.56      0.28〜0.97      0.33〜1.1       0.42〜2.2       0.7〜2.3  1.3〜3.6  2.5~6.6

最大压力(MPa)     2.2   2.3   2.4   2.1   2.4   2.2   2.3

电机功率(KW)       0.37〜2.2       0.37〜3   0.37〜3   0.37〜4   0.37〜4   0.75〜7.5       2.2~15

温度范围(°c)                       -15〜+120                  

最高效率(°%)  49    46    58    63    64    70    72

说明       DRL20    DRL32    DRL45    DRL64    DRL90    DRL120   DRL150

额定流量(m3/h)    20    32    45    64    90    120  150

额定流量(L/s) 5.6   8.9   12.5 18    25    33    41.6

流量范围(m3/h)    10〜28    16〜40    25~55     30〜80    50〜110  60~150   80〜180

流量范围(L/s) 2.8〜7.8  4.4〜11.1       6.9〜15.3       8.3~22.2  13.8〜30.5      16.7〜41.7      22〜50

最大压力(MPa)     2.5   2.8   3.3   2.2   2.0   2.1   1.9

电机功率(KW)       1.1〜18.5       1.5〜30   3.0~45    4.0~45    5.5〜45   11〜75    11〜75

温度范围(c)                         -15〜+120                  

最高效率(％)  72    76    78    80    81    75    73

(2)   全变频效率均衡运行

在同一数字集成全变频恒压供水设备中，每台泵变频运行工作效率相同能够实现所 有工作水泵同步变频运行，能够根据用水总需求量自动分配、均衡分摊运行效率，运行 能耗低。在第四章4.4.1节的图4.8中我们分析过，当系统流量在[QB+QC,2QB]流量范 围内，用一定速、一调速的方案或用两台调速泵的方案都能满足高效运行。那么此时在 都能满足高效运行的情况下，哪种方式会更加节能呢？通过一个例子进行分析。

如图5.6为某水泵流量-效率曲线图关于效率轴的对称图，图中虚效率曲线为工频运 行时的效率曲线，实效率曲线为变频运行时的效率曲线[52]。在流量轴取一固定长度的线 段，线段长度表示总流量大小，将此线段在效率曲线上以平行流量轴的方式移动，线段 平移过程中与各曲线的交点的横、纵坐标值即可表示此总流量中泵组各自分配的流量和 效率。由图中可看出，水泵的额定流量为8m3/h。假设系统现在需求的总流量为12m3/h， 图中线段AC此时可表示一台水泵工频运行（对应A点），另一台水泵变频恒压运行（对 应G点）。由图可见，此时工频运行的泵供水流量为8m3/h，效率为64.4%;变频恒压 运行的的泵供水量为4m3/h，效率为48.6%。而线段DF此时表示两台水泵都变频调速运 行，由图可见，此时两台调速泵的出水量都为6 m3/h，效率都为60.8%。综上所述，我 们可以看到，当采用一调速，一工频运行方案时，泵组的平均效率为（48.6%+64.4%) /2=56.5%;而采用两台泵都调速的方案，泵组的平均效率为60.8%，显然两台泵调速的 方案泵组平均效率高于一调速，一工频运行方案。

图5.6同型号泵组并联运行流量-效率曲线

因此，数字集成全变频恒压供水设备中的效率均摊使得整个系统的效率得到提高。 (3 )控制系统中兀器件和电气线路的自身电能损耗大幅减少

把变频器和控制器集成为一体的水泵专用变频控制器不需要PLC可编程控制器， 不需要继电器电路，不需要另配变频器，也没有了体积庞大的控制柜，使控制系统中元 器件及电气线路的自身损耗大幅度降低