變頻供水設備型號的基本知識
2013-5-3 9:37:04??????點(diǎn)擊：
變頻供水設備型號的基本知識
一、變頻供水設備型號的特點(diǎn)
1. 節能，可以實(shí)現節電20%-40%，能實(shí)現綠色用電。
2. 占地面積小，投入少，效率高。
3. 配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。
4. 運行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用，并且水泵的壽命大大提高。
5. 由于變頻恒壓調速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多污染源頭。
6. 通過(guò)通信控制，可以實(shí)現無(wú)人值守，節約了人力物力。
二、變頻供水設備型號節能原理
由水泵的工作原理可知：水泵的流量與水泵(電機)的轉速成正比，水泵的揚程與水泵(電機)的轉速的平方成正比，水泵的軸功率等于流量與揚程的乘積，故水泵的軸功率與水泵的轉速的三次方成正比(既水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比)。根據上述原理可知改變水泵的轉速就可改變水泵的功率。
流量基本公式：
Q∝N H∝N2 KW=Q*H∝N3
以上Q代表流量，N代表轉速，H代表?yè)P程，KW代表軸功率。
例如：將供電頻率由50HZ降為45HZ，則P45/P50=(45/50)3= 0.729，即P45=0.729 P50；
將供電頻率由50HZ降為40HZ，則P40/P50=(40/50)3= 0.512，即P40=0.512 P50。
水泵一般是按供水系統在設計時(shí)的較大工況需求來(lái)考慮的，而用水系統在實(shí)際使用中有很多時(shí)間不一定能達到用水的較大量，一般用閥門(mén)調節增大系統的阻力來(lái)節流，造成電機用電損失，而采用變頻器可使系統工作狀態(tài)平緩穩定，通過(guò)改變轉速來(lái)調節用水供應，并可通過(guò)降低轉速節能收回投資。
三、變頻供水設備型號的主要應用場(chǎng)合
1、高層建筑，城鄉居民小區，企事業(yè)等生活用水；
2、各類(lèi)工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補水等；
3、中央空調系統；
4、自來(lái)水廠(chǎng)增壓系統；
5、農田灌溉，污水處理，人造噴泉；
6、各種流體恒壓控制系統。
水泵變頻調速應用的注意事項
變頻調速在泵與風(fēng)機的節能方面應用廣泛，但在實(shí)際應用中往往由于對影響其節能效果的因素考慮不周，導致選擇與使用存在著(zhù)較大的盲目性，影響其節能效益的發(fā)揮。以水泵為例，針對影響其調速范圍、節能效果的一些主要因素，進(jìn)行了對癥分析和探討，在此基礎上指出了變頻調速的適用范圍。
1 變頻調速與水泵節能
水泵節能離不開(kāi)工況點(diǎn)的合理調節。其調節方式不外乎以下兩種：管路特性曲線(xiàn)的調節，如關(guān)閥調節；水泵特性曲線(xiàn)的調節，如水泵調速、葉輪切削等。在節能效果方面，改變水泵性能曲線(xiàn)的方法，比改變管路特性曲線(xiàn)要顯著(zhù)得多[1]。因此，改變水泵性能曲線(xiàn)成為水泵節能的主要方式。而變頻調速在改變水泵性能曲線(xiàn)和自動(dòng)控制方面優(yōu)勢明顯，因而應用廣泛。但同時(shí)應該引起注意的是，影響變頻調速節能效果的因素很多，如果盲目選用，很可能事與愿違。
2 影響變頻調速范圍的因素
水泵調速一般是減速問(wèn)題。當采用變頻調速時(shí)，原來(lái)按工頻狀態(tài)設計的泵與電機的運行參數均發(fā)生了較大的變化，另外如管路特性曲線(xiàn)、與調速泵并列運行的定速泵等因素，都會(huì )對調速的范圍產(chǎn)生一定影響。超范圍調速則難以實(shí)現節能的目的。因此，變頻調速不可能沒(méi)有限制調速。一般認為，變頻調速不宜低于額定轉速50％，處于75％～100％較好，并應結合實(shí)際經(jīng)計算確定。
2.1 水泵工藝特點(diǎn)對調速范圍的影響
理論上，水泵調速高效區為通過(guò)工頻高效區左右端點(diǎn)的兩條相似工況拋物線(xiàn)的中間區域OA1A2(見(jiàn)圖1)。實(shí)際上，當水泵轉速過(guò)小時(shí)，泵的效率將急劇下降，受此影響，水泵調速高效區萎縮為PA1A2[2](顯然，若運行工況點(diǎn)已超出該區域，則不宜采用調速來(lái)節能了。)圖中H0B為管路特性曲線(xiàn)，則CB段成為調速運行的高效區間。為簡(jiǎn)化計算，認為C點(diǎn)位于曲線(xiàn)OA1上，因此，C點(diǎn)和A1點(diǎn)的效率在理論上是相等的。C點(diǎn)就成為較小轉速時(shí)水泵性能曲線(xiàn)高效區的左端點(diǎn)。
因此，較小轉速可這樣求得：
由于C點(diǎn)和A1點(diǎn)工況相似，根據比例律有：
(QC/Q1)2=HC/H1
C點(diǎn)在曲線(xiàn)H=H0+S·Q2上有：
HC=H0+S·QC2
其中，HC、QC為未知數，解方程得：
HC=H1×H0/(H1-S·Q12)
QC=Q1×[H0/(H1-S·Q12)]1/2
根據比例律有：
nmin=n0×[H0/(H1-S·Q12)]1/2
2.2 定速泵對調速范圍的影響
實(shí)踐中，供水系統往往是多臺水泵并聯(lián)供水。由于投資昂貴，不可能將所有水泵全部調速，所以一般采用調速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統中，應注意確保調速泵與定速泵都能在高效段運行，并實(shí)現系統較優(yōu)。此時(shí)，定速泵就對與之并列運行的調速泵的調速范圍產(chǎn)生了較大的影響[2]。主要分以下兩種情況：
2.2.1
同型號水泵一調一定并列運行時(shí)，雖然調度靈活，但由于無(wú)法兼顧調速泵與定速泵的高效工作段，因此，此種情況下調速運行的范圍是很小的。
2.2.2
不同型號水泵一調一定并列運行時(shí)，若能達到調速泵在額定轉速時(shí)高效段右端點(diǎn)揚程與定速泵高效段左端點(diǎn)揚程相等。則可實(shí)現較大范圍的調速運行。但此時(shí)調速泵與定速泵 不允許互換后并列運行。
2.3 電機效率對調速范圍的影響
在工況相似的情況下，一般有N∝n3，因此隨著(zhù)轉速的下降，軸功率會(huì )急劇下降，但若電機輸出功率過(guò)度偏移額定功率或者工作頻率過(guò)度偏移工頻，都會(huì )使電機效率下降過(guò)快， 終將 影響到整個(gè)水泵機組的效率。而且自冷電機連續低速運轉時(shí)，也會(huì )因風(fēng)量不足影響散熱，威脅電機安全運行。
3 管路特性曲線(xiàn)對調速節能效果的影響
雖然改變水泵性能曲線(xiàn)是水泵節能的主要方式，但是在不同的管路特性曲線(xiàn)中，調速節能效果的差別卻是十分明顯的。為了直觀(guān)起見(jiàn)，這里采用圖2說(shuō)明。在設計工況相同的3個(gè)供水系統里(即較大設計工況點(diǎn)均為A點(diǎn)，均需把流量調為QB)，水泵型號相同，但管路特性曲線(xiàn)卻不相同，分別為：
①H=H1+S1·Q2(H0=H1)
②H=H2+S2·Q2(H0=H2，H1＞H2)
③H=S3·Q2(H0=H3=0)
很顯然，若采用關(guān)閥調節，則3個(gè)系統滿(mǎn)足流量QB的工況點(diǎn)均為B點(diǎn)，對應的軸功率為NB；若采用調速運行，則3個(gè)系統滿(mǎn)足流量QB的工況點(diǎn)分別為C，D，E 點(diǎn)，其對應的運行轉速分別為n1，n2，n3，相應的軸功率分別為N*，**，NE。由于N∝Q·H，所以各點(diǎn)軸功率滿(mǎn)足NB＞N*＞**＞NE。
可見(jiàn)，在管路特性曲線(xiàn)為H=H0+S·Q2的系統中采用調速節能時(shí)，H0越小，節能效果越好。反之，當H0大到一定程度時(shí)，受電機效率下降和調速系統本身效率的影響，采用變頻調速可能不節能甚至反而增加能源浪費。
4 兩種調速供水方式節能效果比較
在供水系統中，變頻調速一般采用以下2種供水方式：變頻恒壓變流量供水和變頻變壓變流量供水。其中，前者應用得更廣泛，而后者技術(shù)上更為合理，雖然實(shí)施難度更大，但代表著(zhù)水泵變頻調速節能技術(shù)的發(fā)展方向。
4.1 變頻恒壓(變流量)供水
所謂恒壓供水方式，就是針對離心泵流量大時(shí)揚程低，流量小時(shí)揚程高的特性，通過(guò)自控變頻系統，無(wú)論流量如何變化，都使水泵運行揚程保持不變，即等于設計揚程。若采用關(guān)閥調節，當流量由Q2→Q1時(shí)，則工況點(diǎn)由A1變?yōu)锳2，浪費揚程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用變頻恒壓供水，則自動(dòng)將轉速調至 n1，工況點(diǎn)處于B1點(diǎn)(參見(jiàn)圖3)。由于變頻調速是無(wú)級變速，可以實(shí)現流量的連續調節，所以，恒壓供水工況點(diǎn)始終處于直線(xiàn)H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口設定一個(gè)壓力控制值，比較簡(jiǎn)單易行。顯然，恒壓供水節約了△H1，而沒(méi)有考慮△H2。因此，它不是較經(jīng)濟的供水調節方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲線(xiàn)陡曲的情況下，△H2所占的比重更大，其局限性就顯而易見(jiàn)。
4.2 變頻變壓(交流量)供水
變壓供水方式控制原理和恒壓供水相同，只是壓力設置不同。它使水泵揚程不確定，而是沿管路特性曲線(xiàn)移動(dòng)(參見(jiàn)圖3)。當流量由Q2→Q1時(shí)，自動(dòng)將轉速調至n2，工況點(diǎn)處于B2點(diǎn)。此時(shí)水泵軸功率n2小于恒壓供水水泵軸功率N1。變壓供水理論上避免了流量減少時(shí)揚程的浪費，顯然優(yōu)于恒壓供水,但變壓供水本質(zhì)上也是一種恒壓，不過(guò)將水泵出口壓力恒定變成了控制點(diǎn)壓力恒定，它一般有2種形式：
4.2.1 由流量Q確定水泵揚程
流量計將測得的水泵流量Q反饋給控制器，控制器根據H=H0+S·Q2確定水泵揚程H，通過(guò)調速使H沿設計管路特性曲線(xiàn)移動(dòng)。
但在生產(chǎn)實(shí)踐中情況比較復雜。對于單條管路輸水系統，是可以得到與之對應的一條管路特性曲線(xiàn)的。而在市政供水管網(wǎng)中，則很難得到一條確定的管路特性曲線(xiàn)。在實(shí)踐中，只能根據管網(wǎng)實(shí)際運行情況，通過(guò)盡時(shí)能接近實(shí)際的假設，計算出近似的管路特性曲線(xiàn)。
4.2.2 由較不利點(diǎn)壓力Hm確定水泵揚程
即需在管網(wǎng)較不利點(diǎn)設置壓力遠傳設備，并向控制室傳回信號，控制器據此使水泵按滿(mǎn)足較不利點(diǎn)壓力所需要的揚程運行、由于管網(wǎng)較不利點(diǎn)往往距離泵站較遠，遠傳信號顯得不太方便，而且，在市政供水系統中，由于管網(wǎng)的調整，用水狀況的變化等隨機因素的影響，都會(huì )使實(shí)際較不利點(diǎn)和設計較不利點(diǎn)發(fā)生一些偏差，給變壓供水的實(shí)施帶來(lái)困難。
5 結論
①變頻調速是一種應用廣泛的水泵節能技術(shù)，但卻具有較為嚴格的適用條件，不可能簡(jiǎn)單地應用于任何供水系統，具體采取何種節能措施，應結合實(shí)際情況區別對待
②變頻調速適用于流量不穩定，變化頻繁且幅度較大，經(jīng)常流量明顯偏小以及管路損失占總揚程比例較大的供水系統。
③變頻調速個(gè)適用于流量較穩定，工況點(diǎn)單一以及靜揚程占總揚程比例較大的供水系統。
④變頻變壓供水優(yōu)于變頻恒壓供水。
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