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时间:2018-07-08
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1、供水系统中调速水泵有关问题的探讨1、前言水泵调速技术已经存在多年,早期主要是一些低压水泵采用低压变频器进行调速,因为成本不高,所以采用比较普遍。而对于高压水泵的调速,早期还大多是采用液力偶合器、串级调速等传统方法来实现。随着高压大功率变频器的出现,目前采用高压变频器对高压水泵进行调速逐渐成为一种趋势。由于高压变频器目前成本相对较高,许多供水行业的人士出于投资回收考虑,对水泵调速这项技术本身及其可以取得的效益都比较关心,经常有如下一些疑惑:l供水系统一般多台水泵并联运行,设计原则是同压头水泵并联,同流量水泵串联。而调速泵速度降低后,按一般常理认为,其输出水压将降低,那么调速泵如何
2、再与其他工频泵并联,是否有内耗存在?l常说水泵流量和转速成正比,压力和转速平方成正比,其功率则和转速立方成正比,也就是说水泵的功耗是按流量的立方关系变化的,假设水泵流量调到一半时,水泵的轴功率只有满流量时的12.5%,省电应达到87.5%,可为什么实际系统的节能效果远不是这样?到底怎样预估一个水泵调速系统的节能潜力?l调速水泵和工频水泵并联运行时,调速水泵能否无限制往下调速?调速泵是不是转速到0时流量才为0?并联工频水泵会不会过流?调速泵会不会水流倒惯?调速时应注意什么问题?l水泵调速方法有哪些?究竟什么方式比较可取?对水泵进行调速改造,除了节能,到底还能有什么其他效益?本文将
3、从水泵的工作特性出发,解释和回答这些问题,不对之处,欢迎专家指正。2、水泵的工作特性图(1)水泵定速工作时,工作特性如图(1)所示。曲线①为水泵按转速N1定速工作时的Q-H曲线,曲线②③为管路特性曲线。在第一种负载工况下,水泵工作在A点,流量为Q1,压力为H1。当流量减为Q2时,水压将上升到H2,水泵工作在B点。水压的上升,一方面存在不必要的电耗,另一方面也可能威胁到供水管网的安全。从水泵定速工作特性曲线看出,尽管水泵工作转速不变,但只要管网特性发生变化(曲线②变为曲线③),那么水泵的工作点是发生变化的,其流量和压力也随之变化。换言之,水泵的输出压力并不只是转速的单值函数。在自
4、来水行业,流量的减少是因为夜间用户关阀,管网特性曲线发生了变化,曲线②变为曲线③,流量由Q1降为Q2。为了防止管网水压的上升威胁到管网安全,可以调节水泵出口阀门或者改开小泵。在一些化工生产、制冷等行业,流量的减少是因为生产工艺的需要,这时可以调节水泵输出阀门,人为改变管网特性,使水泵工作点由A点变到B点,从而达到主动调节流量的目的。图(2)图(2)示出了水泵调速运行时,水泵工作特性的变化情况,曲线①②③分别为水泵按N1、N3和N2三种速度运行时的特性曲线,曲线④⑤为管网特性曲线。如果管网特性不变,保持为曲线④,水泵由N1转速调节到N2速运行时,水泵的工作点将由A点变到B点,流量
5、和水压分别变到Q2和H2,它们都随着转速的下降而下降。负载特性不变时,水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间满足如下关系:Q∝N,H∝N2,P∝N3。但如果是外界因素导致管网特性发生变化(由曲线④变为曲线⑤),使得流量减少为Q2,但又要维持水压不变,这时水泵可以将速度调节到N3运行,从工作曲线中可以看出,水泵的转速和输出流量下降,但水泵的输出压力却保持不变,这就是为什么流量变化时,可以通过调节水泵转速实现恒压供水的理论依据。这种情况下,由于管网特性的改变,水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间不再满足Q∝N、H∝N2、P∝N3的关系,并不是转速下降其水压就下降,水泵速度
6、下降且其分担的流量下降后,只要其输出水压不变,就可以和其他高速水泵并联运行。1、水泵调速运行的轴功率3.1管路特性不变管路特性不变时,水压随流量的变化而变化,调速时只对流量作要求,对水压不作要求,这时水泵的工作情况如图(3)所示:图(3)从图可见,需要流量下降时,将水泵速度由N1下调为N2,则水泵工作点由A点变为B点,流量由Q1变为Q2,压力由H1变为H2,水泵在A、B两个工作点的输出功率PA和PB分别为:PA=H1×Q1,PB=H2×Q2从上式看出,如果转速降为50%,则水泵输出功率下降为12.5%;如果在A、B两点水泵的效率差别不大,则水泵的输入功率也大大下降。3.2调速时
7、要求水压恒定图(4)在图(4)这种工况下,水泵速度由N1调到N2,工作点由A点变到B点,流量由Q1变到Q2,水压保持不变,H1=H2。水泵在A、B两点的输出功率PA=H1×Q1,PB=H2×Q2。==这种情况下,水泵输出功率和流量成正比。(注意:水泵输出功率不和转速成正比,因为管路特性已变化,Q1不正比于N1,Q2不正比于N2。)这种工况下类似自来水行业。用户用水量由Q1下降为Q2(用水量下降是用户关阀引起的管路特性发生变化,由特性曲线(1)变为曲线(2)。),但仍需水压保持恒定。1、水泵调
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