变频水泵性能分析

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1、变频水泵性能分析曹琦付明星（西安交通大学能源动力学院）摘要：文中根据相似原理，分析了变频水泵性能，从水电比拟原理推导出水泵功耗和流量的实际关系，并提出了供水系统最小压差节能控制方法的思想。英文摘要：Thepaperanalyzedtheperformanceofconvertwaterpumpbysimilarlaw.Introducedtherealrelationofwaterpumppowerconsumeanditsflowwatervaluefromwaterassimilateelectricity.Advancedtheminimumdifferencepre

2、sscontrolmethodforgivingwatersystem.关键词：变频水泵  节能  相似原理    1  引言    随着环境、能源形势的严峻，国际、国家的环境、能源政策法规越来越严厉，节能也就成为空调系统设计永恒的话题。本文从流体力学相似原理角度，分析了变频水泵的性能，发表了作者对变频水泵节能效果的一些看法，供同仁参考。2  变频水泵性能分析根据流体力学的相似原理，两种流动作到完全相似，必须满足几何相似、运动相似和动力相似[1]。以相似原理为指导,在风机、水泵、以及飞机制造行业，利用模型级进行新机种设计的方法也被广泛而有效地使用。几何相似就是实际和模型级水

3、泵相应几何尺寸之比等于常数，一般，选取水泵叶轮外径D2为水泵的特性尺寸，几何相似即可由公式(1)表示：    式中:D2—实际叶轮外径，也是变频工况时实际叶轮外径，m;D20—模型级叶轮外径，也是额定工况变频水泵叶轮外径，m;Sl—水泵几何比例因子;对于一台变频水泵,额定工况(下标为0的参数)水泵的叶轮外径D20和变频工况时的叶轮外径D2是相等的,因此        运动相似即实际和模型级水泵相应点的流体质点的牵连速度、相对速度和绝对速度组成的速度三角形相似，一般，选取水泵叶轮外径的圆周速度U2为水泵的特性速度，运动相似即可由公式(2)表示：    式中:U2—实际叶轮外径

4、圆周速度，也是变频工况时变频水泵叶轮外径圆周速度，m/s;U20—模型级叶轮外径圆周速度，也是额定工况时变频水泵叶轮外径圆周速度，m/s;Sv—流体质点速度比例因在子，对于变频水泵有:  n—实际叶轮转速，也是变频工况时变频水泵叶轮转速，rpm;n0—模型级叶轮转速，也是变频水泵叶轮额定转速，rpm;由公式(1)、(2)可以推导出水泵的流量关系式:  式中:Q—实际水泵流量，也是变频工况时变频水泵流量，m3/s；  Q0—模型级水泵流量，也是额定工况时变频水泵流量，m3/s；  Sq—水泵流量比例因子。对于变频水泵有:      动力相似即实际和模型级水泵相应点的流体质点受

5、到的作用力相似，离心式水泵主要是通过叶轮向流体质点施加离心力做功，才将叶轮的机械能转变成流体质点的压力能，从离心机械原理可知，水泵的压头P和其特性点质点的特性速度表示的动能1/2ρU22成正比，动力相似即可由公式(7)表示:式中:P—实际水泵压头，也是变频工况时变频水泵压头，Pa;  P0—模型级水泵压头，也是额定工况时变频水泵压头，Pa;  Sp—水泵压头比例因子。对于变频水泵有:    由公式(5)和(7)可得出水泵功率的相似关系式(9):  式中:N—实际水泵功率，也是变频工况时变频水泵功率，w;  N0—模型级水泵功率，也是额定工况时变频水泵功率，w;  SN—水泵

6、功率比例因子。对于变频水泵有：      从公式(6)、(7)、(9)可以看出，相似流动最大的特征是各种比例因子都为常数;也可看出三个相似条件表达式中都有几何比例因子Sl，因此，几何相似是相似的先决条件，动力相似是从运动相似推导出来的，它们是相关的。从这些相似关系式，我们可以把在额定转数n0下变频水泵性能曲线上的工况点A0换算出在转数n1下水泵性能曲线上的相似工况点A1，如此根据公式(6)、(7)、(9)，不断把额定转数n0下变频水泵性能曲线上不同的工况点换算出在转数n1下水泵性能曲线上对应的相似工况点，最后便可将完整绘出转数n1下的水泵性能曲线。当然转数n1下的水泵性能曲

7、线和转数n0下水泵性能曲线也可以从水泵实验台上实验得出(如图1所示)。从转数n1下的水泵性能曲线绘制过程可以看出，n1下的水泵性能曲线上和额定转数n0下变频水泵性能曲线上的工况点A0相似的工况点A1是唯一的，除了工况点A1其他任何工况点都不和工况点A0相似，当然也包括定压线P0与n1性能曲线的交点C。显然，除了A1点，n1性能曲线上的任何工况点都不和A0点相似，因而就没有公式(6)、(7)、(9)的关系。可以证明，A1点是管路特性系数K=常数的管路阻力曲线I1与n1性能曲线的交点。在论述泵相似工况时是把泵从水系统中