水(shui)泵變(bian)頻調速(su)無負壓高(gao)效(xiao)節能供水(shui)設備應(ying)用的注意(yi)事項(xiang)

      近(jin)幾(ji)年變(bian)(bian)頻(pin)調速無(wu)負(fu)(fu)壓高效(xiao)節能(neng)(neng)供(gong)水(shui)設備在(zai)(zai)供(gong)水(shui)系統發展很快，但在(zai)(zai)實際應(ying)用中仍然存在(zai)(zai)著較大的(de)盲目(mu)性，導(dao)致節能(neng)(neng)效(xiao)果(guo)不盡人意。本文(wen)針(zhen)對變(bian)(bian)頻(pin)調速無(wu)負(fu)(fu)壓高效(xiao)節能(neng)(neng)供(gong)水(shui)設備在(zai)(zai)水(shui)泵節能(neng)(neng)方面談一些淺顯的(de)看法(fa)，以(yi)供(gong)商酌。

1 變頻調(diao)速無負(fu)壓(ya)高效節能供水(shui)設備與水(shui)泵節能

　　水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)節(jie)(jie)能離(li)不開(kai)工況點的(de)合理調(diao)節(jie)(jie)。其調(diao)節(jie)(jie)方(fang)式不外乎以下兩種：管路特性(xing)(xing)曲線的(de)調(diao)節(jie)(jie)，如關閥調(diao)節(jie)(jie)；水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)特性(xing)(xing)曲線的(de)調(diao)節(jie)(jie)，如水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)調(diao)速、葉輪(lun)切削等(deng)。在節(jie)(jie)能效果方(fang)面(mian)，改(gai)變水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)性(xing)(xing)能曲線的(de)方(fang)法，比改(gai)變管路特性(xing)(xing)曲線要顯著得(de)多[1]。因此，改(gai)變水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)性(xing)(xing)能曲線成為(wei)水(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)節(jie)(jie)能的(de)主要方(fang)式。而變頻(pin)調速無負壓高效節能供水設備在改變(bian)水泵性能(neng)(neng)曲線和自動(dong)控制方面(mian)優勢明(ming)顯，因(yin)而應用(yong)廣泛。但同(tong)時應該引(yin)起(qi)注(zhu)意的是，影響變(bian)頻調速(su)節能(neng)(neng)效果的因(yin)素很多(duo)，如(ru)果盲目選用(yong)，很可能(neng)(neng)事與愿違。

2 影響變頻調速無負壓(ya)高效節能供水設備(bei)范圍的因素

　　水泵調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)一(yi)般(ban)是減速(su)(su)問題(ti)。當采用變頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)時(shi)，原來(lai)按工頻(pin)狀態設計(ji)的(de)(de)泵與(yu)電(dian)機的(de)(de)運行(xing)參數(shu)均發生(sheng)了較大的(de)(de)變化，另外如管路特性曲線、與(yu)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)泵并列運行(xing)的(de)(de)定(ding)速(su)(su)泵等因素，都會對調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)的(de)(de)范圍(wei)產生(sheng)一(yi)定(ding)影響(xiang)。超范圍(wei)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)則(ze)難以實現節能的(de)(de)目的(de)(de)。因此，變頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)不可(ke)能無限制調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)。一(yi)般(ban)認為，變頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)(su)不宜低于額定(ding)轉速(su)(su)50％，最好處于75％～100％，并應(ying)結合實際經計(ji)算確定(ding)。

2.1 水泵工(gong)藝特點對(dui)調(diao)速范圍的影響(xiang)

　　理(li)論(lun)上，水泵調速(su)高效區(qu)為(wei)(wei)通(tong)過工(gong)頻高效區(qu)左右端點(dian)的(de)兩(liang)條(tiao)相似工(gong)況拋物線(xian)的(de)中間(jian)區(qu)域(yu)OA1A2（見圖1）。實際(ji)上，當水泵轉速(su)過小時，泵的(de)效率(lv)將急劇下降，受此影(ying)響，水泵調速(su)高效區(qu)萎縮(suo)為(wei)(wei)PA1A2[2]（顯然，若運行工(gong)況點(dian)已超出該(gai)區(qu)域(yu)，則(ze)不宜采用調速(su)來節(jie)能(neng)了。）圖中H0B為(wei)(wei)管(guan)路特性曲(qu)線(xian)，則(ze)CB段成為(wei)(wei)調速(su)運行的(de)高效區(qu)間(jian)。為(wei)(wei)簡化計算，認為(wei)(wei)C點(dian)位于曲(qu)線(xian)OA1上，因此，C點(dian)和A1點(dian)的(de)效率(lv)在(zai)理(li)論(lun)上是相等的(de)。C點(dian)就成為(wei)(wei)最小轉速(su)時水泵性能(neng)曲(qu)線(xian)高效區(qu)的(de)左端點(dian)。

　　因(yin)此，最小轉速可這樣求(qiu)得(de)：

　　由于C點和(he)A1點工況相似，根據比例(li)律有(you)：

　　　　(QC/Q1)2=HC/H1

　　C點在曲線(xian)H=H0+S·Q2上(shang)有(you)：

　　　　HC=H0+S·QC2

　　其中，HC、QC為未知數，解(jie)方程得：

　　　　HC=H1×H0/(H1-S·Q12)

　　　　QC=Q1×[H0/(H1-S·Q12)]1/2

　　根(gen)據比例律有：

　　　　nmin=n0×[H0/(H1-S·Q12)]1/2

2.2 定速泵(beng)對調速范圍的(de)影響(xiang)

　　實踐中，供水系(xi)(xi)統(tong)往往是多臺水泵(beng)(beng)并聯(lian)供水。由于投資昂貴(gui)，不可能將所(suo)有水泵(beng)(beng)全部(bu)調(diao)速(su)(su)，所(suo)以(yi)一般采用調(diao)速(su)(su)泵(beng)(beng)、定(ding)(ding)速(su)(su)泵(beng)(beng)混合供水。在(zai)這(zhe)樣的系(xi)(xi)統(tong)中，應注意確(que)保調(diao)速(su)(su)泵(beng)(beng)與(yu)定(ding)(ding)速(su)(su)泵(beng)(beng)都能在(zai)高效段運行(xing)，并實現系(xi)(xi)統(tong)最優。此(ci)時(shi)，定(ding)(ding)速(su)(su)泵(beng)(beng)就對與(yu)之并列運行(xing)的調(diao)速(su)(su)泵(beng)(beng)的調(diao)速(su)(su)范圍產(chan)生了較大的影響[2]。主要分(fen)以(yi)下兩(liang)種(zhong)情況(kuang)：

2.2.1 同型(xing)號水泵一(yi)調(diao)(diao)一(yi)定(ding)并列運(yun)(yun)行時，雖然(ran)調(diao)(diao)度靈活，但由于無法兼顧調(diao)(diao)速(su)泵與定(ding)速(su)泵的(de)高效工作段，因此，此種情況(kuang)下調(diao)(diao)速(su)運(yun)(yun)行的(de)范(fan)圍(wei)是很小的(de)。

2.2.2 不同型號水泵一(yi)(yi)調(diao)一(yi)(yi)定(ding)并列(lie)運行(xing)(xing)時(shi)，若能達到調(diao)速泵在額定(ding)轉速時(shi)高效段右(you)端點揚程與定(ding)速泵高效段左(zuo)端點揚程相等。則可(ke)實現最大范圍的調(diao)速運行(xing)(xing)。但(dan)此(ci)時(shi)調(diao)速泵與定(ding)速泵絕對不允許互換(huan)后并列(lie)運行(xing)(xing)。

2.3 電機效率(lv)對調速(su)范圍的影(ying)響

　　在工(gong)(gong)況(kuang)相(xiang)似的情況(kuang)下，一般有N∝n3，因此隨著(zhu)轉速的下降(jiang)，軸功率(lv)會(hui)(hui)急劇下降(jiang)，但若電(dian)機(ji)輸(shu)出功率(lv)過度偏(pian)移額定功率(lv)或者(zhe)工(gong)(gong)作頻率(lv)過度偏(pian)移工(gong)(gong)頻，都會(hui)(hui)使電(dian)機(ji)效率(lv)下降(jiang)過快，最終都影響到整個水(shui)泵機(ji)組的效率(lv)。而且自冷電(dian)機(ji)連續低速運轉時，也會(hui)(hui)因風(feng)量不足(zu)影響散熱(re)，威脅(xie)電(dian)機(ji)安全運行(xing)。

3 管路特性曲線對調速節能效果的影響

　　雖然改變水(shui)泵(beng)(beng)性能(neng)曲線(xian)是水(shui)泵(beng)(beng)節(jie)能(neng)的(de)主(zhu)要方式，但是在(zai)不(bu)(bu)同的(de)管路特(te)性曲線(xian)中，調速節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)的(de)差別卻是十分(fen)明顯的(de)。為了直觀起見，這里采用(yong)圖2說明。在(zai)設(she)計工況(kuang)相(xiang)(xiang)同的(de)3個供水(shui)系(xi)統里（即最大(da)設(she)計工況(kuang)點(dian)均為A點(dian)，均需把流量(liang)調為QB），水(shui)泵(beng)(beng)型號(hao)相(xiang)(xiang)同，但管路特(te)性曲線(xian)卻不(bu)(bu)相(xiang)(xiang)同，分(fen)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(ruo)采(cai)用(yong)關(guan)閥調(diao)節，則(ze)3個系統(tong)滿足(zu)(zu)流量(liang)QB的(de)(de)工(gong)況(kuang)點(dian)均為B點(dian)，對應(ying)的(de)(de)軸功(gong)率為NB；若(ruo)采(cai)用(yong)調(diao)速運行(xing)，則(ze)3個系統(tong)滿足(zu)(zu)流量(liang)QB的(de)(de)工(gong)況(kuang)點(dian)分別為C，D，E點(dian)，其對應(ying)的(de)(de)運行(xing)轉速分別為n1，n2，n3，相應(ying)的(de)(de)軸功(gong)率分別為NC，ND，NE。由于N∝Q·H，所以(yi)各點(dian)軸功(gong)率滿足(zu)(zu)NB＞NC＞ND＞NE。

　　可見，在管路特性曲線(xian)為H=H0+S·Q2的(de)系(xi)統(tong)中(zhong)采(cai)用調速節(jie)能時，H0越小，節(jie)能效(xiao)果越好。反(fan)之，當H0大到一定程(cheng)度時，受電機效(xiao)率下降和(he)調速系(xi)統(tong)本(ben)身效(xiao)率的(de)影響，采(cai)用變(bian)頻調速可能不節(jie)能甚至(zhi)反(fan)而(er)增加能源浪費。

4 兩種(zhong)調速供水方式節能效果(guo)比較(jiao)

　　在供(gong)水(shui)(shui)系統中，變(bian)頻(pin)(pin)調(diao)速無負壓高效節(jie)能供(gong)水(shui)(shui)設備一般(ban)采(cai)用以(yi)下2種供(gong)水(shui)(shui)方式：變(bian)頻(pin)(pin)恒壓變(bian)流量(liang)供(gong)水(shui)(shui)和變(bian)頻(pin)(pin)變(bian)壓變(bian)流量(liang)供(gong)水(shui)(shui)。其中，前者應用得(de)更廣泛(fan)，而(er)后者技術上更為合理(li)，雖然實施難度更大，但代(dai)表著水(shui)(shui)泵變(bian)頻(pin)(pin)調(diao)速節(jie)能技術的(de)發展方向(xiang)。

4.1 變頻(pin)恒壓（變流量）供水

　　所謂恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水(shui)方(fang)(fang)式，就是針對(dui)離(li)心泵“流量大(da)時揚(yang)程低，流量小(xiao)時揚(yang)程高”的特性，通過自(zi)控變頻(pin)(pin)系統，無論流量如何變化，都使水(shui)泵運行揚(yang)程保持(chi)不變，即等于設計(ji)揚(yang)程。若(ruo)采用(yong)關閥調節(jie)(jie)(jie)，當流量由Q2→Q1時，則(ze)工況點(dian)(dian)(dian)由A1變為(wei)A2，浪費(fei)揚(yang)程△H=H1-H3=△H1+△H2。若(ruo)采用(yong)變頻(pin)(pin)恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水(shui)，則(ze)自(zi)動將轉速(su)(su)調至n1，工況點(dian)(dian)(dian)處于B1點(dian)(dian)(dian)（參見圖(tu)3）。由于變頻(pin)(pin)調速(su)(su)是無級變速(su)(su)，可以(yi)實現(xian)流量的連續(xu)調節(jie)(jie)(jie)，所以(yi)，恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水(shui)工況點(dian)(dian)(dian)始終(zhong)處于直線H=H2上(shang)，在(zai)控制方(fang)(fang)式上(shang)，只需(xu)在(zai)水(shui)泵出口設定一個(ge)壓(ya)(ya)力控制值，比(bi)(bi)較簡單易行。顯(xian)然，恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水(shui)節(jie)(jie)(jie)約了△H1，而沒有考慮(lv)△H2。因(yin)此，它不是最經(jing)濟的供(gong)水(shui)調節(jie)(jie)(jie)方(fang)(fang)式，尤其在(zai)管路阻力大(da)，管路特性曲線陡(dou)曲的情況下(xia)，△H2所占的比(bi)(bi)重更大(da)，其局限(xian)性就顯(xian)而易見。

4.2 變(bian)頻變(bian)壓（交流量）供水

　　變壓供水方式(shi)控(kong)制原理(li)和恒(heng)壓供水相同，只是(shi)壓力設置不同。它(ta)使水泵揚程不確定，而是(shi)沿管路特(te)性曲線移動（參(can)見圖3）。當流(liu)量(liang)由Q2→Q1時，自動將轉速調至n2，工況點(dian)處于B2點(dian)。此(ci)時水泵軸功(gong)率n2小于恒(heng)壓供水水泵軸功(gong)率N1。變壓供水理(li)論上避免了(le)流(liu)量(liang)減少(shao)時揚程的(de)浪費，顯然(ran)優于恒(heng)壓供水。

　　但變(bian)壓供水本質上也是一種恒壓，不過將(jiang)水泵出口壓力(li)恒定(ding)變(bian)成了控(kong)制點(dian)壓力(li)恒定(ding)，它(ta)一般有2種形式：

4.2.1 由流量Q確定水泵揚(yang)程

　　流量計將測(ce)得的水泵流量Q反饋給控(kong)(kong)制(zhi)器，控(kong)(kong)制(zhi)器根據H=H0+S·Q2確(que)定水泵揚程H，通過調速使H沿設計管路特性曲線移(yi)動。

　　但在(zai)生(sheng)產(chan)實(shi)(shi)踐(jian)(jian)中(zhong)情況比較復雜。對于(yu)單(dan)條(tiao)管(guan)路輸水(shui)系統，是可以得(de)(de)到(dao)與之對應的一條(tiao)管(guan)路特性(xing)(xing)曲(qu)線(xian)的。而在(zai)市政(zheng)供水(shui)管(guan)網中(zhong)，則很(hen)難得(de)(de)到(dao)一條(tiao)確定(ding)的管(guan)路特性(xing)(xing)曲(qu)線(xian)。在(zai)實(shi)(shi)踐(jian)(jian)中(zhong)，只能根據管(guan)網實(shi)(shi)際運行(xing)情況，通過盡時能接近實(shi)(shi)際的假(jia)設，計算出近似的管(guan)路特性(xing)(xing)曲(qu)線(xian)。

4.2.2 由最不利點壓力(li)Hm確定水(shui)泵揚程

　　即需(xu)在管網最不(bu)(bu)利(li)點(dian)(dian)設置(zhi)壓力(li)遠傳設備，并向控制室傳回信(xin)號，控制器據(ju)此(ci)使水(shui)(shui)泵(beng)按(an)滿足最不(bu)(bu)利(li)點(dian)(dian)壓力(li)所需(xu)要的(de)(de)揚程運(yun)行、由于(yu)(yu)管網最不(bu)(bu)利(li)點(dian)(dian)往(wang)往(wang)距(ju)離泵(beng)站較遠，遠傳信(xin)號顯得不(bu)(bu)太(tai)方(fang)便，而且(qie)，在市政供水(shui)(shui)系統中，由于(yu)(yu)管網的(de)(de)調整，用水(shui)(shui)狀況的(de)(de)變化等(deng)隨(sui)機(ji)因素的(de)(de)影(ying)響，都會使實際(ji)最不(bu)(bu)利(li)點(dian)(dian)和設計最不(bu)(bu)利(li)點(dian)(dian)發生一些偏差，給變壓供水(shui)(shui)的(de)(de)實施帶來困難。

5 無負(fu)壓高效節能(neng)供(gong)水(shui)設備(bei)結(jie)論

　　①變(bian)頻調(diao)速無負壓高效節(jie)(jie)能(neng)供(gong)水設備是一(yi)種應(ying)用(yong)廣(guang)泛的水泵(beng)節(jie)(jie)能(neng)技術，但卻具(ju)有較(jiao)為(wei)嚴(yan)格(ge)的適用(yong)條件(jian)，不可(ke)能(neng)簡單地應(ying)用(yong)于任(ren)何供(gong)水系(xi)統，具(ju)體(ti)采(cai)取何種節(jie)(jie)能(neng)措施，應(ying)結合實際情況區別(bie)對待

　　②變頻調(diao)速(su)適用于流(liu)量(liang)不穩定(ding)，變化頻繁且幅度較大，經常流(liu)量(liang)明(ming)顯(xian)偏小以及管路損失占總揚程比例(li)較大的供水系統。

　　③變頻(pin)調速個(ge)適(shi)用(yong)于流量較(jiao)穩定，工況點單一以及靜揚程占總(zong)揚程比例較(jiao)大的供水(shui)系統。

　　④變頻變壓供(gong)水(shui)優(you)于變頻恒壓供(gong)水(shui)。