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1、变调速系统能耗分析水泵机组应用变频调速技术。即通过改变电动机定子电源频率来改变电动机转速口J以相应的改变水泵转速及工况，使其流量与扬程适应管网用水量的变化，保持管网压力恒定，达到节能效果。如图2.1所示，n为水泵特性曲线，A管路特性曲线，H0为管网末端的服务压力，H1为泵出口压力。当用水量达到最大Qmax吋，水泵全速运转，出口阀门全开，达到了满负荷运行，水泵的特性nO和用水管特性曲线A0汇交于b点,此吋，水泵输出口压力为H,末端服务压力刚好为H0。当用水量从Qmax减少到Q1的过程中，采用不同的控制方
2、案，其水泵的能耗也不同。图2.1节能分析曲线图(1)水泵全速运传，靠关小泵出口阀门来控制；此时，管路阻力特性曲线变陡(A2),水泵的工况点由b点上滑到c点，而管路所需的扬程将由b点滑到d点，这样c点和d点扬程的差值即为全速水泵的能量浪费。(2)水泵变速运传，靠泵的出口压力恒定来控制；此时，当用水量由Qmax下降时，控制系统降低水泵转速来改变其特性。但由于采用泵出口压力恒量方式工作。所以其工况点是在H上平移。在水量到达Q1时，相应的水泵特性趋向为nxo而管路的特性曲线将向上平移到Al,两线交点e即为此时
3、的工况点，这样,在水量减少到Q1时，将导致管网不利点水压升高到H0>Hl,则Hl即为水泵的能量浪费。(3)水泵变速运转，靠管网取不利点压力恒定來控制；此时，当用水量由Qmax下降到Q1时，水泵降低转速，水泵的特性曲线nl,其工况点为d点，正好落在管网特性曲线A0上，这样可以使水泵的工作点式屮沿着A0滑动，管网的服务压力H0恒定不变，其扬程与系统阻力和适应，没有能量的浪费。此方案与泵出口恒压松散水相比，其能耗下降了hl.根据水泵相似原理：Ql/Q2=nl/n2Hl/H2=(nl/n2)*2Pl/P2=(
4、nl/n2)*3式中，Q、H、P、n分别为泵流量、压力、轴功率和转速。即通过控制转速可以减少轴功率。根据以上分析表明，选择供水管网最不利点允许的最低压力为控制参数，通过压力传感器以获得压力信号，组成闭环压力口控调速系统，以使水泵的转速保持与调速装置所设定的控制压力相匹配，使调速技术和自控技术相结合，达到最佳节能效果。此外，最不利点的控制压力还保证了用户水压的稳定,无论管路特性等因素发生变化，最不利点的水压是恒定的，保证了供水压力的可靠⑸。采用变频恒压供水系统除可节能外，还可以使水泵组启动，降低了起动电
5、流,避免了对供电系统产生冲击负荷，提高了供水供电的安全可靠性。另外，变频器木身具有过电流、过电压、失压等多种保护功能，提高了系统的安全可靠性。目前水泵电机绝大部分是三相交流界步电动机，根据交流电机的转速特性，电机的转速n为：n=120(l-s)/p(2.1)式中s为电机的转茅率(s=0.02),p为电机极对数，f为定了供电频率。当水泵电机选定后，p和s为定值，也就是说电机转速与电源的频率高低成正比，频率越高，转速越高，反之，转速越低，变频调速时是根拯这一公式来实现无级调速的。由流体力学知：管网压力P、
6、流量Q和功率N的关系为：N=PQ由功率与水泵电机转速成三次方正比关系，基于转速控制比，基于流量控制可以大幅度降低轴频率。变频调速恒压供水工况与能耗机理分析管路水力损失分为扬程损失和局部损失两种hs=hy+hj（2.2）沿程损失hy=LQ2（2.3）式中y■管路沿程摩擦损失系数；卜局部损失系数；L■管路长度（m）；A■过水截面的面积。九=LQ2+S4Q2=SQ2（2.4）式屮S被称为管路阻力系数。当水泵管路系统去掉后，相应的y,j,L,A等参数都能去顶，S也就确定了。由式（2.4）可知管路水力损失与流量
7、的平方成止比。当上下水位确定后，管路所需要的水损失就等于上下水位差（即实际扬程H）加上管路损失Hx=Hsj+Hs（2.5）由式（2.5）可以得到如图所示的Hs・Q管路性能曲线图2.2水泵工作点的确定水泵运行工况点A是水泵性能曲线nl和管道性能曲线R1的交点。在常规供水系统小，采用阀门控制流量，需要减少流量时关小阀门，管路性能曲线有R1变为R2.运行工况点沿着水泵性能曲线从A点移到D点，扬程从H0上升到H1,流量从Q0减少到Q1。采用变频调速控制时，管路性能曲线R1保持不变,水泵的特性取决于转速，如果水
8、泵转速从nO降到nl,水泵性能曲线从nO平移到nl,运行工况点沿着水泵性能曲线从A点移到C点，扬程从H0下降到H1,流量从Q0减少到Q1.在图2-5中水泵运行在B点时消耗的轴功率与H1BQ1O的面积成正比，运行在C点时消耗的轴功率与H2CQ1O的面积成正比，从图2.3上可以看出，在流量相同的情况下，采用变频调速控制比恒速泵控制节能效杲明显［5］。H图2.3变频调速恒压供水单台水泵工况调节图求出运行在B点的泵的轴功率Pp=kQBHB运行在C点泵的轴功率耳=
