1、變頻調速與水泵節能

　　水(shui)泵(beng)(beng)節能離(li)不(bu)開工況點的合理調(diao)(diao)節。其調(diao)(diao)節方(fang)式不(bu)外乎(hu)以下兩種：管(guan)路(lu)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)(xian)的調(diao)(diao)節，如關(guan)閥調(diao)(diao)節；水(shui)泵(beng)(beng)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)(xian)的調(diao)(diao)節，如水(shui)泵(beng)(beng)調(diao)(diao)速(su)、葉輪切削等(deng)。在節能效(xiao)果方(fang)面，改(gai)(gai)變水(shui)泵(beng)(beng)性(xing)能曲(qu)線(xian)(xian)的方(fang)法(fa)，比改(gai)(gai)變管(guan)路(lu)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)(xian)要(yao)顯(xian)著得多[1]。因(yin)此，改(gai)(gai)變水(shui)泵(beng)(beng)性(xing)能曲(qu)線(xian)(xian)成為水(shui)泵(beng)(beng)節能的主要(yao)方(fang)式。而變頻(pin)調(diao)(diao)速(su)在改(gai)(gai)變水(shui)泵(beng)(beng)性(xing)能曲(qu)線(xian)(xian)和自(zi)動控制方(fang)面優勢明顯(xian)，因(yin)而應(ying)用廣泛。但同時應(ying)該引起注意的是(shi)，影響變頻(pin)調(diao)(diao)速(su)節能效(xiao)果的因(yin)素很(hen)(hen)多，如果盲目選用，很(hen)(hen)可能事與愿違。

2、影(ying)響變(bian)頻(pin)調速范圍的因素

　　水(shui)泵(beng)調(diao)速(su)一(yi)般(ban)是(shi)減速(su)問題。當采用變頻(pin)調(diao)速(su)時，原來按工頻(pin)狀態設計的(de)泵(beng)與(yu)電機的(de)運行參(can)數均(jun)發生了較大的(de)變化(hua)，另(ling)外如(ru)管路特性曲線、與(yu)調(diao)速(su)泵(beng)并列運行的(de)定(ding)速(su)泵(beng)等因(yin)素(su)，都會對調(diao)速(su)的(de)范圍產(chan)生一(yi)定(ding)影響。超范圍調(diao)速(su)則難(nan)以(yi)實現(xian)節能的(de)目的(de)。因(yin)此，變頻(pin)調(diao)速(su)不(bu)可能無限制(zhi)調(diao)速(su)。一(yi)般(ban)認為，變頻(pin)調(diao)速(su)不(bu)宜低于額定(ding)轉速(su)50％，最(zui)好處于 75％～100％，并應結合實際經(jing)計算確(que)定(ding)。

1)水泵工藝特(te)點對調速(su)范圍的影響

　　理(li)(li)論上(shang)，水(shui)泵(beng)(beng)調(diao)速(su)高(gao)效(xiao)(xiao)區(qu)為(wei)(wei)通過(guo)工(gong)頻高(gao)效(xiao)(xiao)區(qu)左(zuo)右(you)端(duan)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)兩條相似工(gong)況(kuang)拋物(wu)線(xian)的(de)(de)(de)中間區(qu)域(yu)OA1A2（見圖(tu)1）。實際上(shang)，當水(shui)泵(beng)(beng)轉速(su)過(guo)小(xiao)時，泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率將急劇(ju)下降(jiang)，受(shou)此影(ying)響，水(shui)泵(beng)(beng)調(diao)速(su)高(gao)效(xiao)(xiao)區(qu)萎縮為(wei)(wei)PA1A2[2]（顯然，若運(yun)行(xing)工(gong)況(kuang)點(dian)(dian)已超出該區(qu)域(yu)，則不宜(yi)采(cai)用調(diao)速(su)來(lai)節(jie)能了。）圖(tu)中H0B為(wei)(wei)管(guan)路特性(xing)曲(qu)線(xian)，則CB段成(cheng)為(wei)(wei)調(diao)速(su)運(yun)行(xing)的(de)(de)(de)高(gao)效(xiao)(xiao)區(qu)間。為(wei)(wei)簡(jian)化計(ji)算，認(ren)為(wei)(wei)C點(dian)(dian)位(wei)于曲(qu)線(xian)OA1上(shang)，因此，C點(dian)(dian)和A1點(dian)(dian)的(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率在(zai)理(li)(li)論上(shang)是(shi)相等(deng)的(de)(de)(de)。C點(dian)(dian)就成(cheng)為(wei)(wei)最小(xiao)轉速(su)時水(shui)泵(beng)(beng)性(xing)能曲(qu)線(xian)高(gao)效(xiao)(xiao)區(qu)的(de)(de)(de)左(zuo)端(duan)點(dian)(dian)。 　　因此，最小(xiao)轉速(su)可這樣求得(de)：　　由于C點(dian)(dian)和A1點(dian)(dian)工(gong)況(kuang)相似，根據比例律有：

2)定速(su)(su)泵對調速(su)(su)范圍(wei)的影(ying)響

　　實踐中，供水(shui)系統(tong)(tong)往(wang)往(wang)是多臺水(shui)泵并(bing)(bing)(bing)聯供水(shui)。由于投資(zi)昂貴，不可能將所(suo)有水(shui)泵全部(bu)調速(su)(su)，所(suo)以一般采用調速(su)(su)泵、定速(su)(su)泵混合供水(shui)。在這樣的(de)系統(tong)(tong)中，應注意確(que)保調速(su)(su)泵與定速(su)(su)泵都(dou)能在高效(xiao)段運(yun)行(xing)(xing)，并(bing)(bing)(bing)實現系統(tong)(tong)最優。此時(shi)，定速(su)(su)泵就對(dui)與之并(bing)(bing)(bing)列運(yun)行(xing)(xing)的(de)調速(su)(su)泵的(de)調速(su)(su)范圍產生了較大(da)的(de)影響[2]。主要分(fen)以下(xia)兩種情(qing)況：

2).1 同型號水泵一(yi)調一(yi)定并(bing)列運(yun)行(xing)時(shi)，雖(sui)然調度靈活，但由于(yu)無法兼顧調速(su)泵與定速(su)泵的(de)高效工作段(duan)，因(yin)此(ci)，此(ci)種情況(kuang)下調速(su)運(yun)行(xing)的(de)范圍是很(hen)小的(de)。

　　2).2 不同型號水泵(beng)(beng)一調(diao)一定(ding)并(bing)列運行(xing)時，若能達到調(diao)速(su)泵(beng)(beng)在(zai)額定(ding)轉速(su)時高效段右端(duan)點(dian)揚(yang)程與定(ding)速(su)泵(beng)(beng)高效段左端(duan)點(dian)揚(yang)程相等。則可(ke)實現最(zui)大范圍的調(diao)速(su)運行(xing)。但此時調(diao)速(su)泵(beng)(beng)與定(ding)速(su)泵(beng)(beng)絕對不允許互換(huan)后并(bing)列運行(xing)。

　　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，因此隨著轉速的下降，軸功率會急劇下降，但若電機輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻，都會使電機效率下降過快，最終都影響到整個水泵機組的效率。而且自冷電機連續低速運轉時，也會因風量不足影響散熱，威脅電機安全運行。 三 管路特性曲線對調速節能效果的影響 　　雖然改變水泵性能曲線是水泵節能的主要方式，但是在不同的管路特性曲線中，調速節能效果的差別卻是十分明顯的。為了直觀起見，這里采用圖2說明。在設計工況相同的3個供水系統里（即最大設計工況點均為A點，均需把流量調為QB），水泵型號相同，但管路特性曲線卻不相同，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，若采用關閥調節，則3個系統滿足流量QB的工況點均為B點，對應的軸功率為NB；若采用調速運行，則 3個系統滿足流量QB的工況點分別為C，D，E點，其對應的運行轉速分別為n1，n2，n3，相應的軸功率分別為NC， ND，NE。由于N∝Q·H，所以各點軸功率滿足NB＞NC＞ND＞NE。
 可見，在管路特性(xing)曲線為H=H0+S·Q2的(de)系統中采(cai)用(yong)調(diao)(diao)速(su)節能(neng)(neng)時，H0越(yue)小，節能(neng)(neng)效(xiao)果越(yue)好。反之(zhi)，當H0大到一(yi)定程度(du)時，受電機效(xiao)率(lv)下降(jiang)和調(diao)(diao)速(su)系統本身效(xiao)率(lv)的(de)影響，采(cai)用(yong)變頻調(diao)(diao)速(su)可能(neng)(neng)不節能(neng)(neng)甚至反而增(zeng)加能(neng)(neng)源浪費(fei)。 四 兩種調(diao)(diao)速(su)供水方式(shi)節能(neng)(neng)效(xiao)果比(bi)較

　　在供(gong)水系統中，變頻調速一般采(cai)用以下2種供(gong)水方式：變頻恒壓(ya)變流量(liang)供(gong)水和變頻變壓(ya)變流量(liang)供(gong)水。其中，前者應用得更廣泛，而后者技術(shu)上更為(wei)合理，雖然實施難度更大，但代表(biao)著水泵變頻調速節能技術(shu)的發展方向。

　　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"流量大時揚程低，流量小時揚程高"的特性，通過自控變頻系統，無論流量如何變化，都使水泵運行揚程保持不變，即等于設計揚程。若采用關閥調節，當流量由Q2→Q1時，則工況點由 A1變為A2，浪費揚程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用變頻恒壓供水，則自動將轉速調至n1，工況點處于B1點（參見圖3）。由于變頻調速是無級變速，可以實現流量的連續調節，所以，恒壓供水工況點始終處于直線H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口設定一個壓力控制值，比較簡單易行。顯然，恒壓供水節約了△H1，而沒有考慮△H2。因此，它不是最經濟的供水調節方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲線陡曲的情況下，△H2所占的比重更大，其局限性就顯而易見。 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移動（參見圖3）。當流量由Q2→Q1時，自動將轉速調至n2，工況點處于B2點。此時水泵軸功率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揚程的浪費，顯然優于恒壓供水。　　但變壓供水本質上也是一種恒壓，不過將水泵出口壓力恒定變成了控制點壓力恒定。