變頻水泵節能原理及其分析

離心式水泵在我國當前的工農業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中起到很大的作用，水泵使用三相異步電動(dòng)機進(jìn)行拖動(dòng)，其流量和壓力等控制對象大多采用管道閥門(mén)截流的調節方式。這種人為增加管阻的調節方式雖然滿(mǎn)足了生產(chǎn)生活所需的對流量的控制，但是浪費了大量的電能，不是一種經(jīng)濟的運行方式。在電力能源越發(fā)短缺的今天，找尋并普及一種既經(jīng)濟又方便的水泵運行方式，對節能工作有著(zhù)重大的意義。

　　離心式水泵在我國當前的工農業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中起到很大的作用，水泵使用三相異步電動(dòng)機進(jìn)行拖動(dòng)，其流量和壓力等控制對象大多采用管道閥門(mén)截流的調節方式。這種人為增加管阻的調節方式雖然滿(mǎn)足了生產(chǎn)生活所需的對流量的控制，但是浪費了大量的電能，不是一種經(jīng)濟的運行方式。在電力能源越發(fā)短缺的今天，找尋并普及一種既經(jīng)濟又方便的水泵運行方式，對節能工作有著(zhù)重大的意義。

　　1、離心式水泵工作特性

　　1.1 離心式水泵工作原理

　　離心式水泵是一種利用水的離心運動(dòng)的抽水機械。由泵殼、葉輪、泵軸、泵架等組成。起動(dòng)前應先往泵里灌滿(mǎn)水，起動(dòng)后旋轉的葉輪帶動(dòng)泵里的水高速旋轉，水作離心運動(dòng)，向外甩出并被壓入出水管。水被甩出后，葉輪附近的壓強減小，在轉軸附近就形成一個(gè)低壓區。這里的壓強比大氣壓低得多，外面的水就在大氣壓的作用下，沖開(kāi)底閥從進(jìn)水管進(jìn)入泵內。沖進(jìn)來(lái)的水在隨葉輪高速旋轉中又被甩出，并壓入出水管。葉輪在動(dòng)力機帶動(dòng)下不斷高速旋轉，水就源源不斷地從低處被抽到高處。

　　1.2 泵類(lèi)負載特性分析

　　為適應用戶(hù)用水量的變化，調節出水流量，現通常采用兩種方法來(lái)完成流量的連續調節。一種是利用控制閥或節流閥進(jìn)行節流，以改變出水流量;另一種是泵的調速控制，調節泵的轉速來(lái)改變出水流量。圖1為水泵調速時(shí)的全揚程特性(H—Q)曲線(xiàn)。

　　圖1 水泵調速時(shí)的H-Q曲線(xiàn)

　　在上圖中，曲線(xiàn)n0表示，管路中閥門(mén)開(kāi)度不變時(shí)，水泵在額定轉速下的揚程—流量曲線(xiàn)。R1表示水泵轉速不變時(shí)，全揚程與流量之間的關(guān)系曲線(xiàn)，又稱(chēng)管阻特性曲線(xiàn)。H0為供水量Q接近0時(shí)，所需的揚程等于實(shí)際揚程，其物理意義是：如果全揚程小于實(shí)際揚程，系統將不能供水。

　　由上圖可知，水泵的揚程特性曲線(xiàn)和管網(wǎng)的管阻特性曲線(xiàn)有交叉點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是水泵工作時(shí)既滿(mǎn)足揚程特性又滿(mǎn)足管阻特性，供水系統工作于平衡狀態(tài)，系統穩定運行。

　　在使用管道閥門(mén)控制時(shí)，當流量要求從QA減小到QB，就必須減小閥門(mén)開(kāi)度。這時(shí)供水管道的阻力變大，管阻特性曲線(xiàn)從R1移到R2，揚程則從HA上升到HB，運行工況點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)。

　　在使用水泵調速控制時(shí)，當流量要求從QA減小到QB，由于閥門(mén)開(kāi)口度不變，管道的阻力曲線(xiàn)R不變，此時(shí)水泵的特性取決于其轉速。如果把速度從n0降到n1，運行工況點(diǎn)則從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚程從HA下降到HC。

　　根據離心泵特性曲線(xiàn)公式：

　　其中：P——為泵使用的工況點(diǎn)軸功率(KW);

　　Q——為使用工況點(diǎn)的水壓或流量(m2\/s);

　　H——為使用工況點(diǎn)的揚程(m);

　　ρ——為輸出介質(zhì)的密度(kg\/m3);

　　η——為使用工況點(diǎn)的泵的效率(%)。

　　由公式1，可得出在使用閥門(mén)調節時(shí)，水泵運行在B點(diǎn)的軸功率，和用轉速調節時(shí)，水泵運行在C點(diǎn)的軸功率分別為：

　　兩個(gè)工況點(diǎn)的水泵軸功率之差為：(B、C兩工況點(diǎn)輸出介質(zhì)流量Q相等)

　　由公式2可以看到，要求相同的流量時(shí)，若是使用閥門(mén)調節來(lái)控制流量，則相對于水泵轉速調節，有ΔP的功率被損耗浪費了。并且隨著(zhù)閥門(mén)的不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。

　　根據水泵的相似原理可知：當水泵速度變化時(shí)，流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。從這一比例定律關(guān)系可見(jiàn)，同一臺泵在轉速變化時(shí)，泵的主要性能參數將按上述比例定律變化并且在變化過(guò)程中保持效率基本不變。由此可見(jiàn)，采用調節轉速的方法來(lái)調節流量，電動(dòng)機所取用的電功率將大為減少。因而，這是一種能夠顯著(zhù)節約能源的好方法。

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