離心式水泵的變頻節(jié)能分析

摘 要：本文介紹并分析了離心式水泵的負(fù)載特性和變流量調(diào)節(jié)方法，對比了其能耗大小。簡單介紹了交流電動機(jī)的變頻調(diào)速特點(diǎn)，指出采用變頻器改造離心式水泵的經(jīng)濟(jì)性。

Abstract：This article describes and analyzes the load characteristics of centrifugal pumps and variable flow regulator method, compared the size of its energy consumption. A brief introduction of the variable frequency AC motor speed control features, pointed out that the centrifugal pump inverter transformation of the economy.

Key word: Centrifugal water pump; Load characteristics; Electric motor energy conservation; Frequency conversion velocity modulation.

  　前言

　　離心式水泵在我國當(dāng)前的工農(nóng)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機(jī)進(jìn)行拖動，其流量和壓力等控制對象大多采用管道閥門截流的調(diào)節(jié)方式。這種人為增加管阻的調(diào)節(jié)方式雖然滿足了生產(chǎn)生活所需的對流量的控制，但是浪費(fèi)了大量的電能，不是一種經(jīng)濟(jì)的運(yùn)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(jì)又方便的水泵運(yùn)行方式，對節(jié)能工作有著重大的意義。

　　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(yùn)動的抽水機(jī)械。由泵殼、葉輪、泵軸、泵架等組成。起動前應(yīng)先往泵里灌滿水，起動后旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動泵里的水高速旋轉(zhuǎn)，水作離心運(yùn)動，向外甩出并被壓入出水管。水被甩出后，葉輪附近的壓強(qiáng)減小，在轉(zhuǎn)軸附近就形成一個低壓區(qū)。這里的壓強(qiáng)比大氣壓低得多，外面的水就在大氣壓的作用下，沖開底閥從進(jìn)水管進(jìn)入泵內(nèi)。沖進(jìn)來的水在隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)中又被甩出，并壓入出水管。葉輪在動力機(jī)帶動下不斷高速旋轉(zhuǎn)，水就源源不斷地從低處被抽到高處。

　　1.2泵類負(fù)載特性分析

　　為適應(yīng)用戶用水量的變化，調(diào)節(jié)出水流量，現(xiàn)通常采用兩種方法來完成流量的連續(xù)調(diào)節(jié)。一種是利用控制閥或節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流，以改變出水流量;另一種是泵的調(diào)速控制，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來改變出水流量。圖l為水泵調(diào)速時的全揚(yáng)程特性（H—Q）曲線。

圖1水泵調(diào)速時的H-Q曲線

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

　　由上圖可知，水泵的揚(yáng)程特性曲線和管網(wǎng)的管阻特性曲線有交叉點(diǎn)，這個點(diǎn)就是水泵工作時既滿足揚(yáng)程特性又滿足管阻特性，供水系統(tǒng)工作于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　在使用管道閥門控制時，當(dāng)流量要求從QA減小到QB，就必須減小閥門開度。這時供水管道的阻力變大，管阻特性曲線從R1移到R2，揚(yáng)程則從HA上升到HB，運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)。

　　在使用水泵調(diào)速控制時，當(dāng)流量要求從QA減小到QB，由于閥門開口度不變，管道的阻力曲線R不變，此時水泵的特性取決于其轉(zhuǎn)速。如果把速度從n0降到n1，運(yùn)行工況點(diǎn)則從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從HA下降到HC。

　　根據(jù)離心泵特性曲線公式：

　　      公式1

　　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(yáng)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，可得出在使用閥門調(diào)節(jié)時，水泵運(yùn)行在B點(diǎn)的軸功率，和用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，水泵運(yùn)行在C點(diǎn)的軸功率分別為：

　　兩個工況點(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