談水泵的節能效果

Method方法文獻標識碼:B文章編號:1003-0492(2004)05-0059-04中圖分類(lèi)號:TM921談水泵的節能效果The Energy Saving Effect of Pumps飛索半導體有限公司、江蘇蘇州21501)張志奇摘要:對于用類(lèi)比電路來(lái)分析水泵節能效果的方法提出了質(zhì)疑、闡述了式中,I為電源電流,A;I1為R1支路中的電流,A;以水泵為代表的二次方律負載的分析方法,以及在不同場(chǎng)合的節能效12為R2支路中的電流,A如果I1=L2則:I=2I1關(guān)鍵詞:類(lèi)比電路:電壓源電路;恒壓差控制:冷凍泵(2)電源的輸出功率Abstract: This paper argues against the method of analyses the energy saving因為電壓為恒值,故有:effect of pumps with analogous circuit. It discusses the method of thePS=USIs=2US.Iquadratic load analysis take pump for example and the saving effect in式中,Ps為電源輸出功率;kW;U、為電源電壓;V接著(zhù)將S2斷開(kāi)Key words: analogous circuit; voltage source circuit; constant pressure(1)因為L(cháng)2=0A;所以電源電流減小為:I=l1difference control; cooling water pump(2)電源的輸出功率P=Us·I=Us·I=P、2可見(jiàn),當負載減少一條支路時(shí),電源輸出的功率將隨引言電流成正比地減小筆者曾見(jiàn)到幾篇文章論述水泵的節能效果只與轉速的次方成正比。其基本論點(diǎn)是:水泵的恒壓控制,可與具有穩壓電源的電路相類(lèi)比。而在由穩壓電源供電的電路中,負和0--x載所消耗的功率是和電流的一次方成正比的。由此類(lèi)推,得出水泵消耗的功率和流量〔從而轉速)的一次方成正比的結Q3論。也有人認為,這種推理方法只對恒壓差控制的循環(huán)水系統才是正確的。筆者認為;上述推理的結論既不符合實(shí)際理論上也有欠妥之處冷凍主機2電路與水路的相似與區別(a)恒壓電路(b)恒壓差控制的循環(huán)水系統圖1恒壓電路與水路2.1恒壓電路的基本分析2.2恒壓差控制的水路(1)恒壓電路的含義當負載發(fā)生變化時(shí),電壓相對穩定的電路,稱(chēng)為電壓中,如圖1(b)所示恒壓差控制的水路主要見(jiàn)于中央空調的冷凍水系統源電路,或恒壓電路。通常指以下兩種情況:①許多控制電路中常常配置穩壓電路,使控制電壓1)與電路的相似之處保持恒定容量比負載容量大得多的電源通常也認為是恒類(lèi)似,能上看,恒壓差控制的水系統和恒壓源電路十分從形式壓電路,如各工廠(chǎng)和家庭中的電網(wǎng)電源①關(guān)斷一個(gè)樓層的水路,相當于切斷一條支路的負(2)恒壓電路的基本規律載;由恒壓源供電的基本電路如圖1(a)所⑦通過(guò)恒壓差控制,使水泵兩端的壓力差保持恒定,首先令S1和S2都閉合,則和電路中的電壓〔等于電位差)保持恒定也完全類(lèi)似①電流間的關(guān)系(2)與電路的不同之處①電路工作的基本規律服從于歐姆定律,電路中電Is=I1+12()流與電壓之間通常是線(xiàn)性關(guān)系;而水路工作的基本規律服從于伯努利方程,為了維持一定的流量,水路所需揚程的主要收稿日期:2004-06-24修改日期:2004-07-21作者簡(jiǎn)介:張志奇[1964-),男江蘇海門(mén)人,高級工程師,學(xué)士部分是水在輸出中國煤化工玄說(shuō)明流量與揚研究方向為半導體器件,工業(yè)自動(dòng)程之間是非線(xiàn)性CNMHG點(diǎn)擊中國自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內最新咨訊www.kongzhi.netMethod-方法電動(dòng)水泵是一個(gè)電力拖動(dòng)系統,它還必須符合電K力拖動(dòng)的規律95503水泵運行的基本分析=Kno n,+Kp-I,=P+Kp. n,式中,P。為水泵的空載功率或損耗功率,kW;Kpo3.1水泵的機械特性空載功率比例常數;K為功率比例常數水泵的種類(lèi)繁多,離心式水泵較為典型,應用也較廣,在損耗功率忽略不計的情況下,負載的功率P與轉速所以在此只對離心式水泵進(jìn)行分析n1的三次方成正比:(1)機械特性的定義P(7)任何機械在運行過(guò)程中,都有阻礙運動(dòng)的力或轉矩,32水路系統中的空載轉矩與空載功率稱(chēng)之為阻力或阻轉矩,通常稱(chēng)為負載轉矩·水泵的機械特性,(1)供水系統的特點(diǎn)也就是水泵的阻轉矩與轉速的關(guān)系(2)水泵的機械特性水泵以使流體獲得一定的流量為目的。其阻轉矩主要由流體〔水)對葉片的反作用力構成。由于流體本身無(wú)一定形狀,且在一定程度上具有可壓縮性,故難以詳細分析其阻生舌小區轉矩的形成,本文將只引用有關(guān)的結論M地P①轉矩特點(diǎn)離心式水泵的阻轉矩T的主體部分與轉速n1的二次方T=To+K式中,T1為負載〔水泵)的阻轉矩,NmT。為空載轉(a)基本構成把l二矩,意思是即使在流量為0〔沒(méi)有水)的情況下;也必須克服的轉矩它主要由摩擦力及傳動(dòng)機構的損失等構成,故也叫損耗轉矩,Nm;Kr為轉矩比例常數;n為負載〔水泵)的轉速,rmin式(3是離心式水泵的機械特性方程,其機械特性曲線(xiàn)如圖2所示(r/min)(b)揚程特性(c)管阻特性A圖3供水系統的基本構成與特性供水系統的基本構成如圖3(a所示.圖中,M是電動(dòng)機,P是水泵;Q是水的流量,H是實(shí)際揚程,也是水泵必須克服的基本揚程。眾所周知,供水系統有兩個(gè)基本特性:①揚程特性,是在閥門(mén)開(kāi)度不變的前提下,全揚程與流量的關(guān)系,如圖3(b)所示。由圖3(b)知,揚程特性的起To T TE T, N點(diǎn)是理想空載時(shí)的全揚程。隨著(zhù)流量的增大:由于管路內損圖2離心式水泵的機械特性失的增加,全揚程將有所下降由于式(3)中的T所占比例很小,?？珊雎圆挥?故有管阻特性,是在電動(dòng)機轉速不變的前提下,全揚, KTnL程與流量的關(guān)系,如圖3(c)所示。管阻特性說(shuō)明的是:揚程所以,離心式水泵通常作為二次方律負載的代表之越大,管路中的流量也越大。其起點(diǎn)是實(shí)際揚程H物理需要強調的是:水泵的這種特性,是由水泵的葉片的結構決定的,它并不因為控制方式的不同而改變,也不因水意義是:如果全揚程低于實(shí)際揚程的話(huà),管路中的流量為0路系統結構的復雜化而改變根據伯努利方程,管阻特性的表達式是:H=HA+KR.Q-3)功率特點(diǎn)式中,H為全揚程,m;H為實(shí)際揚程,m;K為管仼何機械的機械功率都與轉矩和轉速的乘積成正比阻比例常數(2)供水系統的功率式中,P1為水泵的功率,kW供水系統的供水功*場(chǎng)和洛的乖和成正比中國煤化工將式(3代入式(5),得式中,P為供才CNMHG60點(diǎn)擊中國自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內最新咨訊www.kongzhi.netMethod方法在供水系統中,流量和轉速是成正比ε如圖4(a),曲線(xiàn)Φ是在額定轉速下的揚程特性;曲線(xiàn)②(10)是在閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的管阻特性。交點(diǎn)N便是工作點(diǎn),這時(shí)式中,K。為比例常數,其數值和閥門(mén)開(kāi)度有關(guān)即式(10)流量為Q揚程為H供水功率P與面積OANB成正比只有在閥門(mén)開(kāi)度一定時(shí)才有意義2)調速與節能代入式(9),得:供水系統可以通過(guò)調節水泵的轉速來(lái)調節流量,如圖H4(b所示當轉速下降為nx時(shí),揚程特性下移為曲線(xiàn)③,系統的工作點(diǎn)移至X點(diǎn)這時(shí),流量為Q3揚程為Hx供水功率P與面積OCXD成正比與圖4(a)相比,面積式中,P為供水系統的空載功率,kWKp、KP為比 DXCANB便是節約的供水功率△P例常數,它們的數值大小和閥門(mén)開(kāi)度有關(guān)圖4(b)還表明,在閥門(mén)全開(kāi)的狀態(tài)下,供水系統的最比較式(11)和式(6),可以看出:供水功率的表達式與二大揚程是水泵的額定揚程H最小揚程是實(shí)際揚程H因次方律負載功率表達式的結構完全相同此:供水系統的調速范圍:將取決于額定揚程和實(shí)際揚程的(3)供水系統的空載功率差值△式(11)和式(6中,最大的區別在于空載功率的含義△H=HH式(6)中的P是水泵的空載功率,意思是即使水泵空轉需要說(shuō)明的是:在分析變頻調速的節能效果時(shí),通常也必須消耗的功率是和調節閥門(mén)開(kāi)度的方法相比較而言的.對此,在許多文章式(11)中的P是供水系統的空載功率,意思是在尚未中,已有相當詳盡的論述,本文不再贅述向用戶(hù)供水之前,必須消耗的功率,其數值和實(shí)際揚程的大(3)關(guān)于恒壓供水系統小有關(guān)。就是說(shuō),水泵的供水能力必須首先克服了實(shí)際揚程Φ變頻調速恒壓供水系統是以管路中的閥門(mén)全開(kāi)為之后,才能向用戶(hù)供水。在一個(gè)比較復雜的水路系統中前提的。迄今為止,這樣的系統并不少見(jiàn),筆者曾參與過(guò)不載功率還可能和其他因素有關(guān)少大樓和小區的恒壓供水工程,無(wú)一例外各種雜志上介紹十分明顯的是,空載功率所占的比例越大,調節轉速的許多關(guān)于恒壓供水系統實(shí)現變頻調速的經(jīng)驗,也基本如所導致的節能效果越差此還必須說(shuō)明的是,式(1)只有在閥門(mén)開(kāi)度不變的情況下⑦變頻調速恒壓供水系統是通過(guò)PID調節功能來(lái)實(shí)才有意現的。并且,由于受到實(shí)際揚程和管網(wǎng)中其他因素的限制(4)P和P的區別的下限頻率不可能很低,所以,轉速的允許調節范圍Pa是水泵在供水過(guò)程中消耗的功率,是水泵的輸出功是不大的.如果在調速的同時(shí),也調節閥門(mén)開(kāi)度的話(huà);就節率;P是電動(dòng)機軸上的負載功率,是水泵的輸入功率.P。能效果而言,意義似乎不大與P之比;是水泵的效率np4,2循環(huán)水系統在實(shí)現變頻調速后的節能效果(12)(1)循環(huán)水系統的特點(diǎn)P所以,式(11)與式(6雖然結構和意義相近,但不能完全和8等同音音4不同水系統的節能分析4.1供水系統在實(shí)現變頻調速后的節能效果(1)供水系統的工作點(diǎn)HH冷凍主機2SP2(NH(a)循環(huán)水系統C圖5循環(huán)水系統的特點(diǎn)0循環(huán)水系統的典型例子是中央空調的冷凍水系統,如(a)供水系統的工作點(diǎn)(b)調速的節能效果圖5(a)所示,其等效管路如圖5(b),它相當于一個(gè)聯(lián)通器4供水系統的工作點(diǎn)與調速節能在靜止狀態(tài)下,兩側管路的水位永遠是相同的在水泵運行供水系統中,揚程特性與管阻特性的交點(diǎn);便是其工時(shí),所需的實(shí)際中國煤化工果是作點(diǎn)①式(11)CNMHG列將很小,故平點(diǎn)擊中國自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內最新咨訊www.kongzhi.net61Method-方法轉速下降后的節能效果將十分顯⑧恒壓差控制的結果。變頻器在得到壓差偏大的信因為H=0,故轉速的調節范圍將十分寬廣,根據號后,將通過(guò)PID調節功能適當地降低輸出頻率,使水泵的實(shí)踐經(jīng)驗,最低工作頻率甚至可達15Hz以下轉速下降,從而保持壓差的恒定。如圖6(d所示,水泵的轉筆者在承接一個(gè)二十層高樓的中央空調系統的冷凍水速下降后,揚程特性將下降為曲線(xiàn)國,工作點(diǎn)移至Ⅹ點(diǎn).這和冷卻水的變頻調速系統時(shí),曾有人懷疑:頻率下降后,冷時(shí):凍水會(huì )不會(huì )上不去?但后來(lái)的實(shí)踐證明,上述疑慮是完全多揚程將降低為Hb流量減小為Qx由于用水管路減少了一半;故Q(2)冷凍水的恒壓差控制也應等于額定流量的一半Φ恒壓差控制要點(diǎn)。某些賓館的冷凍水系統常常根c壓差恢復到與圖6(a)時(shí)相等,即實(shí)現了恒壓差控制;據旅客的入住率而將部分無(wú)人入住樓層的冷凍水閥門(mén)關(guān)閉,d水泵的輸出功率與面積OCXD成正比,與圖6(c)相使水泵進(jìn)水側和出水側之間的壓力差發(fā)生變化。對此,控制比,節約功率與面積 BNACXD成正比.可見(jiàn),節能效果是方法之一是通過(guò)變頻調速實(shí)現″恒壓差控制十分明顯的。事實(shí)上,筆者曾參與過(guò)5家高樓中央空調冷凍如圖6a)和6(c)所示,壓力傳感器SP1和SP2分別測水與冷卻水系統的變頻調速改造,多數回收設備投資的時(shí)間定水泵的進(jìn)水壓力和出水壓力,測得的信號接至壓差控制不足半年,深受好評器,將兩者的壓力之差轉換成電流信號X,作為反饋信號5結語(yǔ)接至變頻器。使變頻器的輸岀頻率〔從而水泵的轉速)得到調整(1)水泵運行系統屬于電力拖動(dòng)系統的一種,對其運行狀態(tài)的分析必須符合電力拖動(dòng)的相關(guān)規律垂8-8(2)水路中流體的流動(dòng)和電路中的電流確有相似之處。但是電路服從于歐姆定律,由于電阻通常是常數,故電流與電壓之間呈線(xiàn)性關(guān)系;而水路服從于伯努利方程,且管阻特性是非線(xiàn)性的,故水路和電路不能簡(jiǎn)單地類(lèi)比SP2(3)必須注意水泵的空載功率與水路系統空載功率的冷滌主機冷凍主機①兩者都是輸出流量等于0時(shí)的功率損耗,這是它(a)樓層全開(kāi)(c)關(guān)閉一層們的相同之處H①⑦水泵的空載功率主要由水泵和傳動(dòng)機構的摩擦損失等構成;而水路系統的空載功率則還和實(shí)際揚程的大小有關(guān)(4)通過(guò)水路系統分析的功率是水泵的輸出功率,而通過(guò)機械特性分析的功率是水泵的輸入功率敬請關(guān)注b)對應工作點(diǎn)d)對應工作點(diǎn)圖6恒壓差控制的循環(huán)水系統2004年專(zhuān)版主題⑦入住率較高時(shí)的情形.入住率較高時(shí),假設水泵運行在額定轉速下?lián)P程特性為曲線(xiàn)Φ,管阻特性為曲線(xiàn)⑦,2月管控一體化系統的工作點(diǎn)為N點(diǎn)。這時(shí)a揚程為額定揚程H,4月機電控制與傳動(dòng)技術(shù)b流量也是額定流量Q5月控制系統與工控軟件解決方案c水泵的輸出功率與面積OANB成正比6月工控機與PLC③入住率較低時(shí)的情形。當入住率較低時(shí),將關(guān)閉個(gè)樓層。管阻特性由圖6(b)中的曲線(xiàn)②變?yōu)閳D6(d中的曲8月現場(chǎng)總線(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)線(xiàn)④,工作點(diǎn)移至S點(diǎn).這時(shí)9月工廠(chǎng)信息化應用案例a揚程將因管路“變窄”而升高至Hs10月儀器與測控b流量下降為Qs由于流速加快,故流量不會(huì )下降12月自動(dòng)控制與自動(dòng)化軟件半;c由于水泵轉速仍為額定轉速,水泵的供水能力大于中國煤化工∞管路流量,故出口壓力上升,壓差升高CNMHG62點(diǎn)擊中國自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內最新咨訊www.kongzhi.net