1、概述变频调速给水技术的节能原理及应用摘要：分析了变频调速泵的工作原理，通过在实际给水系统中的应用，提出变频调速的水泵机组在运行中应注意的问题。 关键词：变频调速；水泵；流量；扬程 中图分类号：TN773 文献标识码：A 前言 变频调速给水是一种节能的给水方式，它主要是通过改变水泵的转速，达到水泵节能的目的。由于微机的飞速发展，使变频调速供水系统控制更加灵活有效，系统运行更加稳定可靠；同时它还具有占地面积小，自动化程度高，操作控制方便等特点。已被广泛应用于住宅小区、高层建筑、工矿企业、和一些生产工艺有特殊要求的生产给水系统中，具有明显的节能效果。 1、变频调速技术总览 水泵供电多是采用交流电与直
2、流电相配合的方式，这样的电压模式十分适合变频装置的使用，变频调速的具体特点如下： 1.1、在给水泵的变频器中有电流超额、电压超额、电压偏低、变压器荷载过大等安全设置，可以保证操作者的安全，减少意外的触电事故发生，提高了操作的安全性能。 1.2、大型的机组在工作时，会产生很大的电流，这样往往会影响电网中其他的机器运行，可能会使生产减缓，影响工作效率。而变频调速的装置，可以对这类问题提供智能化的解决途径，在大功率的机组工作时，可以分阶段的启动，减少电流过大对于电网的冲击，能够大大的改善性能。 1.3、一般给水泵都是有附加的转差损耗的，而变频调速装置则没有转差的损耗，工作效率提升，可操作性能很强，调
3、速的范围比较宽，这是很多的传统水泵所不具备的特点。 1.4、一些给水泵站的起车和停车都十分的频繁，而这样的操作模式对于水泵的损伤以及工作效率的影响是十分严重的。变频调速技术能够很好的解决这一问题，对于起停运行频繁的泵站，给水泵全天（24 小时）都要随着水量的变化而对输出的功率进行适当的调整，这正是变频水泵的优势所在。 1.5、可以平缓的进行电能与机械能的转化，利用软件编制相应的程序进行变频调速，使变化的速率平缓，对于机械的磨损小了很多，提高了给水泵运行的可靠性，也减低了维护与维修的成本支出。 1.6、这种水泵的一次性投入比较大，技术操作相对复杂，高科技的因素占了很大的部分，如果想使用这种技术来
4、充实给水泵站，首先要有资金的投入，其次要对技术人员进行培训或是专门聘请相关专业的技术人员。 1.7、这种设备在市场上的品种很多，可选择的范围很大。 2、变频调速泵的节能原理及最小流量 根据离心泵的相似律、比例率 QaQb=n1n2，Ha/Hb=(n1/n2)2,Na/Nb=(n1/n2)2 可知，当转速 n 改变时，其它主要性能参数 Q、H、N的变化分别为一次方、平方、立方的关系。如果水泵效率一定，当要求调节流量下降时，转速成比例关系下降，功率成立方关系下降。 当管网中的用水量由 Qa 减小为 Qb 时，如果水泵是定速运行，那么，水泵装置的工况点将由 A 点自动移至点(图 1)。此时，管网中的
5、静压由日增大为，轴功率为。如果水泵是变速运行，那么，水泵装置的工况点将由 B 点移至 c 点。管网中的静压仍为 H 不变，轴功率为 Nb。 综上，水泵变速可以保持管网等压供水，节省电耗(NbNb)。 水泵的变速运行，拓宽了水泵的工作范围，但这并不意味着水泵的转速能无限制的调节。变频调速后的水泵运行工况必须满足两个条件：a)调速后的水泵必须运行在高效段；b)水泵变速前后的运行工况点相似，即变速前后的运行工况点(高效段内)在等效率曲线上(图 2)。 根据离心泵的相似律、比例率，并根据图 2 中曲线关系得变速泵的最小流量 Qmin 低于最小流量 Qmin 变速泵运行工况将不在高效段内，节能效果也达不
6、到最佳。 3、变频调速给水机组在北京草桥小区生活给水中的应用 北京草桥小区总建筑面约 12104m2，由高层住宅、地下车库、高层公寓等组成。其中高层住宅和公寓的中高区需要二次加压供水。由于最不利点距水泵房较远，若采用管网末端恒压控制，则压力反馈系统和构造比较复杂，势必给维护检修带来不便，故北京草桥小区设计采用水泵出口恒压控制方式。 3.1、给水方案 随着生活水平的提高，居民生活用水量和用水变化幅度增大，尤其是在夜间，生活用水量接近于零，因此水泵处于保压状态的小流量高扬程运行。为保证小流量时最不利点供水压力，设计采用 1 台小流量高扬程水泵和气压罐与变频泵联合供水的方式。 3.2、变频给水机组的
7、组成 本设计变频调速给水机组由变频泵、工频泵、辅助小泵、隔膜式气压罐、压力传感器、安全阀、控制系统和管道附件等组成(图 3)。 3.3、变频给水设备的设计参数 设计供水量为 102 立方h，最不利点供水压力为 08MPa，给水泵为 80DL50204，Q 为 32 立方h73 立方h，H 为86m64m，N=30kW，共 3 台，两用一备；辅助小泵：32LG6.5156，1台；气压罐直径 1000mm。 根据水泵性能曲线，求得在水泵高效段内，变频泵提供的最小流量Qmin=Qc=30.9 立方h。 根据气压罐定压原理，气压罐最小工作压力 Pmin=08MPa；最高工作压力 Pmax=096MPa
8、。 3.4、变频给水设备的设计工作原理 根据居民生活用水量的变化曲线(图 4)， 在用户开始用水时，辅助小泵 1 在压力信号的控制下运行，在最高压力=0.96MPa 时停泵，在最低压力=0.8MPa 时开泵。随着流量的增加，辅助小泵 1 不能满足用水量要求，压力下降，变频泵 2 投入运行，在维持恒压的状态下满足用户用水量的要求，当用水量增加到变频泵 2 达到额定转速时还不能满足要求时，工频泵 3 低速启动后运行，并与变频泵2 并联运行，这时达到设计最大供水量。反之，当用水量减小，变速泵 2的流量也随之下降，当变频泵 2 的流量下降到最小值 Qmin=30.9m3h 时，工频泵 3 关闭，由变频
9、泵 2 单独供水，当流量继续减小，最终由辅助小泵 1 和气压罐联合供水，辅助小泵在压力信号的控制下启停，避免了小流量时变频泵长时间低速运行。 4、给水泵站应用变频调速的技术优势 4.1、有利于设备延长使用寿命 变频调速操作有利于设备延长水泵以及相关设备的使用寿命，并且能够有效的减少和降低维修费用以及事故发生率。由于其能够做到软启动、软停车，对于硬件的保护是十分到位的，电机的转子磨损与设备的机械磨损都会减少。 4.2、使水泵的控制更加灵活 由于可以同时控制多台水泵，这样就可以使水压的整体变化更加精确。再者，水泵之间都是并联系统，一台水泵如果发生了故障不能够运行，就会自动发出报警，变频控制器会启动
10、其他的水泵，或是调高其他水泵的转速，增加了给水泵站整体系统的可靠性，保证了生产生活的供水。 5、变频调速给水机组运行应注意的问题 水泵变速运行的目的是为了节能，但是，实现变速运行的过程必须以安全为前提，在确定水泵调速范围时，应注意以下问题：a)水泵机组有自己的固有振动频率，当机组的转子调至某一转速时的振动频率，如果正好接近其固有振动频率时，水泵机组就会震动起来，不利于机组的安全运行。所以变速后的水泵机组的振动频率不能与其固有振动频率接近或重合。因此水泵机组变速幅度不宜过大，以利于水泵机组平稳运行；b)水泵机组采用变频泵和工频泵联合运行的方式。当供水量发生变化时，采用工频泵进行大水量调节，变频泵
11、进行小水量调节。变频泵与工频泵的配置比例，应以充分发挥变频泵的流量调节范围为原则，这样能达到最佳节能效果，亦能节约变频调速给水机组的造价；c)变频调速后的水泵机组，其工况点的扬程如果等于变频泵的启动扬程，变频泵不起作用。因此，变频调速的水泵机组其变频泵和工频泵都必须在各自的高效段内运行。 6、结语 现代建筑对建筑外观的要求越来越高，在屋顶设置高位水箱必将影响建筑的立面外观效果，有的即使能设高位水箱，但因水箱设置高度不够，导致顶层给水水压不足，存在第三次加压的问题。采用变频调速给水机组供水能省去高位水箱这一中间环节，也便于集中管理；通过变频调速给水机组直接给水到用户，还能保证给水水质翻。而在小区供水中，这一优势更加明显，同时它又是高效节能设备，所以被广泛应用于二次加压给水系统中。 参考文献： 1谷峡水泵及水泵站M北京：中国建筑工业出版社，2005 2上海市城乡建设和交通委员会主编GB500152003 建筑给水排水设计规范(2009 版)s北京：中国计划出版社，2010 3刘振印民用建筑给水排水设计技术措施M北京：中国建筑工业出版社1997
