Method方法文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1003-0492(2004)05-0059-04中圖分類號(hào):TM921談水泵的節(jié)能效果The Energy Saving Effect of Pumps飛索半導(dǎo)體有限公司、江蘇蘇州21501)張志奇摘要:對(duì)于用類比電路來分析水泵節(jié)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(fù)載的分析方法,以及在不同場(chǎng)合的節(jié)能效12為R2支路中的電流,A如果I1=L2則:I=2I1關(guān)鍵詞:類比電路: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?yàn)殡妷簽楹阒?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接著將S2斷開Key words: analogous circuit; voltage source circuit; constant pressure(1)因?yàn)長(zhǎng)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,當(dāng)負(fù)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到幾篇文章論述水泵的節(jié)能效果只與轉(zhuǎn)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(wěn)壓電源的電路相類比。而在由穩(wěn)壓電源供電的電路中,負(fù)和0--x載所消耗的功率是和電流的一次方成正比的。由此類推,得出水泵消耗的功率和流量〔從而轉(zhuǎn)速)的一次方成正比的結(jié)Q3論。也有人認(rèn)為,這種推理方法只對(duì)恒壓差控制的循環(huán)水系統(tǒng)才是正確的。筆者認(rèn)為;上述推理的結(jié)論既不符合實(shí)際理論上也有欠妥之處冷凍主機(jī)2電路與水路的相似與區(qū)別(a)恒壓電路(b)恒壓差控制的循環(huán)水系統(tǒng)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(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí),電壓相對(duì)穩(wěn)定的電路,稱為電壓中,如圖1(b)所示恒壓差控制的水路主要見于中央空調(diào)的冷凍水系統(tǒng)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(wěn)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(fù)載容量大得多的電源通常也認(rèn)為是恒類似,能上看,恒壓差控制的水系統(tǒng)和恒壓源電路十分從形式壓電路,如各工廠和家庭中的電網(wǎng)電源①關(guān)斷一個(gè)樓層的水路,相當(dāng)于切斷一條支路的負(fù)(2)恒壓電路的基本規(guī)律載;由恒壓源供電的基本電路如圖1(a)所⑦通過恒壓差控制,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(guī)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性關(guān)系;而水路工作的基本規(guī)律服從于伯努利方程,為了維持一定的流量,水路所需揚(yáng)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-),男江蘇海門人,高級(jí)工程師,學(xué)士部分是水在輸出中國(guó)煤化工玄說明流量與揚(yáng)研究方向?yàn)榘雽?dǎo)體器件,工業(yè)自動(dòng)程之間是非線性CNMHG點(diǎn)擊中國(guó)自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內(nèi)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(tǒng),它還必須符合電K力拖動(dòng)的規(guī)律95503水泵運(yùn)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(jī)械特性空載功率比例常數(shù);K為功率比例常數(shù)水泵的種類繁多,離心式水泵較為典型,應(yīng)用也較廣,在損耗功率忽略不計(jì)的情況下,負(fù)載的功率P與轉(zhuǎn)速所以在此只對(duì)離心式水泵進(jìn)行分析n1的三次方成正比:(1)機(jī)械特性的定義P(7)任何機(jī)械在運(yùn)行過程中,都有阻礙運(yùn)動(dòng)的力或轉(zhuǎn)矩,32水路系統(tǒng)中的空載轉(zhuǎn)矩與空載功率稱之為阻力或阻轉(zhuǎn)矩,通常稱為負(fù)載轉(zhuǎn)矩·水泵的機(jī)械特性,(1)供水系統(tǒng)的特點(diǎn)也就是水泵的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系(2)水泵的機(jī)械特性水泵以使流體獲得一定的流量為目的。其阻轉(zhuǎn)矩主要由流體〔水)對(duì)葉片的反作用力構(gòu)成。由于流體本身無一定形狀,且在一定程度上具有可壓縮性,故難以詳細(xì)分析其阻生舌小區(qū)轉(zhuǎn)矩的形成,本文將只引用有關(guān)的結(jié)論M地P①轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)離心式水泵的阻轉(zhuǎn)矩T的主體部分與轉(zhuǎn)速n1的二次方T=To+K式中,T1為負(fù)載〔水泵)的阻轉(zhuǎn)矩,NmT。為空載轉(zhuǎn)(a)基本構(gòu)成把l二矩,意思是即使在流量為0〔沒有水)的情況下;也必須克服的轉(zhuǎn)矩它主要由摩擦力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的損失等構(gòu)成,故也叫損耗轉(zhuǎn)矩,Nm;Kr為轉(zhuǎn)矩比例常數(shù);n為負(fù)載〔水泵)的轉(zhuǎn)速,rmin式(3是離心式水泵的機(jī)械特性方程,其機(jī)械特性曲線如圖2所示(r/min)(b)揚(yáng)程特性(c)管阻特性A圖3供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成與特性供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖3(a所示.圖中,M是電動(dòng)機(jī),P是水泵;Q是水的流量,H是實(shí)際揚(yáng)程,也是水泵必須克服的基本揚(yáng)程。眾所周知,供水系統(tǒng)有兩個(gè)基本特性:①揚(yáng)程特性,是在閥門開度不變的前提下,全揚(yáng)程與流量的關(guān)系,如圖3(b)所示。由圖3(b)知,揚(yáng)程特性的起To T TE T, N點(diǎn)是理想空載時(shí)的全揚(yáng)程。隨著流量的增大:由于管路內(nèi)損圖2離心式水泵的機(jī)械特性失的增加,全揚(yáng)程將有所下降由于式(3)中的T所占比例很小,?？珊雎圆挥?jì),故有管阻特性,是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的前提下,全揚(yáng), KTnL程與流量的關(guān)系,如圖3(c)所示。管阻特性說明的是:揚(yáng)程所以,離心式水泵通常作為二次方律負(fù)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(yáng)程H物理需要強(qiáng)調(diào)的是:水泵的這種特性,是由水泵的葉片的結(jié)構(gòu)決定的,它并不因?yàn)榭刂品绞降牟煌淖?也不因水意義是:如果全揚(yáng)程低于實(shí)際揚(yáng)程的話,管路中的流量為0路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化而改變根據(jù)伯努利方程,管阻特性的表達(dá)式是:H=HA+KR.Q-3)功率特點(diǎn)式中,H為全揚(yáng)程,m;H為實(shí)際揚(yáng)程,m;K為管仼何機(jī)械的機(jī)械功率都與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積成正比阻比例常數(shù)(2)供水系統(tǒng)的功率式中,P1為水泵的功率,kW供水系統(tǒng)的供水功*場(chǎng)和洛的乖和成正比中國(guó)煤化工將式(3代入式(5),得式中,P為供才CNMHG60點(diǎn)擊中國(guó)自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內(nèi)最新咨訊www.kongzhi.netMethod方法在供水系統(tǒng)中,流量和轉(zhuǎn)速是成正比ε如圖4(a),曲線Φ是在額定轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程特性;曲線②(10)是在閥門全開狀態(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(shù),其數(shù)值和閥門開度有關(guān)即式(10)流量為Q揚(yáng)程為H供水功率P與面積OANB成正比只有在閥門開度一定時(shí)才有意義2)調(diào)速與節(jié)能代入式(9),得:供水系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量,如圖H4(b所示當(dāng)轉(zhuǎn)速下降為nx時(shí),揚(yáng)程特性下移為曲線③,系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至X點(diǎn)這時(shí),流量為Q3揚(yáng)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(tǒng)的空載功率,kWKp、KP為比 DXCANB便是節(jié)約的供水功率△P例常數(shù),它們的數(shù)值大小和閥門開度有關(guān)圖4(b)還表明,在閥門全開的狀態(tài)下,供水系統(tǒng)的最比較式(11)和式(6),可以看出:供水功率的表達(dá)式與二大揚(yáng)程是水泵的額定揚(yáng)程H最小揚(yáng)程是實(shí)際揚(yáng)程H因次方律負(fù)載功率表達(dá)式的結(jié)構(gòu)完全相同此:供水系統(tǒng)的調(diào)速范圍:將取決于額定揚(yáng)程和實(shí)際揚(yáng)程的(3)供水系統(tǒng)的空載功率差值△式(11)和式(6中,最大的區(qū)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(zhuǎn)需要說明的是:在分析變頻調(diào)速的節(jié)能效果時(shí),通常也必須消耗的功率是和調(diào)節(jié)閥門開度的方法相比較而言的.對(duì)此,在許多文章式(11)中的P是供水系統(tǒng)的空載功率,意思是在尚未中,已有相當(dāng)詳盡的論述,本文不再贅述向用戶供水之前,必須消耗的功率,其數(shù)值和實(shí)際揚(yáng)程的大(3)關(guān)于恒壓供水系統(tǒng)小有關(guān)。就是說,水泵的供水能力必須首先克服了實(shí)際揚(yáng)程Φ變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是以管路中的閥門全開為之后,才能向用戶供水。在一個(gè)比較復(fù)雜的水路系統(tǒng)中前提的。迄今為止,這樣的系統(tǒng)并不少見,筆者曾參與過不載功率還可能和其他因素有關(guān)少大樓和小區(qū)的恒壓供水工程,無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(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的許多關(guān)于恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的經(jīng)驗(yàn),也基本如所導(dǎo)致的節(jié)能效果越差此還必須說明的是,式(1)只有在閥門開度不變的情況下⑦變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是通過PID調(diào)節(jié)功能來實(shí)才有意現(xiàn)的。并且,由于受到實(shí)際揚(yáng)程和管網(wǎng)中其他因素的限制(4)P和P的區(qū)別的下限頻率不可能很低,所以,轉(zhuǎn)速的允許調(diào)節(jié)范圍Pa是水泵在供水過程中消耗的功率,是水泵的輸出功是不大的.如果在調(diào)速的同時(shí),也調(diào)節(jié)閥門開度的話;就節(jié)率;P是電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)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(tǒng)在實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后的節(jié)能效果(12)(1)循環(huán)水系統(tǒng)的特點(diǎn)P所以,式(11)與式(6雖然結(jié)構(gòu)和意義相近,但不能完全和8等同音音4不同水系統(tǒng)的節(jié)能分析4.1供水系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后的節(jié)能效果(1)供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)HH冷凍主機(jī)2SP2(NH(a)循環(huán)水系統(tǒng)C圖5循環(huán)水系統(tǒng)的特點(diǎn)0循環(huán)水系統(tǒng)的典型例子是中央空調(diào)的冷凍水系統(tǒng),如(a)供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)(b)調(diào)速的節(jié)能效果圖5(a)所示,其等效管路如圖5(b),它相當(dāng)于一個(gè)聯(lián)通器4供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)與調(diào)速節(jié)能在靜止?fàn)顟B(tài)下,兩側(cè)管路的水位永遠(yuǎn)是相同的在水泵運(yùn)行供水系統(tǒng)中,揚(yáng)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(guó)煤化工果是作點(diǎn)①式(11)CNMHG列將很小,故平點(diǎn)擊中國(guó)自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內(nèi)最新咨訊www.kongzhi.net61Method-方法轉(zhuǎn)速下降后的節(jié)能效果將十分顯⑧恒壓差控制的結(jié)果。變頻器在得到壓差偏大的信因?yàn)镠=0,故轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍將十分寬廣,根據(jù)號(hào)后,將通過PID調(diào)節(jié)功能適當(dāng)?shù)亟档洼敵鲱l率,使水泵的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),最低工作頻率甚至可達(dá)15Hz以下轉(zhuǎn)速下降,從而保持壓差的恒定。如圖6(d所示,水泵的轉(zhuǎn)筆者在承接一個(gè)二十層高樓的中央空調(diào)系統(tǒng)的冷凍水速下降后,揚(yáng)程特性將下降為曲線國(guó),工作點(diǎn)移至Ⅹ點(diǎn).這和冷卻水的變頻調(diào)速系統(tǒng)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?但后來的實(shí)踐證明,上述疑慮是完全多揚(yáng)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(yīng)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(tǒng)常常根c壓差恢復(fù)到與圖6(a)時(shí)相等,即實(shí)現(xiàn)了恒壓差控制;據(jù)旅客的入住率而將部分無人入住樓層的冷凍水閥門關(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(cè)和出水側(cè)之間的壓力差發(fā)生變化。對(duì)此,控制比,節(jié)約功率與面積 BNACXD成正比.可見,節(jié)能效果是方法之一是通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)″恒壓差控制十分明顯的。事實(shí)上,筆者曾參與過5家高樓中央空調(diào)冷凍如圖6a)和6(c)所示,壓力傳感器SP1和SP2分別測(cè)水與冷卻水系統(tǒng)的變頻調(diào)速改造,多數(shù)回收設(shè)備投資的時(shí)間定水泵的進(jìn)水壓力和出水壓力,測(cè)得的信號(hào)接至壓差控制不足半年,深受好評(píng)器,將兩者的壓力之差轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)X,作為反饋信號(hào)5結(jié)語(yǔ)接至變頻器。使變頻器的輸岀頻率〔從而水泵的轉(zhuǎn)速)得到調(diào)整(1)水泵運(yùn)行系統(tǒng)屬于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的一種,對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的分析必須符合電力拖動(dòng)的相關(guān)規(guī)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(shù),故電流與電壓之間呈線性關(guān)系;而水路服從于伯努利方程,且管阻特性是非線性的,故水路和電路不能簡(jiǎn)單地類比SP2(3)必須注意水泵的空載功率與水路系統(tǒng)空載功率的冷滌主機(jī)冷凍主機(jī)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(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(jī)構(gòu)的摩擦損失等構(gòu)成;而水路系統(tǒng)的空載功率則還和實(shí)際揚(yáng)程的大小有關(guān)(4)通過水路系統(tǒng)分析的功率是水泵的輸出功率,而通過機(jī)械特性分析的功率是水泵的輸入功率敬請(qǐng)關(guān)注b)對(duì)應(yīng)工作點(diǎn)d)對(duì)應(yīng)工作點(diǎn)圖6恒壓差控制的循環(huán)水系統(tǒng)2004年專版主題⑦入住率較高時(shí)的情形.入住率較高時(shí),假設(shè)水泵運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下?lián)P程特性為曲線Φ,管阻特性為曲線⑦,2月管控一體化系統(tǒng)的工作點(diǎn)為N點(diǎn)。這時(shí)a揚(yáng)程為額定揚(yáng)程H,4月機(jī)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(tǒng)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(jī)與PLC③入住率較低時(shí)的情形。當(dāng)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②變?yōu)閳D6(d中的曲8月現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)線④,工作點(diǎn)移至S點(diǎn).這時(shí)9月工廠信息化應(yīng)用案例a揚(yáng)程將因管路“變窄”而升高至Hs10月儀器與測(cè)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(zhuǎn)速仍為額定轉(zhuǎn)速,水泵的供水能力大于中國(guó)煤化工∞管路流量,故出口壓力上升,壓差升高CNMHG62點(diǎn)擊中國(guó)自動(dòng)化控制網(wǎng),獲取業(yè)內(nèi)最新咨訊www.kongzhi.net