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摘要：离心泵运用广泛，其节能运行具有较大的意义。本文从理论上分析了离心泵变频调速节能的原理，叙述了离心泵节能的方式方法，通过分析变频调速前、后功率的减少，指出了变频调速节能的效益，可为离心水泵变频节能运行提供参考。
关键词：离心泵；变频调速；节能改造；节能降耗
节能是我国能源可持续发展的重要战略，能源的节约和有效利用是全社会关注的重点。离心泵是一种发展比较成熟的设备，因结构简单、造价低、维护保养容易，在城镇自来水厂中得到广泛应用，故如何开展离心泵节能就显得比较重要。变频调速技术用于离心泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点，本文着重对变频调速在离心泵中的节能改造进行探讨和分析，对于提高劳动生产率、降低能耗具有较大的现实意义。
1 离心泵的变频调速与节能
1.1 离心泵的工作范围与工况点（工作状况点）
离心泵安装在管路系统（或管网）中，其扬程和流量不仅取决于泵的性能，还与管路特性（通常称装置特性）相关。因此，离心泵的工作范围与工况点由泵特性和装置特性共同决定。
泵的特性是指：扬程——流量、功率——流量、效率——流量、汽蚀裕量（NPSHr）——流量4条曲线，见图1。图1中H表示扬程特性、η表示效率特性、P2表示功率特性、NPSHr表示汽蚀裕量特性。
众所周知，泵的特性会随着其转数的改变而变化。比如，扬程——流量特性曲线，当泵的转数为n1时，扬程——流量特性曲线如图1中实线所示；转数变为n2时，变为图1中的虚线所示。
根据泵相似定律，有如下公式：
Q2/Q1=n2/n1 （1）
H2/H2=（n2/n1）2 （2）
N2/N1=（n2/n1）3 （3）
式中Q1、H1、N1分别为泵在n1转数时的流量、扬程、功率；Q2、H2、N2分别为泵在n2转数时的流量、扬程、功率。
从式（3）看到：泵的功率与转数的三次方成正比。因此，变频调速时，转数只能降低，不能增加；否则，会烧毁配套电动机，此点必须注意。在泵选型时，应当是选用的最高转数。
1.2 管路装置特性曲线
管路装置特性由管路装置的组成决定。通常管路由直管段、弯头、阀门等组成。在直管段会产生沿程阻力损失；在弯头、阀门等处会产生局部阻力损失。两种阻力损失之和构成管路装置损失。理论和实践证明：管路装置损失与流经管路流量的平方成正比。它的数学表述如下：
Hf=ΣλiLi2Vi2/g+ΣζiVi2/g
式中i从1到n，n表示管路装置的计算序号；Σ表示求和；λi表示i段的沿程阻力损失系数；Li表示i段的管路长度，m；ζi表示i段的局部阻力损失系数；Vi表示i段的流速；Hf表示管路装置损失扬程。
经整理，上式可写成式（4）的形式：
Hf=KQ2 （4）
从式（4）不难看出，当流为‘0’时，管路装置损失扬程（Hf）也为‘0’；Hf是流量的二次方函数。
因此，管路装置特性，即管路的损失扬程与流量的关系见图2。它是一条经过坐标原点、开口向上、单调上升、随流量增加的二次曲线。
将图1、图2叠放在一张图样上，得到图3。图4是泵特性与管路装置特性联立求解的图式方法。与数学上求解联立方程组的解析方法等效。两条曲线的交点，就是泵与管路装置特性共有的工作点、即泵的工况点。如果两条曲线没有交点，说明泵的选型不能满足管网（管路特性）的要求，须重新选型。
1.3 离心泵的变频调速节能原理
当用水低谷时、流量减少，而管网的压力需保持不变。管路装置特性曲线需向左移动，且经过B点，形成新的管路装置特性。此时，与泵的新转数（n2）特性曲线相交于B点。不难看出：当流量减少、管网压力不变时，泵的扬程减小了。此时，泵的轴功率相应减小。
经过B点的泵新特性曲线，可通过降低转速得到。从下式：
n=60f/P （5）
式中n表示电机的转数；F表示供电电源的频率；P表示电机的极对数、比如二极电机P=1、四极电机P=2、六极电机P=3……等等。
降低电机转速（泵——机同轴、也是泵的转数）有两种方法：①改变电动机的极数，但需重新购置电机，且不能实现无级变速；②改变供电电源的频率。显然，第二种方法不仅能实现无级变速，优点突出，且经济实用。本文将重点讨论这种方法。
变频调速是近20年发展起来的新技术。关键设备是变频器。变频器最早完全依赖进口，随著我国的技术进步，自行制造变频器的软、硬技术均已具备，且产品质量与进口产品可以媲美。水泵变频调速得到了迅速发展，产生的节能效果十分显著。
1.4 变频调速前、后功率减少的分析
泵变频调速前的出口速度三角形见图5。其中U1、W1、V1分别表示变频调速前（n1转数时），叶轮出口的园周速度（即牵连速度）、相对速度、和绝对速度。
从图7看到，因为n1＞n2，所以U1＞U2；Q1＞Q2，则W1＞W2；按照矢量合成法则，绝对速度V2＜V1。它表明泵经过变频调速，在管网压力（泵的扬程）保持不变（在图4上B和A点的扬程相等），仅流量有变化的情况下，管网内流速降低。不仅减少了泵的功率，而且降低了管网损失，达到了节能的目的与效果。
2 结论
综上所述，文章对变频调速在离心泵中的节能改造进行了研究和分析。实践证明，这种节能技术是可行可靠的，不仅减少了泵的功率，而且降低了管网损失，降低了维修成本，达到了节能的目的与效果，能够取得较好的效益，是一项值得在离心水泵运用中推广的实用技术。笔者始终相信，离心泵的节能潜力是巨大的，希望通过上述对离心泵变频调速节能方面的探讨，能够助力于离心泵的节能研究。
参考文献：
[1]祁彦伟.浅谈离心泵变频调速节能[J]，节能技术，2005，23（5）：477-479
[2]赵恒.浅谈离心泵的变频调速[J].氯碱工业，2002（12）：44-45
[3]饶明明.浅谈变频调速在供水水泵中的节能改造[J].城市建设理论研究，2012（34）
论文作者:温泽军
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/29
标签：离心泵论文; 管路论文; 扬程论文; 节能论文; 特性论文; 变频调速论文; 流量论文; 《基层建设》2016年10期论文;