关于变频调速恒压供水水泵设计选型问题探讨

黄文清 赵王丽

【摘要】从离心泵叶轮的相似定律入手，对如何使变频调速水泵处于高效率区工作进行了分析，提出了变频调速供水的节能条件以及合理选用调速水泵性能参数需注意的问题。

【关键词】变频；调速；供水；节能

变频调速恒压供水是一种节能的有效途径，它采用交流变频调速技术及单片机技术，可以满足恒压供水的要求，避免了由于超压供水而造成的能量浪费，这在中国目前能源相当紧张的情况下，具有较大的经济效益和社会效益。然而变速水泵的调速，调流量仍有一定的范围，如果我们对水泵及其性能参数选择不当，或按常规采用一台水泵变频，多台水泵工频的方式供水，将会造成一定的能量损耗，本文试就上述问题作一下探讨。

根据水泵比例律可得H=KQ2，可看出，凡是符合比例律关系的工况点，均分布在一条以座标原点为顶点的二次抛物线上，此抛物线称为相似工况抛物线（等效率曲线）。

1 变频调速供水的节能条件

目前，市场上的变频调速供水设备一般都采用1台水泵变频，多台水泵工频的方式供水，这种方式是否合理，下面通过分析水泵并联工作过程来加以说明。

现假设采用3台同型号水泵并联工作，其并联特性曲线及管道特性曲线如图1所示。

图中A至B为定速泵的高效区，n0为水泵的额定转数，nmin为变速水泵在高效区内的最小转数，由上述比律可知，当水泵转速由n0下调至nmin时其高效区为抛物线1与2所夹的范围为，若设定恒压值为Hb，由图可知，2台水泵工频时的流量为Qc，2台工频1台变频时，在高效区内水泵并联运行的最小流量为Qd，显然Qd>Qc，因为管网的工况点是任意的，当流量Q在Qc与Qd之间变化时，调速泵的工况点就会落在高效区之外，也就是说在高效区内的流量变化不连续，这样将造成能量浪费，因此单凭1台水泵变频调速是不合理的，必须采用2台变频，1台工频的方式，3台全部变频调速当然可以，但由于市场上调速装置（特别是进口调速装置）价格很贵，并且调速装置也有个效率问题，因此3台全部变速不现实。然而2台变频，1台工频的方式只是解决节能问题的条件之一，要真正解决节能问题，并联工作水泵的性能参数还必须满足条件：

（1）

式中：Hb----为设计恒压值；

Ha----为水泵特性曲线高效段内扬程的最大值；

b、 a----分别为Hb、Ha相对应的流量值。

如图1所示，设定恒压值为Hb，要保证3台水泵在高效区并联工作时的流量连续，而不至使变速水泵工况点落在高效区之外，就必须使Ⅳ曲线穿过B点或在B点之下，相应的Ⅴ曲线就会穿过C点或在C点之下，这样就有： （2）

由水泵比例律可知，相似工况点A、E的关系为

由图1可知，为保证3台水泵并联工作时，定速泵与变速泵的工况点都落在其相应的高效区内，变速泵转数下调以后的特性曲线不能在E点以下穿过，也就是说在高效区内变速泵以最小转数nmin运行时的特性曲线必定穿过E点，因此有He=Hb

则 （3）

将（3）式代入（2）式就可得到（4）式 （4）

设

则可得到 （5）

上述推导结果是由3台水泵并联工作时分析的，同样适用于3台以上水泵并联工作时的情况。

2 变频调速供水水泵恒压值的选定

目前，市场上的变频调速供水设备都以水泵出口的压力进行恒压自动调速，该恒压应怎样确定，有些产品样本中所提供的扬程为水泵高效区内扬程的中间值，我们是否可以用这个值作为恒压值呢？下面就该问题进行探讨。

图2表示1台水泵的（Q—H）特性曲线，其中A～B段表示水泵的高效段，A、B、C三點表示水泵样本中提供的三个高效点，图中阴影部分表示调速水泵在不同恒压值的节能量，由图2可知，当调速水泵出口恒压设定值为Hc时的节能量显然要大于恒压设定为Hb时的节能量。

由附表可知，当选用水泵高效区内扬程的中间作为水泵出口的恒压值时，所有水泵的性能参数都不符合前面所述的节能条件：α≥β，而当选用水泵高效区扬程的最小值作为恒压值时，绝大部分DL、IS、LG水泵都符合上述节能条件，大部分TSWA水泵不符合上述节能条件，因此，水泵高效段内扬程的中间值不能作为恒压值，在满足给水系统水压要求的前提下，恒压值的设定应尽可能靠近水泵高效段内的最小扬程值。

3 结 语

（1）为保证变频调速供水水泵在运行时始终处于高效区工作，达到节能的目的，水泵同时调速的最佳台数为2台，同时水泵的性能参数必须满足条件α≥β。

（2）水泵出口恒压值不应选择水泵高效段内扬程的中间值及中间值以上的值，只要满足给水系统水压要求，应尽可能选择靠近水泵高效段内的最低扬程值。

（3）变频调速供水设备宜选用IS、DL、LG等水泵作为并联工作水泵。

参考文献

[1]姜乃昌，金锥《水泵及水泵站》（第四版）：中国建筑工业出版社，1998