变频器冷却系统管路分析初探

陈丕+王春林

摘 要：本文根据变频器冷却系统管道及负载的规格与分布情况，提出两点假设，一是每台变频器水力属性相同，即相同的压差具有相同的流量；二是相同区域、同一规格的供回水管路流量相同，据此建立管路模型，绘出管路特性曲线，推出管路特性曲线方程，并结合水泵的输出特性曲线，分别求出变频器冷卻系统在双管及单管运行时的工作点，得出系统双管、单管运行时的流量。本文结论可为变频器冷却系统转单管运行的可行性分析提供理论依据。

关键词：管路模型；系统流量；单管运行；水泵外特性；管路特性曲线

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.210

0 前言

变频器冷却系统采用双管运行，流量可通过流量计测得，当对系统进行改造或更换阀门时，需转为单管运行，此时变频器单台中的流量又如何变化，转换前是无法通过流量计测量的。文章中我们运用泵的输出特性及变频器冷却系统的管路特性对这两种工况下系统中的流量进行分析，分别求出双管及单管运行时的系统流量。在做管路特性分析时提出了两点假设，但根据假设求出的是变频器流量平均值，不影响整个系统的流量计算。

1 系统概述

系统共有4台DFG100-315/4水泵，功率15KW，扬程32m，额定流量83.9m3/h。正常工况下两台水泵并联运行，此时泵组的外特性曲线是由两个100-315/4的曲线叠加而成。当水泵的外特性曲线与系统的管路特性曲线相交时[1]，交点即是水泵的工作点。当管路情况发生改变时，水泵的流量及扬程也会有一定的变化。

2 变频器冷却系统的管路模型

实际情况下，不同管道内的流量不完全相同，如图1所示，两根DN150供水干管流量分别为Qg1、Qg3，回水干管为Qg2、Qg4，流经节点A以后，变为Qg1- Q1，Qg3- Q3， Qg2- Q2、Qg4- Q4，而Qg1+ Qg3= Qg2+ Qg4，Q1+Q3=Q2+Q4，q1+q3=q2+q4，q5+q7=q6+q8等，图1所示的情况会遍及到整个系统，使得管路的分析计算过于复杂。

为了方便于管路分析，作如下假设：每台变频器水力属性相同，即相同的压差具有相同的流量；相同区域、同一规格的供回水管路流量相同。

3 管路特性曲线

管路系统的总水力损失由三部分组成[3]，分别为沿程水力损失、局部水力损失和负载水力损失。

（1）来自《水力计算图表》[2]

i—水力坡降

K—修正系数 DN150的值0.7055

3.1 双管运行

系统流量分别为Q（4、8、16、20、28、32、36、40）L/S，对应ΔHλ分别为（0、0.247、0.972、1.502、2.94、3.839、4.86、5.958）m；

与上述流量Q对应的局部水力损失分别为（0、0.016、0.062、0.097、0.187、0.246、0.31、0.388）m；

与上述流量Q对应的负载水力损失分别为（0.11、0.459、1.806、2.816、5.53、7.22、9.14、11.3）m；

将以上沿程水力损失、局部水力损失和负载水力损失各对应值分别相加，得到管路总压降与流量的对应关系，考虑到热交换器及泵的进出口阀门在以供、回平衡管为界的管路系统之外，所以直接将这段水力损失记为H0与管路系统水力计算结果ΔH叠加。见表1。

注：4.08为泵出口到板式换热器出口的压差，记为H0

利用描点法绘出管路特性曲线，纵坐标是叠加了H0的管路总压降。它与两台水泵并联运行的外特性曲线相交，交点就是水泵工作点，见图2。

将表1中对应的ΔH与Q2相除，得到ΔH/Q2，称为管道总阻力系数，记为B。

根据水泵压力头与流量的关系ΔHw=H0+BQ2，以及表1的结果，可以得出变频器冷却系统双管运行时的管路特性曲线计算公式：

式中：

ΔHw——系统总压头损失，单位[米]

4.08——水泵前后供、回水平衡管之间从泵出口到板换出口的压头损失单位[米]

0.011——管道总阻力系数，单位[米·秒2/升6]

Q——系统流量，单位[升/秒]

3.2 单管运行时的管路特性

对应前述系统流量，ΔHλ为（0.248、0.853、3.829、5.968、11.686、15.25、23.79、34.36）m；

局部水力损失为（0016、0.062、0.246、0.388、0.758、0.995、1.55、2.23）m；

负载水力损失（0.11、0.459、1.806、2.816、5.53、7.22、9.14、11.3）m；

从而得到管路总压降与流量的对应关系，考虑到热交换器及泵的进出口阀门在以供、回平衡管为界的管路系统之外，所以直接将这段水力损失记为H0与管路系统水力计算结果ΔH叠加。见表2。

根据图3，在双泵运行情况下，系统单管运行时的工作点在A点与D点之间。流量为小于39.9L/S，但大于37.67L/S。单台变频器平均流量42.67L/min到45.17L/min。

单管运行的管路特性方程：ΔHw= H0+0.023Q2。0< H0<4.08。

4 结论

运用水泵理论的相关知识，结合现场参数，本文对变频器冷却系统管路进行分析，做出两点假设，方便了理论分析和计算。分别绘出了双管运行与单管运行的管路特性曲线，确定水泵在两种工况下的工作点。由于数据采集较充分，双管运行的结论与实际非常接近。单管运行时的工作点则限制在了小的范围里，流量为37.67L/S 到39.9L/S之间。同时，还建立了变频器冷却系统管路特性曲线方程，分别是双管运行：ΔHw=4.08+0.011Q2；单管运行：ΔHw=B+0.023Q2 0

参考文献：

[1]姚玉英.化工原理[M].天津：天津科学技术出版社，1988：98-123.

[2]李田，宁希南.水力计算图表[M].北京：中国建筑工业出版社， 2008：1-11.

[3]陈榕林，张磊.液压技术与应用[M].北京：电子工业出版社， 2002：26-27.