恒压供水中水泵调速控制的节能分析

2012-02-08葛胜升

海南热带海洋学院学报 2012年2期

葛胜升

(芜湖信息技术职业学院电子信息系，安徽芜湖241003)

1 节流调节

节流调节控制法，又称为阀门调节法(阀门控制法)，这种方法就是将阀门装在水泵出口管网上用以调节流量，通过改变阀门的开度来调节流量，不改变水泵的转速。其实质是通过使管网中的阻力发生变化，改变管网特性曲线(阻力损失在阀门上的变化)来改变流量，水泵的特性曲线保持不变。随着阀门的开度变化，管网阻力将发生变化，但是扬程(压力)不变。此种方法较为方便，但是管路上的阀门阻力损耗较大，对水泵系统来说增加了额外的能量消耗，从节能的角度出发，这种所谓的“调节”将造成更大的电能浪费。并且由于在实际的用水当中，每时每刻都发生着变化，高峰期与低峰期用水量相差甚大，夜晚用水量极小，如果保持阀门开度不变，那么在管网中，高峰期会出现欠压现象，低峰期特别是夜晚会出现超压现象。所以此种调节方法只适用于流量调节幅度不大的地方。

2 水泵的转速与各种参数性能的关系

一般泵的效率、叶轮出口速度三角形近似保持不变，若转速由n'变为n后，则有比例定律:

式中，n表示转速，qv表示流量，H表示压头(扬程)，P表示功率

式(1)说明:流量qv与转速成正比，压头(扬程)与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。

3 水泵的调速调节

水泵的调速调节，又称为调速控制，这种调节流量的方法是通过改变水泵的转速来实现的，不改变阀门的开度。其实质是管网特性曲线保持不变，通过改变水泵的转速，从而改变了水的动能，改变了水泵的特性曲线。

4 水泵的调速调节比节流调节节能的原因分析

节流调节时，假设水泵运行时的特性曲线为n1，与管网特性曲线β2相交于E点，此时，流量、扬程分别为Q1、H2;现要关小阀门，管网特性曲线发生变化，从β2变成β1，与水泵性能曲线相交于F点，流量、扬程分别为Q2、H1，由图1可见，此时 F、Q2、0、H1围成的面积即为水泵的功率消耗。

图1 水泵及管网的运行特性曲线

调速调节时，原来仍运于E点，水泵降低速度后的特性曲线为n2，与管网特性曲线β2相交D点，由图1可见，此时由D、Q2、0、H0围成的面积即为水泵的功率消耗。

由图1可见，比较F、Q2、0、H1和D、Q2、0、H0所围成的面积，节流调节控制比调速调节多消耗了功率，即F、D、H0、H1所围成的面积，造成了浪费。随着阀门的不断关小，管网特性曲线上移，与水泵特性曲线的相交点也随之上移，H1增大，造成被功率的浪费也不断增加。

水泵调速调节能够节能，这决定于是由水泵自身的特性。水泵的流量与转速成正比，压头(扬程)与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。当转速降低，流量则随之降低，而功率由于与转速的三次方成正比而大幅度降低。这也是水泵调速控制能够节约能量的实质所在。

5 恒压供水中的水泵变频调速控制

从管网特性曲线和水泵特性曲线可得出一个结论:在现代供水控制系统中，水泵的调速方式因其具有较好的节能效果越来越被广泛应用，进而取代了以往的节流控制方式(阀门控制方式)，

根据异步电动机的转速公式:

式中:n1表示异步电动机的同步转速;s表示异步电动机的转差率;f1表示异步电动机定子侧电源供电频率;p表示异步电动机定子磁极对数

式(2)说明改变转差率、电源频率、定子极对数均可实现对转速的改变，其中改变电源频率调速方式可以实现连续的、平滑的调节转速，在实际供水控制系统中得到广泛应用。

变频调速恒压供水系统一般是指通过PLC或者单片机作为控制器，通过给定压力值与实际压力值的比较计算，控制变频器，利用改变电源频率来实现对水泵电机的转速控制，使管网压力保持恒定的闭环控制方式。变频调速恒压供水系统能适应多种场合，比如生活用水、消防用水、工业用水等，在与过去的水塔、水箱供水或者气压泵供水等方式相比，不论是在可靠性、稳定性还是在设备经济性、运行成本等方面，都有着极大的优势，并且具有可扩充性、非线性、多变性、滞后性、容错性、节能性等特性，其中节能性的优越性更为突出，除了上文已经阐明了水泵调速调节具有明显的节约电能的优点，同时，采用变频恒压供水，在管网中，由于供水的压力恒定，使管网压力保持在一定的范围内，可延长水管的使用寿命，更不会造成因水压太高使水管崩裂的现象，避免或者减少了事故的发生，减少了维修的费用。