压差旁通控制单台变频的水泵并联工作特性研究

摘 要：理论分析了压差旁通控制下单台变频的水泵并联工作特性，结合工程实例进行了验证。结果表明，工频泵能耗随变频泵运行频数的降低而增加，随冷源侧管路阻力的增大而减小；冷源侧管路阻力越小，工频泵能耗变化越小，运行越稳定。

关键词：压差旁通 并联水泵 变频 能耗

中图分类号：TU991.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0080-03

Study on characteristics of parallel pumps with single variable-speed pump by pressure difference bypass

TAO jia

（Technician College，Guangdong Province，Huizhou Guangdong，516100，China）

Abstract：Theoretical analysis is implemented on characteristics of parallel pumps with single variable-speed pump by pressure difference bypass，the practical project verifies the results.The results show that the energy of constant-speed pumps increase when the operating frequency of variable-speed pump reduces.The energy of constant-speed pumps reduce when the pipeline resistance of cold source increases.The less pipeline resistance of cold source， the less energy of constant-speed pumps and the more stable operation of constant-speed pumps.

Key Words：Pressure bypass；Parallel pumps；Variable-speed；Energy

随着变频器技术的日趋成熟，产量的迅猛增加以及价格的不断下降，变频器的应用场合不断扩大。目前，在大型楼宇、生产厂房的供水及冷热源系统中，变频泵的应用越来越广泛。其中多台定速泵加一台变频泵并联运行的系统配置方式越来越多的被采用[1]。本文根据水泵的特性曲线，对压差旁通控制条件下单台变频的水泵并联工作特性进行了探讨。

1 系统组成

一般的压差旁通控制冷冻水泵并联系统如图1所示。将供水压力和回水压力引入压差控制器，根据设定值控制旁通电动阀，通过调节旁通水量，恒定冷水系统供水和回水之间的压差。使冷水系统能够在末端负荷较低的情况下，仍能保证冷冻机等设备的正常运转。

2 压差旁通下单式泵的工作特性

在压差旁通控制系统中，系统的管网曲线并不通过坐标原点，而在压头坐标轴上有一截距，截距值为压差设定值ΔP（图2 ）。系统管网曲线方程为：

ΔH=ΔP+S'Q2

式中ΔH为管路压降，kPa；

ΔP为控制压差，kPa；

S为冷源侧的阻力特性数，kPa/（t/h）；

Q为水泵流量，t/h。

在压差旁通控制方式下，工频水泵（性能曲线n）的工作点将一直维持在A点。当末端电动调节阀关小时，供水和回水压差大于设定值，旁通电动阀开大，系统阻力和管网特性曲线保持不变，压差信号等于设定值，水泵的工作点仍然维持在A点。

在压差旁通控制方式下，变频水泵（性能曲线n’）的工作点将沿着系统管网特性曲线变化。当末端电动调节阀关小时，系统冷负荷减小，变频水泵工作频率降低，由设计工况下的A点变化到A‘点。管路阻抗阻力特性曲线保持不变，供水和回水压差信号等于设定值。

3 压差旁通下并联水泵的工作特性

对于水泵并联运行时工作点的确定，多应用叠加原理（横加法）求解，该方法具有直观、简便的优点。以2台水泵并联为例，分析其在压差旁通控制下的工作特性。

3.1 两台同型号泵并联

在（图3）中曲线4表示两台同型号水泵工频并联运行的性能曲线，其工作点为C 点。曲线2表示单台水泵工频运行时的性能曲线，A点表示对应于并联工作点C点时单台水泵的工作点。曲线1表示水泵变频时的性能曲线，曲线3表示变频水泵和工频水泵并联运行的性能曲线，A’点和B点分别为对应于并联工作点C’点时变频水泵和工频水泵的工作点。从（图3）中可以看出，当一台水泵变频运行时，另一台工频水泵的工作点将偏离设计工况点（A点），造成工频水泵运行能耗的增加，这种能耗的增加随变频水泵运行频率的减小而加剧。工频水泵能耗的变化量除了受到水泵特性及水泵变频频率的影响，还与冷水系统的冷源侧阻力特性数S’有关，S’值越大能耗的变化量也越大，反之越小。

3.2 两台不同型号泵并联

在（图4）中曲线5表示两台不同型号水泵（一大一小）工频并联运行的性能曲线，其工作点为C点。曲线2、曲线3分别表示小泵、大泵工频运行时的性能曲线，A点、B点表示对应于并联工作点C点时小泵、大泵的工作点。曲线1表示小泵变频时的性能曲线，曲线3表示变频小泵和工频大泵并联运行的性能曲线，A’点和B’点分别为对应于并联工作点C’点时小泵和大泵的工作点。从图4中可以看出，两台不同型号的并联水泵单台变频调节时，工频水泵的能耗除受到变频泵运行频率和特性数S’的影响外，变频泵的选取也很重要。如果选择小泵变频，则其变频范围会受到一定限制，过低时将会出现空转的现象，严重影响水泵的安全。

4 工程实例

某政府办公大楼的空调系统冷源设备有1台型号YEWS170SC50冷水机组（约克），单机额定制冷量598kW；2台型号YSDBCA

S35CHE冷水机组（约克），单机额定制冷量1125 kW。2台额定功率为37 kW的冷却水泵，2台额定功率为18.5 kW的冷却水泵。冷水系统为压差旁通控制方式，冷水泵采用了并联运行、单台变频的调节方式，经过多次现场测试得到以下冷水泵运行数据（表1）。

（表1）中的数据表明：当冷水机组开机数从3台减为2台，大泵变频频数同样为 35 Hz时，小泵工频能耗从34.06 kW减为 33.21 kW；而变频频数为38 Hz，小泵工频能耗从33.58 kW减为32.59 kW。这说明压差旁通控制方式下，并联水泵单台变频调节时，工频水泵的能耗随冷源侧管路阻力的增大而减小。

当冷水机组开机数3台，大泵变频频数从35 Hz升高到38 Hz时，小泵工频能耗从34.06 kW降为33.58 kW，减少了0.48 kW。而冷水机组开机数2台，大泵变频频数从35 Hz升高到38 Hz时，小泵工频能耗从33.21 kW降为32.59 kW，减少了0.61 kW。这说明压差旁通控制方式下，并联水泵单台变频调节时，冷源侧管路阻力越小，小泵工频能耗的变化量越小。换而言之，冷源侧管路阻力越小，工频泵运行越稳定。同时变频水泵降频运行时，工频水泵的能耗会随之增加，变频频数越低，工频泵能耗的增加就越大。

5 结论

（1）并联水泵单台变频时，工频水泵的功耗随变频水泵变频频数的降低而增加。

（2）并联水泵单台变频时，冷源侧管路阻力越小，工频水泵能耗变化越小，运行越稳定。

（3）并联水泵单台变频时，工频水泵能耗随冷源侧管路阻力的增大而减小。

参考文献

[1]吕文，陈洪亮.多台并联变频调速水泵的控制方式[J].电力自动化设备，2005， 25（4）：89-91.

[2]栾鸿儒.水泵及水泵站[M].北京：中国水利水电出版社，1993.88-92.

[3]周谟仁.流体力学泵与风机[M].3版. 北京：中国建筑工业出版社，1994：350-351.

[4]李永民.浅谈计算法求解并联水泵工况点流量及扬程[J].煤炭技术，2003，22 （2）：83-84.

[5]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.