离心泵变频调速参数的优化控制研究

王瑞

摘要：在目前的一些工业应用时，应用变频调速的模式有很多优点，不仅方便，而且经济可行。随着新一代智能泵的出现，离心泵的设置变得现代化，变频器可以满足更大的生产需求。目前，有许多公司，包括个人，都在积极开发并优化控制变频调速参数。

关键词：离心泵;变频;调速参数;优化控制

近年来，工厂在节能泵领域投入了大量精力，例如转换片的使用，采取适当措施，改变“高速运转”的状态。然而，由于定速电动机驱动和同步，导致功率损耗尚未消除，而要解决这部分的问题，最主要的办法是，应用变频技术来调节速度。

1离心泵的调节方法

在确定离心泵的工作点时，必须明确泵的特性与管道的特性，根据此二者来确定。当把泵应用在特殊的系统中时，具体的操作流程和控制取决于两个关键点，泵和管道本身的性能。管道的特征与液体在运输过程中受到限制有关。离心泵的出口管路特性可表示如下。

上式中：He是管道的扬程，Qe是管道中，流体的流动量，B将随着管道的局部阻力增加而增加。He-Qe是一个上行的抛物线。随着局部阻力的增加，抛物线变得更陡，如图1中曲线R1，R3和R2所示。根据泵的特性试验，我们可以得出泵的特性，其形状与图1中的n1，n3和n2相同，它以恒定速率随速度增加。在选择和设计时，需要确保其在高效率的范围内工作，在最大流量下正确运行。初步预测时确定主要参数，通常是不可能的。所以，大多数情况中，选择的泵都因为传输量过大，压头过高，以致于和实际需求远远不相符，这经常导致“大马牵小车”等不合规的现象。如果运行条件发生变化，则必须调整泵和管道，以处理运行期间的要求。为泵配备变频器主要有两种方法：变速控制和油门控制。稍后将参考图4描述节流阀调节和换档控制的方法和原理。

泵以速度n1，管路特性R1和电源N1启动。这个时候，泵的工作点被确定为（Q1，H11）。如果该过程需要从Q1转换到Q2，您可以看到图1显示了两种配置方法：（1）在B值为（Q2，H12）时，泵的有效功率为N12 = H12 * Q2 *ρ* g;（2）以泵n1的速度下降到n2，管道的特性不会改变。这里，工作点由A（Q1，H11）变为C（Q2，H22），在这个阶段泵的有效功率为N22 = H22 * Q2 *ρ·G。具有相同流量的C，B点的高度大于C点，即H12> H22，B点的功率比C点大。换句话说，N12> N22，也就是说它以相同的流速调节。节流调节的功耗比降速功耗更大，用于速度调节，这种变速调节在节省能源方面有很大作用。当在恒定压力条件（H11）下，流量从Q1变为Q2时，需要同时进行油门调节和速度调节两个环节。管道的特征是R1，切换到R3时，泵速从n3降低到n1，工作点从A（Q1，H11）变为E（Q2，H11）。这个时候，泵的有效功率为N33 = H11 * Q2 *ρ* g，节能率为（Q1-Q2）Q1。调整过程可以通过调整泵的频率转换，来适应过程变化，从而节省大量能量，但不能代替节流阀。

2变频调节的节能原理

2.1泵有效功率Ne减小

根据图2和图3中所示，泵出口处有转速三角形，可以直观地理解，在两个相同的操作条件下，流速减小。此时，车轮vm22的径向速度相同，并且车轮出口处流体的绝对速度相同。这里有一个很大的区别：油门设置v22大于减速设置v22。节气门设置中的流体能量超过延迟设置的值，并且当调节节流阀时，泵消耗的能量超过延迟设置，这一点对应于上面的结果。

根据上述公式，如果控制收缩期间的旋转速度是恒定的，那么μ2不会改变，理论流量HT∞将随着理论流量QT的减小而增加。随着调整过程中速度的降低，NT负载将随着尺寸的减小而减小，u2随着尺寸的减小而减小。当流量相同时，换档控制泵的有功功率（Ne）低于节流阀设定值。

2.2泵效率η增加

泵的效率随着速度减慢而增加。（1）随着速度减慢，动轮的圆周速度减缓，轮子过道与流体之间的磨擦减缓。车轮出口部位的偏流的绝对速度明显降低，从而使泵的效能升高。（2）随着泵内的速度减慢，在泵的每一个披露点会减小，并且泵的容量将变大。（3）随着逆转速度的减慢，流质与动轮之间的磨擦受损减小，每一个磨擦力矩的磨擦损失降低，泵的机械效率增长。换句话说，降速调节泵的效率大于节流阀的效率。

2.3泵轴功率N降低

可以看出，泵轴上的功率N =Neη减小了2.1，泵的有效功率Ne减小，泵η的效率从2.2增加。减慢离心泵所需的轴（N）的功率减小，这减少了电动机在离心泵上进行的处理工序。

2.4能量损失分析

节流阀主要是打开一个小型控制阀，增加局部管路损耗，增加等式（1）中的B。阀门的局部阻力将吸收液体的有用功，并将这部分轉化为损失的热能，这会导致比较明显的能量损失。节流阀设置增加了泵的内部压力，保持恒定的旋转速度，降低了泵的使用效率，并增加了水损失、体积损失和机械损失。

3采用变速调节需要注意的几个问题

（1）只能针对一个源调整变速设置。如果您的泵系统有多个回路，则必须添加控制阀，分别控制每个回路的流量和压力。（2）该过程应指示管道沿管道阻力曲线或正常流量的阻力，以确定速度变化的范围。（3）选择泵时，陡峭的功率曲线选择泵时，应简化泵的配置。在这个阶段，泵的关闭压力相对较高，这应该在设计期间考虑，做好应对措施。（4）排气系统的设计过程中，必须考虑泵的最大速度产生的压力，以防止超压。（5）尽管通过调节变速，可以减小最小连续泵的连续流量，但是每个泵系统的最小返回管线还不能被清除。在这种情况下，建议在回程管路上安装控制阀，并仅在必要时将其打开。（6）根据可配置用于变频的系统和过程要求，分析每个系统的操作灵活性和可靠性。

4结语

综上所述，从机械的角度出发分析探究，了解控制变频离心泵转速的节能原理，并已经得出结论，通过比较适应方法，调整频率转换可以节省大量能量。我厂的离心泵消耗约2.5 x 10 kW·ha。离心泵的节能潜力巨大，希望上述探讨与分析，可以为需要的人或公司带来帮助。

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