1?水泵的流量調(diào)節(jié)方式

水泵的流量調(diào)節(jié)方式有節(jié)流調(diào)節(jié)，動葉調(diào)節(jié)，電動機(jī)經(jīng)傳動裝置調(diào)節(jié)和交流電動機(jī)的變速調(diào)節(jié)。

節(jié)流調(diào)節(jié)是最原始的調(diào)節(jié)方式，該調(diào)節(jié)方式利用水泵出口管道上閥門的啟閉程度來調(diào)節(jié)水泵的流量。由于水泵是定速運(yùn)行的，其特性曲線不變。當(dāng)關(guān)小或開大閥門時(shí)，管路的阻力就增大或減小，管路的特性曲線改變了。這種調(diào)節(jié)方式就是改變管路的特性曲線來達(dá)到流量調(diào)節(jié)的目的。由于水泵是定速的，閥門關(guān)小時(shí)，其多余能量大部分消耗在閥門上，因此節(jié)能效果差。

水泵的動葉調(diào)節(jié)是改變水泵旋轉(zhuǎn)葉輪工作葉片的安裝角來改變軸流式、混流式水泵的性能曲線及工作點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。

電動機(jī)經(jīng)傳動裝置調(diào)節(jié)包括液力耦合器調(diào)節(jié)，油膜轉(zhuǎn)差離合器調(diào)節(jié)，電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)節(jié)和多級液力變速傳動裝置調(diào)節(jié)。

交流電動機(jī)的變速調(diào)節(jié)包括電動機(jī)的變極調(diào)速和變頻調(diào)速等，通常情況指的是變頻調(diào)速調(diào)節(jié)。與以上幾種調(diào)節(jié)方式相比，該調(diào)節(jié)方式具有很大的節(jié)能效益。

2?變速泵的節(jié)能原理

電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入電壓的頻率有關(guān)，其計(jì)算公式如下：

n = 60 f (1-s)/p

式中：n?為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；f?為輸入電壓的頻率；s?為電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率；p?為電動機(jī)的極數(shù)。

對于特定的電動機(jī)，其極數(shù)和轉(zhuǎn)差率是常數(shù)，要改變泵的轉(zhuǎn)速，只需改變電動機(jī)的輸入頻率即可。

根據(jù)泵的相似定律：

Q1/Q2= n1/n2，H1/H2= (n1/n2)2，N1/N2= (n1/n2)3

其中：n1、n2為調(diào)速前后水泵的轉(zhuǎn)速；Q1、Q2為調(diào)速前后水泵的流量；H1、H2為調(diào)速前水泵的揚(yáng)程；N1、N2為調(diào)速前后水泵的功率。

從上式可以看出，在工況相似的條件下，水泵消耗的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)采用節(jié)流調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)前后的工作點(diǎn)不相似，無法采用以上公式。而采用變速調(diào)節(jié)時(shí)，對于閉式系統(tǒng)，調(diào)節(jié)前后的工況是相似的，其功率之比與轉(zhuǎn)速之比的三次方成正比。這就是變速調(diào)節(jié)節(jié)能的巨大潛力所在。

3?閉式系統(tǒng)節(jié)能分析

在閉式系統(tǒng)中，泵作功所輸出的能量完全消耗在克服水在管路中流動的摩擦阻力。此時(shí)，管路特性曲線為?H=SQ2，S?為管路阻力系數(shù)。對于特定的管路，泵的等效率曲線為H=CQ2，C為等效率曲線系數(shù)。因此在閉式系統(tǒng)中，S=C，泵的等效率曲線和管路特性曲線重合。該曲線上的任意兩點(diǎn)的工況相似，可以使用相似定律。如圖?1，原工作點(diǎn)為?A，采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，工作點(diǎn)為?C，采用變速調(diào)節(jié)時(shí)，工作點(diǎn)為?B，很明顯，前者多消耗?BC?段壓頭，變速調(diào)節(jié)具有明顯的節(jié)能效果，NA/NB= (n1/n2)3，具體節(jié)能多少，且待后面分析。

4?開式系統(tǒng)節(jié)能分析

在開式系統(tǒng)中，存在靜壓差?Ho。水泵作功所輸出的能量除了消耗在克服摩擦阻力外，還消耗在克服靜壓差Ho上。管路特性曲線為H=Ho+SQ2，而泵的等效率曲線為?H=CQ2，故管路特性曲線與等效率曲線不重合。如圖?2，原工作點(diǎn)為A，采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，工作點(diǎn)為C，采用變速調(diào)節(jié)時(shí)，工作點(diǎn)為?B，前者多消耗?BC?段壓頭，但與閉式系統(tǒng)相比，該壓頭要相對小一些。由于A點(diǎn)和B點(diǎn)不在同一等效率曲線上，不能直接使用相似定律計(jì)算B點(diǎn)的功率，具體的定量計(jì)算將在后面介紹。

5?工作點(diǎn)參數(shù)求解

對于給定的一臺水泵，在轉(zhuǎn)速?n1下，可以測得其H?Q曲線和N?Q曲線，設(shè)曲線方程為：

H=a1Q2+b1Q+c1 ? ??（1）

N=a2Q2+b2Q+c2 ? ? ?（2）

a1，b1，c1，a2，b2，c2可以從實(shí)測數(shù)據(jù)通過拋物線擬合得到。對于任意給定的轉(zhuǎn)速n?和流量Q，

可以推出： ?H=a1Q2+b1(n/n1) Q+c1(n/n1)2 ? ? ? ?（3）

N = a2(n/n1) Q2+b2(n/n1)2Q+c2(n/n1)3 ? ?（4）

其實(shí)，對于一臺確定的水泵（n1，a1，b1，c1，a2，b2，c2已測知），在?H???Q?平面上，任意一點(diǎn)對應(yīng)于一個(gè)（H,Q,n）三元組，給定其中的任意兩個(gè)參數(shù)，可以根據(jù)（3）式及其變形公式可以求得第三個(gè)參數(shù)。在N?Q平面上，任意一點(diǎn)對應(yīng)于一個(gè)（N,Q,n）三元組，給定其中的任意兩個(gè)參數(shù)，根據(jù)（4）式及其變形公式可以求得第三個(gè)參數(shù)。設(shè)?n?Qn（Q,n）為已知?Q，n?求?N?的函數(shù)，n?Q H（Q , H?）為已知?Q?，H?求?n?的函數(shù)。

6?能耗比較

對于閉式系統(tǒng)，如圖1，采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)的工作點(diǎn)是C點(diǎn)，采用變速調(diào)節(jié)時(shí)的工作點(diǎn)是B點(diǎn)，由于?A，B?兩點(diǎn)的流量已知，B?點(diǎn)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)相似定律求得?n2=(QB/QA)×?n1，所以?B?點(diǎn)功率為?N?Qn(QB,n2)，C?點(diǎn)的功率為，N?Qn(QC,n1)，其中QB=QC。（www.gxshunjiang.com）

對于開式系統(tǒng)，如圖2?，管路特性曲線為H=Ho+SQ2，對于給定的系統(tǒng)，Ho已知，可以根據(jù)?A?點(diǎn)的參數(shù)求得?S，S=(HA-Ho)/ QA2。流量調(diào)節(jié)到QB后，可根據(jù)管路特性曲線求得HB，所以B?點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n2=n?QH(QB,HB)。因此，B?點(diǎn)功率為?N?Qn(QB,n2)，C?點(diǎn)的功率為N?Qn(QC,n1)，其中?QB= QC。

7?結(jié)論

水泵的能耗在暖通空調(diào)消耗的能源中占很大部分，其中空調(diào)運(yùn)行能耗的?20%~30%?用于水泵的能耗，而對流量采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，40%以上的能耗被閥門所消耗。采用變速泵調(diào)節(jié)時(shí)可以將大部分的能耗節(jié)省下來，因此，本文的討論具有重要的節(jié)能意義。由于多數(shù)建筑物空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間都是在低負(fù)荷下運(yùn)行的，變速調(diào)節(jié)的節(jié)能意義更加重大。據(jù)調(diào)查，多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)采用變速泵調(diào)節(jié)后，可以節(jié)省水泵能耗的?30%~40%。