水泵变频运行特性曲线

水泵变频运行特性曲线

Introduction:Variablefrequencyspeedregulationcanachievegoodenergysavingeffectinwaterpumps,whichhasbeenextensivelydiscussedintheindustry.However,manyoftheconclusionsdrawnhavebeenunsatisfactory,andsomeareevenincorrectorunclear.Thisarticlewillusesimplegraphicanalysistofurtherexplainandanalyzetheissue.2CommonMisunderstandingsinVariableFrequencyOperationAnalysisofWaterPumps2.1Manypeopleareaccustomedtousingtheproportionalitylawoffansandwaterpumpsintheiranalysisofvariablefrequencyoperation:FlowproportionalitylawQ1/Q2=n1/n2HeadproportionalitylawH1/H2=(n1/n2)2ShaftpowerproportionalitylawP1/P2=(n1/n2)3Fromthis,itisconcludedthattheflowrateofwaterpumpsisproportionaltothespeed,theheadisproportionaltothesquareofthespeed,andtheoutputpowerisproportionaltothecubeofthespeed.Theseconclusionsareindeedderivedfromtheproportionalitylawoffansandwaterpumps,buttheycannotexplainthefollowingissues:(1)Whydoesthewaterpumponlystarttodischargewateratfrequenciesabove30-35Hzinvariablefrequencyoperation?(2)Whyisthecurrentandpowerextremelylowwhenthewaterpumpisnotdischargingwater,butjumpssuddenlywhenwaterisdischarged,andthenincreaseswiththeincreaseofspeed?2.2DrawingthePerformanceCharacteristicCurveandPipeResistanceCurveofWaterPumpsManypeopledrawtheperformancecharacteristiccurveandpiperesistancecurveofwaterpumpsasshowninFigure1.Figure1:PerformancecharacteristiccurveofwaterpumpInFigure1,thecharacteristiccurveofthewaterpumpundernormalfrequencyoperationisF1,withtheratedworkingpointA,ratedflowrateQA,andratedheadHA.TheidealpiperesistancecurveR1=KQisproportionaltotheflowrateQ.TheactualpiperesistancecurveR2underthrottleregulationisused,withworkingpointB,flowrateQB,andheadHB.ThecharacteristiccurveF2undervariablefrequencyregulationwithoutthrottlehasanidealworkingpointC,flowrateQC,andheadHC,whereQB=QC.AccordingtothecurveshowninFigure1,inordertoreducetheflowratetozerousingvariablefrequencyregulation,thefrequencyconvertermustbereducedtozeroaswell,whichisnotconsistentwiththeactualsituation.Inactualvariablefrequencyregulationofwaterpumps,thefrequencymustbereducedtobelow30-35Hztostopwaterdischarge,andtheflowratehasalreadybeenreducedtozero.2.3ParallelOperationofVariableFrequencyPumpsandNormalFrequencyPumpsInparalleloperationofvariablefrequencypumpsandnormalfrequencypumps,theoutletpressureofthenormalfrequencypumpishigh,whilethatofthevariablefrequencypumpislow.Therefore,itissuspectedthatthevariablefrequencypumpwillnotdischargewater,andthatthewaterfromthenormalfrequencypumpwillflowbacktothevariablefrequencypump.Conclusion:在图2中，工作点A是水泵的额定工作点，符合水泵的额定流量和扬程。因此，R1被视为理想的管网阻力曲线。但是，由于实际管网阻力曲线不可能完全符合理想曲线，因此实际最大工作点必须偏离A点。如果实际最大工作点向A点右下方偏移，则会增加流量，导致水泵过载。因此，实际额定工作点应该向A点左上方偏移，如图3所示。在图3中，当节流阀门全部打开时，管网阻力曲线R2为实际管网阻力曲线。在50Hz下运行的变频器的实际最大工作点C，实际最大流量QC（小于水泵的额定流量QA），最大流量时的扬程HC（高于水泵的实际额定扬程HA）。实际工作点C的参数只能通过实际测试得出。在变频器频率为F2时，实际工作点B对应特性曲线F2。实际工作点B与净扬程的差△H=HB-H0=K2QB2，是为了克服实际管网阻力而达到所需流量QB时的附加扬程。工作点B的实际扬程HB=K2QB2+H0。并联运行是指两台或两台以上的泵向同一压力管道输送流体的运行方式。并联运行的目的是为了增加流体的流量，适用于流量变化较大，采用单台大型泵的运行经济性差的场合。同时，水泵并联运行时可以有备用泵，以保证系统运行的安全可靠性。水泵并联运行的工作点由总性能曲线和管道特性曲线的交点来确定。总性能曲线是根据并联运行时工作扬程相等、流量相加的原则，在同一坐标扬程下，将每台泵性能曲线上相应的横坐标流量相加绘制而成的，如图4所示。图4展示了两台相同性能泵并联运行的总性能曲线和工作点。其中，A是任意一台泵单泵运行时的工作点和净扬程H0，B是两台泵并联运行时单台泵的工作点，F2是两台泵并联运行时的总性能曲线，在纵坐标相同的情况下，横坐标为单台泵性能曲线的两倍。并联运行的工作点C的流量QC等于两台泵的流量之和，扬程HC等于单台泵的扬程HB。管网阻力曲线不变，只是在两台泵并联运行时，流量为两台泵的流量之和。两台相同性能的水泵并联运行有如下特点：-HC=HB>HA：即两台泵并联运行时扬程相同，且一定大于单台泵运行时的扬程。3.F3为变频泵和工频泵并联运行时的总性能曲线。工作点C只与F1相交，而不与F3相交。扬程HC等于每台泵的扬程，工频泵的流量QA2等于QA1，总流量QC等于QA2等于QA1，QB2等于0。当F2=MIN时，变频泵的扬程不能超过工频泵的扬程，因此变频泵的流量为零。变频泵和工频泵并联运行时，总性能曲线与单台工频泵运行时的性能曲线相同。虽然变频泵没有流量输出，但仍然会消耗一定的功率。4.在这种运行状态下，变频泵的效率会降到最低点。因此，最好不要让变频泵工作在这种工况下。5.在这种特殊情况下，变频泵很容易产生汽蚀现象，从而导致泵的损坏。解决方法是打开再循环，使泵保持一定的最小流量。但这样做会增加泵的能耗。8.3水泵变频运行时，不管是单泵运行还是并联运行，都存在一个理想的特例，即只有净扬程，没有管网阻力，或者管网阻力可以忽略不计。在这种情况下，管网阻力曲线可以看作是一条与净扬程点平行的直线。例如，将水泵将水通过粗管道垂直向上打入一个开口的蓄水池就是属于这种情况。在电厂锅炉给水泵系统中，由于给水压力极高，管网阻力相对较小，因此采用变频运行时也可以看成属于这种情况(见图10)。图10显示了没有管网阻力时，变频泵和工频泵并联运行的特性曲线。1.F1为变频器最高运行频率性能曲线，工作点A，F2和F3为变频运行性能曲线。H0为实际扬程。2.在图10中，不论如何调节频率，扬程都保持不变，只有流量会发生变化。水泵的输出功率只会随着流量的变化而变化。从图10中可以看出，随着频率的降低，微小的频率变化ΔF会引起很大的流量变化ΔQ。性能曲线越平坦，ΔF引起的ΔQ就越大。因此，频率越低，流量越小时，这种变化就越大。因此，频率与流量之间的关系为QA/(F1-FMIN)，是一种非线性的关系，很难确定是几次方的关系。由于功率与流量成正比，功率与频率的关系为H0QA/(F1-FMIN)，也很难确定与频率是几次方的关系。3.在这种情况下进行变频运行时，流量不宜太小，以防微小的频率或转速变化引起较大的流量变化，导致水泵流量不稳定。4.FMIN越高，F1-FMIN就越小，流量和功率随频率的变化就越大。结束语：通过以上分析，我们可以解释2.1-2.3中提到的一些问题。水泵出水的最低频率为30~35Hz，这是因为水泵的性能曲线最高扬程必须大于净扬程或并联运行的工频泵的