离心泵的变频节能

5.2水泵系统曲线
水泵曲线仅仅是水泵的物理特性的函数。系统曲线 完全取决于管道尺寸。管道长度、管道弯曲处的位置和 数量，还有其它的一些因素。这两条曲线的交点就是水 泵的工作点。在这一点上，水泵的压力和系统的损耗相 匹配，系统处于平衡状态。
5.2.1阀门控制系统
5.2.1、特性曲线
当采用这种方法时，可通过减小液体流量来增加扬 程。下面是在两种不同的阀位设定值下的曲线。
变频器节能应用
---离心水泵
指导思想
• 节能的意义不仅仅在于提高经济效益,更重要的还 在于“节能是我们企业的社会则任”.
1、泵的分类
泵基本上可以分成两类，容积式泵和叶 片式泵(离心泵)。容积式泵是通过机械的方 法改变工作室容积的大小来输送液体的；具 有恒负载的特性。离心泵是通过浸在液体中 的叶轮旋转时产生的离心力来输送液体；这 种动力使液体的压力增加，并沿着排出管流 出；属于变转矩负载。
5.3.2泵的速度曲线
右图是制浆车间的一台 泵的速度曲线图。从图 中可以看出：泵在转
速不变时，扬程随着 流量的增加逐渐减小， 转速变化时，曲线在 扬程方向上平移。如 果使用变频调速，曲 线就可以修正成一条 扬程不变的水平线， 从而避免了流量变化 所造成的扬程浪费或 不足．
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从图中也可看出：如果用基本转速以上的不同转速 来实现相同的流量，其功率损耗是成比例的变化的，这 就是变频节能的潜力及原理。 相似定理 我们可以根据水泵的原始特性参数，通过一套公式 来预测离心泵在任何一个运行点的运行参数，这些公式 就称之为相似定理。 Q2/Q1 = N2/N1 P2/P1 = (N2/N1 )2 W2/W1 = (N2/N1 )3 其中： N=水泵速度 Q=流量 P=压力 W=功率
5.3.2、功率需求
下面仍以上面那个阀门调节系统中的例子，对水泵转速 调节系统的功率需求进行分析。
这里用HP1=25HP、N1=3560、Q1=250来计算的。 下面就以Q2=200为例来进行说明： Q1/Q2=N1/N2 200/250=3560/N2 → N2=2848 BHP1/BHP2=(N1/N2)3 25/BHP2=(3560/2848)3 → BHP2=12wk.baidu.com8 同样可根据相似定理计算出运行点上的其余参数值。 通过调节速度，系统需要的功率明显比以前更加少 了。为了确定实际的功率需求，变频器的效率必须考虑 进去。
5.4、功率需求对比
下面我们对Q2在200 GPM时，阀门控制系统和转 速调节系统功率需求作一个对比： 调节方法 运行功率（KW） 年电耗（度，按330天计） 年运行费用（按0.5元/ 度计） 费用对比 阀门控制系 统 16.88 133690 66845 转速调节系统 9.6 76032 38016
4.2离心水泵的特性曲线
5、离心水泵调节
5.1、离心水泵的调节方式
如果系统是连续不断变化地过程的一部份，那么我 们就有必要采取一些措施来改变水泵的特性或系统参数。 对于连续变化的液体，我有两种方法。一种方法是 通过控制器或是节流阀改变液体的流量从而改变系统曲 线。另一种方法是通过改变水泵的转速来调整水泵曲线。
3、功率
离心水泵的工作性能是总扬程和在给定的时间内水泵 所抽上的液体重量的函数。在公式中，和们通常采用液体 体积（V）和液体的比重来表示水泵的流量，而不量用水 泵所抽上来的实际液体的重量。 离心水泵的输入功率或制动功率（BHP）是原动机传 递给水泵的实际功率（在这里我们称之为轴功率）。水泵 输出功率或液压功率是水泵传递给液体的功率。这两个功 率可以用以下公式表示：
液体流动时遇到的阻力消耗了从叶轮处流出的液 体部份动能。流体首先遇到的阻力是在蜗壳型的泵体 中，它放慢了流体的速度。当流体在泵体中减速的时 候，一部份动能就转变成了压力能。我们从附在出管 口的压力计读出的数据就是泵内的流体阻力。泵并不 能产生压力，它只产生流量，压力只是反映阻力的一 个参数。
2.2流体的扬程损失
66845－38016＝28829
5.5变频节能系统的原理框图
输出(PV) 指令输入(sp)
变频器
泵转速
测量反馈
Sp(pv)
可以是流量、 压力、液位等
5.6、说明
在这个例子中并没有涉及到静扬程。系统 中有静扬程时，系统曲线和系统所需求的功率 会发生变化。系统静扬程越大，节能效果越小。 这是因为在具有较高静扬程的系统中，系统的 曲线更平坦，这样大部份的能量就被用来提升 液体。
出功率HP =（GPM ×扬程×比重）/ 3960 =（250×250×1.0）/3960 = 15.78 轴功率HP = 输出功率/泵的效率 =15.78/0.64 =24.67
5.3转速调节系统
5.3.1、特性曲线
当叶轮的转速改变的时候，水泵的特性也随之改变，转 速调节的方法就是利用了水泵的这一特点。
输出功率HP =（体积V ×扬程H×比重G）/ 3960
轴功率HP =（体积V×扬程H×比重G）/（3960×泵的效 率） 或 输出功率/泵的效率
4、离心水泵的性能曲线
4.1、水泵性能曲线 在水泵曲线图中包括了流量、压力、效率和轴功率 这些特性曲线(见下图) 。 各种水泵的流量值都是在3560RPM的转整速下给出 的，同时也表明了输出流量调节变化对扬程的影响。同 时，图中表明，扬程增加的时候，水泵的流量和效率随 之减少。
5.2.2功率需求
我们举一个例子来说明阀门控制系统的功率需求。这 里我们使用一个运行速度为3560RPM，时轮直径为8英寸 的水泵。水泵运行时需要的扬程是250英尺，流量是 250GPM，让我们看下面的曲线图。
根据图表中的信息，对于下表所给出的不同流量值，我 们得到了对应的阀门控制系统所需的不同的功率(以水为例)。
在牛顿液体中(指非粘性液体，如水和汽油)，我 们用扬程这个术语来衡量泵所产生的动能，它表示当 泵将动能传递给流体后所产生的液柱的高度。我们使 用扬程而不是压力来表示离心泵的能量，其主要原因 是如果流体的比重一旦发行变化，泵的压力也随之变 化，面扬程则不会变。所以任何牛顿液体，不管比重 大(含硫的)或是比重小的(如汽油)，我们总可以用扬程 来衡量泵的性能。此外还有一点，就是扬程是和流经 泵体时液体获得的流速相关。
2、离心泵的工作原理
离心泵通过顺叶轮 片边缘的加速度将原动 机的机械能转化为液体 的动能(这里关键是产生 的能量是动能)。传递给 液体的能量大小和叶轮 的边缘或叶片尖端的速 度有关。叶轮转得越快 或是叶轮的叶片越大， 叶片尖端处产生的液体 速度就越高，并且液体 获得的能量也就越大。
2.1流体的压力