变频泵并联计算

变频调速离心泵并联组合的选型计算

摘 要： 基于生产实践的需要，总结了污水厂进水提升泵（离心泵）变频使用时性能曲线的计算方法，并推导了计算公式，同时介绍了未变频水泵与变频水泵并联工作时的计算方法，计算结果与实际运行时的工况完全一致，为实际应用提供了良好的理论指导。

关键词： 离心泵； 性能曲线； 管路特性曲线； 变频器

进水提升泵是城市污水厂的水力提升设备，设计选型合理的进水提升泵可以节约运行成本，根据国家有关部门统计，风机与泵的用电量占全国用电总量的40%左右，造成水泵能耗增大的原因是由于运行中的水泵大量采用阀门等进行流量调节，这种调节方式虽然简便易行，但能量损耗较大。因此，污水处理工程中水量变化较大的情况下，应选择合理的流量调节方式（如变频调节等），以达到节能降耗的目的。笔者结合实际的运行情况，总结了污水处理厂进水提升泵（离心泵）采用变频器后水泵的选型计算方法。

1 进水提升泵存在的问题及技改方案

某污水厂日处理能力为2×104 m 3/d，平均流量为833 m 3/h，共有4台进水提升泵，额定流量450m 3

/h，

因为市政管网来水水量随时间波动较大，高峰时期（14:00～21:00）水量约为1100 m 3/h，低谷时期（2:00～

8:00）水量约为750 m 3/h，所以需要调节进水提升泵的开启台数（2台或3台）并通过调节管路总出口的阀

门开启度来调节流量，这样才能保证20000 m 3/d 的处理水量，但该运行方式中存在以下问题：大量的电能都

消耗在阀门上面；总出口的阀（DN1000）调整频繁，故障率高、维修工作量增大；总进水电磁流量计前的水

流处于紊流状态，造成流量指示不准确，计量误差大。为此，在4#水泵上增加变频器，将其转速降为1250～

1450 r/min（300～450 m 3/h），以实现普通水泵、变频水泵搭配运行，长期保持进水提升泵总出口的阀门完

全开启，避免电能的无效消耗。 2 离心泵的选型计算

当离心泵的转速发生改变以后其性能也将发生变化，因此在技术改造前需要对水泵的各种工况进行计算。

2.1 进水管路特性曲线的计算

绘制详细的“进水提升泵—配水井”的管道系统图，按比阻计算管路的水头损失，得出管路总水头损失随流量变化的计

算公式： ∑H = H ST + ∑h = H ST + ∑Ak 1k 3lQ 2

=13.170 + 39.104 Q 2 用Excel 中的绘图功能，按照水泵的

流量选点计算出来相应的管路损失，将其绘制成二阶多项式曲线，便得到了如图1、2所示进水管路特性曲线。 2.2 水泵不同转速下工作特性曲线的绘制

① 绘制1台水泵正常转速(n=1450 r/min)时的性能曲线，用Excel 得曲线方程：

H = -1×10-5Q 2-0.0367Q+34.43

② 绘制水泵变频后（以n 1=1250 r/min 为例）的性能曲线共有两种方法：公式法和拟拟合曲线法。

a ．公式法

设水泵在n=1450r/min 时的性能曲线方程为：H=AQ 2+BQ+C ，根据离心泵相似定律的特例——比例率：Q 1/Q=n 1/n ，H 1/H=(n 1/n)2，则转速由n 变为n 1时的性能曲线方程为：

C n n Q n n B Q n n A C)BQ (AQ n n H n n H 2

121221221211⎟⎠⎞⎜⎝⎛+⎟⎠⎞⎜⎝⎛+⎟⎠⎞⎜⎝⎛=++⎟⎠⎞⎜⎝⎛=⎟⎠⎞⎜⎝⎛= 进一步整理得： ∴C 2n 1n 1BQ n 1n 21AQ 1H ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++= 则当转速降低为n 1=1250 r/min 时水

泵性能曲线的方程为： H 1 = -1×10-5Q 12 - 0.0316Q 1 + 25.587

b 、拟拟合曲线法 按照公式Q 1/Q=n 1/n ，H 1/H=(n 1/n)2，计算出水泵在转速改变以后的一组（Q 1、H 1）的点，然后绘制与这些点相拟合的曲

线。具体方法是使用Excel 计算出Q 1、H 1（见表1），然后使用Excel 的绘图功能，在绘图区的添加趋势曲线对话框中，选择二阶多项式及显示公式功能，得出n 1=1250 r/min 时水泵性能曲线的方程。其结果与第一种方法所得出的方程完全一致。

两种方法的计算结果见表1，变频水泵后的性能曲线见图1中的“Q 1—H 1(n=1250rpm)”曲线。 表1、水泵性能曲线及管路特性曲线计算表

水泵性能曲线 管道特性

正常转速（n=1450 r/min） 变频后（n 1=1250 r/min） H=13.17+39.10Q 2

Q/m 3·h -1 H/m Q 1/m 3·h -1 H 1/m H 1ˊ/m ΣH/m

251.3 24.6 216.6 18.3 18.3 13.4

276.7 23.5 238.5 17.5 17.3 13.4

299.1 22.6 257.8 16.8 16.5 13.4

334.2 21.0 288.1 15.7 15.6 13.5

363.1 19.8 313.0 14.7 14.6 13.6

391.4 18.5 337.4 13.8 13.7

13.6

434.5 16.6 374.6 12.3 12.1 13.7

464.3 15.2 400.3 11.3 11.2 13.8

551.7 11.1 475.6 8.3 8.4 14.1

备注 Q 1=(n 1/n)=(1250/1450)×Q；H 1=-1×10-5Q 12

-0.0316Q 1+25.587；H 1ˊ=(n1/n)2== (1250/1450)2×H 2.3 水泵并联工作时性能曲线的计算

因为实际的进水水量在750～1100 m 3/h 之间波动，在增设变频器后必须能够适应这种变化，进水提升泵

房共有4台水泵，其中3台普通水泵、1台变频水泵，必须考虑本不同水泵并联工作时，是否能够适应水量的变化并且消耗的能量最低。主要分1台水泵+1台变频水泵并联、2台水泵并联、2台水泵+1台变频水泵并联这三种工况来进行计算。

首先计算1台水泵与1台变频水泵并联工作时的性能曲线。以水泵在未变频（n=1450 r/min ）时的扬程为基准，计算出在变频水泵（n=1250 r/min ）相同扬程点的流量Q 1：利用得出的n 1=1250 r/min 时水泵性能曲线的方程，在已知水泵的扬程的情况下，用一元二次方程的求根公式计算出水泵在转速改变时的流量：

(-0.00001)

2)H -(25.578(-0.00001)40.0316-0316.02a 4ac b b -Q 1221×××−=−+==50000×(0.00202-0.00004×H)^0.5-1580 计算结果如表2所示。以（Q+Q 1）为横坐标、扬程为纵坐标即可绘出1台水泵与1台变频水泵并联工