变频调速恒压供水的节能设计

变频调速恒压供水的节能设计
摘要：为保证调速泵和定速泵均能运行于各自的高效段，探讨了同型号多台水泵并联运行的变频调速恒压供水系统中调速泵的最
佳台数问题及系统的恒压值与调速泵性能参数间的关系，并给出了小流量供水时的节能措施，供设计选型和改造时参考。

关键词：变频调速；节能；最佳台数；性能参数；小流量
中图分类号：u264.91+3.4 文献标识码： a 文章编号：
变频调速恒压供水具有节能、自动化程度高、操作控制方便等优点，因而在供水系统中的应用日益扩大，尤其在住宅小区及高层建筑生活供水系统中。

由于生活用水量变化范围非常大，如变频泵的选型和设计不当，不但造价高，有时甚至达不到节能的效果，为此，笔者就如何用好变频调速恒压供水，以使其节电的潜能得到最大的发挥进行了探讨。

1.调速泵的最佳台数
由于调速装置价格昂贵，在给水泵站的设计中一般多采用一台调速泵与多台定速泵搭配的方式，且为了便于维修与管理常采用同型号的水泵。

实际上调速泵与定速泵配置台数比例的选定，应以保证调速泵运行在较高效率范围内为原则。

现以三台同型号水泵并联工作为例分析（见图1）。

图1 三台同型号水泵的并联调速分析
如果采用两定一调方案，当流量q=qa(q2<qa<q3)时开两台定速泵和一台调速泵，此时每台定速泵的流量为q0，调速泵的流量为qi。

但当qa接近于q2时调速泵的流量将变得很小，其效率会很低，达不到节能的效果。

同样，当流量在q1～q2间变化时开启一定一调也有类似的情况。

可见，采用一台调速泵达不到预期的节能效果。

如果采用两调一定方案，当流量q=qa(q2<qa<q3)时开两台调速泵和一台定速泵，此时定速泵的流量为q0,调速泵的流量为（q0+qi）/2，也即单台调速泵的流量范围在1/2定速泵流量到满额定速泵流量之间。

这样缩小了调速泵的调速范围，可望保持其在高效段内运行。

当供水量再减小时（q1<qa<q2）再关掉定速泵，由两台调速泵供水，这时单台调速泵的流量范围仍在1/2定速泵流量到满额定速泵流量之间。

当流量再减少时（1/2q1<qa<q1）再关掉一台调速泵（仅由一台调速泵供水），仍有前述结果。

可见，两调一定方案能使调速泵在高效段运行。

当然，如果三台泵全采用调速泵则单台调速泵的调速范围会变得更小，不过这也失去了调速的意义，同时由于调速装置价格昂贵及调速装置本身存在的效率问题，其综合经济效益也不一定划算。

对于三台以上同型号水泵的并联工作情况，按此类推也可以得出两台调速泵是最佳的安装台数。

目前，市场上大部分变频恒压供水成套设备采用的是一调多定方案，是不合理的，不能完全发挥变频恒压供水的节能潜能。

2.恒压值与调速泵性能参数的关系
系统恒压值与水泵性能参数的关系见图2
图 2恒压值与水泵性能参数的关系
由图2可知，随着泵转速的降低则调速泵的性能曲线会越来越远
离ef（点e、f是水泵在额定转速下运行时高效段的端点），但在设定的恒压值hg下，转速只能降低到性能曲线mn所对应的转速值，否则调速泵将不在高效段内运行。

从前面的分析可以看出，两调多定只是变频调速供水的节能条件之一，此外还须满足：当调速泵在1/2定速泵流量到满额定速泵流量之间供水时也运行在高效段内，即：
(1)
式中———设定压力下的定速泵流量
———设定压力下调速泵在最低转速时的流量
e﹑m是同一条相似工况抛物线上的两点，由叶片泵的比例律有：(2)
将及式（2）代入（1）得：
(3)
可见要真正实现节能，所设定的压力值和水泵的性能参数之间还要满足式(3)的条件。

现以在小区加压给水泵房使用最多的多级立式泵为例来说明。

设某工程变频恒压生活给系统选用了三台立式泵80dlx3：q=32.4、50.4、65.16m3/h(分别为高效段扬程最低值、中间值、最高值)。

如跟据管网水力计算得出的恒压值是该水泵性能曲线高效段的中
间值,将hg=588kpa、qg=50.4m3/h、he=635 kpa、qe=32.4m3/h代入式(3)，发现该式不成立，这就需要重新选泵。

又如跟据管网水力计算得出的恒压值是该水泵性能曲线高效段的最低值，将
hg=502.7kpa、qg=65.16m3/h、he=635 kpa、qe=32.4m3/h代入式(3)，不等式成立，说明该工程选用这种水泵合适。

一般来说,当恒压值接近水泵高效段最低值时能满足式(3)条件；当恒压值比水泵高效段最低值大得较多时不能满足式(3)条件。

3.小流量的节能措施
在这里小流量是指0 ～ 1/2定速泵流量。

从以上分析可知，变频供水系统要实现全流量的节能供水，还需要解决0～1/2定速泵流量段的节能问题。

根据目前我国的一些做法，对于居民小区的小流量问题，可能视供水规模和选用的变频泵的大小采用以下两种方案来解决：①变频主泵+气压罐，即用一台变频主泵和一个小型气压罐搭配运；②工频辅泵(小泵) +气压罐，即另设一台小型的工频辅泵和一台小型气压罐。

方案①适用于供水规模和变频泵较小的系统。

方案②适用于供水规模和变频泵比较大的系统，这样在小流量时就不需要调节大泵，达到了节能的目的。

当然对于市政供水泵站可采用加一台变频辅泵来专用于小流量供水的方案。

结语
对于同型号水泵并联运行的变频调速恒压供水系统而言,调速泵的最佳台数是2台。

恒压值与水泵的性能参数之间要满足条件。

小流量时可根据供水规模和变频泵的大小采用辅助气压罐等节
能供水方案。

参考文献：
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