[摘要]：作为水泵的重要参数之一，流量对于整个泵站来说具有非常重要的作用。流量的调节不仅仅可通过投入运行水泵的台数改变，转速的改变可以起到相同的作用。当前运用的变频调节不仅在改变水泵出水流量方面起到重要作用，而且在节能方面同样也起到很重要的作用。
论文关键词：流量,转速,变频,节能
伴随着我国改革开放的深入和经济的快速增长，能源短缺的问题日益显著。作为一个用电大户，提水泵站的节能显的尤为重要。以东江泵站为例，一小时仅四台电机所消耗的电能就达到4600度，而提水泵站用电的量与水泵的出水流量有着直接的关系。因此，在泵站流量不需求全负荷时，变频调节转速来改变流量在整个泵站的节能中起到至关重要的作用。本文将从水泵供水功率、供水效率以及电机的效率等几个方面来探讨变频与水泵的节能问题。
2、水泵站供水系统工作点的确定
2.1 工作点
扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图1中的A点所示。在这一点：供水系统即满足了扬程特性①，也符合了管阻特性②。供水系统处于平衡状态，系统稳定运行。
如阀门开度为100%、转速也为100%（与额定转速之比），则系统处于额定状态，这时的工作点称为额定工作点，或自然工作点。
2.2 供水功率
供水系统向用户供水时所消耗的功率PG(kW)称为供水功率，供水功率与流量Q和扬程HT的乘积成正比，即：
PG=Cp·HT·Q （1-1）
式中：Cp—比例常数。
图1 供水系统的工作点
Fig.1 working point of water supply system
由上图可以看出：供水系统的额定功率与面积ODAG成正比
3、 水泵的节能原理
在提水泵站中，最根本的控制对象就是流量。因此，提到节能问题，必须从考察调节流量的方法入手。常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种，下文以这两种常见的方法作为比较来探讨变频在水泵节能方面的优势。
3.1 阀门控制法
此种方法通过关小或开大阀门来调节流量，而转速保持不变（通常为额定转速）。阀门控制法的实质是：水泵本身的供水能力不变，而是通过改变输水管路中的阻力大小来改变供水的能力（反映为供水流量），以适应拥护对流量的需求。这时，管路特性将随着阀门开度的改变而改变，但扬程特性不改变。由图2所示，设用户所许流量QA减少为QB，当通过关小闸门来实现时，管阻特性将改变为曲线③，而扬程特性则仍为曲线①，故供水系统的工作点由A点移至B点。这时：流量减少了，但扬程却从HTA增大为HTB；由式二可知，供水功率PG与面积OEBF成正比。
3.2 转速控制法
即通过改变水泵的转速来调节流量，而阀门的开度则保持不变（通常为最大开度）。转速控制法的实质是通过改变水泵的全扬程来适应用户对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变化。仍以用户所需流量从QA减小为QB为例，当转速下降时，扬程特性下降为曲线④，管路特性则仍为曲线②，故工作点移至C点。可见：在流量减小为QB的同时，扬程减小为HTC；供水功率PG与面积OECH成正比。
两种调控的对比可由图2表示：
图2 调节流量的方法比较
Fig.2 The comparision of flow regulation methods
4、 转速控制法节能的几个方面
4.1 供水功率的比较
比较上述两种调节流量的方法，可以看出：在所需流量小于额定流量的情况下，转速控制时的扬程比阀门控制时的小得多，所以转速控制方式所需的供水功率也比阀门控制方式小得多。两者之差△P便是转速控制方式节约的供水功率，它与面积HCBF（图2中的阴影部分）成正比。
4.2 从水泵的工作效率比较
图3 水泵的效率曲线
Fig.3 efficiency curve of pump
水泵工作效率相对值 （2-2）
式中：
 、 、 —效率、流量和转速的相对值（即实际值与额定值之比的百分数）；
 、 —常数，由制造厂家提供。
与之间，通常遵循如下规律：—=1
式二表明，水泵的工作效率主要取决于流量与转速之比。由式二可知，当通过关小阀门来减小流量时，由于转速不变， =1，比值/=，其效率曲线如图三中的曲线①所示。当流量=60%时，其效率将降至B点。可见，随着流量的减小，水泵的工作效率降低十分显著。而在转速控制方式下，由于在阀门开度不变的情况下，流量和转速是成正比的，比值/不变。其效率曲线因转速而变化，在60% 时的效率曲线如图中的曲线②所示。当流量=60%时，效率由C点决定，它和=100%时的效率（A点）是相等的。就是说采用转速控制方式时，水泵的工作效率总是处于最佳状态。
5．由电动机的效率看节能
水泵在出厂时，由于：
（1）对用户的管路情况无法预测；
（2）管阻特性难以准确计算；
（3）必须对用户的需求留有足够的余地
因此，在决定额定扬程和额定流量时，通常裕量较大，所以电动机的裕量也较大。所以，在实际的运行过程中，即使在用水量高峰时期，电动机也常常不处于满载状态，其效率和功率因数都较低。
用了变频控制方式后，可将排水阀完全打开并适当降低转速。由于电动机在低频运行时，变频器的输出电压也将下降，从而提高了电动机的工作效率。
图4 水泵的轴功率曲线
Fig.4 shast power curve of pump
综合起来，水泵的轴功率与流量间的关系如图4所示。图中，曲线①是调节阀开度时的功率曲线，当流量=60%时，所消耗的功率由B点决定；曲线②是调节转速时的功率曲线，当=60%时，所消耗的功率由C点决定。由图可知，与调节阀门开度相比，调节转速时所节约的能量是相当可观的。
6．参考文献
[1] 韩安荣主编. 通用变频器及其应用. 第二版. 北京: 机械工业出版社,2000
[2] 冯垛生，张淼编著. 变频器的应用与维护. 广州：华南理工大学出版社 , 2001
[3] 吴大榕. 电机学. 北京 ：水利电力出版社，1979
[4] 李继珊. 泵站测试技术. 北京 ：水利电力出版社，1987
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