有关变频水泵节能问题的分析

刘国军

河北省广电局机关服务中心，河北 石家庄 050031

在低碳经济发展的大背景下，我国泵类配套的电动机耗电量约为全国消耗总电量的20%，但是由于水泵运行效率偏低，造成严重的资源浪费行为。如何加快水泵运行的节能性，已成为当前必须思考的话题。

1 水泵变频调速技术原理

有关变频调速技术的运行原理，主要根据交流电动机的运行原理，与其转速关系密切相关，公式分析如下:

在该公式中，f代表水泵电机运行过程的电源频率（Hz）；p代表电机中的极对数。只要对电动机的定子绕组电源频率进行均匀化的改变，就能够实现电动机同步转速的平滑改变；电动机的转速缓慢，轴功率就会随之降低，同时电动机的输入功率也有所减少。

2 水泵变频调速系统的设计

当前，我国水泵节能系统中应用变频调速技术，主要处于开环状态之下，也就是通过人为操作方式，遵循外界条件变化、工艺变化等，对变频器的频率值进行更改，以达到调速目标。在变频调速系统中，可主要包括调节器、压力测量变送器、变频调速器以及控制对象四大部分；对于该系统的控制过程，首先利用压力测量变送器，测量水管的出口压力，将该数值转换为标准的电信号[1]；其次，利用调节器与事先设置的控制指标进行对比，发现其中存在的偏差；最后，通过调节器将该偏差值进行运算与调节，获得调节信号。系统设计要点如下:

2.1 水泵的高效区运行

1）有关水泵的选择，一般在高效区使用，避免出现大马拉小车的浪费现象；

2）水泵运行呈曲线模式，也就是说，随着流量的不断增大，扬程有所降低；同时注意控制水压力的波动性，确保出流稳定，更利于节能技术的落实；

3）结合管网的水力计算，实现选泵的优化，确保在高效区稳定运行。在计算水泵运行相关参数时，应考虑到水泵在长期运行中叶轮产生的磨损，提高安全系数的适用性；但是选泵不能过大，否则可能造成低效运行，耗能量增加；

4）如果调速泵处于额定转速下工作，则应处于水泵高效运行的末端。由于选择调速泵时主要参考秒流量数据，则工作点就是符合秒流量的工况点，但是在管网中涉及秒流量的时间非常短暂，大多水泵处于低于设计值的工况下运行[2]。如果水泵的工作点处于高效区的末端位置，那么水泵就可实现高效、稳定运行，达到最佳节能效果。

2.2 多台泵组运行

一般情况下，离心泵在高效区运行，流量范围处于1-0.5Q之间；但是以实际运行情况来看，水量的变化受到不同因素的影响，因此呈现不均匀状态；那么在设计变频调速泵组过程中，就应充分考虑这一实际问题，才能确保水泵的高效、稳定运行；经大量实践经验表明，选择若干大小不同的水泵，采取并联运行方式，是一种效果良好的方法，在用水量较少的情况下，可采取小泵和气压罐联合供水模式[3]。

2.3 水泵的优化配置

1）在用水量并不大的情况下，可以选择1台工频泵、1台变频泵、1台备用泵三台轮换的方式，每台泵按照60%的设计流量进行选择，这样就可确保高效运行阶段与低需求运行阶段的优化配置；

2）如果需要应用集中供水模式，则精确计算用水量，采取大泵与中泵联合运行的模式，同时也要采取小泵和气压罐的组合供水模式。在运行过程中，根据用水量的实际情况进行调整，避免出现“大马拉小车”现象，实现低效运行目标；

3）在冷却塔补水运行中，供水遵循一定规律，因此基本不会出现零流量供水状态，应用变频调速泵组，主要根据冷却塔台数，采取一工一备、两工一备等方式。

3 水泵变频调速技术的应用

一般情况下，水泵调速涉及到减速问题，如果应用变频调速技术，那么原本采取工频状态下设计的电机或水泵，其运行参数将面临较大变化。另外，定速泵、管路特性曲线等也会对变频调速运行产生影响，如果出现超范围调速现象，将难以实现节能目标[4]。因此，即使应用变频调速技术，也不能无限制地进行调速，一般变频调速不得低于额定调速的1/2，具体数值根据实际情况确定。

1）定速泵的影响作用

从理论上来看，在水泵调速的高效区运行，主要在工频高效的左右端点位置，处于抛物线中间区域；如果水泵运行的转速有所降低，则泵的效率也随之下降，如果运行的工况点超出了区域，则不适宜采取调速节能方式。

2）水泵工艺的影响作用

从以往变频调速技术应用的实际情况来看，大多供水系统采取多台水泵联合供水模式，但是由于成本较高，难以实现所有水泵的调速运行，以调速泵和定速泵混合运用模式为主。在这种情况下，就应确保二者和谐、高效运行，实现系统最优化。但是在这种模式下，调速泵的运行范围出现变化，可分为两种形式讨论[5]:其一，同型号的水泵。在采取一调一定运行方式时，调度较为灵活，但是不能确保定速泵与调速泵同时处于高效运行状态，调速范围相对较小；其二，不同型号的水泵。在采取一调一定运行时，如果能确保调速泵的高效运行，可与定速泵的高效运行相一致，适当调整最大范围[6]。