一(yī) 變頻調速與水泵節能
　　水泵節能離(lí)不開工況點的(de)合理(lǐ)調節。其調節方式不外乎以下兩種：管路特性曲線的(de)調節，如(rú)關閥調節；水泵特性曲線的(de)調節，如(rú)水泵調速、葉輪切削等。在節能效果方面，改變水泵性能曲線的(de)方法，比改變管路特性曲線要顯着得多[1]。因此，改變水泵性能曲線成為(wèi)水泵節能的(de)主要方式。而變頻調速在改變水泵性能曲線和(hé)自(zì)動控制方面優勢明顯，因而應用廣泛。但同時應該引起注意的(de)是，影響變頻調速節能效果的(de)因素很多，如(rú)果盲目選用，很可(kě)能事與願違。
　　
　　二 影響變頻調速範圍的(de)因素
　　水泵調速一(yī)般是減速問題。當采用變頻調速時，原來按工頻狀态設計的(de)泵與電機的(de)運行參數均發生了較大的(de)變化，另外如(rú)管路特性曲線、與調速泵并列運行的(de)定速泵等因素，都會對調速的(de)範圍産生一(yī)定影響。超範圍調速則難以實現節能的(de)目的(de)。因此，變頻調速不可(kě)能無限制調速。一(yī)般認為(wèi)，變頻調速不宜低(dī)于額定轉速50％，最好處于 75％～100％，并應結合實際經計算确定。
　　1 水泵工藝特點對調速範圍的(de)影響
　　理(lǐ)論上，水泵調速高(gāo)效區為(wèi)通過工頻高(gāo)效區左右端點的(de)兩條相似工況抛物線的(de)中間區域OA1A2（見圖1）。實際上，當水泵轉速過小時，泵的(de)效率将急劇下降，受此影響，水泵調速高(gāo)效區萎縮為(wèi)PA1A2[2]（顯然，若運行工況點已超出該區域，則不宜采用調速來節能了。）圖中H0B為(wèi)管路特性曲線，則CB段成為(wèi)調速運行的(de)高(gāo)效區間。為(wèi)簡化計算，認為(wèi)C點位于曲線OA1上，因此，C點和(hé)A1點的(de)效率在理(lǐ)論上是相等的(de)。C點就成為(wèi)最小轉速時水泵性能曲線高(gāo)效區的(de)左端點。 　　因此，最小轉速可(kě)這樣求得：　　由于C點和(hé)A1點工況相似，根據比例律有：　　　　(QC/Q1)2=HC/H1 　　C點在曲線H=H0+S·Q2上有：　　　　HC=H0+S·QC2 　　其中，HC、QC為(wèi)未知數，解方程得：　　　　HC=H1×H0/(H1-S·Q12) 　　　　QC=Q1×[H0/(H1-S·Q12)]1/2
　　根據比例律有：　　　　nmin=n0×[H0/(H1-S·Q12)]1/2
　　
　　2 定速泵對調速範圍的(de)影響
　　實踐中，供水系統往往是多台水泵并聯供水。由于投資昂貴，不可(kě)能将所有水泵全部調速，所以一(yī)般采用調速泵、定速泵混合供水。在這樣的(de)系統中，應注意确保調速泵與定速泵都能在高(gāo)效段運行，并實現系統最優。此時，定速泵就對與之并列運行的(de)調速泵的(de)調速範圍産生了較大的(de)影響[2]。主要分以下兩種情況：
　　
　　2.1 同型号水泵一(yī)調一(yī)定并列運行時，雖然調度靈活，但由于無法兼顧調速泵與定速泵的(de)高(gāo)效工作段，因此，此種情況下調速運行的(de)範圍是很小的(de)。
　　
　　2.2 不同型号水泵一(yī)調一(yī)定并列運行時，若能達到調速泵在額定轉速時高(gāo)效段右端點揚程與定速泵高(gāo)效段左端點揚程相等。則可(kě)實現最大範圍的(de)調速運行。但此時調速泵與定速泵絕對不允許互換後并列運行。
　　
　　2.3 電機效率對調速範圍的(de)影響　　在工況相似的(de)情況下，一(yī)般有N∝n3，因此随着轉速的(de)下降，軸功率會急劇下降，但若電機輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻，都會使電機效率下降過快，最終都影響到整個水泵機組的(de)效率。而且自(zì)冷電機連續低(dī)速運轉時，也會因風量不足影響散熱，威脅電機安全運行。 三 管路特性曲線對調速節能效果的(de)影響 　　雖然改變水泵性能曲線是水泵節能的(de)主要方式，但是在不同的(de)管路特性曲線中，調速節能效果的(de)差别卻是十分明顯的(de)。為(wèi)了直觀起見，這裏采用圖2說明。在設計工況相同的(de)3個供水系統裏（即最大設計工況點均為(wèi)A點，均需把流量調為(wèi)QB），水泵型号相同，但管路特性曲線卻不相同，分别為(wèi)：　　①H=H1+S1·Q2（H0=H1）　　②H=H2+S2·Q2（H0=H2，H1＞H2）　　③H=S3·Q2（H0=H3=0）　　很顯然，若采用關閥調節，則3個系統滿足流量QB的(de)工況點均為(wèi)B點，對應的(de)軸功率為(wèi)NB；若采用調速運行，則 3個系統滿足流量QB的(de)工況點分别為(wèi)C，D，E點，其對應的(de)運行轉速分别為(wèi)n1，n2，n3，相應的(de)軸功率分别為(wèi)NC， ND，NE。由于N∝Q·H，所以各點軸功率滿足NB＞NC＞ND＞NE。
　　
　　可(kě)見，在管路特性曲線為(wèi)H=H0+S·Q2的(de)系統中采用調速節能時，H0越小，節能效果越好。反之，當H0大到一(yī)定程度時，受電機效率下降和(hé)調速系統本身效率的(de)影響，采用變頻調速可(kě)能不節能甚至反而增加能源浪費。 四 兩種調速供水方式節能效果比較
　　
　　在供水系統中，變頻調速一(yī)般采用以下2種供水方式：變頻恒壓變流量供水和(hé)變頻變壓變流量供水。其中，前者應用得更廣泛，而後者技術上更為(wèi)合理(lǐ)，雖然實施難度更大，但代表着水泵變頻調速節能技術的(de)發展方向。
　　
　　1 變頻恒壓（變流量）供水　　所謂恒壓供水方式，就是針對離(lí)心泵“流量大時揚程低(dī)，流量小時揚程高(gāo)”的(de)特性，通過自(zì)控變頻系統，無論流量如(rú)何變化，都使水泵運行揚程保持不變，即等于設計揚程。若采用關閥調節，當流量由Q2→Q1時，則工況點由 A1變為(wèi)A2，浪費揚程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用變頻恒壓供水，則自(zì)動将轉速調至n1，工況點處于B1點（參見圖3）。由于變頻調速是無級變速，可(kě)以實現流量的(de)連續調節，所以，恒壓供水工況點始終處于直線H=H2上，在控制方式上，隻需在水泵出口設定一(yī)個壓力控制值，比較簡單易行。顯然，恒壓供水節約了△H1，而沒有考慮△H2。因此，它不是最經濟的(de)供水調節方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲線陡曲的(de)情況下，△H2所占的(de)比重更大，其局限性就顯而易見。 2 變頻變壓（交流量）供水　　變壓供水方式控制原理(lǐ)和(hé)恒壓供水相同，隻是壓力設置不同。它使水泵揚程不确定，而是沿管路特性曲線移動（參見圖3）。當流量由Q2→Q1時，自(zì)動将轉速調至n2，工況點處于B2點。此時水泵軸功率n2小于恒壓供水水泵軸功率N1。變壓供水理(lǐ)論上避免了流量減少時揚程的(de)浪費，顯然優于恒壓供水。　　但變壓供水本質上也是一(yī)種恒壓，不過将水泵出口壓力恒定變成了控制點壓力恒定，它一(yī)般有2種形式：
　　
　　2.1 由流量Q确定水泵揚程　　流量計将測得的(de)水泵流量Q反饋給控制器，控制器根據H=H0+S·Q2确定水泵揚程H，通過調速使H沿設計管路特性曲線移動。　　但在生産實踐中情況比較複雜。對于單條管路輸水系統，是可(kě)以得到與之對應的(de)一(yī)條管路特性曲線的(de)。而在市政供水管網中，則很難得到一(yī)條确定的(de)管路特性曲線。在實踐中，隻能根據管網實際運行情況，通過盡時能接近實際的(de)假設，計算出近似的(de)管路特性曲線。
　　
　　2.2 由最不利點壓力Hm确定水泵揚程　　即需在管網最不利點設置壓力遠傳設備，并向控制室傳回信号，控制器據此使水泵按滿足最不利點壓力所需要的(de)揚程運行、由于管網最不利點往往距離(lí)泵站較遠，遠傳信号顯得不太方便，而且，在市政供水系統中，由于管網的(de)調整，用水狀況的(de)變化等随機因素的(de)影響，都會使實際最不利點和(hé)設計最不利點發生一(yī)些偏差，給變壓供水的(de)實施帶來困難。 五 結論 　　①變頻調速是一(yī)種應用廣泛的(de)水泵節能技術，但卻具有較為(wèi)嚴格的(de)适用條件，不可(kě)能簡單地(dì)應用于任何供水系統，具體采取何種節能措施，應結合實際情況區别對待　　②變頻調速适用于流量不穩定，變化頻繁且幅度較大，經常流量明顯偏小以及管路損失占總揚程比例較大的(de)供水系統。　　③變頻調速個适用于流量較穩定，工況點單一(yī)以及靜揚程占總揚程比例較大的(de)供水系統。　　④變頻變壓供水優于變頻恒壓供水。