水泵变频运行特性曲线.doc

水泵采用变频调速可以达到很好的节能效果， 这在同行业中已经有很多 人写了大量的论文进行论述但其结果却有很多不尽人意的地方，有很多结 论甚至是错误的和无法解释清楚的， 本文以简易的图解分析法来进行进一步 的解释和分析二、 水泵变频运行分析的误区1. 有很多人在水泵变频运行的分析中都习惯引用风机水泵中的比例定律流量比例定律 Q 1/Q2=n1/n 2扬程比例定律 H 1/H2=(n1/n 2)2轴功率比例定律 P1/P2=(n1/n 2)3并由此得出结论 : 水泵的流量与转速成正比，水泵的扬程与转速的平方 成正比，水泵的输出功率与转速的 3 次方成正比以上结论确实是由风机和水泵的比例定律中引导出来的， 但是却无法解 释如下问题 :1) 为什么水泵变频运行时频率在 30～35Hz 以上时才出水？2) 为什么水泵在不出水时电流和功率极小， 一旦出水时电流和功率会有一个突跳，后才随着转速的升高而升高？2. 绘制水泵的性能特性曲线和管道阻力曲线 很多人绘制出水泵的性能特性曲线和管道阻力曲线如图 1 所示图 1 水泵的特性曲线图 1 中，水泵在工频运行的特性曲线为 F1 ，额定工作点为 A，额定流量 QA，额定扬程 HA，管网理想阻力曲线 R1=KQ与流量 Q成正比。

采用节流调节 时的实际管网阻力曲线 R2，工作点为 B，流量 QB，扬程 HB采用变频调速且 没有节流的特性曲线 F2，理想工作点为 C，流量 QC，扬程 HC; 这里 QB=QC按图 1 中所示曲线，要想用调速的方法将流量降到零，必须将变频器的 频率也降到零，但这与实际情况是不相符的实际水泵变频调速时，频率降 到 30～ 35Hz 以下时就不出水了，流量已经降到零3. 变频泵与工频泵并联 变频泵与工频泵并联运行时，由于工频泵出口压力大，变频泵出口压力 小，因此怀疑变频泵是否会不出水？是否工频泵的水会向变频泵倒灌？4. 以上分析的误区1) 相似定律确实是风机水泵在理论分析当中的一条很重要的定律， 它表 明相似泵(或风机 ) 在相似工况下运行时，对应各参数之相互关系的计算公式而比例 定律是相似定律作为特例演变而来的 即两台完全相同的泵在相同的工况条 件下，输送相同的流体，且泵的直径和输送流体的密度不变，仅仅转速不同 时，水泵的流量、扬程和功率与转速之间的关系2) 在风机单机运行时，风门挡板不变且温度和密度不变时，管网阻力只 与风机的流量 有关，阻力系数为常数因此其运行工况与标准工况相同，可以应用比例定 律。

但在风机并联运行时，由于出口风压受其它风机的风压的影响，出口流 量也与总流量不同，造成工况变化，因此比例定律已经不再适用了3) 相似定律在引风机中，如果挡板不变但介质温度和密度发生了变化时，作为特例， 其形式也发生了变化，与上述比例定律不同，必须进行温度或密度的修正4) 在水泵方面， 比例定律仅适用于水泵的出水口和进水口之间没有高度 差，即没有净 扬程的情况比如在没有落差的同一水平面上远距离输水，水泵的输出扬程 ( 压力) 仅用来克服管道的阻力，在这种情况下，当转速降到零时，扬程 ( 压 力)也降到零，流量也正好降到零，这是理想的水泵运行工况图 1 中工作 点A和 C就完全适合这种工况，可以使用比例定律5) 但实际水泵运行工况不可能达到理想工况， 水泵的出水口和进水口之 间是有高度差的，有时还很大在水泵并联运行时，水泵的出水口压力还要受到其它水泵 运行压力的影响并联运行的泵要想出水，水其扬程必须大于其他水泵当时 的压力水泵出口流量并不是总管网流量，总管网流量为所有运行的水泵的 流量和由于管网总流量增大和阻力增大，因此并联运行的水泵扬程更高， 工况发生变化，因此比例定律在此也不再适用5. 单台水泵变频运行的图解分析1) 单台水泵变频运行分析的关键，在于水泵进出口水位的高度差，也就 是水泵的净杨程 H0。

水泵的扬程只有大于净扬程时才能出水因此管网阻力曲线的起始点 就是该净扬程的高度，见图 2图 2 单台水泵变频运行特性曲线图 2 中，额定工作点仍然为 A，理想管网阻力曲线 R1与流量成正比变 频后的特性曲线 F2，工作点 B流量为零时的净扬程 H0，变频运行实际工作 点 HB 与净扬程的差△ H=HB-H0，为克服管网阻力达到所需流量 QB时的附加扬 程由于管网阻力曲线与图 1 不同，因此不满足相似定律2） 图 2 中的工作点 A 为水泵额定工作点， 满足水泵的额定扬程和额定流 量因此 R1 成为理想的管网阻力曲线但是由于实际管网阻力曲线不可能为理想曲线， 因此实际的最大工作点一定要偏离 A 点如果实际最大工作点向 A 点右下方 偏移，则由于流量增加较大，容易造成水泵过载因此实际额定工作点应该 向 A 点左上方偏移，见图 3图 3 实际工作点向 A点偏移3） 图 3中，在节流阀门全部打开， 管网阻力曲线 R2为实际管网阻力曲线 变频器在50Hz下运行时的实际最大工作点 C，实际最大流量 QC（ 比水泵的额定流量 QA 小） ，最大流量时的扬程 HC（比水泵实际额定扬程 HA高） 实际工作点 C的参 数只能通过实际测试才能得出。

当在变频器频率为 F2 时的特性曲线 F2，实际工作点 B实际工作点与净扬的 差△ H=HB-H0=K2QB2，为克服实际管网阻力达到所需流量 QB时的附加扬程工 作点 B 的实际扬程 HB=K2QB2+H06. 相同性能曲线水泵工频并联运行时的图解分析1） 两台或两台以上的泵向同一压力管道输送流体时的运行方式称为并 联运行并联运行的目的是为了增加流体的流量，适用于流量变化较大，采用一台大型泵的运行经济性差的场合同时水泵并联运行时可以有备用泵，来保证系统运行 的安全可靠性2) 水泵并联运行工况的工作点， 由并联运行的总性能曲线和总的管道特 性曲线的交点来确定并联运行的总性能曲线，是根据并联运行时工作扬程相等，流量相 加的原则，在同一坐标扬程下，将每台泵性能曲线上相应的横坐标流量相加 绘制而成的，见图 4相加的原则，在同一坐标扬程下，将每台泵性能曲线 上相应的横坐标流量相加绘制而成的，见图 4图 4 水泵并联运行特性3) 图4为两台相同性能泵并联工作的总性能曲线与工作点 其中 A为任意一台泵单 独运行时的工作点，净扬程 H0B 为两台泵并联运行时单台泵的工作点 F2 为两台泵并联运行时的总的性能曲线，在纵坐标相同的情况下，横坐标为单 台泵性能曲线的两倍。

并联运行的工作点 C点的流量 QC=2QB，扬程 HC=HB管 网阻力曲线不变，只是两台泵并联运行时，流量为两台泵的流量和4) 两台相同性能的水泵并联运行有如下特点 :HC=HB>HA: 即两台泵并联运行时扬程相同，且一定大于单台泵运行时的扬程QC=2QB<2QA: 即两台并联运行的总输出流量为两台单泵输出流量之和， 每台 泵的流量一定小于单泵运行时的流量因此并联运行时的总流量，不能 达到两台单泵的流量和管网阻力曲线越陡，泵的性能曲线越平坦，并联后的每台泵的流量同单 泵运行时的流量比较就越小，并联工作的效果越差并联运行适合于性能曲 线较陡，以及管网阻力曲线较平坦的场合7. 不同性能水泵并联运行的图解分析1） 关死点扬程 （或最大扬程 ）相同，流量不同的水泵并联运行时的性能曲线图 5 扬程不同的水泵并联运行特性曲线F1 为大泵的性能曲线，大泵单泵运行时的工作点 A1F2 为小泵的性能曲线，小泵单独运行时的工作点 B1F3为并联水泵的总性能曲线，工作点 C，扬程 HC，流量 QC= QA2+ QB22） 关死点扬程 （或最大扬程 ）相同，流量不同的水泵并联运行的特点HC=HB2=HA2>HA1>HB1: 即两台泵并联运行时扬程相同， 且一定大于每台泵单泵运行时的扬程。

QC=QA2+QB2HA1>HB1: 即两台泵并联运行时扬程相同， 且一定大于大泵单 泵运行时的扬程 HA1，更大于小泵单泵运行时的扬程 HB1QC=QA2+QB2

8. 变频泵与工频泵并联运行时的图解分析1） 变频泵与工频泵并联运行时总的性能曲线， 与关死点扬程 （ 最大扬程 ） 不同，流量也不同的水泵并联运行时的情况非常类似，可以用相同的方法来分析图 7 变频泵与工频泵并联运行特性曲线F1为工频泵的性能曲线，也是变频泵在 50Hz 下满负荷运行时的性能曲 线（ 假定变频泵与工频泵性能相同 ） ，工频泵单泵运行时的工作点 A1F2为变频泵在频率 F2时的性能曲线， 变频泵在频率 F2单独运行时的工作 点 B1F3 为变频和工频水泵并联运行的总的性能曲线，工作点 C，扬程 HC，流量 QC=QA2+ QB22） 变频泵与工频泵并联运行时的特点F2 不仅仅是一条曲线，而是 F1性能曲线下方偏左的一系列曲线族 F3也 不仅仅是一条曲线，而是在 F1 性能曲线右方偏上的一系列曲线族F2变化时，F3也随着变化 工作点 C也跟着变化因此变频泵的扬程 HB2， 流量 QB2，工频泵扬程 HA2，流量 QA2，以及总的扬程 HC=HB2=HA2，和总流量 QC= QA2+QB2 都会随着频率 F2 的变化而变化随着变频泵频率 F2 的降低，变频泵的扬程逐渐降低，变频泵流量 QB2快 速减少; 工作点 C的扬程也随着降低，使总的流量 QC减少;因此工频泵的扬程 也降低，使工频泵流量 QA2反而略有增加，此时要警惕工频泵过载。

9. 水泵运行时的特例1) 变频泵与工频泵并联运行特例之一，是频率 F2=F1=50Hz图 8 变频泵在 50Hz时与工频泵并联运行特性曲线F1 为工频泵的性能曲线，也是变频泵 F2=F1=50Hz下满负荷运行时的性能 曲线( 假定变频泵与工频泵性能相同 ) ，工频泵和变频泵单泵运行时的工作点 A1F3 为变频和工频泵并联运行时总的性能曲线工作点 C，扬程 HC=HB2=HA2 等于每台泵的扬程，每台泵的流量 QA2=QB2，总流量 QC=QA2+QB2=2QA2即当F2=F1=50Hz时，变频泵与工频泵并联运行时的特性，与两台性能相同的泵并 联运行时完全一样2) 变频泵与工频泵并联运行特例之二是 F2=FMIN图 9 变频泵在最低频率下与工频泵并联运行特性曲线F1 为工频泵的性能曲线，工频泵单泵运行时的工作点 A1 F2=FMIN为变频泵最低频率下单泵运行时的性能曲线F3 为变频和工频泵。