摘 要：理論分析了壓差旁通控制下單臺(tái)變頻的水泵并聯(lián)工作特性，結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，工頻泵能耗隨變頻泵運(yùn)行頻數(shù)的降低而增加，隨冷源側(cè)管路阻力的增大而減小；冷源側(cè)管路阻力越小，工頻泵能耗變化越小，運(yùn)行越穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：壓差旁通 并聯(lián)水泵 變頻 能耗

中圖分類號(hào)：TU991.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（a）-0080-03

Study on characteristics of parallel pumps with single variable-speed pump by pressure difference bypass

TAO jia

（Technician College，Guangdong Province，Huizhou Guangdong，516100，China）

Abstract：Theoretical analysis is implemented on characteristics of parallel pumps with single variable-speed pump by pressure difference bypass，the practical project verifies the results.The results show that the energy of constant-speed pumps increase when the operating frequency of variable-speed pump reduces.The energy of constant-speed pumps reduce when the pipeline resistance of cold source increases.The less pipeline resistance of cold source， the less energy of constant-speed pumps and the more stable operation of constant-speed pumps.

Key Words：Pressure bypass；Parallel pumps；Variable-speed；Energy

隨著變頻器技術(shù)的日趨成熟，產(chǎn)量的迅猛增加以及價(jià)格的不斷下降，變頻器的應(yīng)用場合不斷擴(kuò)大。目前，在大型樓宇、生產(chǎn)廠房的供水及冷熱源系統(tǒng)中，變頻泵的應(yīng)用越來越廣泛。其中多臺(tái)定速泵加一臺(tái)變頻泵并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)配置方式越來越多的被采用[1]。本文根據(jù)水泵的特性曲線，對壓差旁通控制條件下單臺(tái)變頻的水泵并聯(lián)工作特性進(jìn)行了探討。

1 系統(tǒng)組成

一般的壓差旁通控制冷凍水泵并聯(lián)系統(tǒng)如圖1所示。將供水壓力和回水壓力引入壓差控制器，根據(jù)設(shè)定值控制旁通電動(dòng)閥，通過調(diào)節(jié)旁通水量，恒定冷水系統(tǒng)供水和回水之間的壓差。使冷水系統(tǒng)能夠在末端負(fù)荷較低的情況下，仍能保證冷凍機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 壓差旁通下單式泵的工作特性

在壓差旁通控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的管網(wǎng)曲線并不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，而在壓頭坐標(biāo)軸上有一截距，截距值為壓差設(shè)定值ΔP（圖2 ）。系統(tǒng)管網(wǎng)曲線方程為：

ΔH=ΔP+S'Q2

式中ΔH為管路壓降，kPa；

ΔP為控制壓差，kPa；

S為冷源側(cè)的阻力特性數(shù)，kPa/（t/h）；

Q為水泵流量，t/h。

在壓差旁通控制方式下，工頻水泵（性能曲線n）的工作點(diǎn)將一直維持在A點(diǎn)。當(dāng)末端電動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)小時(shí)，供水和回水壓差大于設(shè)定值，旁通電動(dòng)閥開大，系統(tǒng)阻力和管網(wǎng)特性曲線保持不變，壓差信號(hào)等于設(shè)定值，水泵的工作點(diǎn)仍然維持在A點(diǎn)。

在壓差旁通控制方式下，變頻水泵（性能曲線n’）的工作點(diǎn)將沿著系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線變化。當(dāng)末端電動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)小時(shí)，系統(tǒng)冷負(fù)荷減小，變頻水泵工作頻率降低，由設(shè)計(jì)工況下的A點(diǎn)變化到A‘點(diǎn)。管路阻抗阻力特性曲線保持不變，供水和回水壓差信號(hào)等于設(shè)定值。

3 壓差旁通下并聯(lián)水泵的工作特性

對于水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)工作點(diǎn)的確定，多應(yīng)用疊加原理（橫加法）求解，該方法具有直觀、簡便的優(yōu)點(diǎn)。以2臺(tái)水泵并聯(lián)為例，分析其在壓差旁通控制下的工作特性。

3.1 兩臺(tái)同型號(hào)泵并聯(lián)

在（圖3）中曲線4表示兩臺(tái)同型號(hào)水泵工頻并聯(lián)運(yùn)行的性能曲線，其工作點(diǎn)為C 點(diǎn)。曲線2表示單臺(tái)水泵工頻運(yùn)行時(shí)的性能曲線，A點(diǎn)表示對應(yīng)于并聯(lián)工作點(diǎn)C點(diǎn)時(shí)單臺(tái)水泵的工作點(diǎn)。曲線1表示水泵變頻時(shí)的性能曲線，曲線3表示變頻水泵和工頻水泵并聯(lián)運(yùn)行的性能曲線，A’點(diǎn)和B點(diǎn)分別為對應(yīng)于并聯(lián)工作點(diǎn)C’點(diǎn)時(shí)變頻水泵和工頻水泵的工作點(diǎn)。從（圖3）中可以看出，當(dāng)一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)工頻水泵的工作點(diǎn)將偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（A點(diǎn)），造成工頻水泵運(yùn)行能耗的增加，這種能耗的增加隨變頻水泵運(yùn)行頻率的減小而加劇。工頻水泵能耗的變化量除了受到水泵特性及水泵變頻頻率的影響，還與冷水系統(tǒng)的冷源側(cè)阻力特性數(shù)S’有關(guān)，S’值越大能耗的變化量也越大，反之越小。

3.2 兩臺(tái)不同型號(hào)泵并聯(lián)

在（圖4）中曲線5表示兩臺(tái)不同型號(hào)水泵（一大一小）工頻并聯(lián)運(yùn)行的性能曲線，其工作點(diǎn)為C點(diǎn)。曲線2、曲線3分別表示小泵、大泵工頻運(yùn)行時(shí)的性能曲線，A點(diǎn)、B點(diǎn)表示對應(yīng)于并聯(lián)工作點(diǎn)C點(diǎn)時(shí)小泵、大泵的工作點(diǎn)。曲線1表示小泵變頻時(shí)的性能曲線，曲線3表示變頻小泵和工頻大泵并聯(lián)運(yùn)行的性能曲線，A’點(diǎn)和B’點(diǎn)分別為對應(yīng)于并聯(lián)工作點(diǎn)C’點(diǎn)時(shí)小泵和大泵的工作點(diǎn)。從圖4中可以看出，兩臺(tái)不同型號(hào)的并聯(lián)水泵單臺(tái)變頻調(diào)節(jié)時(shí)，工頻水泵的能耗除受到變頻泵運(yùn)行頻率和特性數(shù)S’的影響外，變頻泵的選取也很重要。如果選擇小泵變頻，則其變頻范圍會(huì)受到一定限制，過低時(shí)將會(huì)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響水泵的安全。

4 工程實(shí)例

某政府辦公大樓的空調(diào)系統(tǒng)冷源設(shè)備有1臺(tái)型號(hào)YEWS170SC50冷水機(jī)組（約克），單機(jī)額定制冷量598kW；2臺(tái)型號(hào)YSDBCA

S35CHE冷水機(jī)組（約克），單機(jī)額定制冷量1125 kW。2臺(tái)額定功率為37 kW的冷卻水泵，2臺(tái)額定功率為18.5 kW的冷卻水泵。冷水系統(tǒng)為壓差旁通控制方式，冷水泵采用了并聯(lián)運(yùn)行、單臺(tái)變頻的調(diào)節(jié)方式，經(jīng)過多次現(xiàn)場測試得到以下冷水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)（表1）。

（表1）中的數(shù)據(jù)表明：當(dāng)冷水機(jī)組開機(jī)數(shù)從3臺(tái)減為2臺(tái)，大泵變頻頻數(shù)同樣為 35 Hz時(shí)，小泵工頻能耗從34.06 kW減為 33.21 kW；而變頻頻數(shù)為38 Hz，小泵工頻能耗從33.58 kW減為32.59 kW。這說明壓差旁通控制方式下，并聯(lián)水泵單臺(tái)變頻調(diào)節(jié)時(shí)，工頻水泵的能耗隨冷源側(cè)管路阻力的增大而減小。

當(dāng)冷水機(jī)組開機(jī)數(shù)3臺(tái)，大泵變頻頻數(shù)從35 Hz升高到38 Hz時(shí)，小泵工頻能耗從34.06 kW降為33.58 kW，減少了0.48 kW。而冷水機(jī)組開機(jī)數(shù)2臺(tái)，大泵變頻頻數(shù)從35 Hz升高到38 Hz時(shí)，小泵工頻能耗從33.21 kW降為32.59 kW，減少了0.61 kW。這說明壓差旁通控制方式下，并聯(lián)水泵單臺(tái)變頻調(diào)節(jié)時(shí)，冷源側(cè)管路阻力越小，小泵工頻能耗的變化量越小。換而言之，冷源側(cè)管路阻力越小，工頻泵運(yùn)行越穩(wěn)定。同時(shí)變頻水泵降頻運(yùn)行時(shí)，工頻水泵的能耗會(huì)隨之增加，變頻頻數(shù)越低，工頻泵能耗的增加就越大。

5 結(jié)論

（1）并聯(lián)水泵單臺(tái)變頻時(shí)，工頻水泵的功耗隨變頻水泵變頻頻數(shù)的降低而增加。

（2）并聯(lián)水泵單臺(tái)變頻時(shí)，冷源側(cè)管路阻力越小，工頻水泵能耗變化越小，運(yùn)行越穩(wěn)定。

（3）并聯(lián)水泵單臺(tái)變頻時(shí)，工頻水泵能耗隨冷源側(cè)管路阻力的增大而減小。

參考文獻(xiàn)

[1]呂文，陳洪亮.多臺(tái)并聯(lián)變頻調(diào)速水泵的控制方式[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2005， 25（4）：89-91.

[2]欒鴻儒.水泵及水泵站[M].北京：中國水利水電出版社，1993.88-92.

[3]周謨?nèi)?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].3版. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994：350-351.

[4]李永民.淺談?dòng)?jì)算法求解并聯(lián)水泵工況點(diǎn)流量及揚(yáng)程[J].煤炭技術(shù)，2003，22 （2）：83-84.

[5]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.