多台并联水泵运行台数切换方式与效率的关系.docxVIP

多台并联水泵运行台数切换方式与效率的关系多台并联水泵运行台数切换方式与效率的关系一、研究背景作为我国工农业领域主要的耗电设备之一，水泵被广泛应用于建筑、城市给排水、石油化工、动力工业、火力发电、船舶工业以及冶金采矿等领域，其耗电量占全国总发电量的20%左右。目前，在建筑系统中，水泵与风机等输送设备的电力消耗约占我国城镇建筑运行电耗的10%以上。江亿指出：在大型公共建筑供热空调电力消耗的实测中，水泵与风机的电力消耗约占60%~70%左右。目前水泵的最高效率一般能达到75%~85%，但是在运行过程中，大多数水泵的效率在30%~50%之间，比发达国家水泵运行效率要低很多，能耗浪费比较严重，运行效率有较大的提升空间。综上可见，水泵等设备的输送能耗占各供热空调系统总能耗比例较大，而且节能潜力巨大。1.1水泵变频控制方式及存在的问题在较大的供热空调系统中，往往单台泵不能满足系统要求，需要多台水泵 并联或串联运行，以达到流量要求。由于多级泵的发展，水泵串联在工程实际 中很少应用，多台水泵并联运行应用的则较多。 在很多系统中，水泵往往和冷热源主机进行串联连锁控制。冷热源根据一 定的方式进行启停控制，当冷热源停止运行，则相应管路上串联的水泵也会停止运行。当水泵不与冷热源进行连锁控制时，多台水泵并联运行，大部分的台数切 换控制方式是这样的，以两台水泵并联运行为例：当负荷降低时，系统所需流 量减少，则逐渐降低两台水泵的转速，调节系统流量，当流量减少到正好为单 台水泵在额定工况下的流量时，在此转速下运行一段时间，然后关闭其中一台 水泵，另一台水泵重新回到额定转速下运行。此切换方式没有考虑水泵变频在 切换前后各性能参数的变化，也没考虑到切换之后水泵运行是否会更节能。二、传统台数切换方式下水泵并联同步调速特性分析本节以单级泵变流量系统（负荷侧变水量、蒸发器侧变水量）为例，分析 “多泵共用”形式下，采用传统水泵台数切换方式时，不同变频控制方式下水 泵性能随着冷水机组与水泵台数切换的变化规律。2.1四台水泵并联同步变速运行特性分析若水泵设计台数为 4 台时，选择格兰富 TP 型水泵，型号为 TP200-510/4， 额定流量为 600m3/h，额定扬程为 33.9mH2O。 由于变频水泵与冷水机组台数一致，在此忽略调节过程及时间，并认为控 制足够精确，变频水泵和冷水机组同时切换。 如图 4-1 所示，为并联变频水泵采用传统水泵台数切换方式时，供回水干 管定压差控制与末端定阻抗控制方式运行下水泵能耗的变化规律。图 2-1 表示 末端定阻抗控制方式相对于干管定压差控制方式的节能率图2-1两种控制方式下能耗变化规律图2-2末端定阻抗控制相对于干管定压差控制方式的节能率变化规律从图2-2中可以看出： （1）在 4 台水泵并联变速运行过程中，末端定阻抗控制方式比供回水干管 定压差控制方式要更加节能，并且随着负荷的降低，流量比的逐渐减小，节能 率呈增大趋势。 （2）在运行过程中，水泵能耗及节能率曲线是分段的，跳跃的，这是由冷水机组与水泵台数切换造成的，分段跳跃点即为冷水机组与水泵台数切换点。 如图 4-3 所示，为冷水机组与水泵台数示意图。 （3）在关闭一台冷水机组与水泵后，水泵能耗急剧增大，节能率急剧降低。 分析其原因： 初始时，冷水机组全部处于部分负荷下运行，关闭一台后，剩余冷水机组 全部回到额定状态下工作，不再处于部分负荷。这时，由于冷水机组台数的减 少，冷源处的管路阻抗会增大，致使整个管路的阻抗增大，因此在相同运行 流量下，水泵能耗会增大。 图2-3冷水机组与水泵台数示意图图2-4两种控制方式转速比变化规律 图2-5两种控制方式水泵效率变化规律如图 2-4、2-5 所示，为并联水泵变频运行下的转速比、水泵效率随着流量 比的变化规律。 从图中可知：（1）末端定阻抗控制方式下的并联水泵转速比与运行效率要比供回水干管 定压差控制方式下小。 （2）供回水干管定压差控制方式下的并联水泵转速比都保持在 0.7~1 之 间，运行比较稳定，水泵效率较高，始终都处于 76%以上，在高效区间内运行。 （3）而末端定阻抗控制方式下的水泵变频转速比比较低，转速变化速率较 快，两台水泵变频运行后期，转速比已经低于 0.4，这也造成了末端定阻抗控 制方式下并联水泵的能耗虽然比较小，但是效率也较低的现象。 （4）在水泵与冷水机组运行台数一定时，随着流量的减小，供回水干管定 压差控制方式下，水泵效率一般先增大，后减小；而末端定阻抗控制方式下， 管网总阻抗保持不变，所以水泵效率也保持不变。 （5）在关闭一台冷水机组与水泵后，水泵转速比增加，运行效率降低。2.2五台水泵并联同步变速运行特性分析当水泵台数与冷水机组台数相同时，由于两者同时进行台数切换，切换前 后性能发生变化，是两者台数切换的共同作用