恒压供水系统节能原理分析

    (1)调节流量的方法。在供水系统中，最根本的控制对象是流量。因此，要研究节能问题必须从考虑如何调节流量入手。最常见的方法有阀门控制法和转速控制法两种。

    ①阀门控制法。即通过开关阀门大小来调节流量，即转速保持不变，通常为额定转速。阀门控制法的实质是：水泵本身的供水能力不变，而是通过改变水路中的阻力大小改变供水能力，以适应用户对流量的需求。这时，管阻特性将随阀门开度的大小而改变，但扬程特性不变。如图6-41所示，设用户所需流量从QA减小到QB，当通过关小阀门来实现时，管阻特性曲线②则改变为曲线③，而扬程特性仍为曲线①，故供水的工作点由A点移至B点，这时流量减少，但扬程却从HTA增大到HTB，由公式PG=CPHTQ可知，供水功率PG与面积OEBF成正比。

    图6-41    调节流量的方法与比较

    ②转速控制法。转速控制法就是通过改变水泵的转速来调节流量，而阀门开度则保持不变（通常为最大开度）。转速控制法的实质是通过改变水泵的全扬程来适应用户对流量的要求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性将不变。仍以用户所需流量QA减为QB为例，当转速下降时，扬程特性下降为曲线④，管阻特性则仍为曲线②，故工作点移至C点，可见在流量减小为QB的同时，扬程减小为HTC，供水功率PG与面积OECH成正比。

   (2)转速控制法的节能效果。

    ①供水功率的比较。比较上述两种调节流量的方法，可以看出在所需流量小于额定流量的情况下，转速控制时扬程比阀门控制时小得多，所以，转速控制方式所需的供水功率比阀门控制方式小很多。图6-41中CBFH阴影部分的面积即表示为两者供水之差△P，也就是转速控制方式节约的供水功率，它与CBFH面积成正比，这是采用调速供水系统具有节能效果的最基本方面。

    ②从水泵的工作效率看节能。

    a．工作效率的定义。水泵的供水功率PG与轴功率Pp之比，即为水泵的工作效率ηp，即

   ηP=PG/Pp

    式中：Pp为水泵的轴功率，是指水泵的输入功率（电动机的输出功率）或是水泵的取用功率；PG为水泵的供水功率，是根据实际供水扬程和流量算得的功率，是供水系统的输出功率。

    因此，这里所说的水泵工作效率，实际上包含了水泵本身的效率和供水系统的效率。

    b．水泵工作效率的近似计算公式。水泵工作效率相对值η*的近似计算公式如下：

   ηp*=C1(Q*/n*)-C2(Q*/n*)2

    式中：ηp*、Q*、n*分别为效率、流量和转速的相对值（即实际值与额定值之比的百分数）。

   C1、C2为常数，由制造厂提供。C1与C2之间通常遵守如下规律：C1-C2=1。上式表明水泵的工作效率主要取决于流量与转速之比。

    c．不同控制方式下的工作效率。上式可知，当通过关小阀门来减少流量时，由于转速不变，n*=1，比值Q*/n*=Q*，其效率曲线如图6-42中的曲线①所示。当流量Q*=60%时，其效率将降至B点。可见，随着流量的减少，水泵工作效率的降低是十分明显的。而在转速控制方式下，由于阀门开度不变的情况下，流量Q*与转速n*是成正比的，比值Q*/n*不变。其效率曲线如图6-42中的曲线2所示。当流量Q*=60%时，效率由C点决定，它和Q*=100%时的效率(A点)是相等的。就是说，采用转速控制方式时，水泵的工作效率总是处于最佳状态。所以，转速控制方式与阀门控制方式相比，水泵的工作效率要大得多，这是采用变频调速供水系统具有节能效果的第二个方面。

    图6-42    水泵的效率曲线

    ③从电动机的效率看节能效果。水泵厂在生产水泵时，由于对用户的管路情况无法预测，管阻特性难以准确计算，必须采用对用户的需求留有足够的余量等原因，在决定额定扬程和额定流量时，通常余量也较大。所以，在实际运行过程中，即使在用水量的高峰期，电动机也常常不处于满载状态，其功率因数和效率都比较低。

    采用了转速控制方式以后，可将排水阀完全打开而适当降低转速，由于电动机在低频运行时，变频器的输出电压也将降低，从而提高电动机的工作效率，这是变频调速供水系统具有节能效果的第三个方面。

    综合起来，水泵的轴功率与流量间的关系如图6-43所示。图中，曲线①是调节阀门开度时的功率曲线，当流量Q*=60%时，所消耗的功率由C点决定。由图可知，与调节阀门开度相比，调节转速时所节约的功率△P是相当可观的。

    图6-43    水泵的轴功率曲线