數字集成全變頻恒壓供水技術節能原理

數字集成全變頻恒壓供水設備的高效節能主要是通過以下三個途徑實現的[51]。 水泵Q-H特性曲線具有很寬的高效段 在第四章分析過，同型號變頻調速恒壓供水系統中，單變頻恒壓調速技術由于存在

流量失調區的問題，無法實現整個系統完全高效運轉。所以提出用兩臺同型號調速泵解 決流量失調區的問題，此時這里的水泵需滿足：經過水泵特性曲線高效段左端點的相似 工況拋物線系數Ka與經過特性曲線高效段右端點的相似工況拋物線系數Kb之比需大于

等于4，即Ka/Kb多4。當水泵特性曲線的高效段越寬時，高效段左右兩端點相距越遠，

從而滿足Ka/Kb多4條件的概率也就越大。韓國杜科泵業制造有限公司的數字集成全變

頻恒壓供水設備就是使用的高效段很寬的不銹鋼離心泵。如表5.1所示為杜科公司各類 不同型號的不銹鋼的高效段流量范圍，可以看出其各型號的不銹鋼離心泵高效段流量范 圍很寬。我們對其技術樣本中的各類不同型號的水泵經過計算發現，都能滿足Ka/Kb^ 4這個條件。因此杜科公司的不銹鋼離心泵為數字集成全變頻恒壓供水設備高效運行打 下了很好的基礎。   表5.1杜科公司各型號不銹鋼離心泵高效段流量范圍     說明 DRL1 DRL2 DRL3 DRL4 DRL5 DRL10 DRL15      

額定流量(m3/h) 1 2 3 4 5 10 15 額定流量(L/s) 0.28 0.56 0.83 1.1 1.3 2.7 4.2 流量范圍(m3/h) 0.4~2 1?3.5 1.2?4 1.5~8 2.5~8.5 5~13 9~24 流量范圍(L/s) 0.11?0.56 0.28?0.97 0.33?1.1 0.42?2.2 0.7?2.3 1.3?3.6 2.5~6.6 最大壓力(MPa) 2.2 2.3 2.4 2.1 2.4 2.2 2.3 電機功率(KW) 0.37?2.2 0.37?3 0.37?3 0.37?4 0.37?4 0.75?7.5 2.2~15 溫度范圍(°c)       -15?+120       最高效率(°%) 49 46 58 63 64 70 72      

說明 DRL20 DRL32 DRL45 DRL64 DRL90 DRL120 DRL150 額定流量(m3/h) 20 32 45 64 90 120 150 額定流量(L/s) 5.6 8.9 12.5 18 25 33 41.6 流量范圍(m3/h) 10?28 16?40 25~55 30?80 50?110 60~150 80?180 流量范圍(L/s) 2.8?7.8 4.4?11.1 6.9?15.3 8.3~22.2 13.8?30.5 16.7?41.7 22?50 最大壓力(MPa) 2.5 2.8 3.3 2.2 2.0 2.1 1.9 電機功率(KW) 1.1?18.5 1.5?30 3.0~45 4.0~45 5.5?45 11?75 11?75 溫度范圍(c)       -15?+120       最高效率(％) 72 76 78 80 81 75 73      

全變頻效率均衡運行 在同一數字集成全變頻恒壓供水設備中，每臺泵變頻運行工作效率相同能夠實現所 有工作水泵同步變頻運行，能夠根據用水總需求量自動分配、均衡分攤運行效率，運行 能耗低。在第四章4.4.1節的圖4.8中我們分析過，當系統流量在[Qb+Qc,2Qb]流量范 圍內，用一定速、一調速的方案或用兩臺調速泵的方案都能滿足高效運行。那么此時在 都能滿足高效運行的情況下，哪種方式會更加節能呢？通過一個例子進行分析。

如圖5.6為某水泵流量-效率曲線圖關于效率軸的對稱圖，圖中虛效率曲線為工頻運 行時的效率曲線，實效率曲線為變頻運行時的效率曲線[52]。在流量軸取一固定長度的線 段，線段長度表示總流量大小，將此線段在效率曲線上以平行流量軸的方式移動，線段 平移過程中與各曲線的交點的橫、縱坐標值即可表示此總流量中泵組各自分配的流量和 效率。由圖中可看出，水泵的額定流量為8m3/h。假設系統現在需求的總流量為12m3/h， 圖中線段AC此時可表示一臺水泵工頻運行（對應A點），另一臺水泵變頻恒壓運行（對 應G點）。由圖可見，此時工頻運行的泵供水流量為8m3/h，效率為64.4%;變頻恒壓 運行的的泵供水量為4m3/h，效率為48.6%。而線段DF此時表示兩臺水泵都變頻調速運 行，由圖可見，此時兩臺調速泵的出水量都為6 m3/h，效率都為60.8%。綜上所述，我 們可以看到，當采用一調速，一工頻運行方案時，泵組的平均效率為（48.6%+64.4%) /2=56.5%;而采用兩臺泵都調速的方案，泵組的平均效率為60.8%，顯然兩臺泵調速的 方案泵組平均效率高于一調速，一工頻運行方案。     工麵 S C F   1 廣 / \崎w ^ ：/ 、 恒壓變頻運行| 1 \ 30       ：：\ ^   » n \   ：： '/ ：： ::

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因此，數字集成全變頻恒壓供水設備中的效率均攤使得整個系統的效率得到提高。 (3 )控制系統中兀器件和電氣線路的自身電能損耗大幅減少

把變頻器和控制器集成為一體的水泵專用變頻控制器不需要PLC可編程控制器， 不需要繼電器電路，不需要另配變頻器，也沒有了體積龐大的控制柜，使控制系統中元 器件及電氣線路的自身損耗大幅度降低數字集成全變頻控制恒壓供水技術的節能分析

5.3.1數字集成全變頻恒壓供水技術節能原理

數字集成全變頻恒壓供水設備的高效節能主要是通過以下三個途徑實現的[51]。

(1)   水泵Q-H特性曲線具有很寬的高效段

在第四章分析過，同型號變頻調速恒壓供水系統中，單變頻恒壓調速技術由于存在

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流量失調區的問題，無法實現整個系統完全高效運轉。所以提出用兩臺同型號調速泵解 決流量失調區的問題，此時這里的水泵需滿足：經過水泵特性曲線高效段左端點的相似 工況拋物線系數KA與經過特性曲線高效段右端點的相似工況拋物線系數KB之比需大于

等于4，即KA/KB多4。當水泵特性曲線的高效段越寬時，高效段左右兩端點相距越遠，

從而滿足KA/KB多4條件的概率也就越大。韓國杜科泵業制造有限公司的數字集成全變

頻恒壓供水設備就是使用的高效段很寬的不銹鋼離心泵。如表5.1所示為杜科公司各類 不同型號的不銹鋼的高效段流量范圍，可以看出其各型號的不銹鋼離心泵高效段流量范 圍很寬。我們對其技術樣本中的各類不同型號的水泵經過計算發現，都能滿足KA/KB^ 4這個條件。因此杜科公司的不銹鋼離心泵為數字集成全變頻恒壓供水設備高效運行打 下了很好的基礎。

表5.1杜科公司各型號不銹鋼離心泵高效段流量范圍           

說明       DRL1 DRL2 DRL3 DRL4 DRL5      DRL10    DRL15

額定流量(m3/h)    1     2     3     4     5     10    15

額定流量(L/s) 0.28 0.56 0.83 1.1   1.3   2.7   4.2

流量范圍(m3/h)    0.4~2      1?3.5     1.2?4     1.5~8      2.5~8.5   5~13       9~24

流量范圍(L/s) 0.11?0.56      0.28?0.97      0.33?1.1       0.42?2.2       0.7?2.3  1.3?3.6  2.5~6.6

最大壓力(MPa)     2.2   2.3   2.4   2.1   2.4   2.2   2.3

電機功率(KW)       0.37?2.2       0.37?3   0.37?3   0.37?4   0.37?4   0.75?7.5       2.2~15

溫度范圍(°c)                       -15?+120                  

最高效率(°%)  49    46    58    63    64    70    72

說明       DRL20    DRL32    DRL45    DRL64    DRL90    DRL120   DRL150

額定流量(m3/h)    20    32    45    64    90    120  150

額定流量(L/s) 5.6   8.9   12.5 18    25    33    41.6

流量范圍(m3/h)    10?28    16?40    25~55     30?80    50?110  60~150   80?180

流量范圍(L/s) 2.8?7.8  4.4?11.1       6.9?15.3       8.3~22.2  13.8?30.5      16.7?41.7      22?50

最大壓力(MPa)     2.5   2.8   3.3   2.2   2.0   2.1   1.9

電機功率(KW)       1.1?18.5       1.5?30   3.0~45    4.0~45    5.5?45   11?75    11?75

溫度范圍(c)                         -15?+120                  

最高效率(％)  72    76    78    80    81    75    73

(2)   全變頻效率均衡運行

在同一數字集成全變頻恒壓供水設備中，每臺泵變頻運行工作效率相同能夠實現所 有工作水泵同步變頻運行，能夠根據用水總需求量自動分配、均衡分攤運行效率，運行 能耗低。在第四章4.4.1節的圖4.8中我們分析過，當系統流量在[QB+QC,2QB]流量范 圍內，用一定速、一調速的方案或用兩臺調速泵的方案都能滿足高效運行。那么此時在 都能滿足高效運行的情況下，哪種方式會更加節能呢？通過一個例子進行分析。

如圖5.6為某水泵流量-效率曲線圖關于效率軸的對稱圖，圖中虛效率曲線為工頻運 行時的效率曲線，實效率曲線為變頻運行時的效率曲線[52]。在流量軸取一固定長度的線 段，線段長度表示總流量大小，將此線段在效率曲線上以平行流量軸的方式移動，線段 平移過程中與各曲線的交點的橫、縱坐標值即可表示此總流量中泵組各自分配的流量和 效率。由圖中可看出，水泵的額定流量為8m3/h。假設系統現在需求的總流量為12m3/h， 圖中線段AC此時可表示一臺水泵工頻運行（對應A點），另一臺水泵變頻恒壓運行（對 應G點）。由圖可見，此時工頻運行的泵供水流量為8m3/h，效率為64.4%;變頻恒壓 運行的的泵供水量為4m3/h，效率為48.6%。而線段DF此時表示兩臺水泵都變頻調速運 行，由圖可見，此時兩臺調速泵的出水量都為6 m3/h，效率都為60.8%。綜上所述，我 們可以看到，當采用一調速，一工頻運行方案時，泵組的平均效率為（48.6%+64.4%) /2=56.5%;而采用兩臺泵都調速的方案，泵組的平均效率為60.8%，顯然兩臺泵調速的 方案泵組平均效率高于一調速，一工頻運行方案。

圖5.6同型號泵組并聯運行流量-效率曲線

因此，數字集成全變頻恒壓供水設備中的效率均攤使得整個系統的效率得到提高。 (3 )控制系統中兀器件和電氣線路的自身電能損耗大幅減少

把變頻器和控制器集成為一體的水泵專用變頻控制器不需要PLC可編程控制器， 不需要繼電器電路，不需要另配變頻器，也沒有了體積龐大的控制柜，使控制系統中元 器件及電氣線路的自身損耗大幅度降低