管路特性对泵与风机变速调节节能效益的影响.doc

1 管路特性对泵与风机变速调节节能效益的影响摘要: 泵与风机的变速调节因具有显著的节能效益, 得到了越来越广泛的应用。变速调节的节能效益与管路特性具有密切的关系, 也就是说不同的管路特性, 变速调节的节能效益不同。因为采用变速调节增大了系统的投资, 所以对有背压系统采用变速调节,必须针对具体情况进行认真的计算和分析,才能对其是否节能、是否经济做出正确的结论。关键词:变速调节节能效益管路特性背压泵与风机的变速调节因具有显著的节能效益,得到了越来越广泛的应用。但一个值得注意的问题是: 变速调节的节能效益与管路特性具有密切的关系, 也就是说不同的管路特性, 变速调节的节能效益不同。甚至对于某些管路系统, 若把变速装置的效率考虑在内, 采用变速调节与采用节流调 2 节相比, 不但不节能, 反而耗能更多。因此, 搞清楚管路特性对泵与风机变速调节节能效益的影响, 对于正确运用变速调节是必要的。 1 无背压系统的变速节能无背压系统即流体通过泵或风机的能量增值全部用于克服管路阻力的系统, 如通风系统、空调冷却水系统、热水采暖系统及其他液体闭式循环系统等。这种系统的管路特性曲线为: H= SQ2 式中: Q-- 流量 H-- 对于泵为扬程,对于风机为压头 S-- 阻力系数对于无背压系统, 管路特性曲线与泵( 或风机) 的相似工况线重合,泵( 或风机) 转速改变前后的两种工况是相似工况, 工况参数符合如下的相似律: Q2/Q1 = n2/n1 (1) H2/H1 = (n2/n1)2 (2) N2/N1 = (n2/n1)3 (3) 3 式中 n-- 转速 N-- 轴功率显而易见,对于这种系统,随着所需流量的改变,转速应与流量同比例改变, 而功率则与转速的 3 次方成比例改变。比如所需流量减少为 50% , 转速亦应减为 50% , 而功率则减为()3 = % 。这是与原工况比较, 而所谓的节能是指在达到同样的调节目的的情况下, 变速调节与其他调节方式相比的能耗减少, 并主要是与节流调节相比较, 这是因为节流调节最简单,应用也最普遍。如图 1 所示, A 为设计工况,转速为 n1 ,流量为 Q1 。现需把流量改变为 Q2 , 若采用变速调节, 工况点为 B; 若采用节流调节,工况点为 C 。直观地看,两工况流量相等,而扬程 B与C 相比有所降低。又因为 A 工况为设计工况,应在高效率区,B为A 的相似工况, 效率与 A 工况相等, 所以一般而言, 应用ηB ≥η c(η为效率)。那么由 N= γ QH/ η(γ抽升液体或气体的单位体积质量) 可知, 一般情况下 B与C 相比, 功率至少应用与扬程同等幅度的降低。海凯泉水泵厂生产的 ISG200-250( Ⅰ) 型立式离心泵为例,以产品说明书中给出的性能曲线为依据,选取 Q1 = 4 ,按 Q2 = 和 Q2 = 两种情况计算 B、C 两工况的参数和功率。计算结果在表 1 中列出。显然, Q2 = 时, N B/NC= = 48% ; Q2 = 时, N B/NC= = % 。即变速调节与节流调节相比, 轴功率大大减小。可见, 对于无背压系统, 即便把变速装置的效率考虑在内, 变速调节也具有显著的节能效益。表1 无背压系统变速调节与节流调节的比较工况工况点流量 Q( m3/s ) 扬程 H( kPa) 效率η(%) 转速 n(r/min ) 功率 N( kW) 原工况 5 A 186 80 1450 Q2= 变速调节工况 B 105 80 1088 节流调节工况 C 213 78 6 1450 Q2= 变速调节工况 B 47 80 725 节流调节工况 C 225 67 1450 2 有背压系统的变速节能 7 有背压系统即流体通过泵或风机的能量增值,一部分用于克服管路阻力, 一部分用于提升流体势能( 包括位能和压力能) 的系统, 如高塔供水系统、高层建筑供水系统、锅炉及压力容器非循环式供水系统等。这种系统的特性曲线为 H= H0+SQ2 ,式中 H0 为流体通过系统的势能提升,称为背压。对于这种系统, 泵或风机变速前后工况不相似, 所以工况参数不符合相似律,功律与转速之间也不存在简单的函数关系。蕌对于有背压系统, 背压 H0 的大小对于变速调节的节能效益有较大的影响。为便于说明比较, 假设同一型号的泵在三个不同的系统中工作, 并且具有相同的设计工况。三个不同的系统分别为: H= S0Q2 (H0 = 0)蕌H= H1+S1Q2 (H0 = H1)