文章摘要：1 風(fēng)機(jī)水泵的并聯(lián)運(yùn)行 泵或 風(fēng)機(jī) 并聯(lián)運(yùn)行的主要目的是增大所輸送的流量。但流量增加的幅度大小與管路性能曲線的特性及并聯(lián)臺(tái)數(shù)有關(guān)。圖1所示為兩臺(tái)及三臺(tái)性能相同的20Sh-13型離心泵并聯(lián)時(shí)，在不同陡度管路性能曲線下流量增加幅度的情況，從圖可見，當(dāng)管路性

1 風(fēng)機(jī)水泵的并聯(lián)運(yùn)行
泵或風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的主要目的是增大所輸送的流量。但流量增加的幅度大小與管路性能曲線的特性及并聯(lián)臺(tái)數(shù)有關(guān)。圖1所示為兩臺(tái)及三臺(tái)性能相同的20Sh-13型離心泵并聯(lián)時(shí)，在不同陡度管路性能曲線下流量增加幅度的情況，從圖可見，當(dāng)管路性能曲線方程為 從圖中查得：

 
 
比較兩組數(shù)據(jù)可以看出：管路性能曲線越陡，并聯(lián)的臺(tái)數(shù)越多，流量增加的幅度就越小。因此，并聯(lián)運(yùn)行方式適用于管路性能曲線不十分陡的場(chǎng)合，且并聯(lián)的臺(tái)數(shù)不宜過(guò)多。若實(shí)際并聯(lián)管路性能曲線很陡時(shí)，則應(yīng)采取措施，如增大管徑、減少局部阻力等，使管路性能曲線變得平坦些，以獲得好的并聯(lián)效果。
 
1.1 并聯(lián)泵（或風(fēng)機(jī)）的性能曲線（h-q）或（p-q）兩臺(tái)或兩臺(tái)以上泵（風(fēng)機(jī)）向同一壓出管路壓送流體的運(yùn)行方式稱為并聯(lián)運(yùn)行，如圖2 所示。
泵（或風(fēng)機(jī)）并聯(lián)運(yùn)行的基本規(guī)律是：并聯(lián)后的總流量應(yīng)等于并聯(lián)各泵流量之和；并聯(lián)后產(chǎn)生的揚(yáng)程與各泵產(chǎn)生的揚(yáng)程都相等。因此，泵（風(fēng)機(jī)）并聯(lián)合成后的性能曲線(h-q)并或(p-q)并的作法是：把并聯(lián)各泵（或風(fēng)機(jī)）的（h-q）或（p-q）曲線上同一揚(yáng)程（或全壓）點(diǎn)上流量值相加，以圖2（a）兩臺(tái)泵并聯(lián)為例，先把這兩臺(tái)泵的性能曲線（h-q）1 和（h-q）2以相同的比例尺繪在同一坐標(biāo)圖上，然后把各個(gè)同一揚(yáng)程值的流量分別相加，如圖2（b）所示，取揚(yáng)程值為h、h＇、h〃、……，對(duì)應(yīng)于（h-q）1 和（h-q）2，上分別為1、1＇、1〃……和2、2′、2″……取q1+ q2、q1＇+ q2＇、q1〃+q2〃……得3、3′、3″……連接3、3′、3″……各點(diǎn)即得合成后泵并聯(lián)性能曲線（h-q）并，同法可得風(fēng)機(jī)并聯(lián)性能曲線。
1.2 并聯(lián)泵（或風(fēng)機(jī)）中的一臺(tái)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)的并聯(lián)
運(yùn)行工況點(diǎn)如圖3所示，Ⅰ、Ⅱ兩臺(tái)性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行。但泵Ⅰ與泵Ⅱ有一臺(tái)為變速泵，另一臺(tái)為定速泵。當(dāng)變速泵與定速泵以相同的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),Ⅰ和Ⅱ的并聯(lián)性能曲線（h-q）并為Ⅲ，并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)為M。但當(dāng)變速泵的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，并聯(lián)性能曲線變?yōu)槿鐖D3中的虛線所示，其并聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)也相應(yīng)地變?yōu)镸′、M″、……從圖3可以看出，當(dāng)變速泵的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，變速泵的流量減小，但定速泵的流量卻增大。當(dāng)變速泵的轉(zhuǎn)速降低到某一轉(zhuǎn)速值時(shí)，其輸出流量為零，這時(shí)并聯(lián)運(yùn)行實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)定速泵單獨(dú)運(yùn)行。若變速泵轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，且變速泵出口管路又未設(shè)置逆止閥時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)定速泵部分流量向變速泵倒灌，這種現(xiàn)象在實(shí)際上是不容許產(chǎn)生的。從圖可見，當(dāng)變速泵的轉(zhuǎn)速由額定轉(zhuǎn)速降低到該泵輸出流量為零的轉(zhuǎn)速時(shí)，定速泵的流量將由qN增大到qB，這可能會(huì)導(dǎo)致定速泵產(chǎn)生過(guò)載或泵內(nèi)汽蝕。為防止定速泵的過(guò)載和汽蝕，可在定速泵出口管路設(shè)置調(diào)節(jié)閥，必要時(shí)控制其流量。
 
2 供水系統(tǒng)的水泵運(yùn)行工況分析
2.1 多泵并聯(lián)運(yùn)行
一般的供水系統(tǒng)都采用多臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行的方式，并且采用大小泵搭配使用，目的是為了靈活的根據(jù)流量決定開泵的臺(tái)數(shù)，降低供水的能耗。供水高峰時(shí)，幾臺(tái)大泵同時(shí)運(yùn)行，以保證供水流量；當(dāng)供水負(fù)荷減小時(shí)，采用大小泵搭配使用，合理控制流量，晚上或用水低谷時(shí)，開一臺(tái)小泵維持供水壓力。
多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的水泵，一般采用關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程（或最大揚(yáng)程）相同，而流量不同的水泵。這些泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)泵的出口壓力即為母管壓力，且一定大于每一臺(tái)泵單泵運(yùn)時(shí)的出口壓力（或揚(yáng)程），即hN=hA2=hB2=hC2……＞hA1、hB1、hC1……并聯(lián)運(yùn)行泵的總出口流量為每臺(tái)泵出口流量之和，且每臺(tái)泵的流量一定小于該泵單泵運(yùn)行時(shí)的流量，即qN=qA2+qB2+qC2……<qA1+qB1+qC1……若并聯(lián)運(yùn)行的泵的揚(yáng)程不同，則在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)揚(yáng)程低的泵的供水流量會(huì)比單泵運(yùn)行時(shí)減小很多。
因此當(dāng)管網(wǎng)阻力曲線變化時(shí)，容易發(fā)生不出水和汽蝕現(xiàn)象。
2.2 靜揚(yáng)程對(duì)調(diào)速范圍的影響
供水系統(tǒng)的靜揚(yáng)程h0，即供水母管的最小壓力，水泵在靜揚(yáng)程下消耗的功率稱為空載功率：在流量為零時(shí)，水泵所消耗的最大功率。十分明顯的是，靜揚(yáng)程越高，空載功率所占的比例越大，調(diào)速范圍越小，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果就越差。
靜揚(yáng)程可由水泵進(jìn)水口和出水口的落差形成，也可由管網(wǎng)阻力曲線形成，也可由用戶要求的供水壓力來(lái)決定。如鍋爐給水泵，必須大于汽包壓力才能進(jìn)水。當(dāng)然也可由變/定水泵并列運(yùn)行的定速水泵的出口壓力造成。
2.3 變頻泵與工頻泵的并聯(lián)運(yùn)行分析
2.3.1 變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)總的性能曲線
這時(shí)總的特性曲線與關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程（最大揚(yáng)程）不同，流量也不同的水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的情況非常類似，可以用相同的方法來(lái)分析，如圖4所示。
 
1）F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵在50 Hz下滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的性能曲線（假定變頻泵與工頻泵性能相同），工頻泵單泵運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)A1。
2）F2為變頻泵在頻率f2時(shí)的性能曲線，變頻泵在頻率f2單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)B1。
3）F3為變頻和工頻水泵并聯(lián)運(yùn)行的總的性能曲線，工作點(diǎn)C，揚(yáng)程hC，流量qC=qA2＋qB2。
2.3.2 變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)
1）F2不僅僅是一條曲線，而是F1性能曲線下方偏左的一系列曲線族。F3也不僅僅是一條曲線，而是在F1性能曲線右方偏上的一系列曲線族。
2）F2變化時(shí)，F(xiàn)3也隨著變化。工作點(diǎn)C也跟著變化。因此變頻泵的揚(yáng)程hB2，流量qB2，工頻泵揚(yáng)程hA2 流量qA2，以及總的揚(yáng)程hC= hB2= hA2，和總流量qC=qA2＋qB2都會(huì)隨著頻率f2的變化而變化。
3）隨著變頻泵頻率f2 的降低，變頻泵的揚(yáng)程逐漸降低。變頻泵流量qB2快速減少；工作點(diǎn)C的揚(yáng)程也隨著降低，使總的流量qC減少；因此工頻泵的揚(yáng)程也降低，使工頻泵流量qA2 反而略有增加，此時(shí)要警惕工頻泵過(guò)載。
2.3.3 并聯(lián)運(yùn)行特性之一（f2 =f1 = 50 Hz）
變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行頻率f2= f1=50 Hz的性能曲線，如圖5所示。
 
1）F1為工頻泵的性能曲線，也是變頻泵在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的性能曲線（假定變頻泵與工頻泵性能相同），工頻泵和變頻泵單泵運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)A1。
2）F3為變頻泵和工頻泵并聯(lián)運(yùn)行的總的性能曲線，工作點(diǎn)C，揚(yáng)程hC= hB2= hA2 等于每臺(tái)泵的揚(yáng)程，每臺(tái)泵的流量qA2=qB2，總流量qC=qA2＋qB2=2qA2。即當(dāng)f2 = f1 = 50 Hz時(shí)，變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的特性，與兩臺(tái)性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)完全一樣。
2.3.4 并聯(lián)運(yùn)行特例之二（f2 = fmin）
變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行頻率f2 = fmin的性能曲線，如圖6 所示。
1）F1為工頻泵的性能曲線，工頻泵單泵運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)A1。
2）F2為f2= fmin，即變頻泵最低頻率下單泵運(yùn)行時(shí)的性能曲線。
3）F3 為變頻和工頻泵并聯(lián)運(yùn)行的總的性能曲線，工作點(diǎn)C 不與F3 相交，只與F1 相交，揚(yáng)程hC=hA1= hA2= hB2 等于每臺(tái)泵的揚(yáng)程，工頻泵的流量qA2=qA1，總流量qC=qA2=qA1，qB2=0。
即當(dāng)f2=fmin時(shí)，變頻泵的揚(yáng)程不能超過(guò)工頻泵的揚(yáng)程，因此變頻泵的流量為零。變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)總的性能曲線，與單臺(tái)工頻泵運(yùn)行時(shí)的性能曲線相同，變頻泵沒有流量輸出，但仍然消耗一定的功率。
4）在此運(yùn)行狀況中，變頻泵的效率降到最低，因此變頻泵最好不要工作在這種工況中。
5）在這種特例中，變頻泵極易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，易造成泵的損壞，解決的辦法是將再循環(huán)打開，使泵保持一定的最小流量，但這樣做使泵的能耗增加。
 
2.3.5 運(yùn)行特例之三（忽略管網(wǎng)阻力）
水泵變頻運(yùn)行不論是單泵運(yùn)行還是并聯(lián)運(yùn)行都有一個(gè)極端理想的特例，就是只有凈揚(yáng)程，沒有管網(wǎng)阻力，或者管網(wǎng)阻力與凈揚(yáng)程相比可以忽略，則管網(wǎng)阻力曲線可以看成是一條與凈揚(yáng)程平行的一條直線。
水泵將水通過(guò)粗管道垂直向上打入一個(gè)開口的蓄水池就是屬于這種情況。電廠鍋爐給水泵系統(tǒng)中，由于給水壓力極高，管網(wǎng)阻力相對(duì)較小，因此采用變頻運(yùn)行時(shí)也可以看成屬于這種情況，其運(yùn)行曲線如圖7所示。
 
1）F1為變頻器最高運(yùn)行頻率性能曲線。工作點(diǎn)A，F(xiàn)2和F3為變頻運(yùn)行性能曲線，h0為實(shí)際揚(yáng)程。
2）圖7 中不論怎樣調(diào)節(jié)頻率，揚(yáng)程都恒定不變，只是流量變化，水泵的輸出功率只隨流量的變化而變化。從圖7中可以看出，隨著頻率的減少，微小的頻率變化Δf會(huì)引起很能大的流量變化Δq。性能曲線越平坦，Δf引起的Δq 就越大，因此頻率越低，流量越小時(shí)這種變化就越大。所以說(shuō)頻率與流量之間的關(guān)系為qA/（f1－fmin）是一種非線性的，但很難說(shuō)是幾次方的關(guān)系。由于功率與流量成正比，功率與頻率的關(guān)系為h0 qA/（f1－fmin），也很難說(shuō)與頻率是幾次方的關(guān)系。
3）在這種情況下進(jìn)行變頻運(yùn)行時(shí)，流量不宜太小，以防止微小的頻率或轉(zhuǎn)速的變化引起流量較大的變化，造成水泵流量不穩(wěn)定。
4）fmin越高，f1－fmin就越小，流量和功率隨著頻率的變化就越大。
2.4 高性能離心泵群的變頻控制方案
2.4.1 恒壓供水的控制特點(diǎn)
供水控制，歸根結(jié)底，是為了滿足用戶對(duì)流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對(duì)象，但流量的檢測(cè)比較困難，費(fèi)用也較高。考慮到在動(dòng)態(tài)供水情況下，供水管道中水的壓力p 的大小與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關(guān)：當(dāng)供水能力大于用水量時(shí)，管道壓力上升；當(dāng)供水能力小于用水量時(shí)，則管道壓力下降；當(dāng)供水能力等于用水量時(shí)，則管道壓力保持不變。可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在供水壓力的變化上。從而壓力就成了用來(lái)作為控制流量大小的參變量，也就是說(shuō)，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶的用水要求，此為恒壓供水所要達(dá)到的目的。
2.4.2 高性能離心泵的變頻控制方案
高性能離心式水泵由于采用了三元流動(dòng)，進(jìn)口導(dǎo)葉等先進(jìn)技術(shù)，離心式水泵的特性曲線已經(jīng)做得非常平坦，高效率的工作區(qū)域很寬，這也正是水泵生產(chǎn)廠家努力追求的目標(biāo)。但是這樣的水泵在定壓供水工況下，其調(diào)速的范圍很小。供水系統(tǒng)的靜揚(yáng)程越大，也就是空載功率所占的比例越大，水泵特性越平坦，調(diào)速范圍就越小，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速獲得的節(jié)能效果也就越差。
對(duì)于定壓供水系統(tǒng)的高效離心水泵群如果采用“一變多定”配置的控制方案，則會(huì)引起一些問(wèn)題。圖6是定壓供水系統(tǒng)中變頻水泵的調(diào)速特性曲線圖，從圖中容量看出，在定壓供水系統(tǒng)中，變頻水泵新的工況點(diǎn)也就是變頻泵特性曲線和等壓線的交點(diǎn)。因水泵的特性曲線非常平坦，變頻器的調(diào)速范圍非常小。
因?yàn)楣┧畨毫π〉牟▌?dòng)（這在供水系統(tǒng)中是很常見的）。新的工況點(diǎn)會(huì)發(fā)生劇烈變動(dòng)，工況點(diǎn)極不穩(wěn)定。
雖然在控制程序中可以采用軟件濾波的方法改善不穩(wěn)定的情況，但變、定水泵配置方案運(yùn)行匹配較為困難，而且節(jié)能效果有限卻是肯定的，這也是和采用變頻節(jié)能控制的初衷相違背的。因此對(duì)于實(shí)際工程中的高性能離心泵機(jī)群，所有泵都采用變頻調(diào)速控制才是合理的。
2.4.3 變、定水泵并列運(yùn)行
在實(shí)際工程中，考慮到投資的可能性和運(yùn)行工況的必要性，也常設(shè)計(jì)變、定水泵的并列運(yùn)行方式，但應(yīng)考慮以下方面的因素。
首先，在滿足最大設(shè)計(jì)水量的基礎(chǔ)上，盡量使調(diào)速高效特性曲線接近系統(tǒng)的特性曲線，也就是說(shuō)，盡量將各種調(diào)速泵組合的高效區(qū)能套入出現(xiàn)概率最高的工作段或點(diǎn)上。調(diào)速水泵的臺(tái)數(shù)，應(yīng)是全年內(nèi)運(yùn)行工況中開泵運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的臺(tái)數(shù)，而備用泵則采用工頻定速泵。當(dāng)一臺(tái)調(diào)速泵出現(xiàn)故障時(shí)，可以允許一臺(tái)工頻定速泵運(yùn)行，其綜合效率會(huì)稍有降低，而揚(yáng)程則會(huì)有所增加。
在變、定速泵并列運(yùn)行時(shí)，供水工作壓力應(yīng)保證定速泵工作在高效區(qū)，以提高定速泵的效率。并列泵組中，變頻調(diào)速泵的臺(tái)數(shù)越多，節(jié)能效果越好。在多泵并列供水系統(tǒng)中，只上一臺(tái)變頻調(diào)速泵的效果不大，且很難匹配。必須只上一臺(tái)時(shí)，也要選揚(yáng)程最高，流量最大的那一臺(tái)，其效果會(huì)較好些。
在多臺(tái)調(diào)速泵并列運(yùn)行時(shí)，所有的調(diào)速泵應(yīng)在同一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行；對(duì)于關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程不同的泵，則應(yīng)保證各泵的出口揚(yáng)程（壓力）基本一致，這時(shí)的轉(zhuǎn)速就不一樣了，要進(jìn)行折算，就不容易匹配了
3 結(jié)束語(yǔ)
1）在定壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速泵的功耗，只和其流量的一次方成正比，不存在和轉(zhuǎn)速的三次方成正比的關(guān)系。
2）對(duì)于高性能的離心水泵機(jī)群，不宜采用“一變多定”設(shè)計(jì)方案。運(yùn)行水泵應(yīng)全部為調(diào)速泵，且要保持出口壓力相同；“一變多定”的調(diào)速泵，應(yīng)是泵群中揚(yáng)程和流量最大的那一臺(tái)。

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