數(shù)字集成全變頻恒壓供水技術(shù)節(jié)能原理

數(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備的高效節(jié)能主要是通過以下三個途徑實現(xiàn)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(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單變頻恒壓調(diào)速技術(shù)由于存在

流量失調(diào)區(qū)的問題，無法實現(xiàn)整個系統(tǒng)完全高效運轉(zhuǎn)。所以提出用兩臺同型號調(diào)速泵解 決流量失調(diào)區(qū)的問題，此時這里的水泵需滿足：經(jīng)過水泵特性曲線高效段左端點的相似 工況拋物線系數(shù)Ka與經(jīng)過特性曲線高效段右端點的相似工況拋物線系數(shù)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(yè)制造有限公司的數(shù)字集成全變

頻恒壓供水設(shè)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(shù)樣本中的各類不同型號的水泵經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，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(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備高效運行打 下了很好的基礎(chǔ)。   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(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備中，每臺泵變頻運行工作效率相同能夠?qū)崿F(xiàn)所 有工作水泵同步變頻運行，能夠根據(jù)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(jié)的圖4.8中我們分析過，當系統(tǒng)流量在[Qb+Qc,2Qb]流量范 圍內(nèi)，用一定速、一調(diào)速的方案或用兩臺調(diào)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(jié)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(guān)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(shè)系統(tǒng)現(xiàn)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(yīng)A點），另一臺水泵變頻恒壓運行（對 應(yīng)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(diào)速運 行，由圖可見，此時兩臺調(diào)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(diào)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(diào)速的方案，泵組的平均效率為60.8%，顯然兩臺泵調(diào)速的 方案泵組平均效率高于一調(diào)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 \   ：： '/ ：： ::

：：\   14 12 10 8 4 2 ( i 2 4 s 10 12 14   圖5.6同型號泵組并聯(lián)運行流量-效率曲線

因此，數(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備中的效率均攤使得整個系統(tǒng)的效率得到提高。 (3 )控制系統(tǒng)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(tǒng)中元 器件及電氣線路的自身損耗大幅度降低數(shù)字集成全變頻控制恒壓供水技術(shù)的節(jié)能分析

5.3.1數(shù)字集成全變頻恒壓供水技術(shù)節(jié)能原理

數(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備的高效節(jié)能主要是通過以下三個途徑實現(xiàn)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(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單變頻恒壓調(diào)速技術(shù)由于存在

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流量失調(diào)區(qū)的問題，無法實現(xiàn)整個系統(tǒng)完全高效運轉(zhuǎn)。所以提出用兩臺同型號調(diào)速泵解 決流量失調(diào)區(qū)的問題，此時這里的水泵需滿足：經(jīng)過水泵特性曲線高效段左端點的相似 工況拋物線系數(shù)KA與經(jīng)過特性曲線高效段右端點的相似工況拋物線系數(shù)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(yè)制造有限公司的數(shù)字集成全變

頻恒壓供水設(shè)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(shù)樣本中的各類不同型號的水泵經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，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(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備高效運行打 下了很好的基礎(chǔ)。

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(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備中，每臺泵變頻運行工作效率相同能夠?qū)崿F(xiàn)所 有工作水泵同步變頻運行，能夠根據(jù)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(jié)的圖4.8中我們分析過，當系統(tǒng)流量在[QB+QC,2QB]流量范 圍內(nèi)，用一定速、一調(diào)速的方案或用兩臺調(diào)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(jié)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(guān)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(shè)系統(tǒng)現(xiàn)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(yīng)A點），另一臺水泵變頻恒壓運行（對 應(yīng)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(diào)速運 行，由圖可見，此時兩臺調(diào)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(diào)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(diào)速的方案，泵組的平均效率為60.8%，顯然兩臺泵調(diào)速的 方案泵組平均效率高于一調(diào)速，一工頻運行方案。

圖5.6同型號泵組并聯(lián)運行流量-效率曲線

因此，數(shù)字集成全變頻恒壓供水設(shè)備中的效率均攤使得整個系統(tǒng)的效率得到提高。 (3 )控制系統(tǒng)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(tǒng)中元 器件及電氣線路的自身損耗大幅度降低