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水泵變頻能耗的試驗(yàn)研究

文檔作者：鄒同華馬淑媛文檔來源：天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月10日
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2011年第39卷第10期 流體機(jī)械
文章編號(hào)： 1005—0329(2011)10—0001—04
水泵變頻能耗的試驗(yàn)研究
鄒同華。馬淑媛
(天津商業(yè)大學(xué)天津市制冷技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300134)
摘要： 對(duì)并聯(lián)水泵采用變頻調(diào)節(jié)及變流量調(diào)節(jié)多種組合方案，得出開式循環(huán)和閉式循環(huán)中水泵能耗的異同。結(jié)果表
明，無論在開式和閉式循環(huán)中，采用變頻調(diào)節(jié)相比變流量調(diào)節(jié)功率比小，更節(jié)能；在2個(gè)水泵并聯(lián)時(shí)，采用同時(shí)變頻調(diào)節(jié)
方案最節(jié)能，且閉式循環(huán)比開式循環(huán)的節(jié)能效果明顯；3個(gè)水泵并聯(lián)時(shí)，閉式循環(huán)的最佳調(diào)節(jié)方案比開式循環(huán)的最佳調(diào)
節(jié)方案節(jié)能10％ 。
關(guān)鍵詞： 能耗；水泵；閉式循環(huán)；開式循環(huán)；變頻調(diào)節(jié)：變流量調(diào)節(jié)
中圖分類號(hào)： TD442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A doi：10．3969／j．issn．1005—0329．2011．10．001
Experimental Research on Energy Consumption of W ater Pump with Variable Frequency
ZHOU Tong—hua，MA Shu—yuan
(Tianjin Key laboratory of Refrigeration Technology Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China)
Abstracts： Various combination schemes of paralleled pumps with variable frequency regulating and variable flow regulating
had been adopted，and pump energy consumption contrast of the open—type cycle and the close·type cycle had been concluded．
The results were showed as follows．In both the open—type and close-type cycle，variable frequency regulating of a single pump
running Was of less power rate and was more energy saving compared with variable flow adjusting；in the case of two pumps paral—
leled，variable frequency regulating scheme on the both pumps Was the most energy—saving，and energy saving efect on the close—
type cycle was more obvious than the open-type cycle；in the case of three pumps paralleled，the best scheme in the close-type cy—
cle was more energy-saving than that in the open—type cycle for 10％ ．
Key words： energy consumption；water pump；close--type cycle；open--type cycle；variable frequency adjustment；variable flow
adjustment
1 前言
一般空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電，在冬季供暖期
間約占整個(gè)建筑動(dòng)力的20％ ～25％ ，夏季供冷期
間約占12％ ～24％ 。另外從空調(diào)系統(tǒng)能耗分配
情況來看，輸送動(dòng)力能耗約占整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的
50％ 以上 。
國內(nèi)外學(xué)者對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能性
做了很多研究。文獻(xiàn)[2]在對(duì)水泵變頻調(diào)速應(yīng)用
的節(jié)能分析中提出水泵變頻調(diào)速的適用范圍及注
意事項(xiàng)。文獻(xiàn)[3]考慮冷水機(jī)組制冷效率會(huì)因冷
收稿日期 z011一O1一l4 修稿日期： 2011—03—14
卻水流量的降低而降低，能耗會(huì)因此而增加，實(shí)際
節(jié)能率為12．3％ (基準(zhǔn)是冷卻水泵和冷水機(jī)組
的總耗電量)。在冷卻水節(jié)能研究中，文獻(xiàn)[3—
6]支持冷卻水泵變頻。近年來，變頻調(diào)速在供
水系統(tǒng)發(fā)展很快，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著
較大的盲目性，導(dǎo)致節(jié)能效果不盡人意 J。因
此，有必要對(duì)水泵調(diào)速運(yùn)行及其節(jié)能進(jìn)行對(duì)比
分析。
就空調(diào)水系統(tǒng)而言，分為開式和閉式2種循
環(huán)，冷凍水或熱水循環(huán)為閉式循環(huán)，冷卻水循環(huán)為
開式循環(huán)。水泵變頻調(diào)節(jié)在不同循環(huán)方式下的最
2 FLUID MACHINERY Vo1．39，No．10，2011
佳組合研究較少，因此，搭建一個(gè)開式閉式一體試
驗(yàn)臺(tái)，將3臺(tái)水泵并聯(lián)，采用不同組合，試驗(yàn)研究
變頻調(diào)節(jié)在不同循環(huán)方式下的節(jié)能性。
2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
搭建一個(gè)開閉式水泵循環(huán)試驗(yàn)臺(tái)。該試驗(yàn)臺(tái)
主要由3臺(tái)離心泵并聯(lián)成一個(gè)開閉式水循環(huán)系
統(tǒng)。泵前后壓力分別由真空表及壓力表測(cè)量，流
量信號(hào)由WM100數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)诫娔X上，各水
泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率由ABB變頻器控制，電功率
由電功率表測(cè)量。
開閉式水泵循環(huán)系統(tǒng)的試驗(yàn)中，各種工況下，
對(duì)并聯(lián)給水泵組采用單臺(tái)泵變流量調(diào)節(jié)、變頻調(diào)
節(jié)，2臺(tái)泵同時(shí)變頻調(diào)節(jié)、1臺(tái)定頻1臺(tái)變頻調(diào)節(jié)、
變流量調(diào)節(jié)及3臺(tái)泵變頻、變流量等多種不同組
合方案運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行條件下，水泵的實(shí)際揚(yáng)
程與額定揚(yáng)程有差值，所以在試驗(yàn)之前要做一下
初步的測(cè)量，為試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。根據(jù)
測(cè)得各組合的最大流量，對(duì)流量需求分段，實(shí)現(xiàn)單
個(gè)水泵運(yùn)行，2個(gè)水泵并聯(lián)運(yùn)行及3個(gè)水泵并聯(lián)
運(yùn)行的工況。
2．1 開式循環(huán)中水泵組合的流量測(cè)量
對(duì)1 ，2 ，3 泵進(jìn)行流量測(cè)量，得到在試驗(yàn)條
件下的最大流量如下表所示。
表1 水泵組合的最大流量匯表
水泵 1 ．2 試驗(yàn) 1 ．3 2 ．3 1 ．2#．
1 2 3
組合 并聯(lián) 并聯(lián) 并聯(lián) 并聯(lián)
最大 開式 9
． 33 10．5 8．56 19．21 16．17 l8．54 26．37
流量 循環(huán)
Q 閉式
( ／h) 循 環(huán) 8．85 10．57 9．25 l8．81 l7．42 l9．42 26．5
2．2 水泵組合方案的設(shè)計(jì)
根據(jù)所得水泵組合的最大實(shí)際流量，分出3
個(gè)流量區(qū)間，在各流量范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)方
式配置，分3個(gè)工況區(qū)間。
(1)開式循環(huán)
當(dāng)所需流量q≤ 10．5 m ／h時(shí)，采用單泵運(yùn)
行，選用2 泵作為試驗(yàn)對(duì)象，分2種模式運(yùn)行：2
泵變流量調(diào)節(jié)、2 泵變頻調(diào)節(jié)；
當(dāng)所需流量10．5 m ／h≤ Q≤ 19．21m ／h
時(shí)，采用兩用一備式運(yùn)行，對(duì)1 、2 泵進(jìn)行并聯(lián)啟
動(dòng)，分3種模式運(yùn)行：1 、2 泵都變頻，1 定頻2 變
頻和變閥門開度調(diào)節(jié)；
當(dāng)所需流量19．21 m ／h≤Q≤26．37m ／h
時(shí)，對(duì)1 、2 、3 泵進(jìn)行并聯(lián)啟動(dòng)。分3種模式運(yùn)
行：1 、2 泵變頻3 定頻，1 變頻2 、3 定頻和變閥
門開度調(diào)節(jié)。
(2)閉式循環(huán)
當(dāng)所需流量Q≤ 10．5 m ／h時(shí)，采用單泵運(yùn)
行，選用2 泵作為試驗(yàn)對(duì)象，分2種模式運(yùn)行：2
泵變流量調(diào)節(jié)，2 泵變頻調(diào)節(jié)；
當(dāng)所需流量1O．5 m ／h≤ Q≤ 19．42m ／h
時(shí)，采用兩用一備式運(yùn)行，對(duì)2 、3 泵進(jìn)行并聯(lián)啟
動(dòng)，分3種模式運(yùn)行：2 、3 泵都變頻，2 變頻3 定
頻和變流量調(diào)節(jié)；
當(dāng)所需流量19．42 m ／h≤Q≤26．50m ／h
時(shí)，對(duì)1 、2 、3 泵進(jìn)行并聯(lián)啟動(dòng)。分3種模式運(yùn)
行：1 、2 泵變頻3 定頻，1 變頻2 、3 定頻和變流
量調(diào)節(jié)。
3 試驗(yàn)結(jié)果及其分析
通過多次調(diào)節(jié)測(cè)量每個(gè)工況下水泵有效壓
頭、流量，計(jì)算求得水泵的電功率、功率比，從而繪
制Q一叼曲線，從圖中各曲線走向分析不同水循環(huán)
下變流量調(diào)節(jié)與變頻調(diào)節(jié)的運(yùn)行特征區(qū)別，計(jì)算
出變頻調(diào)節(jié)與變流量調(diào)節(jié)的節(jié)能的差異，實(shí)現(xiàn)最
佳組合方案。
3．1 2 水泵單獨(dú)運(yùn)行調(diào)節(jié)的結(jié)果分析
當(dāng)流量調(diào)整p≤ 10．5 m ／h時(shí)，分別進(jìn)行開
式及閉式水循環(huán)，2 泵單獨(dú)運(yùn)行，對(duì)2 泵變流量調(diào)
節(jié)、2 泵變頻調(diào)節(jié)的測(cè)量計(jì)算，并利用Origin軟
件，根據(jù)流量與電功率(功率比卵即為各次試驗(yàn)
中水泵的電功率與其最大電功率之比，故77越
小，表示節(jié)能越明顯)的關(guān)系繪制Q一叼曲線如圖1
所示。從圖中可以看出，開式循環(huán)中，變流量調(diào)節(jié)
下的水泵的功率比隨流量的減小由1．0減小到
0．87，變化率為13％ ，而閉式循環(huán)中，變流量調(diào)節(jié)
下的水泵的功率比變化率為10％，故無論閉式還
是開式循環(huán)，變流量調(diào)節(jié)時(shí)實(shí)際電功率隨流量的
減少降低的幅度很??；而變頻調(diào)節(jié)時(shí)電功率的變
化均較明顯，開式循環(huán)中功率比的變化率是
76％ ，閉式循環(huán)中其變化率是70％，隨流量的減
小功率比幾乎呈線性下降，且閉式循環(huán)與開式循
環(huán)的功率比變化曲線幾乎完全重合，同一流量下，
兩者的差值最大為0．09<10％。并且從圖中還
可以發(fā)現(xiàn)，流量越小，變頻調(diào)節(jié)比變流量調(diào)節(jié)越節(jié)
2011年第39卷第10期 流體機(jī)械 3
能，其中開式循環(huán)中，在6m ／h流量下出現(xiàn)最大
節(jié)能率61％，閉式循環(huán)中，在7．15m ／h流量下出
現(xiàn)最大節(jié)能率52％。
0．9
O．1
q(m ／h)
圖1 單臺(tái)水泵獨(dú)立運(yùn)行調(diào)節(jié)Q一，7
3．2 2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)的結(jié)果分析
開式循環(huán)，當(dāng)流量為1O．5 m。／h≤ Q ≤
19．2m ／h時(shí)，對(duì)1 2 泵進(jìn)行并聯(lián)啟動(dòng)。分3種模
式運(yùn)行：1 、2 泵都變頻；1 定頻、2 變頻；變流量調(diào)
節(jié)。閉式循環(huán)，當(dāng)流量為10．5m ／h≤ Q ≤
19．42m ／h時(shí)，對(duì)2 、3 泵進(jìn)行并聯(lián)啟動(dòng)。分3種
模式運(yùn)行：2 、3 泵都變頻；2 變頻、3 定頻；變流量
調(diào)節(jié)。將各參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，得出Q．’7曲線
如圖2所示。
1．0
0．6
0．2
l4 20
Q(m ／h)
圖2 2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)Q一叼
由圖2可知，水泵在3種模式下運(yùn)行時(shí)，變頻
調(diào)節(jié)下的水泵功率比均小于變流量調(diào)節(jié)下的功率
比，且隨著流量的減小其功率比都成下降的趨勢(shì)，
閉式循環(huán)中，2臺(tái)泵都變頻時(shí)的節(jié)能效率最高，并
且隨著流量的減少節(jié)能效果越顯著，當(dāng)流量為
10．77m ／h，兩臺(tái)水泵同時(shí)變頻調(diào)節(jié)達(dá)到最小功
率比0．27，即最大節(jié)能73％。開式循環(huán)中，一定
頻一變頻的調(diào)節(jié)達(dá)到最小功率比0．37，即最大節(jié)
能63％ 。
閉式循環(huán)的最佳調(diào)節(jié)方案(即兩臺(tái)同時(shí)變
頻)比開式循環(huán)的最佳調(diào)節(jié)方案(即一臺(tái)泵定頻
一臺(tái)泵變頻)節(jié)能10％ 。
3．3 1 、2 、3 水泵并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)的結(jié)果分析
開式循環(huán)，當(dāng)所需流量l9．21nl ／h≤ p≤
26．37m ／h時(shí)，可對(duì)1 2 3 泵進(jìn)行并聯(lián)啟動(dòng)。分3
種模式運(yùn)行：1 、2 泵變頻3 定頻；l 變頻2 、3 定
頻；變流量調(diào)節(jié)。閉式循環(huán)，當(dāng)所需流量
19．42m ／h≤p≤26．50m。／h時(shí)，可對(duì)1 、2 、3
泵進(jìn)行并聯(lián)啟動(dòng)。分3種模式運(yùn)行：1 、2 泵變頻
3 定頻；l 變頻2 、3 定頻；變流量調(diào)節(jié)。各項(xiàng)參
數(shù)繪制成Q一 曲線如圖．3所示。
0舟0
0．O
23 28
Q(m ／h)
圖3 1 、2 、3 水泵并聯(lián)運(yùn)行調(diào)節(jié)Q一
從圖中可看出，顯然，無論開式還是閉式循
環(huán)，變頻調(diào)節(jié)功率比均比變流量調(diào)節(jié)的小。變流
量調(diào)節(jié)中，同一流量下，開式和閉式循環(huán)的功率比
最大差別不大于5％，可忽略。且在變頻調(diào)節(jié)下，
兩條曲線總有一交叉。開式循環(huán)中，交叉點(diǎn)在
23．25 m ／h流量處，閉式循環(huán)的交叉點(diǎn)在24．6
m ／h流量處。即工況一定時(shí)，流量小于交點(diǎn)時(shí)，
雙泵變頻方案功率比單泵變頻方案的小，節(jié)能率
高；流量大于交點(diǎn)時(shí)，單泵變頻比雙泵變頻功率比
小，節(jié)能率高。
將開式循環(huán)和閉式循環(huán)的曲線比較得出，3
臺(tái)水泵并聯(lián)組合時(shí)，采用變流量調(diào)節(jié)的節(jié)能率相
同，采用變頻調(diào)節(jié)則無論單泵變頻還是雙泵變頻，
閉式循環(huán)比開式循環(huán)的節(jié)能率高，最大節(jié)能率可
達(dá)到45％ 。
(下轉(zhuǎn)第9頁)
2011年第39卷第lO期 流體機(jī)械 9
從圖9分析可見，由于轉(zhuǎn)速減小引起壓縮終
了內(nèi)壓力減小，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮終了單位質(zhì)量有效
氣體獲得的壓縮能量頭減小。上述試驗(yàn)結(jié)果和理
論分析結(jié)論完全吻合。
240
140
15OO 2750
n(r／min)
圖9 單位質(zhì)量有效氣體獲得的多變壓縮
能量頭一轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線
4 結(jié)論
(1)試驗(yàn)所得曲線表明了變頻渦旋壓縮機(jī)的
主要壓縮性能參數(shù)隨壓縮機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)
律，為變頻渦旋壓縮機(jī)的研發(fā)和操作提供了可靠
的依據(jù)；
(2)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果均表明，變頻渦旋
壓縮機(jī)的單位曲柄轉(zhuǎn)角下的排氣量、壓縮終了內(nèi)
壓力及單位質(zhì)量有效氣體獲得的壓縮能量頭均隨
壓縮機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的降低而減小，說明變頻渦旋壓
縮機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的壓縮性能欠佳；
(3)由轉(zhuǎn)速引起的動(dòng)靜渦旋齒間的泄漏量的
變化是引起變頻渦旋壓縮機(jī)壓縮性能變化的根本
原因。要提高變頻渦旋壓縮機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的壓縮
性能，需從減小泄漏方面著手研究。
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作者簡介：劉興旺(1970一)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)?
氣體壓縮機(jī)械理論及應(yīng)用研究，通訊地址：730050甘肅蘭州市蘭
州理工大學(xué)石油化工學(xué)院。
(上接第3頁)
4 結(jié)論
(1)單泵運(yùn)行時(shí)，開式和閉式循環(huán)中，采用變
頻調(diào)節(jié)均比變閥門調(diào)節(jié)功率比小，更節(jié)能，且同一
流量下，開式和閉式循環(huán)的功率比差值<10％ ；
(2)在2個(gè)水泵并聯(lián)時(shí)，采用同時(shí)變頻調(diào)節(jié)
方案最節(jié)能，閉式循環(huán)比開式循環(huán)的節(jié)能率高
10％ ；
(3)3臺(tái)水泵并聯(lián)組合時(shí)，采用變流量調(diào)節(jié)的
節(jié)能率相同，采用變頻調(diào)節(jié)則無論單泵變頻還是
雙泵變頻，閉式循環(huán)比開式循環(huán)的節(jié)能率高，最大
節(jié)能率可達(dá)到45％ 。
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作者簡介：鄒同華(1966-)，男，博士，教授，通訊地址：300134
天津市天津商業(yè)大學(xué)天津市重點(diǎn)制冷實(shí)驗(yàn)室。

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