水泵变频运行中工作效率的测定及误差分析

《科技与企业》杂志2011年10月（下）139能源环境水泵变频运行中工作效率的测定及误差分析中国建筑西南勘察设计研究院有限公司刘东辉【摘要】本文着重分析了水泵流量—扬程及流量—效率特性曲线，介绍了变频泵在供水系统中高效工作区范围，并且针对流量测量法和扬程测量法对水泵工作效率的测定产生的误差进行了分析。【关键词】高效工作区；效率；误差MeasurementofWorkingEfficiencyforVariableFrequencyWaterPumpsandAnalysisofErrorsLiudong-hui(ChinaSouthwestArchitecturalSurveyandDesignInstituteLimited)Abstract:Thehead-dischargecurveandefficiencycurveofawaterpumpwasanalyzedinthispaper.Thehighefficiencyworkingscopeofvariablefrequencypumpinawatersupplysystemwasintroduced.Theerrorsformeasuringtheworkingefficiencyofthewaterpumpbydischargemeasuringmethodandheadmeasuringmethodwereanalyzed.Keywords:Highefficiencyzone;Efficiency;Error一、水泵特性曲线的拟合水泵的流量—扬程性能曲线可用三次曲线拟合，即（1）设以测量到了水泵流量扬程的（≥4）个数据点，（，），=1，2，…，。设（2）根据数据拟合的最小二乘原理，通过求(1)的极小值确定H0，A1，A2及A3的值。即求解以下方程组（3）求解方程组(3)得到最小二乘解,代入(1)得到H0，A1，A2及A3的值，便得到水泵流量—扬程的最小二乘拟合性能曲线。类似地，水泵的流量—效率性能曲线也可用三次曲线拟合，即（4）设以测量到了水泵流量—效率的（≥4）个数据点，（，），=1，2，…，。设（5）根据数据拟合的最小二乘原理，通过求(6.20)的极小值确定，，及的值。即求解以下方程组（6）经整理得（7）求解方程组(7)得到最小二乘解，，及，代入(4)便得到水泵流量—效率的最小二乘拟合性能曲线。二、变频水泵在供水系统中的高效工作区范围当调速泵在实际供水系统中工作时，由于管路特性和调速控制方式的影响，调速泵提供的流量范围将更小[1]。针对节能效果好的最不利点恒压供水来讨论调速泵所能提供的流量范围，如图1所示，在这种方式下，随用水量大小的变化调节水泵转速，使水泵特性曲线变化，而管路特性曲线C一般不会改变，使水泵工作点始终沿曲线C移动，最不利点水压保持为。管路特性曲线以下的区域，由于水泵提供的能量不能克服管路损失，所以管路特性曲线C以下为非工作区。调速泵的高效区域由图1中的阴影部分aob缩小到图1中的阴影部分adb。管路特性曲线C与等效率曲线的交点为d，当供水量为时，水泵特性曲线为，工况点即为d，供水水压等于需要的水压，没有能量的浪费，实现了最大限度的节能供水。由于工况点只能在管路特性曲线C上移动，所以当用户所需水量低于时，就不能保证调速泵在高效区内运行。d点所对应的转速n即为水泵在这样的工作条件下的调速下限，所对应的流量即为调速泵提供的最小流量。调速泵的转速一般不能大于水泵额定转速，即，因为当水泵机组的转速比额定转速高时，水泵叶轮与电140《科技与企业》杂志2011年10月（下）能源环境机转子的离心应力将会增加，如果材质的抗震性能较差或铸造时均匀性较差时，就有可能出现机械性的损裂，严重时可能出现叶轮飞裂现象。所以水泵在额定转速n0下运行时，高效段右端点b对应的流量即为调速泵提供的最大流量。三、水泵运行效率的测量如果采用定速与变速相结合的方法，我们如何确定水泵是否在高效区运行呢？根据以上两个问题，我们可以进行效率的实时测量，采取相应的方法，使其在高效区运行。图2是变速水泵相似工况点计算原理图。图中表示了同一台水泵在转数为及时流量-扬程性能曲线。A、B点是循环水系统综合管路阻力性能曲线与水泵性能曲线的交点。在相似工况点下，根据转数、流量和扬程的关系式，可得到相似工况点变速水泵流量与扬程的关系式：(8)即A点的相似工况点在经过原点及A点的二次曲线上。因为A,B点均在经过原点的二次曲线上，故B点为A点的相似工况点。变速（图2）水泵的相似工况点效率相等，即在同一条等效率线上，故为了得到水泵在转数为时工作点A的运行效率，可以计算其在转数为时相似工况点B的效率。计算B点水泵的效率有两种方案，其一是基于水泵扬程的方案，其二是基于水泵流量的方案。基于水泵流量的方案需要设置流量传感