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离心泵变频控制对分支管路流量控制性能的影响分析

浏览131次时间：2015年1月26日 16:27

罗小妮李翠济南职业学院电子工程系山东济南 250100

田占军山东省家用电器行业协会山东济南 250100

【文章摘要】

由于现代机械化工艺加工中最注重的便是有效率及质量，而有效率中包括了节能控制，针对流量调节的方式中观察调节方式的节能效果，这也是减少成本投入、增加企业利益的最有效手段。通过分析两种最常见的离心泵变频控制和分支管路阀门控制，对比两种流量控制的控制性能及节能性能，观察其优劣势。本文通过对离心泵变频控制及分支管路阀门控制的性能进行分析，用实验来证明两种方法的节能性优势，并且对离心泵变频控制对分支管路流量控制性能的影响进行了系统的探讨。

【关键词】

离心泵；分支管路；变频调节；节能

0 前言

在现代工艺中，使用离心泵来控制流体流量是最常见的一种方法，离心泵不仅能够增加流体流量和控制流体流量，还能够减少流量的阻力，达到快速输送流体的目的。分支管路也是流体传输的一种工具，应用的领域范围也比较广泛，对于两种流体传输工具的控制方法、节能性对比和双方影响的分析探讨，对工艺流程及企业经济十分有利。

1 离心泵变频控制

离心泵的变频是控制流体的最佳方法，用调节阀门来实现流体恒压的作用，具有很强的节能效果。离心泵变频控制的优点可以看做以下三点：（1）起动平衡，当离心泵的变频开动时，是通过一定的电流促动，该电流可以被离心泵变频控制的额定范围以内，从而避免了起动时对电网的冲击；（2）离心泵的变频就是调整频率，泵的平均转速被调整降低，这样便可以延长泵和阀门的使用寿命；（3）使用离心泵的变频控制方法，能够消除水锤效应，也就是起动或停机时产生的动力。

通常来讲，离心泵的变频控制是由一台变频控制器来控制电动机，这时只需要变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符合便可。如果一台变频器要控制两台电动机时，原则上的变频器的配用应该是两台电动机的配用，但是在高峰负荷时产出的流体会比单独两台电动机的流体相差很多，所以，离心泵的变频器应该适当减小，还应该保证足够的容量。

2 分支管路流量控制

分支管路的流量控制会随着工艺技术的不同而发生变化，由于分子管路系统中的管体在分支管路中是控制流量大小的关键，这将是影响工艺技术质量和安全的重要装置。如果工艺在热度较高的地方受控，通过分支管路流量的调控，便能够掌握出口温度，这样就能够避免炉管结焦和资源浪费。

常见的分支管路系统的运作机理是通过对总流量进行反馈然后控制总阀门的开关或泵的运转，以及控制分支阀门的开关。图1 是常见分支管路流量系统的示意图。

通过上图能够看出，如果假设流动形式为平推流，在管径方没有速度能够调节，忽略掉传导项，按照单位体积计算管路中的流体对外界的作用力，也就是分支管理系统的摩擦力，计算公式为：

公式中的G= 源，F= 性质。如果要计算总管长度的L 和4 个分支管路的积分，公式为：

i=1， 2，3，4……

通过上述两个公式来看，要调整阀门降压，应该为：。

分支管路的力量控制，需要变频调节来控制阀门的开关，变频调节的阀门开关一定要保持一致，然后改变泵的转速改变流量大小，公式为：

计算管路损失为：。

3 离心泵变频控制对分支管路流量控制的影响

3.1 离心泵变频控制对分支管路流量控制的影响

离心泵的变频控制器主要目的在与对分支管路的流量控制方面，对此方面的要求十分复杂，流量调节也分为多种情况，常见的是改变总流量后，分配到各分支管路中，流量的设定值和各分支流量值与总流量保持不变。流量的调节可以通过离心泵的变频来调节，分支管路流量的调节通过各分支管理的阀门开关来调节。两种调节方式在分工上来看，分支管路阀门的开度大小，是影响系统总流量调控的关键。

对此，还需要做出实验证明：

资料：流体为水，泵型号为150Y-150×2B 离心泵。

实验规范：保证总流量不便，通过4 个分支管路的阀门开度控制为为100%、80%、60%，分别增加10%、20%、25% 的分支管路设定值。

实验：分支管路系统动态响应如图2 所示。

a 分支管路阀门开度为100% 035

实验研究

Experimental Research

电子制作

b 分支管路阀门开度为80%

c 分支管路阀门开度为60%

图2 分支管路系统流量响应与阀门开度示意图

通过上图分析来看，当分支阀门开度在100% 时，阀门的开度为最大，自由调控不再自由，流量虽然增加了1.5%，但是却无法满足调控要求，本次实验的调控要求是10%、20%、25%，也就是说最小时的调控要求没有做到。如图b 和c 所示，当阀门开度在80% 时，分支流量在设定值上的10% 范围内能够做到顺利调节。当分支阀门开度在60% 时，分支流量能够完全满足20% 和25% 的调控要求。

通过上述实验能够看出，当分支管路的阀门开度在100% 时便无法满足调控要求，并且还会对阀门做出损害。在实际工艺中，应该根据实际的调控要求，正确选择分支管路阀门的开度。

3.2 分支管路阀门的开关对离心泵变频控制的节能性的影响

离心泵变频控制的优势是具有一定的节能性，而分支管路阀门的开度会对系统的流量控制产生影响，这便会对理性泵变频的节能效果带来阻碍。如果系统中的管路无分支和分支流量不作调解，这样的简单设定为了满足离心泵变频控制的节能性不受到影响，可以将分支管路阀门的开度开到最大，但实际工作中，对分支管路的控制十分复杂，这就无法将分支管路的阀门开大最大，应该保持在60 ～ 80% 之间，所以，在现实工艺技术中，离心泵变频调节在分支管路中的节能性发挥还需要视具体情况而定。按照文中提到的方法，做出实验：

实验资料：以分支管路阀门的开度在60% 和100% 为例。

方法：分别采用节流控制和变频控制，在不同调节下和阀门的开度下观察离心泵的功率曲线图。将变频调速在阀门开度下所消耗的功率与节流调节所消耗的功率对比。

结果：如图3 所示。

图3 离心泵与阀门调控的节能效率观察

如果按照上述条件进行，不难看出，在相同流量下的两种控制范围内，分支管路的阀门开度越小，变频控制时泵消耗的功率就越大，但是相比节流调节所消耗的功率仍然很小。这将证明，变频调节相比节流调节更加节能。但是也由于分支管路阀门的开度调节，其消耗的功率增加，这样便减小了节能效果。另外，由上图可以看出，在分支管路阀门开度为100% 时，变频调节的节能仍然能够保证，但是阀门开度为60% 后节能效率也随之降低为2% ～ 50%。本次试验的额定流量是Qo=0.03.8m3/s 的节能效果，对比两种调节方法的节能有效率为100% 时为119%， 60% 时为6%。对比差异十分明显。

通过实验可以看出，变频调节的优点在于分支管路阀门的开放状态，在阀门全开下，变频调节就会有一定的优势，但是现实中的工艺应用，分支管路会十分复杂，对于分支管路的阀门也不会开放到最大，所以变频调节的节能性便会产生影响。

3.3 节能调节与变频调节的对比

上文对简单、单一的分支管路运输进行了分析，现在再借助上个实验，分析两种调节方式的节流调节和变频调节。

1. 节流调节

节流调节的公式为：

管路损失为：

，其中，

节流调节时阀前压力为：

节流调节时阀后压力为：

2. 变频调节

变频调速时，泵会沿管路产生曲线性的变化，变化公式为：

，其中

变频调节时阀前压力为：

变频调节时阀后压力为：

以上述实验系统为例，离心泵的额定流量规定为Qo=0.038m3/s，管路管径为D=0.3m，变频调节在阀门开度为80% 时，得到如图4 所示。

在图中能够看出，当流量额定相同时，调节的方式不同对阀后压力的作用也不同，在节流调节的方式下，相比同流量条件下采用变频调节方式对阀后压力的作用力大。变频调节方式下会由于阀后压力不足而影响到之后的流量控制，但是节流调节在流量较低时也能够满足流量对阀后压力的要求。

离心泵变频控制可以对流量产生控制，并且也具有一定的节能性，但是还需要在分支管路阀门开度程度下方能够显示出优势，而分支管路流量控制性能需要做到阀门开度在60% ～ 80% 左右，才能够保证顺利的流量控制。如果阀门过大，不仅不会控制好流量，对离心泵变频控制而言也没有作用。

4 结论

通过文中所述，分支管路阀门的开度是控制流量的关键，而阀门开度的大小也是节能的关键，所以文中对方分支管路阀门进行了分析，并通过实验证明阀门开度对节能及流量控制的能力。另外，文中通过对离心泵变频控制的分析，进行了两者间性能及影响的对比和探讨，总结出，变频调节在分支管路流量控制中具有一定的影响性，它会局限到分支管路的流量控制。

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图4 分支管路系统流量响应

图1 常见分支管路系统示意图036

实验研究

Experimental Research