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)臺數(shù)有關(guān)。圖1所示為兩臺及三臺性能相同的20Sh-13型離心泵并聯(lián)時，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)臺數(shù)有關(guān)。圖1所示為兩臺及三臺性能相同的20Sh-13型離心泵并聯(lián)時，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合，且并聯(lián)的臺數(shù)不宜過多。若實(shí)際并聯(lián)管路性能曲線很陡時，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）兩臺或兩臺以上泵（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）兩臺泵并聯(lián)為例，先把這兩臺泵的性能曲線（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兩臺性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行。但泵Ⅰ與泵Ⅱ有一臺為變速泵，另一臺為定速泵。當(dāng)變速泵與定速泵以相同的額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時,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，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，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，其輸出流量為零，這時并聯(lián)運(yùn)行實(shí)際上相當(dāng)于一臺定速泵單獨(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，就會出現(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，定速泵的流量將由qN增大到qB，這可能會導(dǎo)致定速泵產(chǎn)生過載或泵內(nèi)汽蝕。為防止定速泵的過載和汽蝕，可在定速泵出口管路設(shè)置調(diào)節(jié)閥，必要時控制其流量。
 
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)流量決定開泵的臺數(shù)，降低供水的能耗。供水高峰時，幾臺大泵同時運(yùn)行，以保證供水流量；當(dāng)供水負(fù)荷減小時，采用大小泵搭配使用，合理控制流量，晚上或用水低谷時，開一臺小泵維持供水壓力。
多臺并聯(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，每臺泵的出口壓力即為母管壓力，且一定大于每一臺泵單泵運(yùn)時的出口壓力（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泵出口流量之和，且每臺泵的流量一定小于該泵單泵運(yùn)行時的流量，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)行時揚(yáng)程低的泵的供水流量會比單泵運(yùn)行時減小很多。
因此當(dāng)管網(wǎng)阻力曲線變化時，容易發(fā)生不出水和汽蝕現(xiàn)象。
2.2 靜揚(yáng)程對調(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，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)行時總的性能曲線
這時總的特性曲線與關(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)行時的情況非常類似，可以用相同的方法來分析，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)行時的工作點(diǎn)A1。
2）F2為變頻泵在頻率f2時的性能曲線，變頻泵在頻率f2單獨(dú)運(yùn)行時的工作點(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，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，此時要警惕工頻泵過載。
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 等于每臺泵的揚(yáng)程，每臺泵的流量qA2=qB2，總流量qC=qA2＋qB2=2qA2。即當(dāng)f2 = f1 = 50 Hz時，變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時的特性，與兩臺性能相同的泵并聯(lián)運(yùn)行時完全一樣。
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，變頻泵的揚(yáng)程不能超過工頻泵的揚(yáng)程，因此變頻泵的流量為零。變頻泵與工頻泵并聯(lián)運(yùn)行時總的性能曲線，與單臺工頻泵運(yùn)行時的性能曲線相同，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。
水泵將水通過粗管道垂直向上打入一個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)阻力相對較小，因此采用變頻運(yùn)行時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，流量越小時這種變化就越大。所以說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，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，是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費(fèi)用也較高。考慮到在動態(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，管道壓力上升；當(dāng)供水能力小于用水量時，則管道壓力下降；當(dāng)供水能力等于用水量時，則管道壓力保持不變�？梢姡�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作為控制流量大小的參變量，也就是說，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，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，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速獲得的節(jié)能效果也就越差。
對于定壓供水系統(tǒng)的高效離心水泵群如果采用“一變多定”配置的控制方案，則會引起一些問題。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▌樱ㄟ@在供水系統(tǒng)中是很常見的）。新的工況點(diǎn)會發(fā)生劇烈變動，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，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)速水泵的臺數(shù)，應(yīng)是全年內(nèi)運(yùn)行工況中開泵運(yùn)行時間最長的臺數(shù)，而備用泵則采用工頻定速泵。當(dāng)一臺調(diào)速泵出現(xiàn)故障時，可以允許一臺工頻定速泵運(yùn)行，其綜合效率會稍有降低，而揚(yáng)程則會有所增加。
在變、定速泵并列運(yùn)行時，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，只上一臺變頻調(diào)速泵的效果不大，且很難匹配。必須只上一臺時，也要選揚(yáng)程最高，流量最大的那一臺，其效果會較好些。
在多臺調(diào)速泵并列運(yùn)行時，所有的調(diào)速泵應(yīng)在同一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行；對于關(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
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。

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