联系我们

上海奥丰泵阀制造有限公司

销售部电话:021-66581086
021-66581087

传真:021-56554088

销售部地址:
上海中山北路899弄24号1401

水泵知识

变频调速空调冷水泵能耗研究

文章热度:9719

     空调冷水系统的示意图如图1所示。主要由冷水机组、冷水泵、立式空气处理机组、吊顶式空气处理机组(新风机)、3台风机盘管、管路及测试仪表等组成。其中冷水离心泵的(ISG管道泵)主要参数为:额定流量25m3/h,额定扬程19m,额定转速2900r/min,所配三相电机额定功率为2.2kW。
    空调系统可采用全自动控制运行并自动完成数据采集任务,也可切换到手动控制。为便于测试与监测系统的运行,在常规测控要求的基础上,该系统中每一冷水支路上均加装了压力表、温度计和流量计。风机盘管冷水管路除进出口的截止阀外,还在最末端的风机盘管出水管上装设了温度调节电动阀、在另两台风机盘管出水管上设置了电磁阀。在立式空气处理机组冷水管路上装有温度调节电动阀。
变频调速空调冷水泵能耗研究图1
1-冷水ISG管道泵2-冷水机组3-旁通阀4-压差传感器
  5-立式空气处理机组6-吊顶式空气处理机组
  7.8.9风机盘管10-DDc控制器11-变频器
    在本次测试中,冷水泵的变频分别采用自动控制和手动控制的方式。自动控制时采用冷水供、回水总管上的压差为信号源,DDC控制器对该信号采样并与设定压差值进行比较后,发出控制指令到变频器,由变频器调节冷水泵的转速,由变频器可获得变频器的输入功率、输出电流和电压、频率、泵的转速等参数。手动控制时采用不改变冷水管路系统中任何设备的状态,而单纯通过变频器改变频率或转速。
2参数测试与分析
    参数及其测试仪表
    主要检测参数为冷水泵的流量、扬程(压力)、输入功率(含变频器与水泵电机)、冷水泵及其电机的输入电流与电压、运行频率、转速等。根据所测得的输入电流与电压可以求得冷水泵及其电机的输入功率。测试过程中,对流量和扬程(压力)均采用了两种不同仪表或传感器进行了检测,以校验数据的可靠性,各参数的测试仪表如表1所示。
    测试结果
    测试在空调系统运行稳定后进行。为了能在比较大的范围内获得相应的数据,采用人为改变空调间的负荷,再通过空调的自控系统自动改变管路中相应阀门的开度,达到自动调节冷水泵转速(频率)的目的。
    为了便于比较设定压差值卸对变频冷水泵运行特性的影响并发现其规律,测试分别在4种情况下进行:3种不同的设定压差值即卸分别为120kPa,160kPa,200kPa时的参数测量,以及不改变冷水管路上任何设备的状态(即不改变管路特性)、不设压差控制而单纯采用手动变频时的参数测量。
    测试及其处理结果如图2-图5所示,其中f/f0,n/n0分别为各个况下的频率转速n与基频50Hz时的频率、转速之比;Nm/Nm0 Nm/Nm0,N/N0分别为各工况下变频器输入功率(亦即变频冷水泵装置的总输入功率,简称为总输入功率)、变频器输入功率(即为冷水泵电机的输入功率)、冷水泵的有效功率与50Hz时各相应功率之比c冷水泵的有效功率按下式计算:
    N=pgQH    (1)
式中P-水的相对密度,kg/m3;
    g-当地重力加速度;
    Q-体积流量,m3/s;
    H-扬程,m。
    由图2~图5可发现,无论冷水管路特性有无改变,变频冷水泵的转速与供电频率成正比例关系,即图2中拟合出的直线公式可认为是形如,y=x的直线。
    当不改变空调负荷、不改变冷水管路中任何设备状态及不设定压差,而通过手动方式单纯改变泵的转速时,在测试的频率或转速范围内,变频冷水泵的流量、扬程分别与转速、转速的平方成正比例;三种功率也基本与转速的3次方成正比例(反映出此时泵的各项效率变化很小,都可以当做常数,这与下面将讨论的采用某点定压控制运行时的效率特性是不同的)。这是由于在该运行条件下,冷水管路系统的特性曲线基本不变(如表2所示),可以认为该曲线与满负荷(50Hz)工作点对应的相似抛物线是重合的,因此在这种情况下可以在很大转速范围内直接应用相似定律来计算相关参数。
    但转速变化太大时,理论上泵的效率会有较大的变化,从而会引起变频冷水泵某些特性参数与相似定律的结果产生偏离,由于本次试验受冷水管路中水流开关的限制而未能将转速降到足够低,因而未能验证这一点。由于特定管路的阻抗系数S主要由管路上的局部阻力(如阀门、接头等)和沿程阻力决定,其中沿程阻力主要与沿程阻力系数及管长等有关,而沿程阻力系数的大小则与管内流动的流态(即层流、紊流等)有关,因此.s基本不变还表明该运行条件下,随着变频水泵转速的降低,管路中冷水的流态可以在很大的范围内维持为充分发展的紊流。
3.3  定压差下变频冷水泵性能
    在设定的压差值控制下运行时,变频冷水泵的性能则体现出以下特点:
    (1)当设定压差值为120kPa,160kPa与200kPa时,流量与转速并不成正比例关系。这里“正比例关系”表2不改变空调负荷和冷水管路中设备状态及不设定压差值时5的测算值
图2
图2各测试条件下f/f0~n/n0呦的关系
图3
图3各测试条件下Q/Q0~n/n0,呦的关系
图3
图4各测试条件下H/H0~(n/no)2的关系特指形如Y=x的线性关系,下同;尽管在变速过程中流量与转速近似成直线关系,但不能保持形如Y=x的线性关系,而是形同于Y=ax+b的关系,即不同于相似定律Q/Q0=n/n0,H/H0=N/N0的形式。测试结果表明,变频运行时,冷水泵的流量与转速或频率并不成正比例关系,流量的衰减速度要比转速的衰减迅速,且二者的偏差在同一设定压差值却下随转速的减小而增大、在同样转速下则随设定压差值△:p的增大而增大(如图3)。究其原因,主要是由于在采用定压差控制的空调冷水系统中,冷水管路特性曲线已不再经过坐标原点,即实际的管路特性曲线已不再与相似抛物线重合,在同样扬程下实际的流量必然小于按相似定律确定的流量,△p越大,流量与转速间的偏差也就越大。
    此外,按照离心泵的理论,泵的流量是泵的几何尺寸、转速和容积效率等的函数f81,因此流量不与转速成正比例还反映出冷水泵在压差控制条件下运行时,其容积效率要随转速的变化而变化(已另文讨论)。这也说明了在变频调速的分析中,应视具体管路系统的特
性曲线来判断相似定律的适用性,不能一概而论简单地认为水泵的流量总与转速成正比例。
    (2)在上述变速范围内,仍可认为扬程与转速的平方成正比例关系,由此产生的最大相对偏差在3种压差控制条件下均在4%以内。由于离心泵的扬程主要与泵的结构几何尺寸、转速和流动效率(或称水力效率)有关,因此,扬程与转速平方成正比例也说明该冷水泵的流动效率在测试过程中基本不变。
图
图
图7
    (3)图5表明,当存在设定压差值卸时,在所测试转速范围内,总输入功率、电机及泵的输入功率与转速3次方之间并不具备理想的正比例关系,但偏离并不是很大;而有效功率的偏离比较明显,可认为泵的有效功率不与转速的3次方成正比例。而且各功率与转速3次方的偏差具有在同一却下随转速降低而增大、在相同转速下随设定压差值△p的增大而增大的趋势c
    由于未能直接测得轴功率,不能直观呈现其与转速的变化关系,但从理论上可推知轴功率的大小应在电机的输入功率Nm与泵的有效功率Ⅳ之间。如果电机效率较高,则轴功率接近Nm,反之则接近Ⅳ,因此轴功率是否可视为与转速3次方成正比例,还要取决于电机效率的大小及变化情况。因此,难以将功耗与转速3次方成正比例视为通用规律。
    (4)设定压差值△=p越大,测试结果与相似定律的偏差也越大,冷水泵能变频调速的范围也越小。测试中,由于在不同压差设定值却时对应的运转频率下限不同,当频率降至一定值时,或是冷水机组的水流开关动作(120kPa,160kPa均出现此现象),或是频率已不再变化(200kPa时)。本次测试中卸为120kPa,
图5各测试条件下各种功率比与(n圳3的关系a)总输入功率比  b)冷水泵电机的输入功率比
    c)冷水泵有效功率比160kPa,200kPa时对应的转速变化范围分别为73%~100%,85%~100%,87%~100%。
    (5)定压差能耗与冷水站内供回水总管管路能耗的特点。笔者曾提出p1,可将以上冷水管路系统的能耗(亦为泵的有效功率)表示为:
    N=Pg(CQ+S2Q3)=pgCQ+pgAh2O  (2)
式中C-设定压差值△p对应的水头,c=Ap/m,m;
    S2-冷水站内供、回水总管即图1中压差传感器以下含冷水泵、冷水机组等的所有管路的阻抗系数,s2/m5;
    △h2-该供、回水总管的水头损失,m;
    Q-流量,m3/s;
    N-能耗,Wo
    根据同时所测相应管路的阻力损失,由式(2)可获得各工况下定压差能耗pgCQ与冷冻水供、回水总管管路能耗pg2Q3的变化特点。图6所示为Ap=120kPa时pgCQ与pgS2Q3随流量的变化趋势。
图8
  图6△p=120kPa时冷水管路中能耗pgCQ与pgS2Q3的变化趋势
    由图6可知,在该系统中,定压差能耗pgCQ在管路总能耗中占了主要部分,而供回水总管的能耗只占很小比例,因此该变频冷水泵的能耗特性主要由定压差能耗决定。进一步分析管路的阻抗系数的变化还可以发现,当流量由大到小变化时,由定压差折算出的阻抗系数是.s2的4.4~32.3倍,充分说明该系统的主要阻力或能量消耗是由定压差引起的。
    按测试数据进行的计算表明,△p =120kPa时,S2在满负荷流量的62%~100%范围内的变化较小,但当流量低于62%后,.s2将随流量的减小而迅速增大。这说明在该冷冻水系统中,流量降低到满负荷流量的62%以下时,供回水管路中的流态已发生了变化,即不再维持充分发展的紊流,而是向过渡区甚至层流区转变,使管路中的沿程阻力系数将随流速(流量)变化,这与以前的模拟计算结果在趋势上是一致的。
4  结语
    由以上分析可以认为,在采用某点定压差控制的变频冷水泵系统中,当转速处于73%~100%范围时,可得出以下几点:
    (1)冷水泵的运转频率与转速成正比例(特指形如y=x的直线,下同)。
    (2)变频冷水泵的特性参数中,除扬程可认为与转速平方成正比例外,流量并不与转速成正比例、泵的有效功率不与转速的3次方成正比例,其中,流量与转速问的差别最为显著。而且设定压差值越大,则变频冷水泵的实测性能与按相似定律确定的性能之间的差别也越大。
    (3)在按压差控制的空调冷水泵的变频运行中,设定压差值越大,可变频运行的范围越小。
    (4)当压差信号取于冷水供、回水总管时,设定压差值对应的阻抗在系统总阻抗中所占的比例越大,定压差能耗在总能耗中所占的比重也越大,当该比例达到一定程度后,变频冷水泵的能耗就主要由定压差能耗决定。由于定压差能耗只与流量的一次方成正比例(这可能是文献[6]结论的真实原因),从节能的角度而言,在满足空调运行要求时,设定压差值应越小越好,同时也说明从最远端空调用户处取压差控制信号要优于从供、回水总管处取压差信号。
    (5)由于设定压差值的影响,随着频率或转速的降低,管路中冷水的流态可能出现由充分发展的紊流区向过渡区甚至层流区转变,从而加剧管路特性变化。
    (6)在设定压差值的影响下,由于流量的显著变化,导致冷水泵的容积效率也出现较大的变化;而冷水泵的流动效率(水力效率)变化不大。
    (7)在水泵的变频调速过程中,有无改变管路系统的特性对变频泵的性能有着决定性的影响。如在不改变冷水管路中任何设备状态及不设定压差值时,在相当大的转速范围内(50%~100%),冷水管路系统的特性将基本保持不变,泵的各种效率也基本保持不变,可以直接应用相似定律来计算各参数。

本文是由化工泵 离心泵整理发布。转载请确保文章完整性及注明出处http://www.aufine-pv.com

上一篇:空调用泵选型相关计算 下一篇:空调循环泵选型要点
您可能对以下产品感兴趣

ZX清水自吸泵

ZXL直联式清水自吸泵

CYZL-A直联式自吸油泵

UHB-ZK耐磨耐腐沙浆泵

G型螺杆泵

CDLF不锈钢多级冲压离心泵

DL、DLR立式多级离心泵

AS带自动切割潜水排污泵
热门样本
LYJA耐磨耐腐液下泵电子样本
ISG、IRG、GRG、IHG、YG立式管道泵电子样本
WFB型无密封自控自吸泵电子样本
IH卧式不锈钢化工泵电子样本
SK水环式真空泵电子样本
变频供水设备选型手册电子样本
D型多级离心水泵电子样本
AWQ改进型潜污泵电子样本
热门文章
加压泵站的设计与计算
离心泵的吸水性能与最大安装高度
送水泵站的设计与计算
潜水泵不出水或出水量小的解决方法
离心泵转速比的定义
离心泵、混流泵、轴流泵实验方法-GB3216-89
变频调速空调冷水泵能耗研究
双螺杆泵结构及性能特征

关于奥丰|产品导航|产品系列|水泵知识|产品维护|联系我们

公司地址:上海市中山北路899弄24号1401 销售热线:021-66581086/1087 图文传真:021-56554088

版权所有:上海奥丰泵阀制造有限公司

Shanghai AuFine Pump&Valve Manufaturing CO.LTD

Copyright©2008-2010 .All Rights Reserved. 沪ICP备09006637号