两个泵串联第二台转速不一样

现有两台市水泵，一台功率18.5kw,另一台11kw,两台泵扬程相同，可否并联运行于同一个管路中，有人说“大机拖小机“不行，又有人说可以的，烦请各位帮忙指教，谢谢！

供水系统中调速水泵有关问题的探讨

作者：覃正清

时间：2003年3月24日

1、前言

水泵调速技术已经存在多年，早期主要是一些低压水泵采用低压变频器进行调速，因为成本不高，所以采用比较普遍。而对于高压水泵的调速，早期还大多是采用液力偶合器、串级调速等传统方法来实现。随着高压大功率变频器的出现，目前采用高压变频器对高压水泵进行调速逐渐成为一种趋势。由于高压变频器目前成本相对较高，许多供水行业的人士出于投资回收考虑，对水泵调速这项技术本身及其可以取得的效益都比较关心，经常有如下一些疑惑：

a供水系统一般多台水泵并联运行，设计原则是同压头水泵并联，同流量水泵串联。而调速泵速度降低后，按一般常理认为，其输出水压将降低，那么调速泵如何再与其他工频泵并联，是否有内耗存在？

b常说水泵流量和转速成正比，压力和转速平方成正比，其功率则和转速立方成正比，也就是说水泵的功耗是按流量的立方关系变化的，假设水泵流量调到一半时，水泵的轴功率只有满流量时的12.5%，省电应达到87.5%，可为什么实际系统的节能效果远不是这样？到底怎样预估一个水泵调速系统的节能潜力？ c调速水泵和工频水泵并联运行时，调速水泵能否无限制往下调速？调速泵是不是转速到0时流量才为0？并联工频水泵会不会过流？调速泵会不会水流倒惯？调速时应注意什么问题？

d水泵调速方法有哪些？究竟什么方式比较可取？对水泵进行调速改造，除了节能，到底还能有什么其他效益？

本文将从水泵的工作特性出发，解释和回答这些问题，不对之处，欢迎专家指正。

2、水泵的工作特性

图（1）

水泵定速工作时，工作特性如图（1）所示。曲线①为水泵按转速N1定速工作时的Q-H曲线，曲线②③为管路特性曲线。

在第一种负载工况下，水泵工作在A点，流量为Q1，压力为H1。当流量减为Q2时，水压将上升到H2，水泵工作在B点。水压的上升，一方面存在不必要的电耗，另一方面也可能威胁到供水管网的安全。

从水泵定速工作特性曲线看出，尽管水泵工作转速不变，但只要管网特性发生变化（曲线②变为曲线③），那么水泵的工作点是发生变化的，其流量和压力也随之变化。换言之，水泵的输出压力并不只是转速的单值函数。

在自来水行业，流量的减少是因为夜间用户关阀，管网特性曲线发生了变化，曲线②变为曲线③，流量由Q1降为Q2。为了防止管网水压的上升威胁到管网安全，可以调节水泵出口阀门或者改开小泵。

在一些化工生产、制冷等行业，流量的减少是因为生产工艺的需要，这时可以调节水泵输出阀门，人为改变管网特性，使水泵工作点由A点变到B点，从而达到主动调节流量的目的。

图（2）

图（2）示出了水泵调速运行时，水泵工作特性的变化情况，曲线①②③分别为水泵按N1 、N3和N2三种速度运行时的特性曲线，曲线④⑤为管网特性曲线。如果管网特性不变，保持为曲线④，水泵由N1转速调节到N2速运行时，水泵的工作点将由A点变到B点，流量和水压分别变到Q2和H2，它们都随着转速的下降而下降。负载特性不变时，水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间满足如下关系：

Q∝N，H∝N2,P∝N3。

但如果是外界因素导致管网特性发生变化（由曲线④变为曲线⑤），使得流量减少为Q2，但又要维持水压不变，这时水泵可以将速度调节到N3运行，从工作曲线中可以看出，水泵的转速和输出流量下降，但水泵的输出压力却保持不变，这就是为什么流量变化时，可以通过调节水泵转速实现恒压供水的理论依据。这种情况下，由于管网特性的改变，水泵的流量Q、水压H、轴功率P和转速N之间不再满足Q∝N、H∝N2、P∝N3的关系，并不是转速下降其水压就下降，水泵速度下降且其分担的流量下降后，只要其输出水压不变，就可以和其他高速水泵并联运行。

3、水泵调速运行的轴功率

3．1管路特性不变

管路特性不变时，水压随流量的变化而变化，调速时只对流量作要求，对水压不作要求，这时水泵的工作情况如图（3）所示：

图（3）

从图可见，需要流量下降时，将水泵速度由N1下调为N2,则水泵工作点由A点变为B点，流量由Q1变为Q2，压力由H1变为H2，水泵在A、B两个工作点的输出功率PA和PB分别为: PA=H1×Q1, PB=H2×Q2

从上式看出，如果转速降为50%，则水泵输出功率下降为12.5％；如果在A、B两点水泵的效率差别不大，则水泵的输入功率也大大下降。

3．2调速时要求水压恒定

图（4）

在图（4）这种工况下，水泵速度由N1调到N2,工作点由A点变到B点，流量由Q1变到Q2，水压保持不变，H1＝H2。水泵在A、B两点的输出功率PA＝H1×Q1，PB＝H2×Q2。

PAPB = H1×Q1H2×Q2 =Q1 Q2

这种情况下，水泵输出功率和流量成正比。（注意：水泵输出功率不和转速成正比，因为管路特性已变化，Q1不正比于N1，Q2不正比于N2。）这种工况下类似自来水行业。用户用水量由Q1下降为Q2（用水量下降是用户关阀引起的管路特性发生变化，由特性曲线（1）变为曲线（2）仍需水压保持恒定。

4、水泵调速运行的节能效益

4．1管路特性不变

图（5）

外部管路特性不变。如果通过水泵调速方式改变流量，按工作点由A点降到B点；如果水泵定速运行，通过阀门改变流量，则水泵从A点变为C点。水泵在

B、C两工作点的输出功率和输出功率差分别为：PC=H3×Q2, PB =H2×Q2； 假设水泵在B、C两点效率差别不大，都约为η，则调速方式相对于关阀方式，节能效益 ΔP＝(H3－H2) Q2 η 。

4．2管路特性变化而调速时要求水压恒定

图（6）

流量由Q1变为Q2时，如果水泵定速运行，工作点将由A变为C点；如果通过调速方式，水泵工作点将由A变为B点。水泵在B、C两点的输出功率差为： PC

－PB＝（H3－H2）×Q2。假设水泵在B、C两个工作点的效率差别不大，都为η，则水泵输入功率差

ΔP＝(H3－H2) Q2 η 。

5、水泵调速运行节能效益计算实例

水泵调速节能效益与水泵的特性、运行方式、电费水平等多种因素有关，由于这些因素在不同场合下千差万别，计算节能效益时对工况作如下假设：

水泵功率为1000KW，年运行时间8000小时，其中1600小时（即20%时间）为100%流量，4000小时（即50%时间）为70%流量，2400小时（即30%时间）为50%流量，调速装置效率为96%，假设水泵流量Q和压力H在采用阀门调节流量时近似满足如下关系：H=A-(A-1)Q2，其中A为水泵出口封闭时的出口压力，假设为140%，假设电费为1元/度。

5．1采用阀门调节时电耗计算

采用阀门调节流量时，功耗等于流量Q和压力H的乘积。各种流量的功耗计算如下：

P100%=1000KW

P70%=1000×0.7×（1.4-0.4×0.7×0.7）=842.8KW

P50%=1000×0.5×（1.4-0.4×0.5×0.5）=650KW

电费计算如下：1000×1600+842.8×4000+650×2400=6531200度，一年电费约653万元。

5．2采用调速且要求水压恒定时电耗计算

采用调速水泵调节流量时，如果需要压力恒定，则功耗仍然按流量Q和压力H的乘积计算。各种流量的功耗计算如下（其中0.96为调速装置效率）： P100%=1000/0.96=1041KW

P70%=1000×0.7×1/0.96=729KW

P50%=1000×0.5×1/0.96=521KW

电费计算如下：1041×1600+729×4000+521×2400=5830000度，一年耗电费约583万元。

流量变化时，如果要求压力不变，相对于用阀门调节流量，采用变频器调节流量后，一年可以节省电费约653-583=90万元，节电量约为13.8%。

5．3采用调速且管路特性不变时的电耗计算

采用调速水泵调节流量时，如果没有压力要求，即假定外部管阻特性不变，则功耗正比于流量的立方。各种流量的功耗计算如下（其中0.96为变频器效率）： P100%=1000KW

P70%=1000×0.73/0.96=357.3KW

P50%=1000×0.53/0.96=130.2KW

电费计算如下：1000×1600+357.3×4000+130.2×2400=3341680度，一年

耗电费约334.1万元。

流量变化时，如果外部管阻特性不变（即流量小时，压力也小，调速时对压力不作要求），相对于用阀门调节流量，采用变频器调节流量后，一年可以节省电费约653-334=319万元，节电量达到48.8%。

从计算中可以看出，如果水泵依据流量需求而调速，对水压不作要求的工况，其节能效果大大好于要求水压恒定的工况。仿照以上计算方法，用户可以根据自己实际的水泵容量、供水工况及电费水平，直接预估出调速后的节能效益。

6、调速泵和工频水泵的并联运行

6．1多泵并联时，调速泵实现流量调节的图示

水泵不管全速运行或调速运行，总满足以下的特性关系：

图（7）

图（7）中绘出水泵分别以不同速度 (n1>n2>n3>n4)运行的H_Q特性曲线，纵坐标H表示水泵出口水压，横坐标Q代表水泵流量。从H_Q曲线看出：

a水泵定速运行时，如果其流量减小，水泵出口水压将增大。如A、B两点，水泵以恒定速度n1运行，当该泵流量由 Q2下降到Q1时，该水泵出口水压将由H2上升到H1。

b如果水泵的流量相同，水泵高速运行时的出口水压高于低速运行时出口水压。如A、D两点。

c水泵降速运行时，如果其流量比高速运行时减小，则可以和高速运行时有相同的出口水压值。如B、C两点。

两台一样的水泵，分别以不同速度运行，如果各自流量不同，仍可以有相同的出口水压值，可以直接并联运行。

假如当前管网总流量为Q2+Q3，管网水压为H2，由两台水泵并联供水(多台并联时很容易类推)。定速泵以n1速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q2，运行于B点。调速泵以n2速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q3，系统达到平衡。

如果由于工况变化，管网总流量变为Q2+Q4，仍要保持管网水压为H2，由两台水泵并联供水(多台并联时很容易类推)。定速泵还以n1速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q2，运行于B点。而调速泵降速到n3速度运行，达到出口压力H2时提供的流量为Q4，运行于E点。系统达到新的平衡。

在以上两种工况中，两台水泵的出口压力也完全一致，直接并联运行，不会有所谓的内耗存在。

如果同样功率。

35HZ功率为原来的0.686 扬程为原来的0.49（假定并联供水） 流量为1.4（相对于）

35HZ如果流量为0.7，每台0.35，频率17.5HZ 扬程为0.122，功率为0.086

35HZ如果扬程为0.64，那功率消耗肯定比单台要大。

40HZ功率为原来的0.512 扬程为原来的0.64 流量为0.8

所以，如果你要流量，

那么同样流量两台变频并联比一台省电。

如果，你扬程需要更高。

一台更经济。

就跟电池串并联类似。

要电流，并联才是方法。

要电压，串联才是方法。

在国外早十几年前就有双变频代替单变频，三变频代替二变频的应用。

但毕竟，要做到这样的系统节能，靠的还是软件上的控制，而不仅仅单单是两台变频器。

一个水泵是不可能变频和工频同时工作的，如果是两台水泵一个变频一个工频同时启动两者的区别是变频启动的是从0转开始到50Hz全速运行而工频启动从合阐开始就是全速满载运行对机械及管道有很大的冲击及水锤效应变频启动就不存在以上问题从而达到保护电机及设备

能同时使用，如果你那边用水量在200-400方，变频效果也是不错的。如果低于200方，那就把工频的停止，这样避免大马拉小车，

顺便说一句：变频柜是靠反馈的信息来调整频率的大小，从而改变出水量的，工频的是不论什么时候出水量都是恒定的

两台水泵扬程流量一样，转速不一样则说明：

a.两台水泵的叶轮大小不一样，转速高的叶轮小（假设都是单级泵）；

b.两台水泵的流道宽度不一样，转速高的流道窄（假设都是单吸泵）。

一般来说，高转速是水泵设计的方向或者说追求。在满足流量、扬程、汽蚀等前提下，最好尽量采用较高的水泵转速，这样的水泵效率一般较高。

把一台正在以某一频率正常运行的变频器，突然切换到一台与变频器频率不同步转速的电机上，变频器会过流保护。如果要启动一台处于停止状态的电机，变频器应该是在切换动作完成以后，从0Hz频率开始运行，达到所需要的运转速度。如果这台电机有某个速度的惯性，这时的电机是一台发电机。这个时候把变频器突然切换进来，变频器就会过流保护，严重的会烧IGBT。

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

供水体系的技能功能而言，整个供水体系应满意用户对水质、水量和水压的需求。除此之外，在整个基建进程和出产运转中还需求基建投资省，常常运转费用低，操作办理便利，无塔供水设备能安全出产以及充分发挥整个供水体系的经济效益。因而，正确挑选供水体系，具有十分重要的含义。影响供水体系挑选的要素许多，主要有城镇或小区的计划、当地地势、用户对供水体系的需求和水派的类型竿。因为上述要素的不一样，供水体系能够有各种不一样的方式及其组成。如以符合卫生需求的深层地下水作水源，供应居民生活饮用，则就不需求净化处置，仅缔造取水和翰配水工程即可，如以江河水作为居民生活用水的水源时，碳钢无塔供水设备则需求取水、净化和畅配水等进程……。在建设进程中，有必要根据具体情况，挑选合理的供水体系。

水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。

60Hz水泵和50Hz水泵泵本身没有太大的区别，只是在于电机的转速，前者额定转速一般是每分钟3600转、1800转、1200转等，后者一般是3000转、1500转、1000转等。如果是使用相同的水泵，区别在于，60Hz电机的水泵流量是50Hz电机的水泵流量的1.2倍，扬程是1.2*1.2=1.44倍，功率是1.2*1.2*1.2=1.728倍。所以在实际制造中，尤其是有些流量扬程比较大的水泵，使用60Hz电机的水泵比使用50Hz电机的水泵的主轴要粗一些，两者的叶轮区别，除了装轴的空大小不同，基本上没有什么区别。至于包角之类的数据各厂的水利模型不同，这方面有没有区别我倒不知道。大部分是没有区别的。

但是如果你要用60Hz水泵达到和50Hz水泵的流量扬程相同的工况的话，前者的叶轮要切割到后者大小的0.833倍。