试论变频调速水泵的应用及前景

[摘 要]本文将对变频调速原理进行介绍，并探讨变频调速水泵在民用设施中的应用以及变频调速水泵的发展前景。

[关键词]变频调速水泵；应用；发展前景

中图分类号：TG703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0364-01

引言

当前人类的科技水平也在飞速发展，变频调速技术以其能耗低、能够实现实时控制等优点得到了越来越多的应用。以水泵为例，由于流体都具有流量、流速不稳定等特点，而传统水泵由于没有应用变频调速技术，致使水泵一旦启动就以恒定功率运转，无法根据流量变化进行相应地调节，从而大大增加了能源消耗。根据相关实验测算，变频调速水泵相较于传统水泵能耗最高可以降低50%左右，所以有必要推广变频调速水泵的应用，并且相关科技工作者要勇于创新，对目前的变频调速水泵不断地进行性能优化，使其具有更好的使用性能，为变频调速水泵在市场上的推广打下坚实基础。

一、变频调速水泵的工作原理及优点

前文中已经提到，流量、流速不稳定是流体的普遍特性，而传统的水泵无法根据水的流量和流速的动态变化进行对应调节，因此大大增加了能源消耗。一般来说，目前市场上常见的变频调速水泵的主要工作方式是根据流量的实时变化对水泵的转速进行调节，而调节水泵的转速，最有效的方法就是利用阀门的节流效应。下面就通过泵与管路特性曲线来分析变频调速水泵的工作原理。

上图为泵与管路特性调节曲线，当利用阀门的节流效应进行调速时，如果要减少流量，也就是减小阀门开度，管路中的阻力增大，也就是从曲线1增大到曲线2，水泵的扬程也相应地从Ha点提高到Hb点，流量则从Qa减少到Qb，若采用传统水泵，那么Ha到Hb之间的扬程差就是水泵所浪费的能量，当采用变频调速水泵时，水泵转速会从n1减小到n2，运行工况点会从A移动至C，而非传统水泵的从A移动至B，从上图不难看出，采用变频调速水泵大大减小了扬程差，从而减少了能量浪费。根据测算，变频调速水泵的扬程约为传统水泵的一半，而运行变频调速水泵所需的能量则比传统水泵减小了约40%-50%。通过泵与管路特性调节曲线图不难发现，变频调速水泵有效地减少了扬程差，从而降低了能量消耗。

二、变频调速水泵相较于传统水泵的优势体现

1、控制方式多种多样

从泵与管线特性调节曲线图中可以得知，变频调速水泵利用阀门的节流效应，能够根据实际应用的需要设定相对应的任意的水泵运行点，因此相对于传统水泵，变频调节水泵的控制方式更加多种多样，比如变频调速水泵能够锁定阀门开度实现恒压控制，而且通过对阀门开度的大小，还能对水泵的转速进行调节。同时需要指出的是，由于变频调速水泵能够实时调节水泵的转速，这也就意味着变频调速水泵能够实现对管线内水的流量和流速的实时控制。因此变频调速水泵的应用在很大程度上提高了整套设备的使用性能，而其多种多样的控制方式也能保证变频调速水泵能够满足绝大多数行业对水泵的不同需求。

2、能够有效降低水泵系统的噪声

在传统水泵的使用过程中，经常会听到很大的噪声，这种噪声的主要来源就是管线内流体的脉动引发的机械振动，当泵内流体的脉动频率与机械本身的振动频率相当时，会引起谐振现象，此时的噪声理论上是最大的，因此加强对管线内流体脉动频率的控制能够降低噪声的强度。

三、变频调速水泵的应用

变频器是变频调速设备的重要组成部件，以民用建筑中常见的220V50Hz无刷永磁调速水泵为例，这种变频调速水泵在民用设施中应用十分广泛，在花园、池塘、小区喷泉等设施中都发挥着重要作用，下面我们就以这种变频调速水泵来介绍变频调速水泵的应用。根据变频器在水泵上安装方式的不同，变频调速水泵主要分为两大类：变频器外置安装式变频调速水泵和变频器集成安装式变频调速水泵。下面对这两种变频调速水泵的应用进行简要介绍。

1、变频器外置安装式变频调速水泵

在变频器外置安装式变频调速水泵的安装过程中，需要提供额外空间来存放变频器，并且用电缆连通变频器与电机，同时需要指出的是，如果变频器与电机之间的距离较大，为了降低外界信号对电缆的干扰，避免外界干扰造成水泵无法正常工作，通常要选取专业性更强、屏蔽性能更好的屏蔽电缆来连接变频器和电机。在变频器外置安装式变频调速水泵投入生产活动之前，需要根据水泵的整体工作系统对变频器的参数进行相应的设定，同时在某些特定工况下，还应该把系统中的某些传感器连入变频器，一般来说，系统的组成成分越多，系统就越复杂，且系统的稳定性就越不容易保障。因此如果连入变频器的线路越多，系统的稳定性就越差，很难满足对水泵整体的使用需求，而且发生故障的可能性也大幅度提高。

2、变频器集成安装式变频调速水泵

顾名思义，集成安装式变频调速水泵与外置安装式的最大区别在于将变频器连同控制电路与电机连接在一起，无需像外置安装式变频调速水泵一样需要较长的电缆来连接变频器和电机，这样就使得在信号传输过程中不容易收到外界信号的干扰，改善系统的控制性能。而且需要指出的是，相关传感器已经安装在集成安装式变频调速水泵系统内部，且已经针对系统的工作条件设定好了相关参数，因此客户在购买之后无需重新设定传感器参数，而且由于各项部件已经安装在了变频器内部，这就使得连入变频器的线路大大减少，从而有效提高了系统的稳定性，降低了电磁噪声。

3、两种变频调速水泵的区别

首先，外置安装式变频调速水泵在空间选择上自由度较大，安装操作原理简单，但是对系统的布线和参数设置等工作比较复杂，而且在其投入生产以后更容易受到外界信号的干扰，系统稳定性较差，更容易发生故障，且成本相对较高。而且外置安装式调速控制器在实际应用中和维修时相对容易，且如果调速器发生故障需要更换时，外置式只需将损坏的调速器换下，不需要对整个水泵进行拆解，而内置式由于结构限制，一旦变频器不能使用，要对整个水泵进行更换。另外需要指出的是，集成安装式变频调速水泵无需另外的空间安装变频器，因此更加节省空间，而且不需要用户对变频器的相关参数进行设置，但集成安装式变频调速水泵所用的连接性电缆更少，系统的组件数量更少，成本更低，同时系统稳定性更好。

四、变频调速水泵的前景展望

水泵在工农业建设和民用设施中应用十分广泛，而且水泵的工作环境一般负载较大且变化不规律，且工作时间长，因此耗能巨大。目前世界能源状况日趋紧张，可持续发展的理念深入人心，如何降低机械设备能耗已经引起了科技工作者的广泛重视，相较于传统水泵，变频调速水泵的节能降耗作用十分明显，因此在工业建设和民用建设过程中势必将发挥更大的作用。在国家以节能降耗为主要目的的新能源战略下，变频调速水泵因其能耗小、易于操作、能够对管线内流体的流量、流速进行实时动态控制等特点，在以后必将会得到越来越广泛的应用。科技工作者应当提高创新能力，在现有的变频技术上进行进一步探索，进一步降低水泵能耗、优化水泵性能，提高控制系统稳定性，简化操作程序，提高控制性能。

结语

变频技术为民用和工农业建设设备的节能降耗工作做出了突出贡献，随着科技水平的不断提高，变频技术将会得到进一步的优化。出于控制成本等多方面因素的考量，变频调速水泵势必将会得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1] Danish Environment Technology Adoptionin China[M].Mc Kinsey Company.2009.

[2] 孙剑，变频调速水泵应用分析及前景展望[J]，技术与应用，2009.