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变频恒压供水系统Flowmaster初探

余花生

1年前浏览436

正文共：1532 字 10 图预计阅读时间： 4 分钟

1 前言

笔者之前做一个恒压供水的项目，恒压供水是通过变频泵的运行来稳定供水压力，已经是一个很成熟的应用了，本案例尝试用Flowmaster来模拟变频恒压供水过程。

2 模拟计算

厂家提供的变频离心泵的特性曲线如图1（额定转速1480rpm，额定流量159m3/h，额定功率28.949kW，额定效率75.054%），以此作为Flowmaster离心泵元件的输入。

图1 离心泵特性曲线

根据管道设备布置情况，在Flowmaster中建立系统模型如图2（考虑到信息保密，具体的模型参数不便于公开）。

图2 管网模型

泵的运行策略为：备用泵（#3）正常停运，低流量时，泵（#2）变频运行，其余一台停运；较高流量时，泵（#1）工频运行，另一台泵（#2）变频运行；超高流量时，泵（#1）和泵（#2）均按工频运行，随后供水压力将无法保证。对于变频泵，Flowmaster用一个PID控制器根据目标压力调节泵的转速。共三个用户，图中带控制阀的两个用户（#1和#2）入口静压力为4.1bar（绝对压力，下同），调节阀门的开度模拟用户的用水量变化；其余的用户用一个阻力系数较大的阻力件模拟（阻力系数12），入口静压力3bar。系统的恒压控制点位于泵的出口集管上，目标压力5.6bar（总压）。

①正常流量模拟结果

达到稳态时，系统总流量为210 m3/h，工频泵转速1480rpm，流量166m3/h，功率29.653kW，扬程48.6m，效率74.26%，泵的特性曲线中流量166m3/h时对应的扬程48.5m，功率29.2kW，效率74.3%；变频泵的转速1387rpm（转速比0.94），流量43.61m3/h，功率14.353kW，扬程47.5m，效率39.3%，转速为1387rpm的泵特性曲线中，流量为43.61m3/h时，功率14.3kW，扬程47.2，效率39.5%。计算结果符合泵的相似定律。

三个用户的水量变化曲线如图3。

图3 正常工况下各用户的供水曲线

泵的出口集管压力和总流量变化曲线如图4

图4 正常工况下泵出口集管的流量压力变化曲线

从上图可看出，用户总用水量变化时，出口集管压力将变化，最终水量稳定时，压力也稳定在目标压力5.6bar。另外，变频泵的转速比0.94，很快就接近工频，两台都达到工频时的流量为极限流量，若流量继续增大超过极限流量，压力将无法维持。目标压力设置得越高，泵的调速范围越小，这从泵的特性曲线可以看出，实际上泵的调速范围可以根据目标压力和静扬程计算出来。

再看用户端，用户端其实就是流量分配的问题，哪个用户支管管路阻力小，其分配的流量必然更多，比如目前的情况，第三个用户分配了122 m3/h的流量，大于另外两个用户的流量（88 m3/h），这属于用户端的使用问题而非系统问题。

②高流量压力失稳模拟结果

增加一个用户#4，并适当增加其用水量（阻力调小），如图5。变频泵的转速和流量曲线如图6，可以看出泵最终达到工频。出口集管的流量和压力如图7，此时流量达到了334m3/h，压力已无法维持在5.6bar。