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近年来，随着工业的发展和科技的进步，工业用水量的比重逐年增加，尤其是工业生产冷却用水量，如数控冲床、点焊机、空压机、冷干机以及注塑机等生产装置或设备均需要用到冷却水进行冷却处理。因此，为了节约用水和降低能耗，绝大多数的工业生产冷却水系统广泛采用变频恒压循环冷却水供水系统，而广一水泵作为循环冷却水系统的主要能耗设备，其性能参数和运行工况将影响整个系统的经济节能效果。广一水泵厂以某一工业循环冷却水变频恒压供水系统为例对目前常见的两台广一管道泵并联运行策略进行理论分析计算，提出广一水泵并联优化运行策略，以供类似工程参考。

一、设计方案

传统的工业循环冷却水供水系统常采用分散式的冷却塔独立供水方式，设备数量多，布置分散，投资费用高，设备闲置严重，利用率低，而且不便于管理，给企业带来了一定的人力和财力消耗。近年来，随着工业化进程的推动以及变频器技术的发展，变频恒压集中供水方式日益广泛，逐渐替代了传统的分散供水方式，在一定程度上降低了企业的运行和管理成本，取得了一定的成效。图1是广一水泵厂为典型的工业循环冷却水变频恒压集中供水系统的设计方案，该方案主要由冷却水池、分/集水器、冷却塔组、广一水泵组及阀件和管道等组成，经末端设备换热后的冷却水回水经冷却塔进行冷却后流回冷却水池，冷却水池通过广一管道泵升压后进入分水器，然后分水器经各路供水干管提供给各工业厂房的末端设备，经末端设备换热后的冷却水通过集水器汇集后又回到冷却塔进行降温处理，这样不断循环，周而复始。系统采用广一管道泵出口恒压控制方式，其供水压力通过广一水泵的运行台数和变频调速实现控制，其关键体现在广一管道泵并联的运行模式上，目前常见的两种运行模式为广一水泵并联同步变频运行模式和广一水泵并联不同步变频运行模式，其中广一管道泵并联不同步变频运行模式的一个典型应用就是定频+变频的运行模式。

二、数学模型

目前变频技术广泛应用于恒压供水系统主要缘于其节能性，然而广一水泵变频是否节能是建立在广一水泵运行工况是否处于高效区运行范围的基础上。实际上，广一管道泵的运行工况还与供水管网的水力特性有关，只有考虑管网的阻力损失广一水泵运行才有意义。因此，广一离心泵的运行工况取决于管路的特性曲线与广一离心泵的特性曲线两个方面。在广一水泵厂以往的相关文献研究中，对广一水泵变频运行能耗的计算模型绝大部分是建立在直接采用相似定律理论的基础上，未考虑实际工程管路特性曲线的静扬程往往不等于零的情况，因此，广一水泵变频前后的实际工况点不是相似工况点，不能直接应用相似定律，而是需要通过将实际工况点转化成相似工况后才能使用相似定律，广一水泵厂以下的推导均以此为基础。

1.单台循环水泵变频调速运行时的能耗数学模型

单台循环水泵变频调速运行时的特性曲线方程可通过matlab采用zui小二乘法，以三次多项式曲线形式进行拟合求得。

图2为单台循环水泵变频调速运行时的特性曲线，其中曲线，分别为广一管道泵在工频和变频条件下的曲线，曲线I、II分别为实际的管路特性曲线和满足相似定律的相似抛物线，0、S点分别为曲线I与曲线I、曲线ni的交点no，其对应的流量和扬程分别为1点为曲线II与曲线的交点，其对应的流量和扬程为Q1,H1,Hs为实际管路特性曲线的静扬程。因为静扬程况,不为零，因此0、S不是相似工况点，不能直接应用相似定律，需将S点转化成相似工况点，即通过S点和原点坐标的二次方抛物线，即曲线II,此时相似抛物线II与曲线的交点1才是S的相似工况点，其满足相似定律。

2.约束条件

在工业循环冷却水供水系统应用中，与传统分散的供水方式相比，变频调速技术的节能效果，得到了广一水泵厂技术部的普遍认可，但是如果广一水泵的运行策略采用不当，使广一管道泵*偏离高效区域运行，则变频技术的节能性将大打折扣。因此，对广一管道泵的调速范围在满足zui低供水压力的前提下还需满足效率极限的约束，保证广一水泵能够*处于高效区范围运行。

图3为单台循环水泵运行特性曲线示意图，曲线n0为水泵额定转速下的曲线，为水泵允许zui低运行效率；曲线;7。和分别为广一水泵额定转速和zui低允许转速下的曲线，1、2点为额定转速时开~2曲线高效区（效率高于nmin)的左右端点，II和III分别为通过1、2点的相似工况抛物线，3、4点分别为广一管道泵zui低允许转速下的曲线与相似工况抛物线的交点，即1-2-3-4区域（图中填充斜线部分）为水泵变频调速的高效区域；曲线I为实际管路特性曲线，为实际管网的静扬程；场为水泵出口的工作压力，a、b分别为Hs与水泵zui低允许转速和额定转速下的H~Q曲线的交点，其流量分别为Qmin、Qmax;因此广一管道泵在选型时，需保证每台广一水泵的设计工况点要落在1-2-3-4的高效区域内。

当供水压力Hs为20m时，满足运行效率不低于70%的单泵zui小允许流量为576.7m3/h,zui大允许流量为939.1m3/h。，当供水压力场为20m时，在系统用水量为600m3/h和900m3/h时,双泵并联不同步变频运行模式下的能耗低于两泵并联同步变频运行模式下的能耗，那是因为此时系统用水量低于单泵zui大允许流量&?，在双泵并联不同步变频运行模式下，只运行一台广一离心泵，而且还能保证其在高效区内运行，而在双泵并联同步变频运行模式下，每台泵的水流量则已低于单泵zui小允许流量知，其运行工况已偏离高效区，导致总效率低于双泵并联不同步变频运行模式下的总效率。而当供水压力场为20m时，在系统用水量为1200m3/h和15000m3/h时，双泵并联不同步变频的能耗将高于双泵并联同步变频，那是由于此时系统用水量已高于单台泵zui大允许流量Gnax,若采用双泵并联不同步变频运行模式，即相当于一台广一水泵工频运行，一台水泵在低于系统zui小允许流量下运行，这样不仅导致其中低流量运行的水泵严重偏离高效区，实际上在工频下运行下，广一化工泵的运行效率也偏离了高效区，因此其系统总效率偏低，能耗较大；而若在双泵并联同步变频运行模式下，均能保证每台泵均能在高效区运行,其系统总效率高于双泵并联不同步变频运行模式下的总效率。由此可见，当系统用水量低于单泵zui大允许流量I时，采用双泵并联不同步变频运行模式将优于双泵并联同步变频运行模式;当系统用水量高于单台泵zui大允许流量x时,采用双泵并联同步变频运行模式将优于双泵并联不同步变频运行模式。

通过广一水泵厂以上分析，我们可对水泵并联运行模式进行优化，即在系统用水量低于时，采用单泵变频调速运行模式，而在系统用水量高于G时，采用双泵并联同步变频。实际上，优化后的运行模式同样面临在系统低于1的两种情况下均会出现一台广一管道泵的运行效率较低。不过广一水泵厂需要指出的是，工业循环冷却水的使用特点不同于建筑室内给水，其同时使用率一般均较高，因此，系统用水量低于Gnin的情况很少，所以一般不对小流量进行考虑。

同样，以上述四种典型变工况流量为例，若四种典型变工况流量在全年的使用率为：600m3/h占20%,900m3/h占20%,1200m3/h占30%，1500m3/h占30%，以全年运行天数300天，每天运行20h,电价0.537元/kWh为基本参数，对三种运行模式下的全年能耗进行计算。

优化后的运行策略全年运行费用zui低，同步变频运行模式次之，不同步变频运行模式zui高，优化后的运行策略全年运行费用为22.553万元，较同步变频运行策略的27.024万元节能16.54%，较不同步变频运行策略的30.572万元节能26.23%。因此，广一水泵厂优化后的运行策略是一种简单节能、行之有效的运行策略，可广泛应用于工业循环冷却水变频恒压供水系统。

三、结束

(1)变频调速技术应用于工业循环冷却水系统具有较大的节能效果，但若运行策略采用不当，使广一水泵*偏离高效区域运行，则变频技术的节能性将大打折扣。

(2)当系统用水量低于单泵zui大允许流量时，采用双泵并联不同步变频运行模式将优于双泵并联同步变频运行模式；当系统用水量高于单台泵zui大允许流量时，采用双泵并联同步变频运行模式将优于双泵并联不同步变频运行模式。

(3)结合并联同步变频和不同步变频的运行特点，可以单泵zui大允许流量为界限进行分段选择运行模式，即低于单泵zui大允许流量时，选择单泵变频调速运行模式，高于单泵zui大允许流量时，选择双泵同步变频调速运行模式，这种优化后的运行策略将可有效降低能耗。

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