4 分布式变频加压泵系统

　　采用分布式变频泵调节的系统^[5]，各末端根据各自己回路的需要配置相应的水泵并通过调节水泵转速来匹配用户对流量的要求，这就减少了阀门的阻力损失，对于一般的VWV系统可较常规方式节能20%～40%。但采用这种系统其水力稳定性如何，系统是否容易调节和控制呢？

　　图4是一个简单的分布式变频泵系统，其管段参数和用户情况与图1完全相同。设计工况下，主循环泵的扬程和末端加压泵扬程之和正好等于图1中循环水泵的扬程，而其它加压泵的扬程都比末端的小，因而该系统较图1是节能的。分析表明，回路7的压差控制位置选在网络的中部（用户3）对提高各回路的水力稳定性是最有利的。表6是在此情况下不同水泵特性组合时各回路的水力稳定度。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4 分布式变频系统

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表6 加泵系统的稳定性

　　从表中可以看出，选用特性曲线平坦型的主循环泵和陡峭型的用户加压泵对提高各回路的水力稳定性是最有利的。例如表中第1组数据中回路2的水力稳定度为-0.232，而第4组中的却变为-0.450；第1组数据中回路7的水力稳定度为-1.14，而第4组数据中的却变为-3.475。可见对于此种系统，泵的类型选择对改善系统的稳定性至关重要。

　　另外，比较表6和表2、表4可以看出，表6中系统的稳定性从整体上得到了提高，特别是末端用户的水力稳定性得到了较大的提高，因此这种系统在改善系统的水力稳定性方面也是有利的。可见，只要设计合理，是可以找到一种既节省运行费用又提高系统稳定性的系统形式的。

　　5 混水系统

　　混水系统是集中供热经常采用的一种方式，图5是一个简单的混水系统示意图。各用户入口调节阀门控制一次供水量，混水支路的阀门用来控制混水比。为简单起见，先考虑各阀门控制相应支路流量的情况，它基本可以反映供水和混水支路的耦合程度以及各个用户的耦合程度。假设各供水支路依次构成1-6回路，各混水支路依次构成7-12回路，得到各种情况下的水力稳定性，如表7所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 加压泵系统的稳定性

　　　　　　　　　　　　　　　　表7 各阀门控制相应支路的流量时对应的K_s的值

　　若要通过混水阀门来控制各用户的总水量，则相应的水力稳定性如表8所示。

　　 　　　　　　　　　　　　　　　表8 混水阀门控制用户水量时的稳定性

　　从表7和表8可以看出，对于混水系统，各供水支路的稳定性变差，也就是回路之间的相互作用增强了。同时，每一用户混水支路和一次供水支路两个阀门调节回路的耦合也比较强，这些都有增加了系统调节的难度。特别是当管路设计或水泵选择不合理时，混水回路对一次供水回路的稳定性将会变得更差，这就是混水系统往往难以调整的原因。

　　6 环形网

　　图6是按枝状网设计的一个简单网络，各管段的长度都为500m，管径示于图中。共10个用户，各用户的流量都为20m³/h，。将两个分支的末端连接起来（如图中虚线）构成一个环状管网。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6 某一简单网络拓扑结构

　　有人认为环形网不仅能提高系统的可靠性和运行调度的灵活性，而且还可以提高系统的水力稳定性。下面比较上述两个管网在同一工况下的水力稳定性差别。图中共有10个闭环控制回路，全部是由用户的阀门控制相应用户的流量，上一分支从左到右依次称为1-5回路，下一分支从左到右依次列为6-10回路，主循环泵特性曲线：H=32.0～0.015G-0.0001G²。从

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表9 枝状网与环形网的稳定性比较

　　表9中可以看出，简单地将枝状网末端相连形成环形网后，部分用户的水力稳定性有所提高，但两个分支的最末端用户水力稳定性反而下降了，这是因为将末端相连后，两个末端之间的水力耦合增强了，因此回路的水力稳定性下降。当然，实际设计环形网时并不是简单地将枝状网末端相连而形成的，但简单地认为环形网可以提高系统的水力稳定性显然是不准确的。特别是对于大型的多用户管网，环形网和枝状网在同样的设计条件下，其稳定性并没有显著的差别。

　　7 结论

　　7．1 随着系统形式更趋复杂和多样化，亟需确立一个通用的水力稳定性指标来探讨不同系统形式在稳定性上的差别，从而更好地指导设计和运行调节。本文采用的一个无量纲数K_s可以满足这方面的要求，它从考察各个回路的相互作用程度入手，不仅可以对传统的简单系统进行稳定性评价，还可以对各种复杂的系统形式如分布式变频泵系统以及环形网等进行分析比较。

　　7．2 适应不同的工程要求，可以通过选择合适的系统形式来达到在不影响经济性的基础上增加系统水力稳定性的上的。分析表明，采用同程系统或分布式变频加压泵等系统形式有利于提高系统的稳定性。

　　7．3 对某些系统形式，水泵特性以及定压点位置等的合理选择可以提高系统的水力稳定性，也就是说存在水泵特性以及定压点位置等与系统形式合理匹配的问题，这一点在系统设计和设备选型时需要引起注意。

　　7．4 在制定调节策略时，通过对各回路水力稳定性的分析，可以了解系统的水力稳定性情况，确定合理的调节策略，评估运行调节可能达到的效果。特别是通过分析可以找到系统的薄弱环节，从而有针对性地采取相应的措施，必要的时候需要考虑对某些回路进行解耦控制。