水泵变频调速节能技术

水泵变频调速节能技术（13篇）

1.水泵变频调速节能技术 篇一

染整设备中风机、水泵变频调速

主持人:欢迎进入《百花苑》. 从风机、泵类用电设备实际管网运行情况来看,风机、泵类(以下简称机泵)耗电有效功率仅占30%～40%,60%～70%的电能都消耗在调节风门、阀门及管网的压力降上,再加上实际负载常有变化及工程设计裕量大,造成“大马拉小车”,因此,机泵实际应用的.总效率是很低的.

作 者：陈立秋  作者单位： 刊 名：染整技术 英文刊名：TEXTILE DYEING AND FINISHING JOURNAL 年，卷(期)： 29(10) 分类号： 关键词： 

2.水泵变频调速节能技术 篇二

对于供水系统来讲, 最大的生产成本就是水泵电动机的耗电电费, 节能降耗是自来水公司管理工作的重中之重。统计表明, 给水工程中的电费约占供水成本的50 %～80 %, 而水泵电动机的电费占总电费的95 %左右。在实际运行中, 大多数水泵的效率<60 %, 泵站的综合效率<50 %, 能源浪费严重。因此, 在能源供应日趋紧张的今天, 如何运用水泵供水节能技术, 使水泵能保持高效运行, 以降低电动机的耗电量, 对于提高自来水公司的经济效益具有重大意义。

1 节能原理

目前, 绝大多数的水泵采用恒速电机拖动, 当水量发生变化时采取阀门节流的办法来调节流量, 因而电能浪费严重。利用改变电动机转速的方法可改变水泵的工作特性, 从而使其适应供水系统工况变化幅度较大的情况, 达到节能降耗的目的。在各种调节方式中, 调节水泵的转速是降低能耗的最好方式。其原因在于改变水泵的转速且转速在80 %～100 %范围内变化时, 泵体内的水流速度与转速成正比, 流量与转速比成正比, 扬程与转速比的平方成正比, 轴功率与转速比的3次方成正比, 即:

Q=Q0 (n/n0) (1)

H=H0 (n/n0) 2 (2)

P=P0 (n/n0) 3 (3)

式中:n0——额定转速;Q0——额定转速时的流量;H0——额定转速时的扬程;P0——额定转速时的轴功率;n——调速后的转速;Q——转速n时的流量;H——转速n时的扬程;P——转速n时的轴功率。

由 (3) 式可以看出, 若转速降低20 %, 轴功率将降低48.8 %, 节电效果十分显著。转速在80 %～100 %的范围内变化时, 泵的效率基本不变。水泵调速之后, 可以得到对应于不同转速下的新的最佳工况点。不调速时, 只有1个最佳工况点, 调速后得到1条最佳工况线。这样, 就扩大了水泵运行适应工况的范围, 水泵容易在最佳工况区运行, 可减少能耗。

水泵调速可以通过很多途径来实现, 其中变频调速是目前最理想的一种。我们知道, 异步电动机的转速与电源频率f成正比, 与电动机极数P成反比, 见 (4) 式和 (5) 式:

n= (1-S) 60f/P (4)

S=P0 (n1-n) /n1 (5)

式中:S——异步电动机的转差率;n1——异步电动机的同步转速。

由 (4) 式可以看出, 均匀地改变电动机定子绕组的电源频率f, 就可以平滑地改变电动机的转速。电动机转速变慢, 轴功率就相应减小, 电动机的输入功率也随之减小, 这就是水泵变频调速的节能原理。为了保持调速时电动机的最大转矩不变, 需要维持电动机的磁通恒定, 因而要求定子绕组电压也要作相应的调节。过去在变频技术特别是高压变频技术尚未成熟时, 我国曾推广过液力偶合器、电磁调速电机、调压调速电机等以滑差损耗为代价的低效率调速方式。例如液力偶合器是一种以油为介质的滑差传动装置, 油传递功率时不仅消耗能源, 而且产生滑差丢转数, 一旦发生故障只能停产检修。而以变频调速为代表的高效调速方式, 既无滑差损耗, 又有旁路措施, 可实现平滑无级调速, 精度高、启动电流小, 容易实现生产过程的自动控制, 具有安装容易、操作简单、调试方便等优点, 即使装置发生故障, 可随时切回原工频运行方式。

2 高压电动机的变频调速方式

2.1 高-低-高压型

先通过1台降压变压器将高压变为低压工频电源, 输入低压变频器, 然后将变频器输出的低压变频电源通过1台升压变压器变为高压, 提供给高压电动机变频调速。该方式的缺点是升压变压器必须采用非晶态合金磁性材料, 在非正弦变频工况下, 效率低、功率因数低、高次谐波大、成本高, 现已被淘汰。

2.2 高-高压型

它通过多支高压变频器件串联方式, 实现高压频率直接转换。多支高压变频器件串联的变频装置, 其缺点是串联器件的均压问题不好解决, 可靠性差、造价高。如青海格尔木盐业有限公司引进的4台6 kV、500 kW高-高压IGCT串联型变频装置, 已有两台发生高压击穿, 其修复费十分昂贵。

2.3 多重化型

它通过一种特制的变压器将高压降为不同电角度的低压, 经多台 (6 kV为15台, 10 kV为27台) 低压变频器叠加成高压。其优点是输出波形接近于正弦, 高次谐波较低;缺点是变压器结构复杂、效率低、成本高, 特别是所用元器件的数量是普通低压变频器的10余倍, 致使发生故障的概率增大。如抚顺电厂购买的两台6 kV、1 250 kW多重化变频装置, 其中1台已发生故障停用, 至今尚未修复。

2.4 低压型

电源高压经输入变压器降压后供给低压变频器, 将原来的高压电动机更换为普通低压电动机, 以实现低压变频调速。虽然采用该方式成本较低, 但低压变频器高次谐波大 (近5 %, 而GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》要求6～10 kV电网≯4 %) , 普通低压电动机的绝缘又比较脆弱, 长期在脉冲频率下运行将加速绝缘老化, 甚至发生击穿或烧毁事故。况且同等容量的低压电动机的机座一般要比高压电动机的机座小, 势必因底座尺寸小且轴中心高度低而不得不重打地基或另加底垫, 还因轴径细需要更换对轮等, 甚至影响机组的动平衡, 给现场改造带来一定的困难。

2.5 内反馈型

该方式是传统的串级调速类型的一种, 不论内反馈还是外反馈, 都是基于绕线电动机的晶闸管变频调速方式。虽然内反馈型曾经起过很重要的作用, 但在高、低压笼型电动机变频调速技术均已成熟、价格大幅度下降, 变频器已从第1代晶闸管、第2代GTR、GTO, 发展到第3代IGBT、IGCT的今天, 基于绕线电动机的内反馈型晶闸管变频方式已经落后, 在价格上也失去了优势。况且同等容量的内反馈绕线电动机结构复杂, 效率低, 加工周期长, 其机座也比原高压电动机机座大, 势必因底座尺寸和轴中心高度等问题需重新打地基, 还要更换对轮甚至更换水泵, 施工周期也长。

此外, 内反馈方式还存在高次谐波大、功率因数低、调速范围窄、逆变器易遭颠覆等缺陷。例如某市自来水公司的1台6 kV、300 kW供水泵电动机, 最初安装的是内反馈调速装置, 因其电抗器噪声太大、电刷粉尘污染环境、故障频繁, 于2005年停运并改用变频调速装置。值得指出的是, 对于大量运行中的高压电动机来讲, 若将其淘汰换成别的电动机, 确实是一种资源的浪费。因为高压电动机的绝缘强度高、坚固耐用, 而且内风冷条件较好, 某些特性甚至超过变频调速专用电动机。

3 TG系列高-低压变频调速集成装置

3.1 工作原理

其原理如图1所示。该装置主要由3部分组成:绕组为特殊连接结构的多功能降压变压器T;低压变频器LF;由原高压电动机HM改制而成的特殊低电压电动机HM, 尤其是改制后的电动机HM和变压器T是该方式的核心。上述3部分再加上工频/变频切换开关Qc、Qf、Qw等, 实现变频调速装置的集成化。

鉴于低压变频器的高次谐波多接近于5 %, 而GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》针对6～10 kV用电设备高次谐波的限定值为4 %, TG系列高-低压变频调速集成装置利用绕组为特殊连接结构的多功能降压变压器, 来吸收变频过程中的高次谐波, 可将高压侧的高次谐波降至3 %以下。改制后的电动机HM功率不变、外形尺寸不变、绝缘强度不变, 定子工作电压降低, 输入定子的工作电流增加。由于工作电压降低, 而绝缘强度不变, 所以, 电动机HM的寿命大大延长。由于外形尺寸不变, 现场施工量大为减少, 改造十分方便。

3.2 技术特点

(1) 多功能降压变压器采用特殊的连接结构, 具有吸收谐波功能, 完全达到了GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》中6～10 kV用电设备高次谐波<4 %的规定。

(2) 低压变频器LF采用名牌变频器, 其工作性能稳定、可靠, 而且价格低廉, 大大提高了装置的可靠性。

(3) 原高压电动机HM改装后, 即可由低压变频器进行调速。由于改装后高压电动机运行于低压状态, 可以大大提高电动机的寿命, 且施工方便、节约资金。

(4) 由于采用了特殊连接结构的多功能降压变压器, 改装后的电动机可直接在工频下启动。

(5) 该变频技术可满足不同功率、不同电压、不同转速的高压电动机实现变频调速的需要。

(6) 采用的多功能变压器、低压变频器、改装后的高压电动机均为耐用设备, 变频控制柜全部采用低压元件, 加之系统的优化控制和多种保护功能, 因而运行安全可靠。

(7) 多种控制模式。该系列产品均可实现恒压控制、变压控制、手控/自控切换、变频/工频切换、短时升频超速运行等多种控制功能。

(8) 成本低, 工期短。设备成本比国内外的高压变频装置低20 %～30 %, 施工周期也仅为其1/2～1/4。

4 结语

变频技术在水厂的应用情况表明, 水泵采用变频调速不仅节电, 降低生产成本, 而且减少起动时对电网的冲击, 操作简便省力, 还能改善工作环境。转速降低后噪声降低, 磨损减小、寿命延长, 维修量也减小。此外, 容易实现自动化, 可根据生产工艺的要求使流量控制得更为准确快速。

摘要：论述了水泵高压电动机变频调速的节能原理和变频调速方式。介绍了TG系列高一低压变频调速集成装置的工作原理和技术特点。

3.水泵变频调速节能技术 篇三

【关键字】中央空调；变频节能

1.原系统简介

中央空调系统的主要设备和控制方式：冷冻系统：主要由3台90千瓦电机组成，1用2备；另有2台30千瓦电机为过渡季节使用，1用1备；冷却系统：主要由3台90千瓦电机组成，1用2备；另有2台30千瓦电机为过渡季节使用，1用1备。

2.原系统的运行问题

中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。所以节能的潜力就较大。

目前空调循环水系统采用调节阀门的方式调整管网的流量，改变冷冻水和冷却水的流速，从而保证机组和冷却塔进、出水口的温差，满足负荷变化的要求，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成管网末端达不到预期效果的情况。

另外，水泵采用的是软启动方式，电机的启动电流均为其额定电流的3～4倍，一台90KW的电动机其起动电流将达到500A，在如此大的电流冲击下，接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水锤现象，容易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件费用。

3.节能改造的可行性分析

因此，从节约能源和降低维护费用的角度考虑，需对水泵循环水系统进行改造，我们将采用以质量可靠、功能强大的变频器为主，配以高性能、高可靠的PLC控制站组成的新一代集散型控制系统，实现自动化控制和远程监控，实现空调系统的高效，低能耗运行，提高水泵有效利用率，减少看护人员、延长水泵电机使用寿命，减少事故停机时间，提高自动控温的能力。从而大大提高后勤保障的安全生产、降低生产成本。

4.节能改造的具体方案

（1）主电路的控制设计

根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用，保持原有系统的优点，保持整个系统的稳定性，在此基础上增加新的功能，更注重选用成熟的、先进的、同时有能及时供货和便于日后维护的设备和技术。

原冷却机组和冷冻机组各有三台90KW电机（有软启动器控制启停），两台30KW电机。改造后一台90KW的动力电缆改接到变频柜，变频器出线经铜排分五路，分别至另外四台泵的就地开关切换箱，和经过接触器直接到该台泵电机。另外四台泵的开关切换箱分别接入原工频电缆和新的变频电缆两路电源，由控制箱的开关切换接触器，既可以变频启动，又可以在特殊情况下通过原方式工频启动运行。

（2）功能控制方式

我们采用SIEMENS公司成熟的MM430系列水泵专用变频器和S7-200系列PLC来实现自动化控制和远程监控，并可在上位机显示所辖工段的工艺流程图，工艺参数，电气参数，及设备运行状态。通过触摸屏设定工艺参数，控制电气设备。

變频控制系统实现了以下功能：

（a）变频器控制冷却水泵和冷冻水泵启停。变频器分别设置90kW和30kW两套参数，启动水泵时自动判断选择配置参数。

（b）变频器实时监测水泵运行状态。触摸屏和操作员电脑均能显示变频水泵的当前运行参数，如电压、电流、频率、进水、出水温度及出口压力。

（c）自锁保护功能。当一台水泵运行时，运行信号会同时送至PLC，PLC分析判断后送将信号送至就地柜，同一组其他水泵无法启动，可以防止多台水泵启动，导致变频器过负载。

（d）系统可以选择手动和自动两种运行状态。手动运行时，根据实际情况设定变频器运行频率。自动运行时PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的流量，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和流量，减缓热交换的速度以节约电能。

5、技术改造后的运行效果比较

（1）节能效果

进行技术改造后，系统的实际节电率与负荷状态、天气温度变化等因素有一定关系。根据以往运行参数的统计与改造后的节能预测，平均节能应在20-30%以上。经济效益十分显著。

（2）对系统的正面影响

由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停，消除了原来启动时大电流对电网的冲击，用电环境得到了改善；消除了启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害；消除了原来直接启停水泵造成的机械冲击，电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少，机械部件的使用寿命得到延长；由于水泵大多数时间运行在额定转速以下，电机的噪声、温升及震动都大大减少，电气故障也比原来降低，电机使用寿命也相应延长。

由于采用了温差闭环变频调速，提高了冷冻机组的工作效率，提高了自动化水平。减少了人为因数的影响，大大优化了系统的运行环境、运行质量。

6、结束语

4.水泵机械节能总结 篇四

我司柳东、柳南、城中水厂于2006年将取水泵全部更换为KSB的OMEGA型单级双吸离心卧式清水泵，共11台。该批水泵的轴封形式全部选用填料密封，外接清水用于填料冷却及润滑（原水浊度高，水泵循环水不宜用于填料冷却及润滑）。

经过几年的使用，我们发现在使用过程中存在如下几个问题：

1.1轴封漏水大，填料压盖调整困难；

1.2更换填料需要拆除泵盖，增加维修人工及维修强度；

1.3填料切制合适与否受人为因素影响太大，密封质量不易控制；

1.4不锈钢轴套磨损大，更换成本高。

鉴于以上问题，我司认为有必要将KSB的OMEGA型取水泵的填料密封更换为机械密封，可在一定程度上降低水厂值班人员及水维部人员的工作强度及密度，也可在一定程度上达到节能降耗的目的。2.理论分析

机械密封与填料密封相比存在以下优缺点：

2.1优点：

2.1.1密封可靠，在长期运转中密封状态很稳定，泄露量很小，其泄露约为填料密封的1%。

2.1.2使用寿命长，在油，水介质中一般可达1～2年或更长。

2.1.3摩擦功率消耗小，其摩擦功率仅为填料密封的10%～50%。

2.1.4轴或轴套基本上不摩损。

2.1.5维修周期长.端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需要经常性维修。

2.1.6抗震性好，对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感。

2.1.7适用范围广，机械密封能用于高温，低温，高压，真空，不同旋转频率，以及各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封。

2.2缺点：

2.2.1结构较复杂，对加工要求高，成本较高。

2.2.2安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技术水平。

2.2.3发生偶然性事故时，处理较困难。3.改造过程

3.1机械密封的选型

根据OMEGA型水泵的结构及KSB厂家推荐，并考虑到我司维护人员的操作习惯，我司确定选用博格曼的BGM7型机械密封，该机械密封为单端面、非平衡型、任意旋向，密封端面采用碳化硅及石墨，具有应用广泛、互换性强、结构紧凑、性能可靠等优点，运行参数均符合我司水泵的运行工况。

3.2机械密封各配套零件的加工

3.2.1轴套加工

因原使用填料的轴套已有较大磨损，已不适用于机械密封，故需重新加工，材料选用304不锈钢。

3.2.2挡套加工

挡套用于定位位于轴套上的机械密封的不锈钢底座，材料选用304不锈钢。

3.2.3密封压盖加工

密封压盖用于放置并定位机械密封的静环，材料选用球墨铸铁。

3.3机械密封的安装

此次改造涉及水泵较多，而我司维护人员人手有限，故采取逐厂逐台的安装计划，整个改造耗时较长。但单台泵的改造则相对简单，其简略安装步骤如下：

3.3.1水泵本身结构不变。

3.3.2拆除原水泵填料函内的填料、分水环及填料压盖。

3.3.3拆除原水泵已磨损的轴套。

3.3.4依次安装轴套、挡套、机械密封及密封压盖。

3.3.5堵死原填料密封的冷却水入水口，机械密封冷却水改由密封压盖上的进水口接入。

从上可知，改造机械密封步骤简单，一台水泵的改造需时约1周（包括水泵解体、安装及调试）。其改造难点在于其密封端面安装时受力易崩裂，造成密封失效。

4.改造效果分析

4.1机械密封改造后使用情况

在机械密封改造完成并经历了约3个月的原水高浊过程后，我们发现：

4.1.1机械密封可靠性高，轴封处无泄漏，无需进行调整，降低了员工的工作强度。同时可靠的密封也有利于提高水泵的水力性能；

4..1.2运行平稳，水泵振动与填料密封相比相差不大；

4.1.3轴套无磨损。使用填料密封轴套易磨损，导致密封质量下降；

4.1.4机械密封在运行过程中要保持有冷却高压水，水压应在0.2MPa以上，除起冷却、润滑作用外，还可有效防止异物进入密封端面。

4.2节能效果分析

更换水泵的轴封形式，从原理上说仅避免（减少）了泵壳泄漏以及填料和泵轴套间磨擦所造成的能量损耗，节能效果并不明显。从水泵改造前后的取水单耗数据来看，其下降幅度在0.5%左右。

4.3改造的经济性分析

4.3.1机械密封改造的费用估算：

水泵改造机械密封需新增机械密封压盖、机械密封挡套、机械密封、不锈钢轴套，每台泵费用约需1.8万元。因配件为自制，故费用较低，如购买原厂配件，则费用更高。

4.3.2使用填料密封的成本及人工成本估算：

①每台水泵年更换外填料4次，材料费用约为240元；

②每次每台水泵每年更换填料的人工费用约为1120元；

③根据经验，每台水泵年更换轴套费用约为2667元；

④估算年费用4027元；则11台泵总费用44297元。

4.3.3使用机械密封的配件成本及人工成本估算：

根据机场加压站的机械密封使用经验来看，其机械密封更换周期约为3年，以3年为周期计算，每个机械密封的平均价格约为3000元/个，每次换2个机械密封；换算为年费用约为2000元；则11台取水泵估算年费用约为22000元。

4.3.4取水单耗下降0.5%所节约的电费估算：

据统计，柳东、柳南、城中三水厂的取水量约为6316万m3；

按三水厂年平均取水单耗78KWh/Km3，电费0.66元/KWh计算，得机械密封改造后的年节约电费16257.38元。计算可得年节约费用为 38554.38元，改造投资回收期为：19.8万元÷38554.38元/年=5.14年。

5.结论

此次各水厂取水泵的机械密封改造的经济效益从以上的估算来看并不明显，但改造的意义甚大，主要表现为：

5.1封的密封可靠性有效提高，有利于水泵水力性能提升；

5.2降低了员工的工作强度。因KSB泵的填料压盖呈喇叭型，易与泵壳挤死，造成员工在进行拆卸工作时存在很大困难，且易于形成安全隐患；

5.新型节能污水泵综合性能探讨 篇五

新型节能污水泵综合性能探讨

一、前言 目前,工业上已成功应用的密封形式有油膜密封、机械密封、干气密封等,各种形式有其独特的优点和缺点,同时又各自有其特定的应用范围.机械密封以其材质多样、耐腐蚀、性能优良可靠等优点仍广泛应用于石油、化工、炼油、造纸、化纤以及制药等行业.但机械密封由于在设备运行过程中旋转件之间的摩擦以及摩擦副对密封介质的搅拌作用等都会产生一定的`热量,促使了密封环及端面之间的流体膜温度升高,当密封环及端面间流体膜的温度过高时就会影响密封件的正常工作,甚至造成密封面的热裂、腐蚀、泡疤或变形,从而加速了机械密封的损坏和频繁的检维修,极大地制约了装置的平稳生产.

作 者：李海潮 Li Hai-chao 作者单位：中国石油化工股份有限公司洛阳分公司刊 名：通用机械英文刊名：GENERAL MACHINERY年，卷(期)：“”(12)分类号：X5关键词：

6.中央空调系统变频节能改造方案 篇六

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刘佳畅

摘要 在我国经济快速发展的大背景下，能源（水、电、油）的消耗在企业中所占的比重越来越高，也受到愈来愈大的重视。同时由于房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。变频技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。

关键字 中央空调系统；水泵；风机；变频器

Abstract

Keywords 概述

中央空调系统在现代企业及生活环境改善方面极为普遍，而且是某些生活环境或生产工序中所必须配备的，即所谓人造环境，不仅是温度的要求，还有湿度、洁净度等。之所以要求配置中央空调系统，目的在于提高产品质量，提高人的舒适度，而且集中供冷供热效率高，便于管理，节省投资等。为此，几乎所有企业、高层商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、超市、酒店、娱乐场、体育馆等中大型建筑上都采用中央空调，它是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，但由于它的电能消耗非常之大，是用电大户，几乎占了用电量的50%以上，因此其日常开支费用很大。

中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计的，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常，中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块等部件的有机结合，可构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量。采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，使整个系统工作状态平缓稳定，更重要的是其节能效果高达30%以上，能带来很好的经济效益。中央空调系统构成及工作原理

如图1所示，中央空调系统主要由以下几个部分组成。2.1 冷冻机组

通往各个房间的循环水经由冷冻机组进行“内部热交换”作用，使冷冻水降温为5~7℃。并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。内部热交换产生的热量，通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部热交换系统是中央空调的“制冷源”。2.2 冷冻水塔

用于为冷冻机组提供“冷却水”。2.3 “外部热交换”系统

此系统由两个循环水系统组成：

1）冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。

从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降；

2）冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，促使冷却水温度升高，冷却泵将升了温的冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水，送回到冷冻机组，如此不断循环，带走冷冻机组所释放的热量。

2.4 冷却风机

1）室内风机安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。2）冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。

中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造，但冷冻水机组和冷却水机组改造后的节电效果最为理想。因此我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造，次要说明冷却风机的变频调速技术改造。3 中央空调系统变频改造的具体方案

现将淅江省嘉兴市某集团公司办公楼的中央空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍。3.1 中央空调原系统存在的问题

该集团中央空调系统改造前的主要设备和控制方式：

1）450 t冷气主机2台，型号为特灵二极式离心机，两台并联运行； 2）冷冻水泵2台，扬程28 m，配用功率45 kW；

3）冷却水泵有2台，扬程35m，配用功率75 kW，冷冻水泵与冷却水泵均采用一用一备的方式运行； 4）冷却塔2台，风扇电机11 kW，并联运行，室内风机4台，5.5 kW，并联运行。

该集团是一家合资企业，为了给员工营造一个良好的工作环境，办公楼大部分空间采用全封密的模式，因此公司大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量的要求较高。除了一些节假日外，其它时间中央空调都是全开的。由于中央空调系统设计时按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%~20%的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。原系统中冷冻、冷却水泵采用的均是Y-△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3~4 倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械部件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量、维修费用，设备也容易老化。

另外，由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度，结果只能是用大流量获得小温差。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环

境与运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。

针对上述实际情况，对该集团的中央空调系统实施了利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统的方案。主要对冷冻、冷却水泵进行了变频调速技术改造，达到节约电能、稳定系统、延长设备寿命，提高环境舒适度的目的。3.2 中央空调系统节能改造的具体方案

对该中央空调节能系统进行变频节能改造的具体装机清单如表1所列。

3.2.1 变频节电原理

由流体传输设备（水泵、风机）的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比；而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的

三次方成正比）。变频器节能的效果是十分显著的，这种节能回报是看得见的。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备，通过图2 可以直观地看出在流量变化时只要对转速（频率）稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变，此特点使得使用变频器进行调速成为一种趋势，而且不断深入并应用于各行各业的调速领域。根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率。

图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所消耗的功率差。3.2.2 系统电路设计和控制方式

根据中央空调系统冷却水系统的一般装机形式，建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套传动之星SD-YP 系列一体化变频调速控制柜，其中冷却变频调速控制柜供两台冷却水泵切换（循环）使用，冷冻变频调速控制柜供两台冷冻水泵切换（循环）使用。变频节能调速系统是在保留原工频系统的基础上改装的，变频节能系统的联动控制功能与原工频系统的联动控制功能相同，变频节能系统与原工频系统之间设置了联锁保护，以确保系统工作安全。利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，为达到节能的目的提供了可靠的技术条件。如图3所示，给出了主电路具体的改造方案。

3.2.3 系统主电路的控制设计

根据具体情况，同时考虑到成本控制，尽可能地利用原有的电器设备。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的运行方式，因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致，切换频率不高，所以冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备，通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。3.2.4 系统功能控制方式

上位机监控系统主要通过人机界面完成对工艺参数的检测，各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务；下位机PLC主要完成数据采集，现场设备的控制及联锁等功能。具体工作过程中，开机时，开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由控制冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量，同时PLC控制冷却塔根据温度传感

器信号自动选择开启台数；当过滤网前后压差超出设定值时，PLC发出过滤堵塞报警信号；送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后，用PID方式控制变频器，从而调节风机的转速，达到调节回风温度的目的。停机时，关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时15 min 后自动关闭。保护时，由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。

3.3 系统节能改造原理

变频节能系统示意图如图4所示。

1）对冷冻泵进行变频改造PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调

节出水的流量，控制热交换的速度。温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度，加大流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，减小流量，降低热交换的速度以节约电能。

2）对冷却泵进行变频改造由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。

3）冷却塔风机变频控制通过检测冷却塔水的温度对冷却塔风机进行变频调速闭环控制，使冷却塔水温恒定在设定温度，可以有效地节省风机的电能额外损耗，能达到最佳节电效果。

4）室内风机组变频控制通过检测冷房温度对变风机组的风机进行变频调速闭环控制，实现冷房温度恒定在设定温度。室内风机组变频控制后可达到理想的节电效果，并且使空调效果更佳。

3.4 系统流量、压力保障

本方案的调节方式采用闭环自动调节控制，冷却水泵系统和冷冻水泵系统的调节方式基本相同，用温度传感器对冷却（冷冻）水在主机上的出口水温进行采样，转换成电量信号后送至温控器将该信号

与设定值进行比较运算后输出一模拟信号（一般为4~20 mA、0~10 V等）给PLC，由PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块进行温差闭环控制，手动/自动切换和手动频率上升、下降由PLC控制，最后把数据传送到上位机人机界面实行监视控制。变频器根据PLC 发出的模拟信号决定其输出频率，以达到改变水泵转速并调节流量的目的。

冷却（冷冻）水系统的变频节能系统在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系，以及水泵的转速与管损平方成正比的关系。在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降 低，因此，系统对水泵扬程的实际需求一样要降低； 而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的最低需求。供水压力的稳定和调节量可以通过PID参数的调整。当供水需求量减少时，管道压力逐渐升高，内部PID调节器输出频率降低，当变频器输出频率低至0 Hz时，而管道在一设定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个原工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统、管道压力的稳定性和可靠性。中央空调系统进行变频改造的优点

变频节能改造后除了可以节省大量的电能外还具有以下优点：

1）电机起动是软起动，电流从0 A到额定电流变化，减小了大电流对电机的冲击； 2）电机软起动转速从0 开始缓慢升速，可以有效减少水泵或风机的机械磨损；

3）变频器是高性能的电力电子设备，具有较强的电机保护功能，能延长系统各部件的使用寿命； 4）使室温维持恒定，让人感到舒适；

5）经过改造后，可以使系统具有较高的可靠性，减少了环境噪音，减少了维修维护工作量。5 传动之星SD-YP系列一体化变频器的优点 1）采用独特的空间矢量（SVPWM）调制方式； 2）操作简单，具有键盘锁定功能，防止误操作； 3）内置PID功能，可接受多种给定、反馈信号；

4）具有节电、市电和停止三位锁定开关，便于转换及管理； 5）保护功能完善，可远程控制； 6）超静音优化设计，降低电机噪声；

7）安装比较方便，不用改变原有的配电设施及环境； 8）稳定整个系统的正常运行，抗干扰能力强；

9）具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能。6 结语

在科技日新月异的今天，积极推广变频调速节能技术的应用，使其转化为社会生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观的经济效益，对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。随着变频器应用普及时代的来临，不仅扩大了变频器的应用市场，而且为中央空调应用也提出了新的课题。预计在不久的将来，由于变频调速技术的介入，中央空调系统将真正地进入经济

7.水泵变频调速节能技术 篇七

电厂循环水泵系统由于水循环量大, 所用电机一般为大功率电机, 电耗巨大, 约占厂用电的10%左右[1,2]; 而且循环水泵一般为定速运行, 节流损失大, 其效率却很低, 所以对循环水泵节能改造势在必行, 也是节能减排必须解决的问题。为提高水泵的运行效率, 需对水泵进行变速调节提高水泵的调速性能。目前, 水泵调速主要有变频调速[3,4,5]、液力耦合调速[6,7]、永磁调速[8,9]三种。永磁调速驱动技术是近年来国际上开发的一项突破性新技术[10], 专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术, 具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用、极大减少整体系统振动、减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的首选。目前国内水利、电力、石化等许多领域开始采用该项调速技术并取得了较好的效益[11,12,13,14]。但针对大功率水泵电机 ( ≥1 000 k W) 的调速应用较少, 有关节能效果的现场数据也较少。本文采用大功率永磁调速器对循环水泵的节能效果进行试验研究, 所采用产品的结构有别于美国Magna Drive公司生产的盘状永磁调速器, 为新型的筒状结构, 具有结构简单、体积小、重量轻、调速范围大等优点。

1 系统概况

胜利发电厂热网系统负责胜利油田基地的集中供暖, 热网系统采暖介质为热水, 由循环水泵将加热到130℃的热水经一级管网送至基地中心区域, 在二级换热站完成低温水与高温水的换热, 为各区域内建筑物供暖。热水由130℃降至65℃后返回胜利发电厂热网首站, 将做完功的65℃ 的回水加热至130℃ 的高温热水并送至二级换热站。循环水系统的示意图如图1 所示, 采用母管制循环水系统, 由7台功率为1 000 k W和2 台功率为1 250 k W的循环水泵组成, 经5 台加热器加热后的热水经一级管网送至各二级换热站。

热网系统循环水供水流量会随着季节和负荷的变化而变化, 因此需要对泵的流量进行有效控制。为了实现节能降耗的目标, 在前期对2 号水泵进行变频调节的基础上, 对5 号泵进行永磁调速改造, 对改造后的节能效果进行对比。所用循环泵流量为2 236 m3/ h, 扬程130 m, 配套电机功率1 000 k W, 电压6 000 V, 定子电流116 A, 转速1 485 r/min。

2 永磁调速技术原理

美国Magna Drive公司生产的盘状永磁调速器为气隙调整式永磁调速器, 本文所采用啮合面调整式永磁调速器为新型的圆筒状结构, 与气隙式相比具有结构简单、体积小、重量轻、调速范围大等优点。啮合面调整式永磁调速器由筒形导体转子、筒形永磁转子、电动调节器三部分组成, 如图2 所示。其中筒形导体转子安装在电机侧, 与电机转速一致; 筒形永磁转子安装在负载侧, 位于筒形导体转子内, 其间由空气隙分开。工作原理如图3 所示, 导体转子和永磁转子可以自由的独立旋转, 当导体转子旋转时, 导体转子与永磁转子产生相对运动, 交变磁场通过气隙在导体转子上产生涡流, 同时涡流产生感应磁场与永磁场相互作用, 从而带动永磁转子沿着与铜转子相同的方向旋转, 结果是在负载侧输出轴上产生扭矩, 从而带动负载做旋转运动。通过调节器调节两者在轴线方向的相对位置, 改变两者间的啮合面积, 就可以控制传递扭矩的大小, 从而实现负载转速的变化。啮合面积大, 通过永磁调速器传递的扭矩就大, 负载转速高; 啮合面积小, 通过永磁调速器传递的扭矩就小, 负载转速低。

3 永磁调速试验数据

根据技术改造要求, 仅对5 号循环水泵进行永磁调速改造, 并与变频调速进行对比分析。用图2所示的水冷式大功率永磁调速器ALTH - 1000 代替电动机和水泵之间的刚性联轴器, 5 号循环水泵调速改造后现场照片如图4 所示。永磁调速系统根据所需供水流量和水泵转速信号, 调节永磁调速器筒形导体转子和筒形永磁转子在轴线方向的相对位置, 改变两者间的啮合面积, 调节循环水泵的转速, 从而改变水泵的供水流量。另外, 通过冷却系统对永磁调速器进行冷却, 降低温度, 并且通过温度传感器在线检测永磁调速器内各轴承处的温度, 如果出现温度过高的现象, 则报警停机检查。

3. 1 永磁调速循环水泵运行测试数据

表1 为永磁调速系统在调节电动执行器的行程时的试验数据, 可以看出通过调节筒形导体转子和永磁转子之间的啮合面积 ( 即电动执行器的行程) , 可以改变循环水泵负载侧的转速, 实现速度的调节。随着执行器行程的增加, 输出转速增加, 水泵的供水流量增加, 电机消耗的电流和功率也随之增加。由于永磁调速系统是依靠调节水泵的转速调节供水流量, 而不是依靠调节水泵出口门开度, 所以当流量增加时, 水泵出口和供水口之间的压力差变化较小, 也就是说在运行过程中节流损失大大降低, 从而达到节能的目的。永磁调速器调节特性曲线如图5 所示, 可以看出永磁调速器的调节特性线性度很好, 能满足现场生产的控制需求。

3. 2 永磁调速节能效果对比试验

为比较永磁调速与变频调速和节流调节三种方式的节能效果, 分别对永磁调速5 号泵、变频调速2号泵、工频节流调节式3 号泵在不同供水流量下的试验数据进行对比, 试验数据分别如表2、3、4 所示。

从表2、表3 可以看出在相同的供水流量下永磁调速比节流调节方式节能。以供水流量为1 700m3/ h时来说, 在供水压力基本相同的情况下, 永磁调速5 号水泵的出口压力为0. 67 MPa, 而工频3 号泵的出口压力为1. 33 MPa; 有功功率分别为453k W、907 k W, 永磁调速5 号泵比工频2 号泵的有功功率降低了50% 。工频3 号泵是定速驱动的泵, 通过调节出口电动门的开度控制水泵的流量, 这样当所需供水流量降低时, 减小电动门的开度, 出口压力就会增加, 节流损失的能量就会增大。

从表2、表3 永磁调速和变频调速的试验数据可以看出两种方式的能耗相当, 节能效果相当。在相同的流量下, 变频调速循环水泵的有功功率略大于永磁调速循环水泵, 是由于变频调速循环水泵的电动门开度较小, 使出口与供水之间的压力差增大所导致的。

虽然永磁调速和变频调速两种方式在节能效果上相当, 但永磁调速相对于变频调速具有以下优势: ( 1) 采用永磁调速后, 电机和循环水泵之间的轴连接是非接触式的, 取代了变频调速采用的刚性联轴器, 将原来的一个长轴系统变成了两个互不相连的短轴系统, 这样循环水泵一侧的振动就不会传递到电机一侧; 同时可以大大减小长轴系统对振动的放大效应。 ( 2) 永磁调速器是纯机械产品, 不像变频调速对环境的温度湿度要求高, 平均无故障时间比变频调速要长很多, 基本上是免维护的, 使用寿命也就相应延长。 ( 3) 变频调速会产生电力谐波, 对电网将产生传导干扰, 引起电网电压畸变。并且由于采用IGBT等开关器件, 会产生较强的电磁辐射, 影响周边电器的正常工作。

3. 3 改造前后节能经济数据分析

针对在实际运行中供水流量为8 200 m3/ h左右时分析改造前后的节能数据, 运行的循环水泵为变频调速2 号水泵、永磁调速5 号水泵、工频调速3、6 号水泵。永磁调速改造后结合变频调速通过调节转速满足系统的流量和压力的要求。改造前后, 根据现场采集数据统计分析, 水泵的运行功率如表5 所示, 可以看出永磁调速后节能效果明显, 节电率为11. 9% 。

按照热网系统全年平均运行时间为120 天计算, 年节电量为456 × 24 × 120 = 1 313 280 k W·h, 若电费按0. 71 元/k W·h计算, 年节约电费为1, 313, 280 × 0. 71 = 932 428. 8 元 ( 约为93. 2 万元人民币) 。如果考虑到采用永磁调速后减少了系统的振动, 减少了系统的维护工作量, 延长了轴承和密封件的寿命等因素, 效益远大于上述数据。

4 结论

胜利发电厂热网循环水系统5 号水泵采用啮合面调整式大功率永磁调速器进行调速改造后运行情况良好, 达到了预期的目的, 投运10 个月来没有发生任何缺陷和故障, 节能效果明显。

永磁调速技术是一种先进的电机调速、节能技术, 具有节能效果显著、结构简单、性能可靠、后期维护成本低、使用寿命长, 可在- 10 ~ ﹢ 50℃ 环境条件下长期安全使用等优点。通过实际应用证明, 在大功率循环水泵与风机节能方面具有较广阔应用前景。

摘要：永磁调速是目前最先进的非机械联接调速节能技术, 本文对啮合面调整式大功率永磁调速器的构成、调速节能原理和应用情况做了简要阐述;分析胜利发电厂热网系统中的大功率循环水泵进行永磁改造后的调节特性, 并与采用工频调速、变频调速两种方式的循环水泵进行节能效果的对照试验, 将其应用情况以及节电经济性进行了分析, 试验结果表明永磁调速节能效果明显, 在大功率水泵风机等场合具有广阔的应用前景。

8.水泵变频调速节能技术 篇八

【关键词】变频器；电机；调速；节能；保护

1.变频技术在绞车的应用

大多数矿井绞车轨道坡度变化较大，由于电机转速一定，在坡度较缓时，负荷减轻，电机拖动产生的能量无法被负载吸引，势必会寻找能量消耗渠道，导致电机进入再生发电状态，将多余的能量反馈到电网，引起主回路母线电压的升降，这样会对整个电网产生冲击，导致电网供电质量下降，功率因数降低，频繁的高压冲击会损坏电机，对电机没有可靠的保护功能，一旦电机损坏，造成生产效率降低、维护量加大，极不利于绞车的节能降耗，给企业造成较大的经济损失。另一方面，煤矿开采的特殊地质环境决定了绞车运行特点，在开采前期，轨道质量较好，绞车可采用工频运行，保证正常提升；在后期，由于地质作用，轨道质量变差，绞车运行环境恶化，电机若仍工频运行，势必造成不必要的损耗，这时须考虑实际工作情况，适当调节电机转速。

为了解决上述问题，可将变频技术引入到绞车控制中去。根据电机理论可知，其转速公式为：

n=60f（1-s）/p

式中p—电动机的极对数；

s—转差率；

f—供电电源频率；

n—电动机的实际转速。

从式可以看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变绞车的速度。根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率，这样可以根据负载的变化，方便的调节电机的输出功率，达到节能和提高电网功率因数的目的。同时变频调速器具有低速软启动，转速可以平滑的大范围调节，对电动机保护功能齐全，如短路、过载、过压、欠压及失速等，可有效地保护电机及机械设备，保证设备在安全的电压下工作，具有运行乎稳、可靠、提高功率因数等诸多优点，是绞车改造的理想方案。

2.绞车的变频器改造原则

（1）以提高电网质量，减小对电网影响为目标的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为了避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小绞车工作过程对电网的影响。

（2）以节能为目标的变频改造。绞车为了克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机的利用率一般在20%-30%之间，最高不会超过50%，电动机常常处于轻载状态，造成了电动机资源的浪费。为了节能，提高电动机的工作效率，需进行变频改造。

（3）以提高电网质量和节能为目标的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点，是应用中的一个重要发展方向。

在实际的应用过程中却出现了许多问题，这些问题主要集中在绞车电机的发电状态产生的能量的处理上。对于第一种情况，采用普通变频器加能耗制动单元可比较方便的实现，这是以多耗电能为代价的，这主要是因为发电能量不能回馈电网造成的。在未采用变频器时，电动机处于电动状态，电动机从电网吸收电能（电表正转）；电动机处于发电状态时，电动机释放能量（电表反转），电能直接回馈电网，并没有在本地设备上耗费掉。综合表现为绞车的供电系统的功率因数较低，对电网质量影响较大。但是在使用普通变频器时，情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流，能量不可反方向流动。上述这部分电能没有流回电网的通路，必须用电阻来就地消耗，这就是必须使用能耗制动单元的原因。对于第二种情况和第三种情况，必须妥善的处理电动机发电状态产生的电能，必须将其反馈到电网，否则造成变频运行时反而耗能。为了解决这个问题，有必要对普通变频器进行改造，在结构上引入双PWM结构的变频器，保证发电状态产生的电能回馈电网；在控制方法引入自适应控制以适应绞车多变的工作环境。

3.变频技术在水泵控制中的应用

3.1变频技术应用于水泵控制

矿井中应用较多的另一种设备是多级离心泵。电能输送给水泵电机后，电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把井下的水举排到地面。由于水泵是在井底工作，工作环境非常恶劣，传统的供电方式—全压、工频使它故障频繁，运行成本大增。一方面，水泵在工频启动时，启动电流大，电机电缆的压降较大，使得电机电缆在启动过程中的反压较高，使绝缘性能降低，每次开机都会使水泵寿命降低，大大影响了水泵的使用寿命。另一方面，水泵在正常工作时，普遍存在着电机负载率较低的情况，水泵的功率因数较低，耗电量多，“大马拉小车”现象严重。泵、电机匹配难以达到在泵的最佳工况点运行，管网效率低，电能损失高达50%以上。正是从恒压排水和节能的两个方面考虑，在排水系统中引入变频控制。

通过流体力学的基本定律可知：泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率户具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过上述分析可以知道，通过改变电动机转速可方便地改变水的流量，保证水压恒定；通过改变电动机转速，在降低水流量的同时，可有效降低系统的电能损耗。

3.2变频改造的排水系统具有的优点

（1）实现了电机软起动、自由停车。电机均通过变频器或软起动从0-50Hz作缓慢加速起动，可减少机泵因突然高速起动所带来的影响，减少了直接起动时起动电流对电网的冲击。

（2）提高了功率因数，改善了电机电源质量，电机的功率与实际负荷相匹配，系统达到节能运行的目的。

（3）消除了泵的喘振现象，使泵运行处于最佳工况状态。

（4）实现了压力自动控制，被调节量得到更平稳的调节，增强了系统的稳定性和可靠性。

目前变频调速技术应用在排水系统中，对水泵电机转速进行调节，达到稳压、稳流排水。同时软起软停的功能代替了减压启动，使电机起停平稳，减少了对电网和机械设备的冲击，不会造成管网压力、流量、流速的剧烈变化，不需要阀门截流，因此对防止汽蚀、水击、喘振极为有利，可以延长管网、泵、阀门的维修周期和使用寿命。

4.结束语

9.水泵变频调速节能技术 篇九

基于变频控制的地铁站环控系统节能效果测试

根据变频节能的`工作原理,应用前期已建立的地铁站变频控制系统,进行节能测试.通过测试结果,分析变频控制的节能效果,以达到推广目的.

作 者：张光达 何斌 王晓保 余磊  作者单位：同济大学,上海,201804 刊 名：现代城市轨道交通 英文刊名：MODERN URBAN TRANSIT 年，卷(期)：2010 “”(1) 分类号：U2 关键词：地铁环控   变频   节能   模糊控制   PID控制  

10.水泵变频调速节能技术 篇十

摘 要：介绍了三相鼠笼型异步电动机的起动方式及其不足，重点叙述了软起动技术的工作原理、优点和应用。

关键词：鼠笼型异步电动机;起动技术;软起动技术;水泵

1 电动机起动的现状

三相鼠笼型异步电动机因其具有结构简单、运行可靠、维修方便、惯性小、价格便宜等诸多优点，在农田排灌中作为电能转化为机械能的主要动力设备而被广泛采用。但由于其起动电流大，对电网的影响和对工作机械(如水泵、拍门等)的冲击力都很大，因而在起动过程中必须采取一些技术措施对起动电流和冲击力(起动电磁转矩)加以合理而有效的控制，实现比较稳定的起动，从而改善系统设备工况，有效延长系统寿命，减少故障率的发生。

异步电动机的起动问题，一直为业内人士所关注。异步电动机的起动方式从原理上讲只有两种：直接起动和降压起动。直接起动，就是将处于静止状态的电动机直接加上额定电压，使电动机在额定电压作用下直接完成起动过程。直接起动转矩大，起动时间短，起动控制方式简单，设备投资少，因此在中小型电动机的起动上得到广泛的采用。但直接起动方式也受到许多限制，主要表现在下列三个方面：

(1)起动电流可大到电动机额定电流的4～7倍，部分国产电动机的起动电流实际测量甚至高达8～12倍。如果直接起动较大的电动机，过大的起动电流将造成电网电压显著下降，影响同一电网其它电气设备和电子设备的正常运行，严重时将使部分设备因电压过低而退出运行，甚至使电力线路继电保护装置过流保护动作而跳闸，使线路供电中断。

(2)直接起动会使被拖动的工作机械受到机械性冲击，对于水泵性负载来说，过高的起动转矩对叶片、轴承、拍门等造成软性损伤(机械变形、疲劳性老化)及硬性损伤(裂纹、断裂等)是较为常见的，甚至会因水流对管道的冲击力(及反作用力)过大而产生严重的水锤效应损坏设备。

(3)直接起动要求供电变压器容量较大，而对农田排灌泵站供电的变压器容量往往达不到直接起动对电网容量的要求。

在不允许直接起动的情况下，就要采用降压起动的起动方式，即降低电动机端电压进行起动。降压起动一般有星/三角起动，定子电路中串接电阻、电抗器起动，自耦变压器降压起动及本文推荐的软起动等方法。

星形/三角形起动器是降压起动器中结构最简单、成本最低的一种，然而它的性能受到限制，主要表现在：

(1)无法控制电流和转矩下降程度，这些值是固定的，为额定值的1/3。

(2)当起动器从星形接法切换到三角形接法时，通常会出现较大的电流和转矩变动。这将引起机械和电气应力，导致经常性故障的发生。

自耦变压器式起动器比星形/三角形起动器提供了更多的控制手段，可以通过变压器抽头改变I段起动电压(典型为65%和80%两挡起动分接头)。然而它的电压是分级升高的，所以其性能受如下限制：

(1)电压的阶跃性变化(分级转换时产生)引起较大的`电流和转矩变动，同星形/三角形起动器性能限制“2”一样会导致机械、电气经常性故障的发生。

(2)有限的输出电压种类(起动电压分接头数量有限)，限制了理想起动电流的选择。因为自耦变压器式起动器控制是使用较额定电压低的电压级别进行降压起动，它控制的电机参数为电压而非电流，所以当电网电压波动及负载变化(如排灌站水位落差变化)时，起动电流曲线将显著偏离设计理想曲线，从而恶化起动性能，设备在较差的工况下将大大缩短使用寿命，增加维护成本。

电阻式起动器也能提供比星形/三角形起动器更好的起动控制。然而它同样有一些性能、使用上的限制，包括：

(1)起动特性很难优化。原因是制造起动器时电阻值是确定的，在使用中很难改变，虽然可以通过转换分接头来进行分级起动，但当级数较多时，势必增加控制系统的复杂性，而制造成本、故障率也将随之大幅度提高，所以一般电阻式起动器均在2～5级间。这样，加在电动机定子绕组上的电压、电流等主要电量参数在分级起动时仍有很大的波动。

(2)频繁起动场合下的起动特性不好。原因是在起动过程中电阻值会随着电阻的温度变化，在停止到再起动过程中需经长时间冷却过程。

(3)负载较大或起动时间较长的场合下的运行特性变坏，原因是电阻值随着电阻器温度的变化而变化。

(4)在负载大小经常变化的应用场合(如排灌站水位落差变化较大)，电阻式起动器不能提供理想的起动效果。

综上所述，传统的降压起动设备均有诸多性能限制和使用限制，越来越难以适应不断发展的电动机复杂使用场合的起动需要。

2 软起动技术的工作原理

软起动技术是在晶闸管斩波技术的基础上发展起来的，利用晶闸管斩波技术进行工频电压调节

在50Hz正弦波每个半周内固定时间(过零延时t1)给晶闸管VT1门极以一个触发脉冲，则根据晶闸管特性，在触发脉冲结束后，晶闸管将在半周内剩余时间维持导通(见图1(b)中阴影部分)，直至电压再次过零，这样只要调节VT1触发脉冲出现的时间，则输出电压u0将会在0～100%输入电压(ui)内得到调节。如果将晶闸管斩波调压技术应用于三相电源，再加入现代电子技术如单片机控制技术等即可制成软起动器，从而在大型三相鼠笼式交流异步电动机的起动上得以应用。

软起动电动机时的电压、电流特性曲线见图2。从电压特性曲线u=f(t)可以看出，从起动开始软起动器给交流异步电动机一个初始电压Ust(Ust一般在10%～60%Ue间自由调整)并在用户设定的起动时间Tst(Tst一般在1～60s范围内自由设定)内将负载电压均匀上升到电动机额定电压Ue。由于软起动器自身特有的限流功能，起动电流在起动期间始终不超过起动限制电流ILIM(ILIM一般在2～5Ie内自由设定)。

为了比较起动外特性，在此给出了应用中最常见的传统起动方式―――自耦变压器降压起动时的电压、电流特性曲线(见图3)。从图3可以看出，两级起动的两个阶段均产生很大的起动冲击电流，对电网形成冲击，而两个较大的级落电压0→Ust与Ust→Ue又会发生非常大的转矩突变，产生机械冲击。而电动机软起动时无论在电流曲线还是电压曲线上看，均已将电冲击及机械性冲击减小到最低的程度。

3 软起动技术的应用

用软起动器组成软起动控制系统可以采取两种型式：(1)在线式控制软起动系统和旁路切换式软起动系统(见图4、图5)。图中K0、K1～Kn为空气断路器;RQ、RQ1～RQn为软起动器;KM11～KMn1、KM12～KMn2为交流接触器;M1～Mn为电动机。

在线式控制软起动系统采取“一带一”方式，即每一台负载电动机的起动由相应的软起动器来完成，选用长期工作制的软起动器，可以对电动机实现起动―运行―停止的全过程控制，并且主接线及控制系统均很简捷。

旁路切换式软起动系统是多台电动机共用同一台软起动器。当一台电动机起动完成后，旁路接触器吸合将电动机转为电网供电脱开软起动器直接运行，这样软起动器在完成一台电动机的起动后可以再控制另一台电动机的起动

。旁路切换式软起动系统在控制电动机台数较多时可以大大降低系统成本，而且软起动器均工作在短时工作制，可以大大降低软起动器的故障率，唯一不足的是增加了主接线及整个系统的复杂性。

11.节能空调之变频技术 篇十一

变频空调的初衷

众所周知，早期空调主要是定速空调，压缩机以固定的功率工作，通过控制其起动和暂停，来达到调节室内空气温度的目的。这种方式的优点是简单易行，工作稳定可靠，缺点就是室内温度波动比较大，人的舒适度大打折扣。由于工作原理的限制，在制冷过程中压缩机必须频繁起停，即使气温不太高时，这种压缩机起停仍然不可避免。

不难看出这种工作方式存在很大缺陷，首先，压缩机电机频繁起动使得空调机耗电量加大（一般起动电流至少是正常运行电流的4~5倍）；其次，压缩机转子反复加速和减速使其寿命缩短；另外，调节精度有限，温度波动大。

为了改变定速空调的缺陷，空调变频技术随之诞生了。

变频空调的原理

通过以上介绍，我们知道要改变定定速空调的不足，就是要使空调机根据不同的外界环境温度，改变压缩机的转速，从而改变空调制冷量，这样就能使室内温度波动尽可能小。

要了解空调变频技术，首先要了解变频调速电机。我们知道要改变压缩机电机转速，就要实现电机调速，通常直流电机具有很好的调速性（可实现真正的无级调速），而且体积小，结构简单，但其效率较低，而且其电枢与炭刷摩擦产生换向火花，容易磨损炭刷，需要经常维护，对家用空调密闭式压缩机而言，采用直流电机难度较高，因此，家用空调压缩机目前大多采用的还是交流电机。下面就让我们看看它的工作原理。

在各种调速电机中，最为典型的是三相交流感应异步电机，这种电机定子绕组中会产生一个旋转磁场，该磁场的转速为n=60f/p，式中：为n为交变磁场转速，f为交流电频率，我国民用电为50Hz，p为绕组磁极对数。三相交流感应异步电机的转子就是在这种交变磁场力的推动下工作的，并且其转速与磁场转速存在一定的转差率，因此，改变频率f就可改变磁场转速n，也就可以改变电机转子旋转速度，变频空调就是基于这种理论而设计的。

虽然，原理比较简单，但是真正要在民用空调中实现电机调速功能还是存在一定难度的，因为民用住宅使用的不是三相电而是单相电，而单相交流电机又没有旋转磁场，也就无法使用变频率调速。因此，在空调变频技术中产生了逆变器，简单来说，它是一种利用半导体和电子控制技术，在电器线路中实现“交流—直流—交流”的控制器件。那么，利用逆变器，我们可以先将单相民用电整流成直流电，再经过滤波，然后通过六个功率开关器件组成的双极性三相逆变桥电路将直流电逆变为三相交流电，以此来驱动压缩机电机。

明白了变频原理，我们再来看一下装上逆变器的空调器是如何工作的。

首先，变频空调器的室内温度传感器检测出室内环境温度，然后与设定温度进行比较，发出一个温差电信号，控制器根据反馈的温差信号（温差大小）调制出导通或关闭逆变器功率开关的指令，该指令是具有一定频率和导通时间的脉冲电压，温差大，脉冲频率就高，压 缩机电机的旋转磁场的频率也就随之增大，电机转速就加快；反之，如果温差小，脉冲频率就低，压缩机电机旋转磁场的频率就随之减小，电机转速就变慢。这样，就实现了压缩机电机的变频调速，使得空调器制冷量大小可调。

对上述变频空调中实现变频驱动的格元器件我们称之为变频器，其基本工作原理可用图1表示。

变频空调节能探讨

通过以上介绍，我们了解了变频空调器的基本工作原理，但是究竟选购变频空调器是否划算，我们可以仔细分析一下。

过去曾经有人认为变频压缩机电机的效率比普通压缩机电机效率高，所以比较省电，其实这是一个误区。电动机本身效率并不一定得到提高，笔者通过一定的电机检测实践，发现1kW以上电机效率差异不大，况且空调器逆变器在交直交转换时还有一定的转换损耗，所以，变频空调真正省电的地方不在于此，而是在于它的压缩机电机的连续运转。前面我们讲了，压缩机起动电流至少是正常运行电流的4~5倍，普通空调压缩机难免频繁起动，对于像我国这样的空调器使用大国，其电能损耗是相当可观的，因此，我认为变频空调作为一种节能家电，在大面积全天候24小时工作的领域（如中央空调）还是有广泛的应用前景，值得推广。

12.论水泵及风机的调速节能 篇十二

在工农业生产中, 水泵、风机作为通用的机械设备, 具有广泛的应用范围, 由于使用数量多, 进而造成的电量损耗也特别大。在全国范围内, 据权威机构统计, 水泵和风机的拥有量分别为1300万台、230万台, 全国的发电规模, 1979年为2762.06亿, 工业用电量为1846.36亿, 几乎接近工业用电总量的50%, 但是其耗电量占到66.8%。水泵和风机在耗电量方面, 分别占到全国总耗电量的21%、10%, 二者之和约占全国总耗电量的31%。对于水泵和风机来说, 降低电耗的措施主要包括:一方面选择科学合理的泵与风机的型号, 同时提高其效率, 以及进行合理的调度, 另一方面通过调速进行驱动。在电力系统中, 受用电负荷变化的影响和制约, 通常情况下需要部分发电机组进行调峰处理, 在这种情况下, 大约需要对70%运行的水泵和风机进行流量调节;另外, 受季节、水温变化的影响, 同时需要对水泵的流量进行调节。目前, 我国主要通过阀门或挡板对流量进行调节, 进而降低电能的耗费。如果采用调速的方式进行流量调节, 那么可以节约大量的电能。

2 泵与风机调速节能的原理

如图1所示, 调速调节和节流调节对水泵效率的影响:

当额定转速为n1时, 离心泵的性能曲线如 (H-Q) n1, 该性能曲线与管路阻力曲线R1在A点相交, 这时额定流量、额定扬程和效率分别为Q1、H1、ηA。如果调节流量, 将其调整到Q2, 利用阀门调节的方式进行调整, 在这种情况下, 只需调小阀门, 使管路阻力曲线变为R2, 同时与 (H-Q) n1相交于新的工况点B, 此时, 对应的流量、扬程、运行效率分别为Q2、H2、ηB。如果将调节方式换成调速调节方式, 这时泵的转速会由原来的n1降到n2, 其性能曲线为 (H-Q) n2, 泵的效率曲线变为ηn2, (H-Q) n2与R1相交于C, Q2、H3、ηc分别为对应的流量、扬程和效率。

水泵的轴功率为:

式中Q、H、η、K分别代表流量、扬程、泵的效率、常数。

用阀门调解室运行于B点, 轴功率为:

其中KQ2H3为有用功率;KQ2 (H2-H3) 为阀门损失的功率;为泵本身损失的功率。

用调速调节流量时运行在C点, 轴功率为:

用调速法比用阀门节流阀节约的轴功率:

通过对 (4) 式进行分析, 可以看出:调速调节所节约的轴功率包括:阀门节流损失的功率和调速后泵扬程降低和运行效率提高所减少的泵本身所消耗的功率。

当泵的转速从n1降到n2时, 流量、扬程、轴功率按照泵的比例定律, 按下式变化:

根据 (5) 、 (7) 式得:

通过调速法调节流量, 可以节约电能。例如在流量、轴功率方面, 分别下降到80%、51%。通常情况下, 如果流量下降到50%, 那么轴功率会下降到13%。当然, 在实践生活中, 附加调速控制装置的效率的影响同样需要考虑。对流量采用调速方式进行调节, 运行工况、调速运行的时间, 以及管路系统的特性等影响着其节电效果。如图2所示, 图中给出了3种不同的管路特性曲线, 其中a的静扬程最大, c的静扬程等于零。

图3是各种管路的特性的泵轴功率, 与图2相对应。用阀门调节流量时, 泵轴功率与流量之间的关系如曲线d表示。通过对曲线d进行分析, 可知静扬程越大, 那么对应的管路特性曲线就会越平坦, 其节电效果就会不明显。

我国200MW以下的机组大多配备2台离心式循环水泵, 夏天或较热时2台泵并联运行, 冬天或较冷时1台泵运行、1台泵备用。

a-Hoa=0.75He;b-Hob=0.25He;c-Hoc=0

a、b、c分别与图2中个管路特性的轴功率曲线相对应;d———采用阀门节流时的轴功率。

图中 (H-Q) 单和 (η-Q) 是单泵运行的特性曲线, (H-Q) 并是并列运行时2台泵的合成特性曲线。A点为合成工况点, B是与A相对应的工况点, 在对并联系统进行设计的过程中, 通常情况下, 在最佳效率点附近设置B点。但是, 当1台泵停运时, 受总流量减少的影响和制约, 会降低管路系统的阻力, 在这种情况下, 会降低泵的运行扬程, 增大流量。如图4所示, 与设计工况点相比, 由于C点发生了偏离, 运行效率进一步降低。虽然采用台数进行调节也能够达到节电的目的, 但是浪费依然比较严重, 其原因在于:在调节流量过程中, 通过降低运行效率, 使泵运行在高效区。以某电厂50MW高压机组为例, 该机组配用2台3Zsh-19型循环水泵, 冬天或者气温较低的情况下, 只运行1台泵, 其转速为730r/min, 如果将2台泵并联运行, 那么在这种情况下会大大降低功率消耗, 如表1所示:

如图5所示:是容量大小不等的泵A与B并联运行的情况:

对于大泵A来说, 其额定工况通常情况下位于最佳效率点的右侧, 高效区 (ηA叟x%) 为Q=Z%~100%额定流量。采用调速泵时, 高效运行区可扩大为Y%~100%。小泵B的高效区 (ηB叟x%) 为F%~E%。通过泵A和泵B组成并联系统: (1) 当所需流量小于Y%时, B泵变速运行; (2) 当所需流量在Y%~100%之间时, A泵变速运行, B泵停运; (3) 当所需流量偶尔超过100%, B泵高速运转, 并且与A泵并联运行, 满足流量需求。

3 泵与风机调速方式概述

对于泵与风机的调速方法来说, 在交流电动机的驱动下, 可分为电气调速和机械调速两大类。如果按照电动机的类型, 分为适用于笼型转子和绕线转子的电动机, 如表2:

在选择过程中, 需要全面考虑可靠性、经济性、技术水平, 以及维修的难易程度和功率因数、谐波影响等其它指标, 进行综合性技术、经济比较, 才能作出最后决定。

4 结束语

火电厂机组的负荷是经常变化的, 需要对电厂主要的泵与风机进行相应的调节, 如果泵与风机调节方式选择不合理, 将会造成很大的能力损失, 因此随着火电厂机组容量的不断增大和电网调峰任务的增加, 对泵与风机选用经济而可靠的调节方式就显得更加必要。

参考文献

[1]黄海燕.锅炉供水系统变频调速节能改造[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2013 (05) .

[2]严俊.电机调速节能原理的教学研究——基于水塔供水节能模型[J].价值工程, 2013 (18) .

13.净水厂调速水泵选型与节能分析 篇十三

1 调速水泵应用条件

根据各地供水企业水泵调速运行经验,以下情况水泵可采取调速技术:

1)取水泵站中的水泵扬程选择,是根据原水最低水位至混合反应池的几何高度加水头损失确定的,因为原水在最低水位出现的几率很小,所以取水泵站的水泵在日常运行中,当原水水位变化较大时,水泵实际工作扬程常小于额定设计扬程,水泵有可能长期运行于低效区。

2)向配水管网供水的二级泵站中,一般都配置有多台水泵供调节水量之需,它们具有大致相同的高效区扬程和不同流量,有的甚至多台水泵皆用相同的型号。当配水管网流量发生变化时,组合台数会发生变化,就可能出现水泵运行偏离高效区,特别是当管道损失值与整个水泵工作扬程相比占有相当大的比例时,低效运行现象尤为显著。

3)大中城市不设调节水塔,配水管网扬程、流量随时变化,二级泵站水泵调速有实际意义。

2 调速水泵的选型

目前,市场上的成套调速水泵设备,生产厂家会提供两个基本参数,即该设备的最高效率点时所对应的供水量Q额和相对应的扬程H额。在实际工程中,给水系统并不总是在水泵高效区运行,如何选用调速水泵,其关键是如何确定运行参数,即确定调速水泵的Q,H和相关水泵工作曲线,下面以净水厂普遍采用的离心泵为例进行分析。

2.1Q—H曲线与高效率区

如图1所示的离心泵Q—H工作曲线,n0为水泵的额定转速,A0～B0曲线段为离心泵不调速时工作的高效率区,当水泵的转速改变时,转速为n1时的高效率区为A1～B1段,转速为n2时的高效率区为A2～B2段。根据相似定律,KA=HA0/QA02,KB=HB0/QB02,则水泵转速n改变时,其高效率区位于抛物线H=KAQ2与H=KBQ2所包含范围内,因此选择的调速水泵,其运行的工况点必须落在该高效区内。

2.2 调速水泵参数确定

调速泵运行参数须考虑扬程H、流量Q、调速比K。设调速水泵在额定转速为n0时所对应的额定流量和额定扬程分别为Q0,H0;转速为n设时,调速水泵提供的流量与扬程分别为Q设,H设;Kn为调速比,Kn=n设/n0,下面以图2为例进行调速水泵选型的分析。

1)不设定速泵,只设调速水泵。

水泵调速后,水泵工况点仍沿着离心泵装置管道特性曲线移动,若调节的转速n设能满足工况点(Q设,H设)在高效区AOC范围内,说明调速水泵能很好地适应供水系统,反之就应根据Q设,采取调整管道特性曲线或考虑另选其他型号调速水泵从而使工况点落在高效区内。

调速水泵选型条件:a.工况点(Q0,H0)在高效区AOC范围内;b.(H设/HA)1/2≤Kn≤(H设/HC)1/2。

2)设调速水泵的同时,还设同型号定速泵并联运行。

在此种情况下,除需考虑1)中所述的情况外,还应考虑定速泵的高效区范围,调速泵运行的工况点应在定速泵工作的高效区范围内。

调速水泵选型条件:a.工况点(Q0,H0)在高效区AOC范围内;b.HC≤H设≤HA;c.(HC/HA)1/2≤Kn≤1。

因大部分离心泵的调速范围在0.85～1,即最小调速比Kn=(HC/HA)1/2在0.85以上,低于0.85的很少,所以可以先通过估算调速比0.85来预选调速泵,然后进行校核。

3)设调速水泵的同时,还设不同型号定速泵并联运行。

在此种情况下,除需考虑1),2)中所述的情况外,还应考虑不同型号定速水泵的高效区范围,此时调速泵运行的工况点,应在不同型号的定速泵共有的高效区范围内。

设有两台不同型号定速泵,其额定转速下的高效区内扬程变化范围分别为(HC1,HA1),(HC2,HA2)。

设HC3=max(HC1,HC2);HA3=min(HA1,HA2)。

调速水泵选型条件:a.工况点(Q0,H0)在水泵并联工作共有高效区范围内;b.HC3≤ H设≤HA3;c.(HC3/HA3)1/2≤Kn≤1。

综上所述,调速水泵和定速水泵都运行在高效率区范围内,是调速水泵选型的基本条件。

3 调速水泵节能分析

3.1 节能效率

调速水泵转速为:

调速水泵轴功率为:

调速后的节能效率为:

由上式可知:设定的扬程值越大,节能效率E越小;水泵Q—H特性曲线越平缓,节能效率E越小。调速水泵最优化选择时,可从以上两点着手,选择节能效率大的调速泵。

3.2 节能费用

1)供水企业除了考虑是否要调速外,尚需考虑因调速而投资增加部分的回收,在通常情况下,回收期为2年可认为较合理。若调速装置费用为T,因调速而节约的电费为A,若T/A≤2,则可认为该机组可立刻改造;若2<T/A<5,则可认为该台机组应列入改造计划,限期改造;若T/A≥5,则应通过其他更经济的手段使水泵运行效率提高。

2)因调速而节约的电费A公式推演如下:高1 m的水柱,作用在底面积上的压强为0.009 806 3 MPa。设水泵的效率为100%,则水泵供应量Q=1 000 m3,进出压强差为1 MPa水柱时所作的功:W=9.806 6×103×103×1/0.009 806 3=1 000.028×106 J=277.79 kW·h。设水泵的实际效率为η,则水泵实际消耗的能量为WX=277.79/ηkW·h。

在水泵的工作曲线上有一高效区。调速时取高效区平均值作为水泵调速后的运行效率,并顾及到电动机的效率,设为ηav,则电动机所消耗的能量为:277.79/ηavkW·h。

水泵在实际工作中,由于流量和扬程的变化,其工作点会偏离高效区,这时每1 000 m3,每MPa的消耗能量一定比上式大,其差值即意味着采用调速技术后应能节约的能量值。

在水泵的年运行记录中,可以统计出水泵工况点(Qi,Hi)和该点所对应的效率值ηi及该值在全年中所出现的频率Ci,故节约的电能可用下式计算:

由于Qi=CiQ年(Q年为水泵全年的供水量)。

故上式又可写为:(277.79/ηi-277.79/ηav)HiCiQ年。

考虑到每kW·h的单价为K,则全年中,因调速而节约的电费为:

参考文献

[1]柯水洲,张云,尚耀宗.变频调速水泵几个问题的探讨[J].给水排水,2001,27(9):75-76.

[2]许保玖.给水处理理论[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.30-31.