離心泵的變頻與節(jié)能

1、離心泵的變頻與節(jié)能摘要：作為水泵的重要參數(shù)之一，流量對(duì)于整個(gè)泵站來說具有非常重要的作用。流量的調(diào)節(jié)不僅僅可通過投入運(yùn)行水泵的臺(tái)數(shù)改變，轉(zhuǎn)速的改變可以起到相同的作用。當(dāng)前運(yùn)用的變頻調(diào)節(jié)不僅在改變水泵出水流量方面起到重要作用，而且在節(jié)能方面同樣也起到很重要的作用。論文關(guān)鍵詞：流量,轉(zhuǎn)速,變頻,節(jié)能伴隨著我國(guó)改革開放的深入和經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源短缺的問題日益顯著。作為一個(gè)用電大戶，提水泵站的節(jié)能顯的尤為重要。以東江泵站為例，一小時(shí)僅四臺(tái)電機(jī)所消耗的電能就達(dá)到4600度，而提水泵站用電的量與水泵的出水流量有著直接的關(guān)系。因此，在泵站流量不需求全負(fù)荷時(shí)，變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來改變流量在整個(gè)泵站的節(jié)能中起到至關(guān)重

2、要的作用。本文將從水泵供水功率、供水效率以及電機(jī)的效率等幾個(gè)方面來探討變頻與水泵的節(jié)能問題。2、水泵站供水系統(tǒng)工作點(diǎn)的確定2.1 工作點(diǎn)揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖1中的A點(diǎn)所示。在這一點(diǎn)：供水系統(tǒng)即滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性。供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。如閥門開度為100%、轉(zhuǎn)速也為100%（與額定轉(zhuǎn)速之比），則系統(tǒng)處于額定狀態(tài)，這時(shí)的工作點(diǎn)稱為額定工作點(diǎn)，或自然工作點(diǎn)。2.2 供水功率供水系統(tǒng)向用戶供水時(shí)所消耗的功率PG(kW)稱為供水功率，供水功率與流量Q和揚(yáng)程HT的乘積成正比，即：PG=CpHTQ （1-1）式中：Cp比例常數(shù)。圖1 供水系

3、統(tǒng)的工作點(diǎn)Fig.1 working point of water supply system由上圖可以看出：供水系統(tǒng)的額定功率與面積ODAG成正比3、 水泵的節(jié)能原理在提水泵站中，最根本的控制對(duì)象就是流量。因此，提到節(jié)能問題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種，下文以這兩種常見的方法作為比較來探討變頻在水泵節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)。3.1 閥門控制法此種方法通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變（通常為額定轉(zhuǎn)速）。閥門控制法的實(shí)質(zhì)是：水泵本身的供水能力不變，而是通過改變輸水管路中的阻力大小來改變供水的能力（反映為供水流量），以適應(yīng)擁護(hù)對(duì)流量的需求。這時(shí)，管路特性

4、將隨著閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不改變。由圖2所示，設(shè)用戶所許流量QA減少為QB，當(dāng)通過關(guān)小閘門來實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性將改變?yōu)榍€，而揚(yáng)程特性則仍為曲線，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)由A點(diǎn)移至B點(diǎn)。這時(shí)：流量減少了，但揚(yáng)程卻從HTA增大為HTB；由式二可知，供水功率PG與面積OEBF成正比。3.2 轉(zhuǎn)速控制法即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門的開度則保持不變（通常為最大開度）。轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過改變水泵的全揚(yáng)程來適應(yīng)用戶對(duì)流量的需求。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將隨之改變，而管阻特性則不變化。仍以用戶所需流量從QA減小為QB為例，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，揚(yáng)程特性下降為曲線，管路特性則仍為曲線，故工作點(diǎn)移

5、至C點(diǎn)?？梢姡涸诹髁繙p小為QB的同時(shí)，揚(yáng)程減小為HTC；供水功率PG與面積OECH成正比。兩種調(diào)控的對(duì)比可由圖2表示：圖2 調(diào)節(jié)流量的方法比較Fig.2 The comparision of flow regulation methods4、 轉(zhuǎn)速控制法節(jié)能的幾個(gè)方面4.1 供水功率的比較比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法，可以看出：在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥門控制時(shí)的小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多。兩者之差P便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積HCBF（圖2中的陰影部分）成正比。4.2 從水泵的工作效率比較圖3 水泵的效率曲線Fig.3 e

6、fficiency curve of pump水泵工作效率相對(duì)值 （2-2）式中：、效率、流量和轉(zhuǎn)速的相對(duì)值（即實(shí)際值與額定值之比的百分?jǐn)?shù)）；、常數(shù)，由制造廠家提供。與之間，通常遵循如下規(guī)律：=1式二表明，水泵的工作效率主要取決于流量與轉(zhuǎn)速之比。由式二可知，當(dāng)通過關(guān)小閥門來減小流量時(shí)，由于轉(zhuǎn)速不變，=1，比值/=，其效率曲線如圖三中的曲線所示。當(dāng)流量=60%時(shí)，其效率將降至B點(diǎn)?？梢?，隨著流量的減小，水泵的工作效率降低十分顯著。而在轉(zhuǎn)速控制方式下，由于在閥門開度不變的情況下，流量和轉(zhuǎn)速是成正比的，比值/不變。其效率曲線因轉(zhuǎn)速而變化，在60%時(shí)的效率曲線如圖中的曲線所示。當(dāng)流量=60%時(shí)，效率由

7、C點(diǎn)決定，它和=100%時(shí)的效率（A點(diǎn)）是相等的。就是說采用轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。5由電動(dòng)機(jī)的效率看節(jié)能水泵在出廠時(shí)，由于：（1）對(duì)用戶的管路情況無法預(yù)測(cè)；（2）管阻特性難以準(zhǔn)確計(jì)算；（3）必須對(duì)用戶的需求留有足夠的余地因此，在決定額定揚(yáng)程和額定流量時(shí)，通常裕量較大，所以電動(dòng)機(jī)的裕量也較大。所以，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，即使在用水量高峰時(shí)期，電動(dòng)機(jī)也常常不處于滿載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。用了變頻控制方式后，可將排水閥完全打開并適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，變頻器的輸出電壓也將下降，從而提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。圖4 水泵的軸功率曲線Fig.4 shast power curve of pump綜合起來，水泵的軸功率與流量間的關(guān)系如圖4所示。圖中，曲線是調(diào)節(jié)閥開度時(shí)的功率曲線，當(dāng)流量=60%時(shí)，所消耗的功率由B點(diǎn)決定；曲線是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的功率曲線，當(dāng)=60%時(shí)，所消耗的功率由C點(diǎn)決定。由圖可知，與調(diào)節(jié)閥門開度相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)所節(jié)約的能量是相當(dāng)可觀的。6參考文獻(xiàn)1 韓安榮主編. 通用變頻器及其應(yīng)用. 第二版