變頻調(diào)速在排污泵站的應(yīng)用及個(gè)案分析

1、變頻調(diào)速在排污泵站的應(yīng)用及個(gè)案分析 摘要：污水管網(wǎng)中水量不均及雜質(zhì)較多，導(dǎo)致水泵實(shí)際運(yùn)行狀況與理想運(yùn)轉(zhuǎn)特性有出入。為解決上述問題，實(shí)現(xiàn)泵站無(wú)人值守自動(dòng)控制要求，同時(shí)達(dá)到提高效率、節(jié)能降耗、減少維修量、降低人工及勞動(dòng)強(qiáng)度等目的，文章就變頻調(diào)速技術(shù)的原理、性能以及在排污泵站（濟(jì)南市八里橋泵站）中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；排污泵站；排污泵；變頻器 中圖分類號(hào)：tm921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0032-02 1 變頻器及其調(diào)速原理 變頻器是對(duì)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置，生產(chǎn)中較多采用交直交變頻器，這類變頻器是先把電網(wǎng)的工頻交流電通過整流器變成直流

2、電，經(jīng)過中間濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電逆變成頻率及電壓均可調(diào)控的交流電。 在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，總希望保持氣隙磁通m為額定值不變，因?yàn)槿舸磐ㄌ。姍C(jī)鐵心未被充分利用；若磁通太大，可能使磁路飽和，造成激勵(lì)電流過大，鐵損急劇增加，嚴(yán)重時(shí)損壞電機(jī)。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)基本原理可知，氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為：e=4.44fnm，只要控制e、f就可控制磁通m。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制特性說明：電機(jī)是按50hz設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出，因此額定頻率以下的調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（t=te，ppe）。變頻器輸出頻率大于50hz時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以與頻率成反比的線性關(guān)系下降，此時(shí)電機(jī)

3、負(fù)載的大小必須要給予充分考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足。因此在額定頻率以上的調(diào)速為恒功率調(diào)速。（p=ueie） 2 目前排污泵站中水泵使用存在的問題 （1）在排污泵站中安裝了格柵除污機(jī)、集水池、水泵、出口蝶閥等設(shè)備設(shè)施，日常生產(chǎn)中需根據(jù)污水處理廠計(jì)劃處理的排污量及實(shí)際負(fù)載可排量，利用水泵來調(diào)節(jié)即時(shí)排污量。在未設(shè)置變頻控制系統(tǒng)的泵站中，傳統(tǒng)方法采用出口閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。閥門雖是電動(dòng)操作，但頻繁操作易發(fā)生故障，當(dāng)閥門突然關(guān)閉，水流對(duì)閥門及管壁會(huì)產(chǎn)生壓力，由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，迅速達(dá)到最大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水錘效應(yīng)，它不僅產(chǎn)生噪聲，更嚴(yán)重的是導(dǎo)致物理性破壞，在壓強(qiáng)過低時(shí)會(huì)引起管子癟塌

4、，在壓強(qiáng)過高的瞬間可能造成管子破裂，另外，水錘效應(yīng)還可能損壞水泵葉輪及緊固法蘭等，不利于設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。 （2）一般來說，水泵配備的電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量大，而水泵在實(shí)際工作中由于不可預(yù)測(cè)的因素影響，偏離最優(yōu)工況區(qū)，造成效率下降，加之其他傳動(dòng)損失、機(jī)械損失等，不可避免地出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，使水泵經(jīng)常低效率運(yùn)行。 3 水泵的變頻調(diào)速控制 （1）利用變頻裝置對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，以水泵的q（流量）-h（揚(yáng)程）特性曲線來說明，如圖1所示： 圖1 水泵特性曲線 圖1中，線1表示轉(zhuǎn)速n0時(shí)的q-h特性；線2表示管網(wǎng)水阻特性（蝶閥全開）；線3表示管網(wǎng)水阻特性（調(diào)蝶閥開度）；線4表示n1轉(zhuǎn)速時(shí)的q-h特性。 當(dāng)水

5、泵工況點(diǎn)為m時(shí)轉(zhuǎn)速為n0，假定此時(shí)q0為90%，此時(shí)軸功率與圖1中mhmoq0的面積成正比；當(dāng)流量q0根據(jù)液位需下降到45%時(shí)，采用蝶閥減少流量（保持轉(zhuǎn)速不變）則工況點(diǎn)為n，此時(shí)軸功率與圖1中nhnoq1的面積成正比，此時(shí)流量減少，但揚(yáng)程增高，從兩個(gè)面積來看相差不大，即流量減少一半，軸功率并未減少太多。如果調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使流量降到q1滿足揚(yáng)程hp，此時(shí)工況點(diǎn)為p，對(duì)應(yīng)軸功率面積為phpoq1，從圖1中可以看出m的功率面積是p的4倍，也就是說流量q0降到q1，如用調(diào)節(jié)蝶閥的方法，軸功率減少不多，如用變頻調(diào)速的方法，軸功率減少了3/4。 根據(jù)水泵有效總功率可得：n=gqh=qh/102kw 水泵的轉(zhuǎn)矩與

6、轉(zhuǎn)速平方成正比，其流量q、揚(yáng)程h及軸功率n與轉(zhuǎn)速n遵循比例定律：流量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系；揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的二次方成正比關(guān)系；軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系。 分析看出，用調(diào)速調(diào)節(jié)流量節(jié)電效果最明顯。計(jì)算表明n降到90%，q降到90%，n降到73%；n降到45%，q降到45%，n降到9%。 （2）變頻調(diào)速排水系統(tǒng)。 圖2是排水系統(tǒng)圖，考慮到泵站的生產(chǎn)工藝及水泵特性，系統(tǒng)中采用的變頻調(diào)速技術(shù)宜在開環(huán)方式下控制。 圖2 排水系統(tǒng)圖 4 以濟(jì)南市八里橋泵站為例研究節(jié)能效果 圖2為較完善的排水系統(tǒng)圖，實(shí)際中根據(jù)生產(chǎn)工藝、周圍環(huán)境及控制水平等略有差異，下面以濟(jì)南市八里橋泵站為例說明：泵站配置110kw立式污水泵4

7、臺(tái)，均采用自耦降壓?jiǎn)?dòng)，由于日均排污量大，特別在汛期，需來回調(diào)節(jié)閥門以控制流量，像110kw大功率設(shè)備在啟閉時(shí)，電力上對(duì)電網(wǎng)、設(shè)備上對(duì)閥門的沖擊較大，易導(dǎo)致設(shè)備設(shè)施損壞，自2011年6月更換1臺(tái)110kw立式污水泵及配套變頻控制柜，產(chǎn)品型號(hào)為wla2200-11-110。 在相同外部情況下采集數(shù)據(jù)做階段性節(jié)能分析，主要分析泵在普通運(yùn)行和在變頻控制下的耗電情況，如表1和表2所示。 分析結(jié)果：在使用普通泵與變頻控制泵各連續(xù)16日之后，計(jì)算兩者差額為5334kwh，按每度電0.8元計(jì)算，16天內(nèi)節(jié)電4267.2元，一個(gè)月可節(jié)電8534.4元，一年可節(jié)電102412.8元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。 5 結(jié)語(yǔ) 由此可見，水泵采用變頻調(diào)速控制后，節(jié)電效果明顯，變頻起動(dòng)和平穩(wěn)調(diào)速，減少了對(duì)電網(wǎng)電壓的沖擊，不調(diào)節(jié)閥門也可消除節(jié)流產(chǎn)生的噪音與破壞，而且轉(zhuǎn)速下降且變化幅度不大，使水泵的運(yùn)行狀況顯著改善，降低了維修費(fèi)用，延長(zhǎng)了使用壽命，另外，控制時(shí)加減速可根據(jù)即時(shí)排污量（超聲波液位計(jì)傳導(dǎo)信號(hào)）進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高了靈活性與可靠性，保證泵站安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。 參考文獻(xiàn) 1 李亞峰，尹士君.水泵及泵站設(shè)計(jì)計(jì)算m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. 2 丁斗章.變頻調(diào)速技術(shù)