泵的節(jié)能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù) 降低能耗

1、泵的節(jié)能：調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù) 降低能耗你知道嗎？泵大約消耗了工業(yè)用電的1/3 。而自2002年以來(lái)，工業(yè)用電的電費(fèi)一直持續(xù)增長(zhǎng)，至今已經(jīng)增長(zhǎng)了約50%。因此，德國(guó)企業(yè)越來(lái)越重視實(shí)施節(jié)能措施。據(jù)了解，在泵組設(shè)計(jì)達(dá)到最佳的情況下，如果泵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以按照工作需求進(jìn)行自動(dòng)功率匹配，則可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60%的節(jié)能。 在一臺(tái)泵的壽命周期中，能源費(fèi)用平均要占到總費(fèi)用的45%。而除了能源費(fèi)用和投資費(fèi)用之外，還有維修和維護(hù)費(fèi)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)營(yíng)、維護(hù)與維修費(fèi)用約占“壽命周期費(fèi)用”（縮寫：LCC）的30%。而投資、安裝以及其他附加費(fèi)用則只占25%。顯而易見(jiàn)，能源費(fèi)用在泵的整個(gè)壽命周期費(fèi)用中占有非常大的比例。因此，研究泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)

2、能有著非常重要的意義。 圖1 泵是最大的工業(yè)耗電者。在泵組設(shè)計(jì)達(dá)到最佳的情況下，如果泵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以按照工作需求進(jìn)行自動(dòng)功率匹配，則可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60%的節(jié)能在工業(yè)應(yīng)用中，不管是用于冷卻系統(tǒng)、運(yùn)輸化學(xué)液體抑或是供水，泵都不需要隨時(shí)進(jìn)行滿負(fù)荷工作。所以，對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，泵具有極大的節(jié)能潛力。這種節(jié)能潛力首先在于實(shí)際需要的液體輸送功率與泵組消耗電量的比例關(guān)系。雖然一臺(tái)泵可以在很寬泛的工作范圍內(nèi)提供所需要的流量和壓力，但經(jīng)濟(jì)合算的運(yùn)行只有在最佳的運(yùn)行點(diǎn)內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，這樣的運(yùn)行很少能夠?qū)崿F(xiàn)，尤其是在需求不斷變化的工作情況下。如果不能按照需求進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，就意味著高額消耗了驅(qū)動(dòng)能量，因而運(yùn)營(yíng)費(fèi)用也就較

3、高。 泵消耗30%的工業(yè)用電 德國(guó)KSB公司為6臺(tái)泵設(shè)計(jì)了Movitec Pump Drive系列泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器（圖2）。在大輸送量和高壓力的情況下，在循環(huán)能耗不斷變化的地方，新研制的具有內(nèi)插式泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器的高壓泵，可以按照需求對(duì)傳輸功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。 圖2 Pump Drive泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器按照實(shí)際功率的需求對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行精確的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，在任何負(fù)荷情況下，只輸出實(shí)際需要的功率一個(gè)可能的應(yīng)用領(lǐng)域是塑料加工企業(yè)的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)。在這種企業(yè)里，每臺(tái)機(jī)器的流量變化很大，因此，必須提供規(guī)定的冷卻水量才能保證塑料制品的質(zhì)量。在實(shí)際運(yùn)行條件下， 雖然通常情況下只需要傳送很小的功率，但泵卻永遠(yuǎn)是以滿轉(zhuǎn)數(shù)工作的。通

4、過(guò)采用高能效泵可以大幅度降低工業(yè)中的能耗，泵消耗掉了工業(yè)中大約30%的電能。根據(jù)德國(guó)能源局（dena）的信息，單是泵一項(xiàng)，德國(guó)企業(yè)每年的節(jié)能潛力就可以達(dá)到150億kWh。 通過(guò)前瞻性的設(shè)計(jì)，在前期就可以考慮到有效減少能源費(fèi)用，這將對(duì)壽命周期費(fèi)用產(chǎn)生巨大的影響。在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇泵時(shí)，不僅所需要的功率起著決定作用，更重要的是要考慮到運(yùn)營(yíng)方式。運(yùn)營(yíng)方式是指?jìng)魉筒煌墓β仕枰倪\(yùn)行時(shí)間。而選擇合適型號(hào)的泵，關(guān)鍵是要看傳送量Q（m3/h）的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及所需要的輸送高度H（m）。 圖3 在未經(jīng)調(diào)節(jié)的泵上，最經(jīng)濟(jì)合算的工作范圍是緊緊圍繞最佳效率點(diǎn)的。依據(jù)實(shí)際需求，利用泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器，可以對(duì)傳送功率進(jìn)行自動(dòng)的

5、無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，保證泵即使在部分負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中也一直貼近最佳效率點(diǎn)工作具有最佳總效率的企業(yè)，是那些泵在最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳總效率的企業(yè)（圖3）。假如預(yù)期運(yùn)行條件波動(dòng)很大，可以按照工作需求通過(guò)轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)能源效率優(yōu)化。Pump Drive轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器通過(guò)傳感器可以連續(xù)記錄變化情況，并按實(shí)際需求對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。即使在一個(gè)設(shè)備上有多臺(tái)泵并行工作時(shí)，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)也可以大大降低每臺(tái)泵的能耗（圖4）。利用這種方式，泵的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用大約可以降低60%。 圖4 Pump Drive泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器可以部分的直接安裝在泵電機(jī)上、開(kāi)關(guān)柜里或者墻壁上，也可像圖中所示安裝在設(shè)備范圍內(nèi)節(jié)能可以寫進(jìn)計(jì)劃中 其實(shí)，泵的轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)可以在

6、設(shè)計(jì)時(shí)就進(jìn)行深入且詳細(xì)的探討。但是，到目前為止，這些問(wèn)題還沒(méi)有得到令人滿意的解決。 （1）如何能夠保證在供給網(wǎng)的任意位置上都能提供恒定的流量和壓力，不管當(dāng)時(shí)其他部分的運(yùn)行條件如何？ （2）一臺(tái)泵可以單獨(dú)完成所需要的輸送量和壓力嗎，還是需要投入多臺(tái)泵？在這種情況下如何能夠達(dá)到整個(gè)泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行？ （3）采用多臺(tái)泵的設(shè)備是否也能夠?qū)⒈玫墓β拾聪鄳?yīng)的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整？如果泵用預(yù)計(jì)的恒定輸送功率或者用于帶有瞬間峰值消耗的情況下，應(yīng)依據(jù)何種標(biāo)準(zhǔn)？ 到目前為止，建筑上的因素根本未能得到考慮。特別是在工業(yè)設(shè)備上，這種變動(dòng)成了一個(gè)持續(xù)不斷的過(guò)程：管道設(shè)備的擴(kuò)建、拆除和改造，增加接口，更換或廢止某些耗能大的用

7、戶，這些都在持續(xù)不斷地改變著整個(gè)供應(yīng)網(wǎng)的液壓性能。多年以后，這里往往可能已發(fā)展成為一個(gè)雜亂無(wú)章的復(fù)雜系統(tǒng)，而這些東西在設(shè)計(jì)技術(shù)上是根本無(wú)法再加以考慮的。 冷卻水的供應(yīng)實(shí)例可以表明，無(wú)級(jí)泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)是如何實(shí)現(xiàn)傳輸功率按照實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)的。 冷卻水供應(yīng)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié) 為了能夠在與其他網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)的某個(gè)位置上提供恒定的壓力，KSB公司研制的泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器可以采用與傳輸流量相關(guān)的額定值跟蹤進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。這意味著，功率的調(diào)節(jié)可以針對(duì)設(shè)備上某個(gè)指定的點(diǎn)進(jìn)行，這樣就可以使所需要的值保持恒定，而泵的功率則也可按照當(dāng)時(shí)的需求進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的模擬輸入端，泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器可以經(jīng)過(guò)管網(wǎng)上不同位置上的傳感器采集到測(cè)量值。比如

8、在設(shè)備的某個(gè)點(diǎn)上，可以保持所需要的流量或者壓力。 有時(shí)候，大型供應(yīng)網(wǎng)會(huì)反復(fù)進(jìn)行擴(kuò)展和修改，或者部分拆除。這樣，液壓性能也就隨之改變，設(shè)備的特性曲線有朝一日就會(huì)變得和設(shè)計(jì)時(shí)不一樣。同樣，尚未被發(fā)現(xiàn)的隱藏變化也會(huì)產(chǎn)生影響，比如管道內(nèi)壁上的結(jié)殼會(huì)使管道的橫截面逐漸變小。而泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器會(huì)記錄下這些變化，并對(duì)傳輸功率進(jìn)行相應(yīng)的糾正。 在并行工作的泵中，如果有一個(gè)泵被打開(kāi)，則把其余各臺(tái)泵的輸出量相加（Q1+Q2+Qn），從理論上就可以得到傳輸總量Qges。但是，這個(gè)公式并沒(méi)有考慮到總輸出功率是取決于相應(yīng)設(shè)備的特性曲線走向的。在多臺(tái)泵共同運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)向部分負(fù)荷方向偏移，因而偏離了最佳效率。運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，偏

9、離最佳運(yùn)行點(diǎn)對(duì)能源費(fèi)用造成的影響也越大。這時(shí)，泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器會(huì)對(duì)傳輸功率進(jìn)行平衡，使所有運(yùn)行的泵都在接近各自最佳的效率點(diǎn)附近工作。 當(dāng)一套設(shè)備采用多臺(tái)泵工作時(shí)，可以保證所有泵負(fù)荷均勻。而泵的交替運(yùn)行也可以防止主泵負(fù)荷過(guò)高，防止其余泵可能會(huì)出現(xiàn)的停機(jī)損失。在要求有設(shè)備冗余度的情況下，泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器可以選用同一規(guī)格的，這樣在主泵出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)啟動(dòng)另一臺(tái)泵作為主泵運(yùn)行。 轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器可進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控 圖5 泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整既可以通過(guò)機(jī)殼內(nèi)置的圖形操作單元進(jìn)行，也可以用筆記本電腦進(jìn)行除了對(duì)輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)之外，裝有電機(jī)的泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器還可以進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控，并可對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。用于多泵設(shè)備的泵轉(zhuǎn)數(shù)調(diào)節(jié)器出廠時(shí)絕大部分都預(yù)先編好了參數(shù)，因而泵設(shè)備可以按照“即插即用”的原則