水泵、電機節(jié)能技術(shù)在水電中的應(yīng)用

陳玉萍

（新疆鄯善吐哈油田供水供電處，新疆 吐魯番地區(qū) 838202）

當(dāng)前我國大力提倡和推進節(jié)能減排工作，通過節(jié)能減排可以有效節(jié)約物質(zhì)資源和能量資源，減少廢棄物和環(huán)境有害物排放，這也為供水供電單位當(dāng)前和今后一段時期的工作指明了方向和目標(biāo)。那么，供水供電單位究竟應(yīng)該如何節(jié)能降耗，為國家的經(jīng)濟發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻呢？

1 水泵和電機的基本工作原理

1.1 水泵的基本工作原理

人們通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力，即把原動機的機械能變?yōu)橐后w能量從而達到抽送液體目的的機器統(tǒng)稱為泵。根據(jù)泵的工作原理可以劃分為離心泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵、電動泵、蒸汽泵、齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵、滑片泵、噴射泵、升液泵、電磁泵、潛水泵等。根據(jù)用途可以劃分為清水泵、渣漿泵、排污泵等。根據(jù)葉輪是否串聯(lián)分為單級和多級泵；根據(jù)水泵吸入口的是一個還是兩個分為單吸泵和雙吸泵等等。其中容積式泵是利用工作腔容積周期變化來輸送液體，葉片泵是利用葉片和液體相互作用來輸送液體。泵具有不同的用途，不同的輸送液體介質(zhì)，不同的流量、揚程的范圍，因此它的結(jié)構(gòu)形式也不一樣，材料也不同

1.2 電機的基本工作原理

電機是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機械的動力源。發(fā)電機的主要作用是利用機械能轉(zhuǎn)化為電能，目前最常用的是利用熱能、水能等推動發(fā)電機轉(zhuǎn)子來發(fā)電。按工作電源種類劃分可分為直流電機和交流電機。直流電機按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可劃分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機劃分串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機。永磁直流電動機劃分稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機，其中交流電機還可分為單相電機和三相電機機。按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分可分為直流電動機、異步電動機、同步電動機。同步電機可劃分永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電機可劃分感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機可劃分三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機可劃分單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。按起動與運行方式劃分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機、電容起動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。按用途劃分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。

2 水泵電機節(jié)能技術(shù)在水電中的應(yīng)用

2.1 水泵節(jié)能技術(shù)

水泵節(jié)能技術(shù)在我國已應(yīng)用多年，一般情況下是通過改進水泵結(jié)構(gòu)，目前我國的水泵制造技術(shù)在國際上不算落后，大型水泵、低噪聲的效率和功耗有的可以和進口水泵相抗衡。另一種常用的節(jié)能方法是提高控制水平，這是使用單位經(jīng)常應(yīng)用的，最早的控制方法就是通過關(guān)閉閥門、降低輸出來減少功耗，后來，我國引進了變頻器控制技術(shù)，此時水泵節(jié)電技術(shù)得到突破性進展。進入新世紀(jì)以后，真正的水泵智能控制系統(tǒng)不再是變頻器控制技術(shù)的演變。在有效利用變頻器的同時，水泵節(jié)電控制技術(shù)還加入了PLC、人機界面、濾波等等，都加入其中，使水泵節(jié)電更具科學(xué)化、智能化。

變頻調(diào)速節(jié)能裝置的節(jié)能原理。變頻節(jié)能技術(shù)通過流體力學(xué)原理，功率等于流量乘以壓力，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速可成比例的下降，而此時軸輸出功率成立方關(guān)系下降。即水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺水泵電機功率為55kw，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的五分之四時，其耗電量為28.16kw，省電48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的二分之一時，其耗電量為6.875kw，省電87.5%。

功率因數(shù)補償節(jié)能。無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴重，功率因數(shù)補償節(jié)能可減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

軟啟動節(jié)能。如電機為直接啟動啟動，啟動電流等于四至七倍額定電流，這樣會對機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護費用。

2.2 電機節(jié)能技術(shù)

電機系統(tǒng)節(jié)能是我國“十一五”期間十大重點節(jié)能工程之一，目前我國各類電機年耗電約1萬億千瓦時，約占全國用電量的60%左右，而電機平均效率卻比發(fā)達國家低3至5個百分比，電機拖動系統(tǒng)整體運行效率比發(fā)達國家低20個百分點。可見，電機系統(tǒng)有著巨大的節(jié)能潛力。因此，挖掘電機的節(jié)能潛力，尋找有效的降耗方法是一項重要任務(wù)。

合理選型和節(jié)能改造。一是要合理選用電動機的額定容量。國家對三相異步電動機3個運行區(qū)域作了如下規(guī)定：負載率在70%至100%之間為經(jīng)濟運行區(qū)；負載率在40%至70%之間為一般運行區(qū)；負載率在40%以下為非經(jīng)濟運行區(qū)。若電動機容量選得過大，雖然能保證設(shè)備的正常運行，但不僅增加了投資，而且它的效率和功率因數(shù)也都很低，造成電力的浪費。因此考慮到既能滿足設(shè)備運行需要，又能使其盡可能地提高效率，一般負載率保持在60%～l00%較為理想。

二是對老式電動機進行節(jié)能改造。如：更換電動機的外風(fēng)扇，將電動機的外風(fēng)扇改為節(jié)能型，對于不同型號的電動機，有對應(yīng)的節(jié)能型風(fēng)扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運轉(zhuǎn)的二極和四極電動機，改后可提高效率1%至2%左右；二是采用磁性槽楔代替原來的槽楔，用磁性槽楔進行電動機節(jié)能改造后，能夠改善電機氣隙磁勢波形，減少空載電流，改善功率因數(shù)，降低電動機的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，并減少電磁噪聲和振動，延長電機使用壽命。雖然啟動轉(zhuǎn)矩會下降10%至20%，但很適合空載或輕載啟動的電動機改造；三是采用新的絕緣材料增大導(dǎo)線截面積。對于瀝青云母帶浸膠絕緣的高壓電動機，在定子線圈大修時可采用環(huán)氧玻璃粉云母帶絕緣達到節(jié)能目的。

電動機的變頻調(diào)速節(jié)能。變頻調(diào)速節(jié)能是一種先進的節(jié)能技術(shù)，由于其良好的調(diào)速性能，穩(wěn)定的運行水平，現(xiàn)已在多種行業(yè)的電機傳動設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，成為企業(yè)進行節(jié)能降耗和降低廠用電率的主流趨勢。

電動機的降壓節(jié)能。當(dāng)異步電動機輕載時，降低其外在的電源電壓，可以實現(xiàn)節(jié)能。這是因為當(dāng)電機從滿載變化到輕載、空載時，定子電流有功分量減小，而勵磁的無功電流基本不變，則空載損耗中占主要成份的定子鐵損耗，一點沒有減少，所以效率很低。

提高功率因數(shù)節(jié)能。異步電機在運行過程中會在電網(wǎng)中吸取大量的感性無功功率，使電網(wǎng)中的功率因數(shù)被惡化，系統(tǒng)運行效率下降，可以采取無功補償?shù)姆椒ㄓ枰哉{(diào)整。在異步電動機的出線端并上適量的電容可以提高線路的功率因數(shù)。電網(wǎng)的功率因數(shù)提高后，在保證有功功率恒定的前提下，使系統(tǒng)的視在電流有所減少，降低了供電系統(tǒng)的損耗，從而有效的實現(xiàn)了節(jié)能。

綜上所述，水泵、電機節(jié)能技術(shù)還需根據(jù)供水從電單位的實際需要按需取舍，其節(jié)能技術(shù)的發(fā)展也需要在實踐中不斷地進行完善和改進。

[1]節(jié)能降耗操作手冊[J].中國電力出版社.

[2]水泵及水泵站[J].機械工業(yè)出版社.

[3]電機學(xué)[J].中國教育出版社.