有關(guān)變頻水泵節(jié)能問題的分析

劉國軍

河北省廣電局機關(guān)服務(wù)中心，河北 石家莊 050031

在低碳經(jīng)濟發(fā)展的大背景下，我國泵類配套的電動機耗電量約為全國消耗總電量的20%，但是由于水泵運行效率偏低，造成嚴(yán)重的資源浪費行為。如何加快水泵運行的節(jié)能性，已成為當(dāng)前必須思考的話題。

1 水泵變頻調(diào)速技術(shù)原理

有關(guān)變頻調(diào)速技術(shù)的運行原理，主要根據(jù)交流電動機的運行原理，與其轉(zhuǎn)速關(guān)系密切相關(guān)，公式分析如下:

在該公式中，f代表水泵電機運行過程的電源頻率（Hz）；p代表電機中的極對數(shù)。只要對電動機的定子繞組電源頻率進行均勻化的改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)電動機同步轉(zhuǎn)速的平滑改變；電動機的轉(zhuǎn)速緩慢，軸功率就會隨之降低，同時電動機的輸入功率也有所減少。

2 水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

當(dāng)前，我國水泵節(jié)能系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，主要處于開環(huán)狀態(tài)之下，也就是通過人為操作方式，遵循外界條件變化、工藝變化等，對變頻器的頻率值進行更改，以達到調(diào)速目標(biāo)。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，可主要包括調(diào)節(jié)器、壓力測量變送器、變頻調(diào)速器以及控制對象四大部分；對于該系統(tǒng)的控制過程，首先利用壓力測量變送器，測量水管的出口壓力，將該數(shù)值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號[1]；其次，利用調(diào)節(jié)器與事先設(shè)置的控制指標(biāo)進行對比，發(fā)現(xiàn)其中存在的偏差；最后，通過調(diào)節(jié)器將該偏差值進行運算與調(diào)節(jié)，獲得調(diào)節(jié)信號。系統(tǒng)設(shè)計要點如下:

2.1 水泵的高效區(qū)運行

1）有關(guān)水泵的選擇，一般在高效區(qū)使用，避免出現(xiàn)大馬拉小車的浪費現(xiàn)象；

2）水泵運行呈曲線模式，也就是說，隨著流量的不斷增大，揚程有所降低；同時注意控制水壓力的波動性，確保出流穩(wěn)定，更利于節(jié)能技術(shù)的落實；

3）結(jié)合管網(wǎng)的水力計算，實現(xiàn)選泵的優(yōu)化，確保在高效區(qū)穩(wěn)定運行。在計算水泵運行相關(guān)參數(shù)時，應(yīng)考慮到水泵在長期運行中葉輪產(chǎn)生的磨損，提高安全系數(shù)的適用性；但是選泵不能過大，否則可能造成低效運行，耗能量增加；

4）如果調(diào)速泵處于額定轉(zhuǎn)速下工作，則應(yīng)處于水泵高效運行的末端。由于選擇調(diào)速泵時主要參考秒流量數(shù)據(jù)，則工作點就是符合秒流量的工況點，但是在管網(wǎng)中涉及秒流量的時間非常短暫，大多水泵處于低于設(shè)計值的工況下運行[2]。如果水泵的工作點處于高效區(qū)的末端位置，那么水泵就可實現(xiàn)高效、穩(wěn)定運行，達到最佳節(jié)能效果。

2.2 多臺泵組運行

一般情況下，離心泵在高效區(qū)運行，流量范圍處于1-0.5Q之間；但是以實際運行情況來看，水量的變化受到不同因素的影響，因此呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)；那么在設(shè)計變頻調(diào)速泵組過程中，就應(yīng)充分考慮這一實際問題，才能確保水泵的高效、穩(wěn)定運行；經(jīng)大量實踐經(jīng)驗表明，選擇若干大小不同的水泵，采取并聯(lián)運行方式，是一種效果良好的方法，在用水量較少的情況下，可采取小泵和氣壓罐聯(lián)合供水模式[3]。

2.3 水泵的優(yōu)化配置

1）在用水量并不大的情況下，可以選擇1臺工頻泵、1臺變頻泵、1臺備用泵三臺輪換的方式，每臺泵按照60%的設(shè)計流量進行選擇，這樣就可確保高效運行階段與低需求運行階段的優(yōu)化配置；

2）如果需要應(yīng)用集中供水模式，則精確計算用水量，采取大泵與中泵聯(lián)合運行的模式，同時也要采取小泵和氣壓罐的組合供水模式。在運行過程中，根據(jù)用水量的實際情況進行調(diào)整，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，實現(xiàn)低效運行目標(biāo)；

3）在冷卻塔補水運行中，供水遵循一定規(guī)律，因此基本不會出現(xiàn)零流量供水狀態(tài)，應(yīng)用變頻調(diào)速泵組，主要根據(jù)冷卻塔臺數(shù)，采取一工一備、兩工一備等方式。

3 水泵變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

一般情況下，水泵調(diào)速涉及到減速問題，如果應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，那么原本采取工頻狀態(tài)下設(shè)計的電機或水泵，其運行參數(shù)將面臨較大變化。另外，定速泵、管路特性曲線等也會對變頻調(diào)速運行產(chǎn)生影響，如果出現(xiàn)超范圍調(diào)速現(xiàn)象，將難以實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)[4]。因此，即使應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，也不能無限制地進行調(diào)速，一般變頻調(diào)速不得低于額定調(diào)速的1/2，具體數(shù)值根據(jù)實際情況確定。

1）定速泵的影響作用

從理論上來看，在水泵調(diào)速的高效區(qū)運行，主要在工頻高效的左右端點位置，處于拋物線中間區(qū)域；如果水泵運行的轉(zhuǎn)速有所降低，則泵的效率也隨之下降，如果運行的工況點超出了區(qū)域，則不適宜采取調(diào)速節(jié)能方式。

2）水泵工藝的影響作用

從以往變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的實際情況來看，大多供水系統(tǒng)采取多臺水泵聯(lián)合供水模式，但是由于成本較高，難以實現(xiàn)所有水泵的調(diào)速運行，以調(diào)速泵和定速泵混合運用模式為主。在這種情況下，就應(yīng)確保二者和諧、高效運行，實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化。但是在這種模式下，調(diào)速泵的運行范圍出現(xiàn)變化，可分為兩種形式討論[5]:其一，同型號的水泵。在采取一調(diào)一定運行方式時，調(diào)度較為靈活，但是不能確保定速泵與調(diào)速泵同時處于高效運行狀態(tài)，調(diào)速范圍相對較小；其二，不同型號的水泵。在采取一調(diào)一定運行時，如果能確保調(diào)速泵的高效運行，可與定速泵的高效運行相一致，適當(dāng)調(diào)整最大范圍[6]。