水泵變頻節(jié)能方案

吳方科，常守軍，付來文

（濰坊濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東 濰坊 2 6 2 7 3 7）

水泵變頻節(jié)能方案

吳方科，常守軍，付來文

（濰坊濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東 濰坊 2 6 2 7 3 7）

為了降低循環(huán)水泵電耗，我公司在循環(huán)水供水系統(tǒng)中安裝智能性全自動跟蹤節(jié)電器。文章介紹了節(jié)電器的原理以及系統(tǒng)組成方案，并通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析它的節(jié)電效率。

水泵；節(jié)電器；節(jié)電原理；節(jié)能方案

當(dāng)今時(shí)代，能源在社會發(fā)展中的地位已不可替代。如何保持社會的可持續(xù)發(fā)展是我們必須要面對的問題。水泵作為生產(chǎn)中的一種通用機(jī)械，消耗著大量的能源。在我國，每年水泵的電能消耗占總電能的2 1%。本文介紹一種節(jié)能方案，該系統(tǒng)可根據(jù)管口瞬間壓力變化，自動調(diào)節(jié)某臺循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，使管口保持在一定的設(shè)定壓力值，并滿足生產(chǎn)需求，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。

1 運(yùn)行情況

氯化鈣廠三車間現(xiàn)有3臺2 5 0kW循環(huán)水泵（開2備1），隨著外界環(huán)境溫度和生產(chǎn)負(fù)荷的變化，對循環(huán)水流量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，通常情況下電機(jī)負(fù)荷會在1 0%～7 5%范圍內(nèi)波動。實(shí)際運(yùn)行中供水最高處為2 0m，通過檢測泵出口壓力，確定0.3 5～0.4 MP a即可滿足生產(chǎn)。我廠2 5 0kW水泵設(shè)計(jì)流量1 2 5 0m3／h，揚(yáng)程5 5m，設(shè)計(jì)裕量較大。正常情況中，一臺泵出口全開，另一臺泵用閥門控制開度在1／3左右，而閥門調(diào)節(jié)增大了管路阻力，造成電能浪費(fèi)。

2 節(jié)電技改方案

為滿足生產(chǎn)需要和節(jié)能要求，建議加裝變頻器節(jié)電系統(tǒng)，用全自動控制代替節(jié)流閥控制流量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和穩(wěn)定供水的雙重要求。

針對水泵實(shí)際工作情況，經(jīng)過多方調(diào)研，我們決定安裝智能性全自動跟蹤節(jié)電器，該節(jié)電器在國際節(jié)能節(jié)電領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平，融合歐美、日本等國的先進(jìn)技術(shù)，處于國際先進(jìn)水平。其優(yōu)勢和國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比具有以下優(yōu)勢：1）節(jié)電率高，可達(dá)3 0%～5 0%；2）維持原用電設(shè)備的工作狀況和性能；3）對電機(jī)還有延長其使用壽命的作用。

3 節(jié)能原理

1）水泵的節(jié)電原理是用全自動控制代替節(jié)流閥控制流量，這是一個(gè)節(jié)電的有效途徑。水泵的特性曲線如圖1所示。在用閥門控制額定電流Q1＝1 0 0 %輸出時(shí)，則軸功率N1與面積AH1OQ1成正比，若流量減半Q2＝5 0%輸出時(shí)則軸功率N2與BH2OQ2成正比，它比N1減少不多，這是因?yàn)樾枰朔y門阻力增大水壓所致。如果采用全自動控制，同樣流量減半輸出時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)由n1降至n2，按水泵參數(shù)比例定律畫出n2時(shí)的特性曲線，C點(diǎn)為新的工況點(diǎn)，這時(shí)軸功率N2與面積CH3OQ2成正比，在滿足同樣流量Q2情況下，軸功率降低好多，節(jié)省的功率耗損△N與面積BH2H3C成正比，可見節(jié)電效果十分顯著。

圖1 水泵的特性曲線

2）節(jié)電器核心技術(shù)就是采用進(jìn)口的特殊材料及高科技微電腦控制技術(shù)。也就是將用電設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)輸入智能化控制系統(tǒng)，它通過實(shí)時(shí)檢測電機(jī)負(fù)荷的變化情況，應(yīng)用最優(yōu)化的控制原理，動態(tài)調(diào)整電機(jī)的運(yùn)行狀況，使其與負(fù)載相匹配，從而有效地提高在低負(fù)荷和部分負(fù)荷下的用電效率，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

4 節(jié)電供水設(shè)備的系統(tǒng)組成

變頻器是整個(gè)節(jié)電供水系統(tǒng)的核心部分，其系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。變頻器接受P I D控制器的信號對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，壓力傳感器檢測管口出水壓力，把信號傳給P I D控制器，通過P I D控制器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于所選節(jié)電器本身具有P I D調(diào)節(jié)功能，可以不選用外置P I D調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)更加平穩(wěn)。

圖2 節(jié)電供水系統(tǒng)組成

5 本方案優(yōu)點(diǎn)

1）節(jié)能，減少使用電流及線路損失。可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電2 0%～3 5%，能實(shí)現(xiàn)綠色用電。并增加變壓器用電容量。

2）安裝方便，可直接在配電柜內(nèi)安裝，投入少，效率高。

3）配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠，對電機(jī)有過流、堵轉(zhuǎn)、欠壓、過壓、短路等保護(hù)功能。

4）運(yùn)行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用，并且循環(huán)水泵的壽命大大提高。降低線路溫升，強(qiáng)化用電設(shè)備安全，確保生產(chǎn)連續(xù)性。

5）能實(shí)現(xiàn)節(jié)電運(yùn)行模式與工頻運(yùn)行模式的自由切換。當(dāng)節(jié)電器出現(xiàn)故障，切換到工頻模式，確保生產(chǎn)連續(xù)性。

6）本節(jié)電器硬件采用國外進(jìn)口配件，確保節(jié)電器安全性及可靠性。

7）無極全自動控制，并避開機(jī)械共振點(diǎn)，減少運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。

8）本方案綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)顯著，實(shí)現(xiàn)全自動控制，免人工操作。

9）本節(jié)電裝置采用先進(jìn)矢量控制，能自動跟蹤水泵電機(jī)最佳節(jié)能工作點(diǎn)，普通V／F控制法無法自動跟蹤工作點(diǎn)。

6 節(jié)電效果分析

6.1 投用情況

節(jié)能改造前，2臺水泵正常運(yùn)行時(shí)電流4 2 0A，單臺每小時(shí)用電量2 2 3.8k W h；節(jié)能改造后，根據(jù)安裝電度表實(shí)際測量不同運(yùn)行頻率下的測量數(shù)據(jù)如表1。

表1 不同運(yùn)行頻率下的測量數(shù)據(jù)

在滿足工藝要求前提下，2臺全開，工頻5 0H z運(yùn)行時(shí)，節(jié)電率（2 2 3.8－2 1 5）／2 2 3.8＝3%節(jié)電不明顯；變頻4 5～4 6H z運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)電率（2 2 3.8－1 7 0）／2 2 3.8＝2 4%。

只開1臺，在5 0 H z運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)電率（2 2 3.8×2－2 7 6）／2 2 3.8×2＝3 8.4%。

6.2 效益分析

節(jié)能改造后，每年可節(jié)約電費(fèi)3 8.7萬元。安裝2臺節(jié)電器約投資2 5萬元，其投資回收期不超過8個(gè)月。節(jié)電器最低使用期限1 0年，有著較好的長期經(jīng)濟(jì)效益。

T M 3 4 4.6

B

1 0 0 5－8 3 7 0（2 0 1 2）0 4－4 4－0 2

2 0 1 2－0 6－0 4

吳方科（1 9 7 3—），畢業(yè)于青島化工學(xué)院，現(xiàn)任濰坊濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)院工程師。