水泵變頻節能技術分析與應用

曹 潔,鐘江靈

（洛陽中重鑄鍛有限責任公司,河南 洛陽 471003）

0 引言

據相關資料顯示，我國的泵類配套電機的耗電量在全國總耗電量中所占的比例在20%左右。但是，泵的實際運行效率確實十分的低下，有的水泵運行效率甚至連30%都達不到，而且，最不容忽視的就是現有的泵對能源造成的浪費確實十分巨大的。所以，在泵行業中采取有效的節能措施是十分有必要的。

1 水泵的節能原理

依據工作的需要，對水泵運行時工況點的流量、位置以及揚程等參數進行合適的調整，就會滿足新的工作需要。水泵的工作點是由管道的阻力曲線R-Q與水泵的性能曲線H-Q的交點來確定的。所以，這兩條曲線中的任意一條的位置或者形狀發生了變化，水泵的工作點位置就會隨之發生變化。因此，從原理上來說，泵工作點的調節是通過改變R-Q曲線或者H-Q曲線來實現的。

如圖所示（圖1），水泵的管道阻力曲線1同特性曲線3的交點A就是水泵運行時的工況點。利用閥門對其流量進行控制調節時，隨著閥門的關小，流量也會隨之相應的減少，這就使得閥門的摩擦阻力增大。當管道阻力曲線由曲線1移至曲線2時，水泵的運行工況點也由A變成了B，但是揚程卻由He上升至了H2，流量Q由Qe降低到Q1；若進行變速調節，在曲線1保持不變的情況下，泵的特性曲線就取決于轉速的大小，將曲線3移至曲線4的位置，泵的運行工況就從A移至到了C，揚程由He降至H3。

我們可以通過以下公式得出：泵的功率與轉速的立方成正比。假設，將轉速下降1/2，那么功率就會下降1/8。可以說功率同轉速成立方次的降低關系，所以說，降低轉速是快速降低運行功率的一種切實可行的方法。

例如圖2所示的泵的運行效率曲線，因為A、B運行工況點的轉速是相同的，所以A、B兩點會在同一條曲線上，而C點是在轉速調整后的曲線上。由于B、C兩點的流量是相同的，從圖上可以看出B點的運行效率是遠小于C點的運行效率的。這就進一步說明轉速的改變對泵工作效率的改變有著密切的關系。

2 泵類常見的幾種調速方法

正如我們所想的一樣，泵類調速的方法有很多。通過不同層面的比較，我們會得出這么一個結論：變頻調速在這些方法中是綜合性能最好的一種方法。變頻調速自身的低頻轉速、工作效率、動態響應、抗干擾能力等方面的優越性是其它方法無法比擬的。

在國外的泵行業，變頻調節技術發展、應用的非常快。經過大量的實踐證明，應用變頻技術來調節泵的工作，其節能效果是十分顯著的。其主要的優點有以下幾點：

（1）調速范圍廣，其調速范圍通常會到達20:1，而且在調速允許的范圍內均具有較高的調節效率；

（2）調節效率高。如果泵采用變頻調節技術，其節能量相對于之前來說是相當可觀的。可以說變頻調節技術是一種十分高效的調速方法；

（3）對泵的相關調節閥、管道等的使用壽命均有延長的作用，部件的使用壽命延長，相應的就會使部件的維修、更換費用降低，大大減少了人力、物力的投入；

（4）軟啟動的實現，使得泵在啟動時對電網的沖擊力減小，當泵停止工作時可以實現軟停車，十分有效的防止了水錘現象的出現；

（5）應用變頻調節在一定程度上對噪音的減小有限制作用。

（6）變頻設備一旦發生故障，泵可以立即退出運行，并改為電網直接對其進行供電，這對泵的持續工作不會帶來太多的影響。

3 變頻技術的實際應用

我們以55kw大型水泵為例。對于類似這種運行工況范圍變化較大的泵，我們要采用變頻節能技術對其進行改造。依據其額定功率的大小，選擇水泵專用變頻器、相配套的專用風機對其進行改造。假設我們改造完成后其市場價在三萬元左右。如果按改造后可節約用電量35%來計算的話，一臺每天運行10小時以上的水泵一年可節約用電的費用在四萬元以上，即一臺改造后的水泵可以在不到一年的時間里將成本收回。 所以，運行工況的范圍是相對較大的泵類，采用變頻節能技術改造是十分有必要的。

但是，變頻器調節法不是萬能的。對于自身成本較低的家用或者小型泵站使用的潛水泵等，一般不建議采用這種初投資大、改造復雜的的變頻器節能技術。因為變頻器的價格和水泵本身想比，變頻器的價格遠高于水泵自身的價格，而且不是短期的成本回收期。所以，對于運行工況不經常改變或者運行工況變化范圍小的泵，采用變頻調速節能的技術也不是其降低能耗的最有效方法。

4 變頻調速泵應用時要考慮的因素及目前的行情

4.1 變頻調速泵應用時要考慮的因素。

（1）水泵的工藝特點對調速范圍的影響。

（2）定速泵對調速范圍的影響。

（3）電機效率對調速范圍的影響

4.2 目前的行情

經過大量的市場調研，我國的變頻技術只有在近幾年才有了大幅度的發展。相比于前幾年價格高的變頻技術而言，如今的變頻技術正在向節能、環保、可持續發展的方向改進，而且變頻器的價格也日漸降低，性價比也在不斷提高，這是變頻技術得以推廣的一個重要因素。但是還有一個最不容忽視的問題那就是成本問題，如果能夠研發出價格低廉、性價比高的變頻器，能夠使得變頻器的投資，在短時間內得以將成本收回，相信變頻器的應用會更加的普遍。現在，世界上一些先進國家的變頻技術正在向可靠性能高、功能多樣化、變頻器小型化、抗公害等方面發展。而我國變頻器的市場也在向世界看齊。相信泵變頻調速技術必將會得到廣泛的應用。

5 結束語

變頻技術在水泵行業的大量應用，原因在于其擁有顯著的節能效果、安全可靠的工藝和性能良好的調速效果等優點。現如今的社會，正在向資源節約型、環境友好型的社會轉變，能源的節約是世界廣泛關注的一個問題。把如今的電子電力技術同先進的計算機技術融合起來，形成的節能高科技裝置勢必會得以推廣，而且這對把勞動的生存率升高以及節能減排有著十分重要的意義。

[1]宋春霞.變頻調速技術在泵、風機上的節能應用分析[J].犁教育學院學報，2004(02).

[2]汪書蘋,盛明珺,胡丹.風機泵類高壓變頻改造的節能分析及計算方法[J].電力自動化設備,2011(03).