水泵節(jié)能改造技術(shù)在我單位的應(yīng)用與分析

陳正翰

摘 要：隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)雖然有了長足進(jìn)步，工業(yè)設(shè)備電器化突飛猛進(jìn)。但是電力能源的浪費卻也相當(dāng)驚人的。有關(guān)資料報導(dǎo)，我國水泵系統(tǒng)實際運行效率僅為設(shè)計的30%至40%，因為使用效率如此低，所以損耗的電能非常大，造成很大的浪費。這是由于許多拖動水泵的電機(jī)處于恒定轉(zhuǎn)速的運行狀態(tài)，而實際運行過程中水流量、揚程隨時間、使用情況、負(fù)荷情況變化而變化，往往會出現(xiàn)大功率系統(tǒng)帶動小水流量的供水系統(tǒng)，造成大量的能源浪費。因此，搞好水泵的節(jié)能工作，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。 這種現(xiàn)象我單位也同樣存在，為響應(yīng)國家號召節(jié)能降耗，通過查閱資料根據(jù)本單位具體情況制定具體合理的節(jié)能方案成為我們的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：水泵節(jié)能；系統(tǒng)；浪費；調(diào)節(jié)

1 調(diào)節(jié)閥門節(jié)能的工作原理

根據(jù)GB12497《三相異步電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運行》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)實施監(jiān)督指南中的計算公式，采用擋板調(diào)節(jié)流量的水泵輸入電功率與對應(yīng)流量的關(guān)系：

從這兩個公式我們可以看到，對于“大馬拉小車”通過調(diào)節(jié)閥門減小流量，使得電機(jī)負(fù)載變小了，消耗的功率也比額定功率要小，事實上實現(xiàn)節(jié)能。

但是用閥門控制流量來節(jié)能會相應(yīng)增加管路的阻力，由于電機(jī)仍在額定轉(zhuǎn)速下運行，這時能量消耗較大，如果通過變頻調(diào)速就可以把閥門開到最大使管路的阻力降到最小從而進(jìn)一步減低能量消耗。

2 水泵變頻調(diào)速運行的節(jié)能原理

根據(jù)離心泵的特性曲線公式：N=RQH/102η

式中：N——水泵使用工況軸功率（kw）；Q——流量（m3/s）；H——揚程（m）；R——輸出介質(zhì)單位體積重量（kg/m3）；Η——泵效率（%）。

由公式得出b米揚程時泵的軸功率Nb和c米揚程時泵的軸功率Nc，兩者之差為：

如果使用閥門控制流量就會造成有功功率被損耗浪費，且閥門關(guān)小流量下降時，此損耗沒有因為流量下降而減小，反而增加了。而用轉(zhuǎn)速控制時，由于流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速的成正比，即Q1/Q2=n1/n2；揚程與電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比，即H1/H2=（n1/n2）2；軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成正比，功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，即P1/P2=（n1/n2）3。如果使用變頻調(diào)速的方法，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，那么在轉(zhuǎn)運同樣的工況下，原來消耗在閥門上功率就全避免，從而利用變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法取得良好的節(jié)能效果。

3 變頻調(diào)速的基本原理

根據(jù)交流電動機(jī)工作原理中轉(zhuǎn)速關(guān)系：

n=60f（1-S）/p

式中：f ——水泵電機(jī)的電源頻率（Hz）；p——電機(jī)的極對數(shù)；S——轉(zhuǎn)差率。

從公式可以看出：如果想改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，只能通過改變電機(jī)極對數(shù)P、改變轉(zhuǎn)差率S、改變電源頻率f來實現(xiàn)。而改變P不能實現(xiàn)平滑連續(xù)的轉(zhuǎn)速變化，且很難實現(xiàn)所以不適用。改變轉(zhuǎn)差率S獲得的轉(zhuǎn)速差很有限，也不適用。而通過均勻改變電動機(jī)的電源頻率f，就可以平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。在需要電動機(jī)轉(zhuǎn)速變慢時下調(diào)f，軸功率就相應(yīng)減少，電動機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。

4 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

系統(tǒng)由受控電機(jī)、變頻調(diào)速器、電流互感器 、調(diào)節(jié)器四部分組成。變頻系統(tǒng)的控制原理為：由電流互感器實時測量出泵用電機(jī)的運行電流，并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號（此信號約為4～20mA的電流信號）反饋給調(diào)節(jié)器與設(shè)定的控制指標(biāo)進(jìn)行比較得出偏差值。其比較結(jié)果由調(diào)節(jié)器按預(yù)先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運算得出調(diào)節(jié)信號，將此調(diào)節(jié)信號送至變頻調(diào)速器，變頻器再根據(jù)些調(diào)節(jié)信號將輸入為50Hz三相交流電變成輸出為電壓不高于380伏、頻率低于400赫茲的交流電供給水泵電機(jī)，使水泵的運行適用于當(dāng)前工況。

5 節(jié)能計算

以我單位一臺NK125-400/343型離心泵為例，額定流量250m3/h，揚程35m；配備電動機(jī)額定功率37kW。根據(jù)運行要求，水泵每天10小時連續(xù)運行，全年運行時間在180天。揚程、功率都過大，屬于典型的大馬拉小車。

不安裝變頻器也不控閥門系統(tǒng)直接過載停運：

W0=37×10×180=66600kW·h

（以37kW作為其此狀況下的運行功率運算）

控閥門W1=20.1×10×180=36180kW·h（20.1kW）

同工況下安裝變頻控制器不控閥門：

W2=18.5×10×180=33300kW·h（18.5kW）

實際變頻啟動運行過程中還可以減少大電流對設(shè)備的沖擊，降低能耗，相應(yīng)延長設(shè)備的使用壽命。

實時節(jié)約數(shù)W0-W1=30420kW·h

W0-W2=33300kW·h

每度電按0.875元計算，則每年控閥門可節(jié)約電費2.662萬，變頻控制可節(jié)約2.914萬。變頻設(shè)備投資37×1600=59200；在不采用控閥門情況下投資回收期2年。和控閥門相比較其節(jié)能量只耗10%左右。考慮到閥門與變頻裝置的成本，對我單位來說相對的節(jié)能價值并未得到充分體現(xiàn)，也許這只是個例。

6 結(jié)語

現(xiàn)在泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速實現(xiàn)節(jié)能運行受到普遍重視。政府機(jī)關(guān)更應(yīng)該帶頭推廣。我單位使用證明，變頻器用于泵類設(shè)備驅(qū)動控制場合也確實能取得顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。在滿足了正常使用要求的同時提高了設(shè)備效率，降低了能耗，直接和間接經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。需要說明的是事實上從節(jié)約的角度來看并不適用于每一個單位系統(tǒng)的改造。隨著科技的發(fā)展，社會的進(jìn)步相信會有更多更好的辦法來促進(jìn)和發(fā)展我國的節(jié)能事業(yè)，造福后代。

參考文獻(xiàn)：

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