離心泵變頻調速及節能技術探討

李庭福　 馬華明/ .寧夏固海揚水管理處龍灣泵站 .寧夏水利電力工程學校

離心泵變頻調速及節能技術探討

李庭福1馬華明2/1 .寧夏固海揚水管理處龍灣泵站 2.寧夏水利電力工程學校

對于離心泵的選型依據就是根據在生產的過程中可能出現的最大的負荷，比如說最大的流量和揚程來選擇合適的離心泵的。但是在實際的運行過程中，我們有時候是需要對離心泵進行相應的調整的，因為當生產情況發生改變了，所傳輸的流量就不能達到原本的設計要求了。本篇文章筆者將主要就離心泵的變頻調速和節能技術進行詳細的探討。

離心泵；變頻調速；節能技術

在離心泵的實際運行的過程中，往往會由于實際工況的改變而不能夠做到滿負荷的運行，所以就會造成系統效率低、電能消耗很大的現象［1］。當然在近幾年，煉油廠在離心泵的節能方面也做了不少的工作，比如說合理的選型和配套等。但是離心泵由于定轉速電機傳動。用閥門調節造成的浪費現象并沒有得到有效的解決，而如果想要切實的實現節能技術，就必須要對離心泵實行變頻調速。

一、離心泵的相關概述

離心泵是一種通用流體機械，它被廣泛的應用于化工工業系統之中， 它具有的優點也是十分的多，比如說：它的性能適應范圍很廣（當然也包括流量、壓頭及對輸送介質性質的適應性）、結構構成簡單、體積比較小、操作難度小、所需要的費用也很低等。通常情況下，我們所選擇的離心泵的流量、壓頭可能會和管路中要求的不一致，或著則是由于生產任務、工藝的要求發生了一定的變化，不管是怎樣的情況，只要是出現了不適合的現象，都要求對泵進行流量調節。而所謂的這些流量調節的實質其實就是改變離心泵的工作點。

離心泵的工作點是由泵的特性曲線和管路系統特性曲線一起來決定的，因此，改變任何一個的特性曲線都可以達到流量調節的目的。

二、 離心泵的變頻調速及節能效果

對于離心泵出現的高耗能的問題，我們最常用的方法就是通過調節泵出口閥門的開啟度來進行調節的，然后再通過出口節流來控制相應的流量，但是我們會遇到這樣的問題，那就是當泵的效率下降的比較快的情況下，就很難讓泵再恢復到以前的那種狀態了，而且也不能夠在情況很復雜的地區使用［2］。所以如果是面對這樣的問題的話，最簡單可行的方法，就是對泵速進行相應的調節，改變泵的轉動速度。這樣不僅可以代替閥門的作用，而且也可以減少管路的一些損耗。

對于離心泵的調速方法有很多種，主要包含了：變極調頻、變速調頻、串級調頻、無換向器等等。在這么多種的調速方法中，其中變頻調速被用到的是最廣泛的，不管是在老機器還是新機器中，都會被大量的使用到的。

（一） 變頻調速的相關原理

我們所說的變頻調速實際上就是改變電動機的轉速的。它主要是通過變頻對三相交流電的控制來得以具體的實現的，我們可以參考下面的公式來進行理解：

在上面的這個公式里面，n代表的是電機轉速；f代表的是電源的頻率，Hz；s則是轉差率；p是電機極對數。我們從這個式子里面可以看得出來，轉速n和頻率f它們之間的關系是呈現正比例的函數關系，借助于這個公式，我們肯定就能夠發現，通過改變轉速，就是可以改變離心泵的揚程還有它的流量的。

對于泵的調頻節能原理，我們可以參考下圖，因為它的變頻調速是可以通過調整揚程和流量而得以實現的。如圖一：

圖一　離心泵變頻調速揚程H與流量Q的變化關系曲線

（H-Q）1它表示的是泵在調速時的流量和揚程的變化關系；（H-Q）e則表示的是泵在而定的轉速下揚程和流量的變化關系；Hs代表的是泵的靜止揚程；R1則是泵出口閥完全開放的時候的管道的阻力曲線；He和Qe代表的是泵的額定揚程和流量；R2是泵出口閥節流控制時候的管道阻力曲線；Hb和He、Q1為調節后的揚程和流量。當流量通過泵出口閥來進行調節的時候，流量從是Qe變化到了到Q1，而管阻則是由R1變化成了R2，揚程的變化是從He變為Hb。

面積OHbBQ1可表示Pb，如果泵的全部出口閥都打開，那么就會改變泵的轉速，通過對轉速的改變進而再去調節流量，則（H-Q）e曲線會平行下移到（H-Q）1，管道的阻力曲線R1和這條曲線會相交在C點，面積OHCCQ1就表示了的泵的軸功率Pc。我們很直觀的看到了流量是由Qe調節到了Q1，當然因為不同的調節方式，完全會出現不一樣的結果的。當Pc＜Pb，我們就依據離心泵的相似性原則，即：Q2/Q1=N2/N1，H2/H1=（N2/N1）2，P2/P1=（N2/N1）3.得出這樣的結論，那就是我們通過變頻調速的運行來調節流量，那么節能效果一定是十分的顯著的。

（二）離心泵變頻調速技術的應用

我們所了解的變頻調速，其實對于它的變頻調速的范圍是比較寬泛的。當我們在實施變頻調速的時候，當轉速控制在70％以上的時候，系統的效率變化看起來變化的比較小；但是轉速低于額定轉速的40％-50％的時候，系統的效率往往變化，也就是下降的會很明顯，所以這個時候其實它的節能效果也并不好。我們可以通過公式的應用來計算出電動機的實際功率：具體公式表示如下：

a） 當轉速下降20％甚至是小于20％（f＞=40Hz）時，

b） 當轉速下降大于20％的時候，泵效將會發生變化，這個時候，我們是可以采用回歸方程的

在第三個式子里面，PN代表額定的功率；P指的是實際的功率，而F代表電源的實際頻率。

（三）離心泵變頻調速的實際應用及節能效果

在很多的煉油公司，離心泵是被經常使用到的，就拿用到這些設備的一個公司來作為例子。這個公司現在擁有泵用變頻調速電動機的數量是6臺，而且幾乎都是在上個世紀九十年代購入的，所以到目前也大概都超過了十年。下面的表格就是這六臺離心泵變頻調速發動機前后使用情況的相關對比：

從這個表格中我們很清楚的就能夠發現，在使用了變頻調速之后的電動機，它的電流下降了40％-70％，相應的功率也減少了類似的比例。這六臺變頻調速電動機的額定功率是718kw，按節能50％來計算的話，年節電也可以達到3020MW/h。所以我們通過離心泵的變頻調速，看到的也是實實在在的節能效果，而且還可以獲取很多的效益：

首先，利用這種技術可以有效的減少耗能。基于對這樣的變頻調速技術的應用，在廠區的電耗量也有所降低，而且還一度比全國的平均水平還要低，這肯定就是泵的變頻調速技術的應用帶來的好處了。

其次，機泵檢修的時間周期慢慢的延長了，節約了檢修的時間，降低了檢修的費用，這些都會使得及其的故障發生率明顯的降低，因此也提高了裝置的運行平穩率，也在一定的程度上延長了電器的使用壽命。

再次，延長了調節閥和管路的使用壽命。當我們對離心泵進行變頻調速之后，調節閥的壓力就會降低很多，管路系統壓力也相應的會有所降低，這樣的話，就會使得調節閥和管路的使用壽命得到延長的。

最后，裝置的噪聲有效的降低。在使用了變頻調節的電動機之后，它所產生的聲音會比之前的要小很多，因此帶來的噪聲也大大的降低了。

表一：6臺泵改用變頻調速電動機前后情況

總結

在離心泵的使用過程中，會因為各種各樣突發的情況，而不能使它滿負荷的運轉，因此就造成了離心泵不能夠得到高效的使用。而在一系列的實踐過程中證明了變頻調速技術是可以提高離心泵的使用效率，并且還會產生節能的效果。我們在文章中通過大量的數據和示例論證，結果證明這是可行的，所以在以后的實際操作中，我們也可以繼續通過變頻調速來實現離心泵的高效率運轉。

［1］祁彥偉.淺談離心泵變頻調速節能［J］.節能技術，2005，05：95-97.

［2］馮浩.變頻調速技術在離心泵節能中的應用［J］.石油化工設計，2009，03：45-47+21.