水廠二級泵站中水泵的變頻調(diào)速節(jié)能技術

1、水廠二級泵站中水泵的變頻調(diào)速節(jié)能技術水泵變頻調(diào)速運行的節(jié)能原理 水廠機泵的選型 , 一般是按城市 最高日，最大時的需水量來 確定的， 但管網(wǎng)供水顯然不是恒定流量， 因此在部分時段里機泵 都處于低負荷運行。水泵的特性曲線方程為： H=HX -SXQ 而管道的特性曲線方程為：H=HST垢Q2式中H-水泵的實際揚程Q-水泵的實際出水量HX-水泵在Q=0時所產(chǎn)生的虛總揚程SX-泵體內(nèi)虛阻耗系數(shù)HST-水泵靜揚程S-代表長度及直徑已定的管道的沿程與局部阻力之和的系數(shù)水泵裝置的工況點是指水泵供給水的總比能與管道所要求 的總比 能相等的那個點， 也即為水泵特性曲線與管道特性曲線的 交點。當曲 線改變時，工況

2、點就會轉(zhuǎn)移。二級泵站傳統(tǒng)的運行方 式是進行臺數(shù)的 切換或閥門調(diào)節(jié)，水泵恒速運行。根據(jù)離心泵的特性曲線公式：N= rQH/102 n 式中：N-水泵使用工況軸功率（kw ）;Q-使用工況點的流量（m 3/s ）；H-使用工況點的揚程 （m） ; r-輸出介質(zhì)單位體 積重量（kg/ m 3）;n -使用工況點的泵效率（ %?？汕蟪鲞\行在b點泵的軸功率和c點泵的軸功率分別為：Nb= r Q 2 H b/ 10 2 nNc= r Q 2 H c/102 n兩者之差為： N= Nc-Nb=& Q 2X（H b-H c ）/102n也就是說，用閥門控制流量時，有N功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關小，

3、這個損耗還要增加。 在水廠二級泵房水泵 機組 實際運行中我們常見的就是通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度來調(diào)節(jié) 流量，即通 過增大管網(wǎng)的阻力來平衡水泵的工況 （使管道特性曲 線變陡）。因為 管網(wǎng)的用水量是每時每刻都在變化的， 而二級泵站的分級也是有限的， 靠水泵臺數(shù)的切換是不現(xiàn)實的， 所以常采用閥門節(jié)流措施。 雖然使 用閥門節(jié)流， 水泵的軸功率會隨著流量 的減少而減少，且操作方便易 行，但從經(jīng)濟上看，節(jié)流調(diào)節(jié)很明 顯是用消耗水泵的多余能量來維持 一定的供水量;而用轉(zhuǎn)速控制時，由于流量 Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚 程H 與轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比;軸功率 P 與轉(zhuǎn)速 n 的立方成正比， 即功率與 轉(zhuǎn)速 n 成

4、 3 次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方 法，而是把電 機轉(zhuǎn)速降下來，那么在運轉(zhuǎn)同樣流量的情況下，原 來消耗在閥門的功 率就可以全避免， 取得良好的節(jié)能效果， 這就是水泵調(diào)速節(jié)能原理。變頻調(diào)速的基本原理 變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)交流電動機工作原理中的轉(zhuǎn)速 關系：n =60f （l s ） / p 公式 （1）式中： f -水泵電機的電源頻率 （ Hz ）;p -電機的極對 數(shù)； P=T*n/9550 公式（ 2）式中：P-水泵電機的軸功率 （Hz） ； T-電機的電磁轉(zhuǎn)矩；n-電 機的轉(zhuǎn)。由上公式（ 1）和（ 2）可知，均勻改變電動機定子繞組的電源頻率 f, 就可以平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)

5、速。電動機轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應減少，電動機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。水泵變速調(diào)節(jié)中不同運行方式的節(jié)能分析 目前，隨著科學技術 的發(fā)展， 變速調(diào)節(jié)運行正成為發(fā)展的趨 勢（其中，變頻調(diào)速是其主要 方式）。變速調(diào)節(jié)主要有二種運行方式：恒壓變流量運行方式變壓變流量運行方式。下面，我 們從能量消耗的角度上來分析恒壓變流 量運行方式和變壓變流 量運行方式。恒壓變流量運行恒壓運行時的特性曲線如圖 3 所示，當管網(wǎng)中的流量從設 計流 量 Q1 降為 Q2 時，壓力保持不變（恒為 HC ） , 由于水泵采 用變頻調(diào) 速，即有原來的滿轉(zhuǎn)速 n 變?yōu)?n1, 理論上此時水泵需 要消耗功率為

6、Q2*H0, 雖然小于恒速運行時的消耗功率 Q2*H1, 但仍大于管網(wǎng)此時需 要的消耗功率 Q2*H2 同恒速運行時一樣， 多消耗的功 （ Q2*H0-Q2*H2 仍然是無效地消耗于管網(wǎng)之中。但 從效率特性曲線圖可知，采用變速 運行水泵的效率提高了 （由 nA 提高到 n B, C 點為 D 點的等效點）； 且這種運行方式供水品質(zhì) 優(yōu)良，可在任何情況下同時滿足全網(wǎng)各用戶 對供水的流量與揚程 的不同要求。變壓變流量運行從圖 4 特性曲線可知，當管網(wǎng)中的流量從設計流量 Q1 降為Q2時，由于水泵采用變速運行，使轉(zhuǎn)速從n調(diào)為n2,并使水泵的出水壓力剛好等于 H2, 此時理論上水泵的輸出功率為 Q2*

7、H2, 而此時 管網(wǎng)需要消耗功率也為 Q2*H2 兩者剛好相等，水泵也達 到其平衡工況 點， 因此這種運行方式是最節(jié)能的。 同恒壓運行一 樣，水泵的效率 也提高了（由n A 提高為 n B）。分析比較從以上特性曲線圖可知， 變速運行相對恒速運行來說， 是通 過 以下兩個途徑節(jié)能的：第一是提高了水泵的效率 ；第二是降 低用閥門 節(jié)流引起的壓力損失。 通常變速運行比恒速運行多節(jié)能 12% 左右。變 速運行中，雖然變壓比恒壓方式節(jié)能，但并不能說 變壓就一定比恒壓 好， 而應根據(jù)實際情況具體分析。 恒壓運行無 須知道流量， 只要有 一個壓力傳感器就行； 而變壓運行是根據(jù)流 量變化從而使壓力作出相 應的

8、變化， 它必須知道用水量， 也就是 說，變壓運行必須要有流量計，因此，變壓運行的造價比恒壓運行要在水泵采用變速調(diào)節(jié)方式時， 采用恒壓運行方式較安全及 經(jīng)濟。 在室內(nèi)外供水系統(tǒng)中大多為此類情況；而在自來水廠中， 配水管網(wǎng)一 般阻力都較大， 即管道特性曲線較陡， 應采用變壓運 行方式才能最 大限度的節(jié)能。 當然，先進的調(diào)速設備價格較為昂 貴，一次投資較 大，因此不能盲目地認為變速調(diào)節(jié)就一定能節(jié)能， 當管網(wǎng)中有水塔和 水池且其調(diào)節(jié)容積足夠大時， 就沒有必要采用 變速調(diào)節(jié)了。水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的基本設計目前，國內(nèi)在水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術，大部分是 在開環(huán)狀態(tài)下， 即人為地根據(jù)工藝或外界條件的

9、變化來改變變頻 器的頻率值，以達到調(diào)速目的。系統(tǒng)主要由四部分組成：（1）控制對象變頻調(diào)速器 壓力測量變送器 （PT）調(diào)節(jié)器（P ID ）。系統(tǒng)的控制過程為：由壓力測量變送器將水管出口壓力測出，并轉(zhuǎn)換成與之相對應的 4? 2 0mA 標準電信號，送到調(diào)節(jié)器與工藝所需的控制指標進行比較，得出偏差。其偏差值由調(diào) 節(jié)器按預先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進行運算得出調(diào)節(jié)信號，該信號直接送到變頻調(diào)速器，從而使變頻器將輸入為 380V/50HZ的交流電變成輸出為0? 3 8 0 V/0? 400Hz連續(xù)可調(diào)電 壓與頻率的交流電，直接供給水泵電機。水泵變頻調(diào)速應用的注意事項水泵調(diào)速一般是減速問題。 當采用變頻調(diào)速時， 原來

10、按工頻 狀 態(tài)設計的泵與電機的運行參數(shù)均發(fā)生了較大的變化，另外如管路特性 曲線、 與調(diào)速泵并列運行的定速泵等因素， 都會對調(diào)速的 范圍產(chǎn)生 一定影響。超范圍調(diào)速則難以實現(xiàn)節(jié)能的目的。因此， 變頻調(diào)速不可 能無限制調(diào)速。 一般認為， 變頻調(diào)速不宜低于額定 轉(zhuǎn)速 50%，最好 處于 75%? 100 %，并應結(jié)合實際經(jīng)計算確定。水泵工藝特點對調(diào)速范圍的影響 理論上，水泵調(diào)速高效區(qū)為 通過工頻高效區(qū)左右端點的兩條相似工況拋物線的中間區(qū)域。實際上，當水泵轉(zhuǎn)速過小時，泵的 效率 將急劇下降，受此影響，水泵調(diào)速高效區(qū)萎縮 , 若運行工況 點已超出 該區(qū)域，則不宜采用調(diào)速來節(jié)能了。定速泵對調(diào)速范圍的影響 實踐中，供水系統(tǒng)往往是多臺水泵 并聯(lián)供水。 由于投資昂貴，不可能將所有水泵全部調(diào)速， 所以一般采用調(diào)速泵、 定速泵混合 供 水。在這樣的系統(tǒng)中， 應注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效 段運行， 并實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。此時，定速泵就對與之并列運行的調(diào) 速泵的調(diào)速范 圍產(chǎn)生了較大的影響。主要分以下兩種情況：5.2.1 同型號水泵一調(diào)一定并列運行時， 雖然調(diào)度靈活， 但 由 于無法兼顧調(diào)速泵與定速泵的高效工作段， 因此，此種情況下 調(diào)速運 行的范圍是很小的。不同型號水泵一調(diào)一定并列運行時， 若能達到調(diào)速泵 在額 定轉(zhuǎn)速時高效段右端點揚程與定速泵高效段左端點揚程相 等。則可實 現(xiàn)最大范圍的調(diào)速運行。但此