水泵的節(jié)能與變頻調(diào)速

.PAGE*;;水泵的節(jié)能與變頻調(diào)速關(guān)鍵詞：水泵節(jié)能方法變頻調(diào)速前言水泵是城市給水排水工程必要的組成部分，它們通常是整個給水排水系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的樞紐。水泵是這個樞紐的心臟。對于供水企業(yè)來說，電費約占自來水制水成本的40%-70%，水泵的能耗費占總能耗費的90％左右。實際運行中，水泵的效率大多數(shù)不足60％，存在著較大的能源浪費。供水企業(yè)降低供水電耗就是供水行業(yè)發(fā)展的永恒課題。要搞好供水企業(yè)的節(jié)電工作，必須從供水企業(yè)的科學管理和供水設備的技術(shù)改造兩方面采取措施，特別是對離心泵節(jié)能措施的應用分析與研究。離心泵的節(jié)能措施離心泵的效率是泵的有效功率Ne和軸功率N的比值：η=Ne/N。它的效率的高低直接反映出供水企業(yè)的單位電耗的高低，若要提高離心泵的效率，就必須大力挖潛離心泵的節(jié)能措施，降低離心泵的能耗損失。經(jīng)過長時間的查找與分析，離心泵有如下幾點節(jié)能措施：1降低離心泵的機械損失降低軸封和軸承的摩擦損失。主要措施：①利用新型材料密封代替填料密封。②提高水泵軸套的表面光潔度。③科學合理的選用水泵的軸承。④每個季度對水泵軸承進行檢查，確保水泵軸承的潤滑與完好。提高水泵與電機的同心度。主要措施：①一般水泵在每1~2年進行一次檢修，檢測水泵葉輪出口導葉的入口流通中心對中，保證轉(zhuǎn)子與殼體，泵與電機的同心度，特別是出口處葉輪軸線與殼體中心線不得錯位。②每年要對聯(lián)軸器進行檢測，提高水泵與電機的同心度，這樣可以防止水泵效率下降。2降低水泵的水力損失主要措施：①利用打磨或在葉輪表面及殼體內(nèi)壁涂覆水泵抗磨減阻復合材料來提高泵內(nèi)流通部件的表面光潔度。②液體在流過部件的速度大小確定要合理，而且速度變換要平緩。③避免在流通區(qū)內(nèi)出現(xiàn)死區(qū)。④合理選擇入，出口部件的過流角度以減少沖擊損失。3水泵特性調(diào)節(jié)車削葉輪直徑或更換不同直徑的葉輪

改變?nèi)~輪直徑可改變水泵的性能。根據(jù)流量的變化，計算出水泵高效運行時滿足工況要求的葉輪直徑，如果工況長期穩(wěn)定，只車削一次即可。如果工況是隨著季節(jié)的變化而變化的，可配備不同直徑的葉輪，進行換。這種方式受葉輪直徑變化范圍的限制。用這種方式代替調(diào)節(jié)閥門開啟度的流量調(diào)節(jié)方式，可節(jié)省能耗，但只適用于變化不太大的工況。（三）水泵變頻調(diào)速1變頻調(diào)速與水泵節(jié)能水泵節(jié)能離不開工況點的合理調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)方式不外乎以下兩種：管路特性曲線的調(diào)節(jié)，如關(guān)閥調(diào)節(jié)；水泵特性曲線的調(diào)節(jié)，如水泵調(diào)速、葉輪切削等。在節(jié)能效果方面，改變水泵性能曲線的方法，比改變管路特性曲線要顯著得多。因此，改變水泵性能曲線成為水泵節(jié)能的主要方式。而變頻調(diào)速在改變水泵性能曲線和自動控制方面優(yōu)勢明顯，因而應用廣泛。但同時應該引起注意的是，影響變頻調(diào)速節(jié)能效果的因素很多，如果盲目選用，很可能事與愿違。2影響變頻調(diào)速范圍的因素水泵調(diào)速一般是減速問題。當采用變頻調(diào)速時，原來按工頻狀態(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。

3.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OA1A2（見圖1）。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)萎縮為PA1A2[2]（顯然，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。）圖中H0B為管路特性曲線，則CB段成為調(diào)速運行的高效區(qū)間。為簡化計算，認為C點位于曲線OA1上，因此，C點和A1點的效率在理論上是相等的。C點就成為最小轉(zhuǎn)速時水泵性能曲線高效區(qū)的左端點。因此，最小轉(zhuǎn)速可這樣求得：

由于C點和A1點工況相似，根據(jù)比例律有：

(QC/Q1)2=HC/H1C點在曲線H=H0+S·Q2上有：

HC=H0+S·QC2

其中，HC、QC為未知數(shù)，解方程得：

HC=H1×H0/(H1-S·Q12)

QC=Q1×[H0/(H1-S·Q12)]1/2根據(jù)比例律有：

nmin=n0×[H0/(H1-S·Q12)]1/2

4.水泵的調(diào)速特性及節(jié)能原理用調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，是降低能耗的最好方式。原因是在改變水泵的轉(zhuǎn)速時且轉(zhuǎn)速變化在±20％范圍內(nèi)，保持泵體內(nèi)部的流動狀態(tài)相似的話，那么泵體內(nèi)的水流速度與轉(zhuǎn)速成正比，流量與轉(zhuǎn)速比成正比，揚程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比。軸功率與轉(zhuǎn)速比的立方成正比。

Q＝Q0（n／n0）（1）

H＝H0（n／n0）2（2）

N＝N0（n／n0）3（3）

式中：n0為額定轉(zhuǎn)速，Q0為額定轉(zhuǎn)速時的流量，H0為額定轉(zhuǎn)速時的揚程，N0為額定轉(zhuǎn)速時的軸功率，為調(diào)速后的轉(zhuǎn)速，Q為n轉(zhuǎn)速時的流量，H為n轉(zhuǎn)速時的揚程，N為n轉(zhuǎn)速時的軸功率。

由式（1）、式（2）換算后可以得到下式

H＝(H0/Q022)Q2

式中H是水泵運行中任何一工況點的揚程

Q是水泵運行中任何一工況點的流量

當在最佳工況點時，H0／Q0是特定條件為H0、Q0時的特定常數(shù)。指額定轉(zhuǎn)速時的揚程與流量之比。

由式（4）可以看出，它是以座標原點為頂點的拋物線方程，在這條拋物線上的各點工況相似，可稱為相似工況拋物線，在轉(zhuǎn)速變化為±20％的范圍內(nèi)，泵的效率可基本不變，也叫高效率拋物線。其原理見圖2、圖3圖2是凈揚程不變的單泵調(diào)速節(jié)能原理圖。Q－H曲線為單泵額定轉(zhuǎn)速為n0時的特性曲線，Q＇－H＇曲線為單泵轉(zhuǎn)速為n時的特性曲線，Q－Σh曲線為管路特性曲線，A點是水泵選泵的工況點，A點對應著QA、HA、ηA，是選泵的主要參數(shù)。由管路特性曲線Q－∑h決定水泵實際運行中的工況點必定在水泵特性曲線的最佳工況點0左右移動。若管網(wǎng)要求滿足A’點的工況，對應的參數(shù)是QA＇、HA＇、ηA＂，由圖2見到ηA＂≤ηA，效率降低了。根據(jù)式（4）及QA＇、HA＇二參數(shù)，可以繪制出相似工況拋物線OB，交Q－H曲線于B點，又得到QBHBηB三參數(shù)，根據(jù)相似工況下水泵的流量與轉(zhuǎn)速比成正或揚程與轉(zhuǎn)速比的平方成正比得到在A’運行時，計算出水泵的轉(zhuǎn)速n，＝（QA＇／QB）n0，水泵在n轉(zhuǎn)速下運行，就可以得到滿足工況QA＇、HA＇運行時的效率ηA＇。ηA＇＞ηA＂。這就是改變轉(zhuǎn)速后，還能高效運行的原理。

圖3是凈揚程變化單泵調(diào)速節(jié)能原理圖。

Q－H曲線為額定轉(zhuǎn)速n0時的水泵特性曲線，Q＇－H＇曲線為轉(zhuǎn)速n時的水泵特性曲線，Q－∑h曲線為管路在凈揚程為h時的特性曲線，Q＇－∑h＇曲線為管路在凈揚程為h’時的特性曲線，A點是水泵運行的最佳工況點，A點對應著QA、HA、ηA三參數(shù)，是選泵的主要參數(shù)；實際上水泵運行中經(jīng)常出現(xiàn)的凈揚程小于h，為h＇，在h＇時的水泵工況點為B，水泵的運行效率由ηA降到ηB，此時增加了能耗。若把水泵的轉(zhuǎn)速由n0調(diào)節(jié)到n時，根據(jù)上述調(diào)速后水泵的特性變化公式，可以算出Q＇－∑h＇管路特性曲線上的任何一點的轉(zhuǎn)速，得到調(diào)速后的水泵特性曲線，Q＇－H＇，該曲線與Q＇－∑h＇曲線交點A＇，即滿足管路工況要求，又使調(diào)速后的水泵運行在高效點ηA’上。ηA＇＝ηA＞ηB。

從以上兩個原理圖可以看出，水泵調(diào)速之后，可以得到對應不同轉(zhuǎn)速下的新的最佳工況。不調(diào)速時，只有一個最佳工況點，調(diào)速后得到一條最佳工況線，不調(diào)速時有一條水泵運行最佳工況段，調(diào)速后得到一個牛角形的最佳工況面（一般調(diào)速范圍≯60％為宜）。這樣，水泵運行適應工況的范圍擴大了，水泵容易在最佳工況區(qū)運行，減少能耗。（四）結(jié)論水泵的節(jié)能方法有很多，變頻調(diào)速因其節(jié)能效果好、自動化程度高而越來越受到