乳化液泵使用變頻器拖動節約電能的可行性

王云玲

（晉煤集團澤州天安煤業有限公司機電管理部，048000）

根據有關資料顯示，我國風機、水泵、空氣壓縮機總量為4200臺，裝機容量達到1.1億KW，但系統實際運行效率僅為30%-40%，其損耗電能占總發電量的38%以上。這是由于許多風機、水泵的拖動電機處于恒速運轉狀態，而生產中的風、水量要求處于變工況運行。交流電機變頻調速技術應用于水泵流體負載時，可使流體的流量、壓力根據實際需要自動恒壓流量調節，以達到高效節能的目的。

1 變頻器拖動的特點

所謂變頻器拖動是將三相工頻（50Hz）交流電源（或任意電源）變換成三相電壓可調、頻率可調的交流電源，有時又將變頻調速器稱為變壓變頻裝置。變頻器拖動在調頻范圍、靜態精度、動態品質、系統效率、完善的保護功能、容易實現自動控制和過程控制等諸方面是以往的調壓調速、變極調速、串級調速、滑差調速和液力耦合器調速等無法比擬的。變頻拖動除了有卓越的調速性能之外，還有顯著的節約電能和保護環境等重大作用，是企業技術改造和產品更新換代的產品。乳化液泵使用變頻器拖動改造后，當壓力高時，變頻器輸出頻率下降，電機轉速下降，流量減小；壓力下降時，變頻器輸出頻率增加，電機轉速提高，流量增加。有些類似于恒壓供水的控制系統，

2 乳化液泵拖動系統的現狀分析

目前在煤礦井下常用的乳化液泵主要是RB系列和WRB系列。我礦主要使用WRB 系列的乳化液泵，該型泵額定壓力31.5MPa，額定流量200L/min，電機功率125KW，工作介質為乳化液（含3%--5%乳化液的中性水溶液）。

乳化液泵是靠柱塞的往復運動完成吸液和排液的，柱塞泵是容積式泵的一種，容積式泵的一個最大的缺點就是不能自動卸載。簡單講就是說：乳化液泵在運行過成中，如果電機的轉速不邊，它每秒鐘輸出的高壓液體是恒定的，而工作面的用液卻是一個變量，這個變量是隨機的，它隨著循環進度的速度、工作面頂底板的的變化，煤層傾角、操作人員的熟練程度等在變化。一般在選型時應該使乳化液泵的額定流量大于工作面的實際用液泵。這樣一來供液系統多余出來的流量必須進行卸載，否則將造成系統的破壞，所以在乳化液泵出液管路上安裝先導式卸載閥，將多余的高壓液卸載后重新返回液箱。根據現場實際情況觀察，存在缺點有：

1、先導式卸載閥是受控于供液管的壓力，壓力達到設定值時自動開啟卸載，壓力低于設定值時，自動關閉卸載回液，恢復供液。卸載和恢復供液時，壓力沖擊較大，而且動作也比較頻繁，導致卸載閥故障增多，一般常出現的故障有兩種情況：一是不卸載，其后果是崩管，由于不卸載系統壓力持續上升。當超過一定值時，一些液壓管件被破壞導致事故；二是不供液，也就是卸載后不恢復處于常卸載狀態，影響生產的進行。

2、由于電控系統簡單，運行方式單一，不能適應不同的工作時段對供液的要求，比如在檢修班工作時段，用液量很小，卸載閥長時間處于卸載狀態，液體不斷從液箱吸入乳化液泵，加壓后再經過卸載閥返回液箱。如此往復循環，使液體溫度不斷升高，消耗大量電能；另外，在不同的生產狀態下，對供液的要求也是不一樣的。比如，在正規循環情況下用液量大，在通過構造帶時由于循環進度慢，而用液量減小等等。

3、由于卸載閥受控于系統壓力，壓力沖擊明顯，壓力沖擊在水力學上稱為水垂現象，在壓力沖擊瞬間工作元件承受的機械力為正常工作時的1—4倍。壓力沖擊帶來的危害有系統振動、元件破壞、螺栓松動、增加泄漏等。

3 乳化液泵調速運行節能原理

乳化液出口處閥門的開啟角度與管網壓力、流量的關系見圖1。當電機以額定轉速N0運行，閥門角度按g0（全開）、g、g1變化時，管道壓力與流量沿著A，B，C 點變化，要想減小管道流量到Q1，可見效閥門開度到g1，但乳化液泵揚程由原來的HA 上升到HC，使電機功耗增加；而如果讓閥門全開，采用變頻調速，使電機轉速至n1，且乳化液泵流量等于Q1，則乳化掖泵揚程由原來的HA 降到了HA′，電機的功耗大大降低。用閥門節流使乳化液流量為Q1，電動機功率為KHCQ1；用變頻調速流量為Q1，電動機功率為KHA′Q1，節省電能：KHCQ1-KHA′Q1=KQ1（HC-HA′）。由圖1可看出，在乳化液泵流量小，轉速低時，變頻調速節能的效果便十分明顯。

圖1 閥門開啟角度與管網壓力、流量的關系

4 乳化液泵變頻調速控制系統的設計

1、元件選用

選用設配電動機功率125KW的變頻調速器，輸出頻率1—400HZ；選用測量變送器，用于控制出水管出口壓力，并將壓力信號變換為4-20mA的標準電信號，再輸入調節器；選用輸入信號4-20mA。輸出為PID 控制信號4-20mA。

2、系統的控制過程

由壓力測量變送器的出水管出口壓力，并轉換成與之相對應的4-20mA的標準電信號，送到調節器與工藝所需要的控制指標進行比較，得出偏差；調節器按預先規定的調節規律對偏差值進行運算得出調節信號，該信號直接送到變頻調速器，使變頻器將輸入為380/50HZ的交流電變成為（0-380V）/（0-400HZ）的電壓與頻率連續可調的交流電，直接供給乳化液泵電機。

5 乳化液泵變頻拖動的效果分析

1、節能效果顯著。在流體力學中，根據比例定律，功率之比是速度之比的3次方。Ν1/Ν2=（n1/n2）3。也就是說，速度下降后其消耗的功率是按照速度變化的3次方關系下降，其節能效果是不言而喻的。根據有關記載，使用變頻拖動節電在20%左右，一個乳化液泵站兩臺泵電機容量為250KW。生產班開兩臺泵、檢修班開一臺泵，乳化液泵的負荷率一般在0.7左右，則每天可節電725KWh。每度電0.5元，則節約金額362.5元，一個工作面每年可節約電費13.23萬元。按四個工作面計算每年可節約52.92萬元。

2、提高了工作可靠性。系統采用自動控制，參數變動范圍小，能及時控制偏差。變頻器的加速和減速可根據工藝要求自動調節，控制精度高，能保證生產工藝的穩定性，改善了設備的運行特性。同時，變頻器具有十分靈敏的故障檢測、診斷、數字顯示功能，提高了乳化液泵電機的可靠性。

3、社會效益：

采用變頻調速技術后，乳化液泵電機定子電流下降了20%。由于電機的轉速普遍下降，運行狀態明顯改善，延長了設備的使用壽命，降低了設備的維修費用；由于變頻器啟動和調速平穩，減少了對電網的沖擊；由于乳化液泵出口閥全開，消除了因閥門節流而產聲的噪音，改善了工人的工作環境，消除了閥門調節故障給生產帶來的影響。