水泵節(jié)能改造技術在我單位的應用與分析

陳正翰

摘 要：隨著我國工業(yè)生產的迅速發(fā)展，電力工業(yè)雖然有了長足進步，工業(yè)設備電器化突飛猛進。但是電力能源的浪費卻也相當驚人的。有關資料報導，我國水泵系統(tǒng)實際運行效率僅為設計的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處于恒定轉速的運行狀態(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，對國民經濟的發(fā)展具有重要意義。 這種現(xiàn)象我單位也同樣存在，為響應國家號召節(jié)能降耗，通過查閱資料根據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。

關鍵詞：水泵節(jié)能；系統(tǒng)；浪費；調節(jié)

1 調節(jié)閥門節(jié)能的工作原理

根據GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監(jiān)督指南中的計算公式，采用擋板調節(jié)流量的水泵輸入電功率與對應流量的關系：

從這兩個公式我們可以看到，對于“大馬拉小車”通過調節(jié)閥門減小流量，使得電機負載變小了，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)能會相應增加管路的阻力，由于電機仍在額定轉速下運行，這時能量消耗較大，如果通過變頻調速就可以把閥門開到最大使管路的阻力降到最小從而進一步減低能量消耗。

2 水泵變頻調速運行的節(jié)能原理

根據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。而用轉速控制時，由于流量與電機轉速的成正比，即Q1/Q2=n1/n2；揚程與電機轉速的平方成正比，即H1/H2=（n1/n2）2；軸功率與電機轉速的3次方成正比，功率與電機轉速下降，即P1/P2=（n1/n2）3。如果使用變頻調速的方法，改變電機轉速，那么在轉運同樣的工況下，原來消耗在閥門上功率就全避免，從而利用變頻調節(jié)電機轉速的方法取得良好的節(jié)能效果。

3 變頻調速的基本原理

根據交流電動機工作原理中轉速關系：

n=60f（1-S）/p

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

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

4 水泵變頻調速控制系統(tǒng)

系統(tǒng)由受控電機、變頻調速器、電流互感器 、調節(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的運行電流，并轉換成與之相對應的電信號（此信號約為4～20mA的電流信號）反饋給調節(jié)器與設定的控制指標進行比較得出偏差值。其比較結果由調節(jié)器按預先規(guī)定的調節(jié)規(guī)律進行運算得出調節(jié)信號，將此調節(jié)信號送至變頻調速器，變頻器再根據些調節(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，使水泵的運行適用于當前工況。

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；配備電動機額定功率37kW。根據運行要求，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備的沖擊，降低能耗，相應延長設備的使用壽命。

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 結語

現(xiàn)在泵類設備采用變頻調速實現(xiàn)節(jié)能運行受到普遍重視。政府機關更應該帶頭推廣。我單位使用證明，變頻器用于泵類設備驅動控制場合也確實能取得顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調速控制方式。在滿足了正常使用要求的同時提高了設備效率，降低了能耗，直接和間接經濟效益非常明顯。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，社會的進步相信會有更多更好的辦法來促進和發(fā)展我國的節(jié)能事業(yè)，造福后代。

參考文獻：

[1] 符錫理.變頻調速泵供水原理及實踐.變頻器世界，1999：N010.

[2] 符錫理.多泵并聯(lián)變頻調速恒壓變量供水水泵的配置與控制.給水排水技術與產品信息，2000：N03.