DQZHAN技術(shù)訊：探討水泵變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理與實際應(yīng)用
伴隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的勢頭，我國的電力行業(yè)也取得了飛速的發(fā)展，但不容忽視的就是能源的浪費相當?shù)捏@人。目前，我國的水泵、風(fēng)機、空氣壓縮機總量在不斷地上升。但系統(tǒng)實際運行效率卻十分的低，但其損耗的電能在國內(nèi)總發(fā)電量中所占的比重卻是相對較高的。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因就是許多風(fēng)機、水泵的拖動電機均處于勻速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，但是生產(chǎn)中需要的風(fēng)、水流量等的要**處于變工狀況運行;另外許多企業(yè)在進行系統(tǒng)的設(shè)計時，選擇了容量較大、系統(tǒng)匹配不合理的系統(tǒng).大量的能源就這樣被造成了浪費。
據(jù)相關(guān)資料顯示，我國的泵類配套電機的耗電量在國內(nèi)總耗電量中所占的比例在20%左右。但是，泵的實際運行效率確實十分的低下，有的水泵運行效率甚至連30%都達不到，而且，*不容忽視的就是現(xiàn)有的泵對能源造成的浪費確實十分巨大的。所以，在泵行業(yè)中采取有效的節(jié)能措施是十分有必要的。
1.水泵的節(jié)能原理
依據(jù)工作的需要，對水泵運行時工況點的流量、位置以及揚程等參數(shù)進行合適的調(diào)整，就會滿足新的工作需要。水泵的工作點是由管道的阻力曲線R—Q與水泵的性能曲線H—Q的交點來確定的。所以，這兩條曲線中的任意一條的位置或者形狀發(fā)生了變化，水泵的工作點位置就會隨之發(fā)生變化。因此，從原理上來說，泵工作點的調(diào)節(jié)是通過改變R-Q曲線或者H—Q曲線來實現(xiàn)的。
如圖所示(圖1)，水泵的管道阻力曲線1同特性曲線3的交點A就是水泵運行時的工況點。利用閥門對其流量進行控制調(diào)節(jié)時，隨著閥門的關(guān)小，流量也會隨之相應(yīng)的減少，這就使得閥門的摩擦阻力增大。當管道阻力曲線由曲線1移至曲線2時，水泵的運行工況點也由A變成了B，但是揚程卻由He上升至了H2，流量Q由Qe降低到Q1;若進行變速調(diào)節(jié)，在曲線1保持不變的情況下，泵的特性曲線就取決于轉(zhuǎn)速的大小，將曲線3移至曲線4的位置，泵的運行工況就從A移至到了c，揚程由He降至H3。
依據(jù)下列公式
可以求得泵在B點的功率大小，同樣利用上述公式可以求出泵在c點的運行功率大小，而兩點的運行工況只差可以用公式來表示。當我們用閥門對流量進行控制時，有△P的功率被白白浪費掉了，也就是上圖中的陰影部分所表示的能量。從圖上可以看出，耗能量的大小與閥門的控制大小有著密切的關(guān)系。假設(shè)，我們不用控制閥門的大小來控制流量，而是換成控制泵的轉(zhuǎn)動速度，通過實驗我們不難得出隨著泵壓頭的輸出量的不斷降低，閥門上小號的功率是可以避免的。因此，我們在對時常改變運行工況的泵進行調(diào)解時，改變泵的運行轉(zhuǎn)速是一種十分有效的節(jié)能方法。
我們可以通過以下公式得出：泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。假設(shè)，將轉(zhuǎn)速下降1/2，那么功率就會下降1/8。可以說功率同轉(zhuǎn)速成立方次的降低關(guān)系，所以說，降低轉(zhuǎn)速是快速降低運行功率的一種切實可行的方法。
例如圖2所示的泵的運行效率曲線，因為A、B運行工況點的轉(zhuǎn)速是相同的，所以A、B兩點會在同一條曲線上，而c點是在轉(zhuǎn)速調(diào)整后的曲線上。由于B、c兩點的流量是相同的，從圖上可以看出B點的運行效率是遠小于c點的運行效率的。這就進一步說明轉(zhuǎn)速的改變對泵工作效率的改變有著密切的關(guān)系。
2泵類常見的幾種調(diào)速方法
正如我們所想的一樣，泵類調(diào)速的方法有很多。通過不同層面的比較，我們會得出這么一個結(jié)論：變頻調(diào)速在這些方法中是綜合性能*好的一種方法。變頻調(diào)速自身的低頻轉(zhuǎn)速、工作效率、動態(tài)響應(yīng)、抗干擾能力等方面的優(yōu)越性是其它方法無法比擬的。在國外的泵行業(yè)，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用的非常快。經(jīng)過大量的實踐證明，應(yīng)用變頻技術(shù)來調(diào)節(jié)泵的工作，其節(jié)能效果是十分顯著的。其主要的優(yōu)點有以下幾點：
(1)調(diào)速范圍廣，其調(diào)速范圍通常會到達20：1，而且在調(diào)速允許的范圍內(nèi)均具有較高的調(diào)節(jié)效率;
(2)調(diào)節(jié)效率高。如果泵采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，其節(jié)能量相對于之前來說是相當可觀的。可以說變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是一種十分高效的調(diào)速方法;
(3)對泵的相關(guān)調(diào)節(jié)閥、管道等的使用壽命均有延長的作用，部件的使用壽命延長，相應(yīng)的就會使部件的維修、更換費用降低，大大減少了人力、物力的投入;
(4)軟啟動的實現(xiàn)，使得泵在啟動時劉電網(wǎng)的沖擊力減小，當泵停止工作時可以實現(xiàn)軟停車，十分有效的防止了水錘現(xiàn)象的出現(xiàn);
(5)應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)在一定程度上對噪音的減小有限制作用。
(6)變頻設(shè)備一旦發(fā)生故障，泵可以立即退出運行，并改為電網(wǎng)直接對其進行供電，這對泵的持續(xù)工作不會帶來太多的影響。
3.變頻技術(shù)的實際應(yīng)用
我們以55kw大型水泵為例。對于類似這種運行工況范圍變化較大的泵，我們要采用變頻節(jié)能技術(shù)對其進行改造。依據(jù)其額定功率的大小，選擇水泵專用變頻器、相配套的專用風(fēng)機對其進行改造。假設(shè)我們改造完成后其市場價在三萬元左右。如果按改造后可節(jié)約用電量35%來計算的話，一臺每天運行10小時以上的水泵一年可節(jié)約用電的費用在四萬元以上，即一臺改造后的水泵可以在不到一年的時間里將成本收回。所以，運行工況的范圍是相對較大的泵類，采用變頻節(jié)能技術(shù)改造是十分有必要的。但是，變頻器調(diào)節(jié)法不是萬能的。對于自身成本較低的家用或者小型泵站使用的潛水泵等，一般不建議采用這種初投資大、改造復(fù)雜的的變頻器節(jié)能技術(shù)。因為變頻器的價格和水泵本身想比，變頻器的價格遠高于水泵自身的價格，而且不是短期的成本回收期。所以，對于運行工況不經(jīng)常改變或者運行工況變化范圍小的泵，采用變頻調(diào)速節(jié)能的技術(shù)也不是其降低能耗的*有效方法。
4.變頻調(diào)速泵應(yīng)用時要考慮的因素及目前的行情
4.1變頻調(diào)速泵應(yīng)用時要考慮的因素。
(1)水泵的工藝特點對調(diào)速范圍的影響。
(2)定速泵對調(diào)速范圍的影響。
(3)電機效率對調(diào)速范圍的影響
4.2目前的行情
經(jīng)過大量的市場調(diào)研，我國的變頻技術(shù)只有在近幾年才有了大幅度的發(fā)展。相比于前幾年價格高的變頻技術(shù)而言，如今的變頻技術(shù)正在向節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的方向改進，而且變頻器的價格也日漸降低，價比也在不斷提高，這是變頻技術(shù)得以推廣的一個重要因素。但是還有一個*不容忽視的問題那就是成本問題，如果能夠研發(fā)出價格低廉、性價比高的變頻器，能夠使得變頻器的投資，在短時間內(nèi)得以將成本收回，相信變頻器的應(yīng)用會更加的普遍。現(xiàn)在，世界上一些先進國家的變頻技術(shù)正在向可靠性能高、功能多樣化、變頻器小型化、抗公害等方面發(fā)展。而我國變頻器的市場也在向世界看齊。相信泵變頻調(diào)速技術(shù)必將會得到廣泛的應(yīng)用。
結(jié)語：
變頻技術(shù)在水泵行業(yè)的大量應(yīng)用，原因在于其擁有顯著的節(jié)能效果、**可靠的工藝和性能良好的調(diào)速效果等優(yōu)點。現(xiàn)如今的社會，正在向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會轉(zhuǎn)變，能源的節(jié)約是世界廣泛關(guān)注的一個問題。把如今的電子電力技術(shù)同先進的計算機技術(shù)融合起來，形成的節(jié)能高科技裝置勢必會得以推廣，而且這對把勞動的生存率升高以及節(jié)能減排有著十分重要的意義。
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