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技術(shù)文章

水泵變頻調(diào)速的時(shí)候要注意什么?

點(diǎn)擊次數(shù):714 發(fā)布時(shí)間:2013-9-10

  (本文來源:中國(guó)泵閥商務(wù)網(wǎng)asp-study.cn,如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與本網(wǎng)。)

        BF35導(dǎo)讀:變頻調(diào)速在泵與風(fēng)機(jī)的節(jié)能方面應(yīng)用廣泛,但在實(shí)際應(yīng)用中往往由于對(duì)影響其節(jié)能效果的因素考慮不周,導(dǎo)致選擇與使用存在著較大的盲目性,影響其節(jié)能效益的發(fā)揮。以水泵為例,針對(duì)影響其調(diào)速范圍、節(jié)能效果的一些主要因素,進(jìn)行了對(duì)癥分析和探討,在此基礎(chǔ)上指出了變頻調(diào)速的適用范圍。
  
  近幾年變頻調(diào)速在供水系統(tǒng)發(fā)展很快,但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著較大的盲目性,導(dǎo)致節(jié)能效果不盡人意。本文針對(duì)變頻調(diào)速在水泵節(jié)能方面談一些淺顯的看法,以供商酌。
  
  1變頻調(diào)速與水泵節(jié)能
  
  水泵節(jié)能離不開工況點(diǎn)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[1]。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(dòng)控制方面優(yōu)勢(shì)明顯,因而應(yīng)用廣泛。但同時(shí)應(yīng)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(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí),原來按工頻狀態(tài)設(shè)計(jì)的泵與電機(jī)的運(yùn)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(yùn)行的定速泵等因素,都會(huì)對(duì)調(diào)速的范圍產(chǎn)生一定影響。超范圍調(diào)速則難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。因此,變頻調(diào)速不可能無(wú)限制調(diào)速。一般認(rèn)為,變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50%,處于75%~100%,并應(yīng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)計(jì)算確定。
  
  2.1水泵工藝特點(diǎn)對(duì)調(diào)速范圍的影響
  
  理論上,水泵調(diào)速區(qū)為通過工頻區(qū)左右端點(diǎn)的兩條相似工況拋物線的中間區(qū)域OA1A2(見圖1)。實(shí)際上,當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速過小時(shí),泵的效率將急劇下降,受此影響,水泵調(diào)速區(qū)萎縮為PA1A2[2](顯然,若運(yùn)行工況點(diǎn)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(yùn)行的區(qū)間。為簡(jiǎn)化計(jì)算,認(rèn)為C點(diǎn)位于曲線OA1上,因此,C點(diǎn)和A1點(diǎn)的效率在理論上是相等的。C點(diǎn)就成為zui小轉(zhuǎn)速時(shí)水泵性能曲線區(qū)的左端點(diǎn)。
  
  因此,zui小轉(zhuǎn)速可這樣求得:
  
  由于C點(diǎn)和A1點(diǎn)工況相似,根據(jù)比例律有:
  
  (QC/Q1)2=HC/H1
  
  C點(diǎn)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
  
  2.2定速泵對(duì)調(diào)速范圍的影響
  
  實(shí)踐中,供水系統(tǒng)往往是多臺(tái)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(yīng)注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在段運(yùn)行,并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)*。此時(shí),定速泵就對(duì)與之并列運(yùn)行的調(diào)速泵的調(diào)速范圍產(chǎn)生了較大的影響[2]。主要分以下兩種情況:
  
  2.2.1同型號(hào)水泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時(shí),雖然調(diào)度靈活,但由于無(wú)法兼顧調(diào)速泵與定速泵的工作段,因此,此種情況下調(diào)速運(yùn)行的范圍是很小的。
  
  2.2.2不同型號(hào)水泵一調(diào)一定并列運(yùn)行時(shí),若能達(dá)到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)速時(shí)段右端點(diǎn)揚(yáng)程與定速泵段左端點(diǎn)揚(yáng)程相等。則可實(shí)現(xiàn)zui大范圍的調(diào)速運(yùn)行。但此時(shí)調(diào)速泵與定速泵不允許互換后并列運(yùn)行。
  
  2.3電機(jī)效率對(duì)調(diào)速范圍的影響
  
  在工況相似的情況下,一般有N∝n3,因此隨著轉(zhuǎn)速的下降,軸功率會(huì)急劇下降,但若電機(jī)輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻,都會(huì)使電機(jī)效率下降過快,zui終都影響到整個(gè)水泵機(jī)組的效率。而且自冷電機(jī)連續(xù)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),也會(huì)因風(fēng)量不足影響散熱,威脅電機(jī)安全運(yùn)行。
  
  3管路特性曲線對(duì)調(diào)速節(jié)能效果的影響
  
  雖然改變水泵性能曲線是水泵節(jié)能的主要方式,但是在不同的管路特性曲線中,調(diào)速節(jié)能效果的差別卻是十分明顯的。為了直觀起見,這里采用圖2說明。在設(shè)計(jì)工況相同的3個(gè)供水系統(tǒng)里(即zui大設(shè)計(jì)工況點(diǎn)均為A點(diǎn),均需把流量調(diào)為QB),水泵型號(hào)相同,但管路特性曲線卻不相同,分別為:
  
 ?、貶=H1+S1·Q2(H0=H1)
  
  ②H=H2+S2·Q2(H0=H2,H1>H2)
  
  ③H=S3·Q2(H0=H3=0)
  
  很顯然,若采用關(guān)閥調(diào)節(jié),則3個(gè)系統(tǒng)滿足流量QB的工況點(diǎn)均為B點(diǎn),對(duì)應(yīng)的軸功率為NB;若采用調(diào)速運(yùn)行,則3個(gè)系統(tǒng)滿足流量QB的工況點(diǎn)分別為C,D,E點(diǎn),其對(duì)應(yīng)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速分別為n1,n2,n3,相應(yīng)的軸功率分別為NC,ND,NE。由于N∝Q·H,所以各點(diǎn)軸功率滿足NB>NC>ND>NE。
  
  可見,在管路特性曲線為H=H0+S·Q2的系統(tǒng)中采用調(diào)速節(jié)能時(shí),H0越小,節(jié)能效果越好。反之,當(dāng)H0大到一定程度時(shí),受電機(jī)效率下降和調(diào)速系統(tǒng)本身效率的影響,采用變頻調(diào)速可能不節(jié)能甚至反而增加能源浪費(fèi)。
  
  4兩種調(diào)速供水方式節(jié)能效果比較
  
  在供水系統(tǒng)中,變頻調(diào)速一般采用以下2種供水方式:變頻恒壓變流量供水和變頻變壓變流量供水。其中,前者應(yīng)用得更廣泛,而后者技術(shù)上更為合理,雖然實(shí)施難度更大,但代表著水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。
  
  4.1變頻恒壓(變流量)供水
  
  所謂恒壓供水方式,就是針對(duì)離心泵“流量大時(shí)揚(yáng)程低,流量小時(shí)揚(yáng)程高”的特性,通過自控變頻系統(tǒng),無(wú)論流量如何變化,都使水泵運(yùn)行揚(yáng)程保持不變,即等于設(shè)計(jì)揚(yáng)程。若采用關(guān)閥調(diào)節(jié),當(dāng)流量由Q2→Q1時(shí),則工況點(diǎn)由A1變?yōu)锳2,浪費(fèi)揚(yáng)程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用變頻恒壓供水,則自動(dòng)將轉(zhuǎn)速調(diào)至n1,工況點(diǎn)處于B1點(diǎn)(參見圖3)。由于變頻調(diào)速是無(wú)級(jí)變速,可以實(shí)現(xiàn)流量的連續(xù)調(diào)節(jié),所以,恒壓供水工況點(diǎn)始終處于直線H=H2上,在控制方式上,只需在水泵出口設(shè)定一個(gè)壓力控制值,比較簡(jiǎn)單易行。顯然,恒壓供水節(jié)約了△H1,而沒有考慮△H2。因此,它不是的供水調(diào)節(jié)方式,尤其在管路阻力大,管路特性曲線陡曲的情況下,△H2所占的比重更大,其局限性就顯而易見。
  
  4.2變頻變壓(交流量)供水
  
  變壓供水方式控制原理和恒壓供水相同,只是壓力設(shè)置不同。它使水泵揚(yáng)程不確定,而是沿管路特性曲線移動(dòng)(參見圖3)。當(dāng)流量由Q2→Q1時(shí),自動(dòng)將轉(zhuǎn)速調(diào)至n2,工況點(diǎn)處于B2點(diǎn)。此時(shí)水泵軸功率n2小于恒壓供水水泵軸功率N1。變壓供水理論上避免了流量減少時(shí)揚(yáng)程的浪費(fèi),顯然優(yōu)于恒壓供水。
  
  但變壓供水本質(zhì)上也是一種恒壓,不過將水泵出口壓力恒定變成了控制點(diǎn)壓力恒定,它一般有2種形式:
  
  4.2.1由流量Q確定水泵揚(yáng)程
  
  流量計(jì)將測(cè)得的水泵流量Q反饋給控制器,控制器根據(jù)H=H0+S·Q2確定水泵揚(yáng)程H,通過調(diào)速使H沿設(shè)計(jì)管路特性曲線移動(dòng)。
  
  但在生產(chǎn)實(shí)踐中情況比較復(fù)雜。對(duì)于單條管路輸水系統(tǒng),是可以得到與之對(duì)應(yīng)的一條管路特性曲線的。而在市政供水管網(wǎng)中,則很難得到一條確定的管路特性曲線。在實(shí)踐中,只能根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況,通過盡時(shí)能接近實(shí)際的假設(shè),計(jì)算出近似的管路特性曲線。
  
  4.2.2由zui不利點(diǎn)壓力Hm確定水泵揚(yáng)程
  
  即需在管網(wǎng)zui不利點(diǎn)設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳設(shè)備,并向控制室傳回信號(hào),控制器據(jù)此使水泵按滿足zui不利點(diǎn)壓力所需要的揚(yáng)程運(yùn)行、由于管網(wǎng)zui不利點(diǎn)往往距離泵站較遠(yuǎn),遠(yuǎn)傳信號(hào)顯得不太方便,而且,在市政供水系統(tǒng)中,由于管網(wǎng)的調(diào)整,用水狀況的變化等隨機(jī)因素的影響,都會(huì)使實(shí)際zui不利點(diǎn)和設(shè)計(jì)zui不利點(diǎn)發(fā)生一些偏差,給變壓供水的實(shí)施帶來困難。
  
  5結(jié)論
  
 ?、僮冾l調(diào)速是一種應(yīng)用廣泛的水泵節(jié)能技術(shù),但卻具有較為嚴(yán)格的適用條件,不可能簡(jiǎn)單地應(yīng)用于任何供水系統(tǒng),具體采取何種節(jié)能措施,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況區(qū)別對(duì)待
  
 ?、谧冾l調(diào)速適用于流量不穩(wěn)定,變化頻繁且幅度較大,經(jīng)常流量明顯偏小以及管路損失占總揚(yáng)程比例較大的供水系統(tǒng)。
  
 ?、圩冾l調(diào)速個(gè)適用于流量較穩(wěn)定,工況點(diǎn)單一以及靜揚(yáng)程占總揚(yáng)程比例較大的供水系統(tǒng)。
  
  ④變頻變壓供水優(yōu)于變頻恒壓供水。
  
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