水幫浦變頻節能改造分析與應用

2022-12-15 21:51:01 字數 2390 閱讀 3231

隨著我國工業生產的迅速發展,電力工業雖然有了長足進步,但能源的浪費卻是相當驚人的。據有關資料報導,我國風機、水幫浦、空氣壓縮機總量約4200萬台,裝機容量約1.1億千瓦。

但系統實際執行效率僅為30~40%,其損耗電能佔總發電量的38%以上。這是由於許多風機、水幫浦的拖動電機處於恆速運轉狀態,而生產中的風、水流量要求處於變工況執行;還有許多企業在進行系統設計時,容量選擇得較大,系統匹配不合理,往往是「大馬拉小車」,造成大量的能源浪費。因此,搞好風機、水幫浦的節能工作,對國民

經濟的發展具有重要意義。1水幫浦變頻調速執行的節能原理

圖1為水幫浦用閥門控制時,當流量要求從q1減小到q2,必須關小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大,

管路曲線從r移到r′,揚程則從ha上公升到hb,執行工況點從a點移到b點。

圖2為調速控制時,當流量要求從q1減小到q2,由於阻力曲線r不變,幫浦的特性取決於轉速。如果把速度從n降到n′,效能曲線由(q-h)變為(q-h)′,執行工況點則從a點移到c點,揚程從ha下降到h

c。根據離心幫浦的特性曲線公式:

n=rqh/102η

式中:n——水幫浦使用工況軸功率(kw)q——使用工況點的流量(m3/s);

h——使用工況點的揚程(m);r——輸出介質單位體積重量(kg/m3);

η——使用工況點的幫浦效率(%)。

可求出執行在b點幫浦的軸功率和c點幫浦的軸功率分別為:

nb=rq2hb/102ηnc=rq2hc/102η

兩者之差為:δn=nc—nb=r×q2×(hb-hc)/102η

也就是說,用閥門控制流量時,有δn功率被損耗浪費掉了,且隨著閥門不斷關小,這個損耗還要增加。而用轉速控制時,由於流量q與轉速n的一次方成正比;揚程h與轉速n的平方成正比;軸功率p與轉速n的立方成正比,即功率與轉速n成3次方的關係下降。如果不是用關小閥門的方法,而是把電機轉速降下來,那麼在轉運同樣流量的情況下,原來消耗在閥門的功率就可以全避免,取得良好的節能效果,

這就是水幫浦調速節能原理。2變頻調速的基本原理

變頻調速的基本原理是根據交流電動機工作原理中的轉速關係:

n式中:f——水幫浦電機的電源頻率(hz);

p——電機的極對數;

由上式可知,均勻改變電動機定子繞組的電源頻率f,就可以平滑地改變電動機的同步轉速。電動機

轉速變慢,軸功率就相應減少,電動機輸入功率也隨之減少。這就是水幫浦變頻調速的節能作用。

3水幫浦變頻調速控制系統的設計

目前,國內在水幫浦控制系統中使用變頻調速技術,大部分是在開環狀態下,即人為地根據工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值,以達到調速目的.系統主要由四部分組成:(1)控制物件(2)變頻調速器

(3)壓力測量變送器(pt)(4)調節器(pid).

系統的控制過程為:

由壓力測量變送器將水管出口壓力測出,並轉換成與之相對應的4~20ma標準電訊號,送到調節器與工藝所需的控制指標進行比較,得出偏差。其偏差值由調節器按預先規定的調節規律進行運算得出調節訊號,該訊號直接送到變頻調速器,從而使變頻器將輸入為380v/50hz的交流電變成輸出為0~

連續可調電壓與頻率的交流電,直接供給水幫浦電機。

4水幫浦變頻調速應用的注意事項

水幫浦調速一般是減速問題。當採用變頻調速時,原來按工頻狀態設計的幫浦與電機的執行引數均發生了較大的變化,另外如管路特性曲線、與調速幫浦並列執行的定速幫浦等因素,都會對調速的範圍產生一定影響。超範圍調速則難以實現節能的目的。

因此,變頻調速不可能無限制調速。一般認為,變頻調速不宜低於額

定轉速50%,最好處於75%~100%,並應結合實際經計算確定。

4.1水幫浦工藝特點對調速範圍的影響

理論上,水幫浦調速高效區為通過工頻高效區左右端點的兩條相似工況拋物線的中間區域。實際上,當水幫浦轉速過小時,幫浦的效率將急劇下降,受此影響,水幫浦調速高效區萎縮,若執行工況點已超出該區域,則

不宜採用調速來節能了。4.2定速幫浦對調速範圍的影響

實踐中,供水系統往往是多台水幫浦併聯供水。由於投資昂貴,不可能將所有水幫浦全部調速,所以一般採用調速幫浦、定速幫浦混合供水。在這樣的系統中,應注意確保調速幫浦與定速幫浦都能在高效段執行,並實現系統最優。

此時,定速幫浦就對與之並列執行的調速幫浦的調速範圍產生了較大的影響。主要分以下兩種情況:4.

2.1同型號水幫浦一調一定並列執行時,雖然排程靈活,但由於無法兼顧調速幫浦與定速幫浦的高效工作

段,因此,此種情況下調速執行的範圍是很小的。

4.2.2不同型號水幫浦一調一定並列執行時,若能達到調速幫浦在額定轉速時高效段右端點揚程與定速幫浦高效段左端點揚程相等。

則可實現最大範圍的調速執行。但此時調速幫浦與定速幫浦絕對不允許互換後並列運

行。4.3電機效率對調速範圍的影響

在工況相似的情況下,一般有n∝n3,因此隨著轉速的下降,軸功率會急劇下降,但若電機輸出功率過度偏移額定功率或者工作頻率過度偏移工頻,都會使電機效率下降過快,最終都影響到整個水幫浦機組的

效率。而且自冷電機連續低速運轉時,也會因風量不足影響散熱,威脅電機安全執行。

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