DQZHAN技術(shù)訊：探討水泵變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理與實(shí)際應(yīng)用
伴隨著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的勢(shì)頭，我國(guó)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(fèi)相當(dāng)?shù)捏@人。目前，我國(guó)的水泵、風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)總量在不斷地上升。但系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率卻十分的低，但其損耗的電能在國(guó)內(nèi)總發(fā)電量中所占的比重卻是相對(duì)較高的。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因就是許多風(fēng)機(jī)、水泵的拖動(dòng)電機(jī)均處于勻速運(yùn)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(yùn)行;另外許多企業(yè)在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，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(fèi)。
據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)的泵類(lèi)配套電機(jī)的耗電量在國(guó)內(nèi)總耗電量中所占的比例在20%左右。但是，泵的實(shí)際運(yùn)行效率確實(shí)十分的低下，有的水泵運(yùn)行效率甚至連30%都達(dá)不到，而且，*不容忽視的就是現(xiàn)有的泵對(duì)能源造成的浪費(fèi)確實(shí)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(duì)水泵運(yùn)行時(shí)工況點(diǎn)的流量、位置以及揚(yáng)程等參數(shù)進(jìn)行合適的調(diào)整，就會(huì)滿(mǎn)足新的工作需要。水泵的工作點(diǎn)是由管道的阻力曲線(xiàn)R—Q與水泵的性能曲線(xiàn)H—Q的交點(diǎn)來(lái)確定的。所以，這兩條曲線(xiàn)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(diǎn)位置就會(huì)隨之發(fā)生變化。因此，從原理上來(lái)說(shuō)，泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變R-Q曲線(xiàn)或者H—Q曲線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
如圖所示(圖1)，水泵的管道阻力曲線(xiàn)1同特性曲線(xiàn)3的交點(diǎn)A就是水泵運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)。利用閥門(mén)對(duì)其流量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)時(shí)，隨著閥門(mén)的關(guān)小，流量也會(huì)隨之相應(yīng)的減少，這就使得閥門(mén)的摩擦阻力增大。當(dāng)管道阻力曲線(xiàn)由曲線(xiàn)1移至曲線(xiàn)2時(shí)，水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)也由A變成了B，但是揚(yáng)程卻由He上升至了H2，流量Q由Qe降低到Q1;若進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，在曲線(xiàn)1保持不變的情況下，泵的特性曲線(xiàn)就取決于轉(zhuǎn)速的大小，將曲線(xiàn)3移至曲線(xiàn)4的位置，泵的運(yùn)行工況就從A移至到了c，揚(yáng)程由He降至H3。
依據(jù)下列公式
可以求得泵在B點(diǎn)的功率大小，同樣利用上述公式可以求出泵在c點(diǎn)的運(yùn)行功率大小，而兩點(diǎn)的運(yùn)行工況只差可以用公式來(lái)表示。當(dāng)我們用閥門(mén)對(duì)流量進(jìn)行控制時(shí)，有△P的功率被白白浪費(fèi)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(mén)的控制大小有著密切的關(guān)系。假設(shè)，我們不用控制閥門(mén)的大小來(lái)控制流量，而是換成控制泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們不難得出隨著泵壓頭的輸出量的不斷降低，閥門(mén)上小號(hào)的功率是可以避免的。因此，我們?cè)趯?duì)時(shí)常改變運(yùn)行工況的泵進(jìn)行調(diào)解時(shí)，改變泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速是一種十分有效的節(jié)能方法。
我們可以通過(guò)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(huì)下降1/8。可以說(shuō)功率同轉(zhuǎn)速成立方次的降低關(guān)系，所以說(shuō)，降低轉(zhuǎn)速是快速降低運(yùn)行功率的一種切實(shí)可行的方法。
例如圖2所示的泵的運(yùn)行效率曲線(xiàn)，因?yàn)锳、B運(yùn)行工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速是相同的，所以A、B兩點(diǎn)會(huì)在同一條曲線(xiàn)上，而c點(diǎn)是在轉(zhuǎn)速調(diào)整后的曲線(xiàn)上。由于B、c兩點(diǎn)的流量是相同的，從圖上可以看出B點(diǎn)的運(yùn)行效率是遠(yuǎn)小于c點(diǎn)的運(yùn)行效率的。這就進(jìn)一步說(shuō)明轉(zhuǎn)速的改變對(duì)泵工作效率的改變有著密切的關(guān)系。
2泵類(lèi)常見(jiàn)的幾種調(diào)速方法
正如我們所想的一樣，泵類(lèi)調(diào)速的方法有很多。通過(guò)不同層面的比較，我們會(huì)得出這么一個(gè)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(dòng)態(tài)響應(yīng)、抗干擾能力等方面的優(yōu)越性是其它方法無(wú)法比擬的。在國(guó)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(guò)大量的實(shí)踐證明，應(yīng)用變頻技術(shù)來(lái)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(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
(1)調(diào)速范圍廣，其調(diào)速范圍通常會(huì)到達(dá)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(duì)于之前來(lái)說(shuō)是相當(dāng)可觀(guān)的。可以說(shuō)變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是一種十分高效的調(diào)速方法;
(3)對(duì)泵的相關(guān)調(diào)節(jié)閥、管道等的使用壽命均有延長(zhǎng)的作用，部件的使用壽命延長(zhǎng)，相應(yīng)的就會(huì)使部件的維修、更換費(fèi)用降低，大大減少了人力、物力的投入;
(4)軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，使得泵在啟動(dòng)時(shí)劉電網(wǎng)的沖擊力減小，當(dāng)泵停止工作時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)，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(duì)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(yùn)行，并改為電網(wǎng)直接對(duì)其進(jìn)行供電，這對(duì)泵的持續(xù)工作不會(huì)帶來(lái)太多的影響。
3.變頻技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用
我們以55kw大型水泵為例。對(duì)于類(lèi)似這種運(yùn)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(duì)其進(jìn)行改造。依據(jù)其額定功率的大小，選擇水泵專(zhuān)用變頻器、相配套的專(zhuān)用風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行改造。假設(shè)我們改造完成后其市場(chǎng)價(jià)在三萬(wàn)元左右。如果按改造后可節(jié)約用電量35%來(lái)計(jì)算的話(huà)，一臺(tái)每天運(yùn)行10小時(shí)以上的水泵一年可節(jié)約用電的費(fèi)用在四萬(wàn)元以上，即一臺(tái)改造后的水泵可以在不到一年的時(shí)間里將成本收回。所以，運(yùn)行工況的范圍是相對(duì)較大的泵類(lèi)，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(wàn)能的。對(duì)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?yàn)樽冾l器的價(jià)格和水泵本身想比，變頻器的價(jià)格遠(yuǎn)高于水泵自身的價(jià)格，而且不是短期的成本回收期。所以，對(duì)于運(yùn)行工況不經(jīng)常改變或者運(yùn)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(shí)要考慮的因素及目前的行情
4.1變頻調(diào)速泵應(yīng)用時(shí)要考慮的因素。
(1)水泵的工藝特點(diǎn)對(duì)調(diào)速范圍的影響。
(2)定速泵對(duì)調(diào)速范圍的影響。
(3)電機(jī)效率對(duì)調(diào)速范圍的影響
4.2目前的行情
經(jīng)過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)研，我國(guó)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(jià)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(jìn)，而且變頻器的價(jià)格也日漸降低，價(jià)比也在不斷提高，這是變頻技術(shù)得以推廣的一個(gè)重要因素。但是還有一個(gè)*不容忽視的問(wèn)題那就是成本問(wèn)題，如果能夠研發(fā)出價(jià)格低廉、性?xún)r(jià)比高的變頻器，能夠使得變頻器的投資，在短時(shí)間內(nèi)得以將成本收回，相信變頻器的應(yīng)用會(huì)更加的普遍。現(xiàn)在，世界上一些先進(jìn)國(guó)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(guó)變頻器的市場(chǎng)也在向世界看齊。相信泵變頻調(diào)速技術(shù)必將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)：
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(diǎn)。現(xiàn)如今的社會(huì)，正在向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會(huì)轉(zhuǎn)變，能源的節(jié)約是世界廣泛關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。把如今的電子電力技術(shù)同先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)融合起來(lái)，形成的節(jié)能高科技裝置勢(shì)必會(huì)得以推廣，而且這對(duì)把勞動(dòng)的生存率升高以及節(jié)能減排有著十分重要的意義。
