循環(huán)水泵節(jié)能變頻改造分析

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1、循環(huán)水泵節(jié)能變頻改造分析　　摘要：在滿足企業(yè)生產(chǎn)情況下，通過(guò)電機(jī)變頻技術(shù)，并在設(shè)備原有的基礎(chǔ)上做局部的改動(dòng)，達(dá)到節(jié)能降耗的結(jié)果，提升設(shè)備運(yùn)行電能使用效率，為企業(yè)節(jié)約大量的電費(fèi)，同時(shí)為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。　　關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng)水泵電機(jī)高壓變頻器　　中圖分類號(hào)：TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：　　公司循環(huán)水裝置主要功能是負(fù)責(zé)向公司各級(jí)生產(chǎn)設(shè)備輸送合格的循環(huán)水，用以冷卻工藝介質(zhì)，確保生產(chǎn)裝置運(yùn)行正常?！　?.工藝概況　　該循環(huán)水系統(tǒng)由三臺(tái)型號(hào)規(guī)格相同的水泵及與之匹配的三臺(tái)電機(jī)組成，其工藝流程示意圖如下：　　　

2、　　　循環(huán)水泵使用規(guī)律為“兩用一備”，其“啟動(dòng)、停止”控制由遠(yuǎn)方操作室值班人員完成，啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng)。工藝設(shè)計(jì)該循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)水供應(yīng)能力為3500m3/h，管網(wǎng)壓力0.6MPa。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，循環(huán)水的實(shí)際需求量為2500～3000m3/h，其中一臺(tái)循環(huán)水泵閥門為全開，另一臺(tái)水泵閥門開度為30%左右，電機(jī)運(yùn)行電流為55A，總管網(wǎng)壓力為0.6MPa?！　　　　　?.改造前系統(tǒng)分析　　（1）循環(huán)水泵設(shè)計(jì)輸送能力遠(yuǎn)大于實(shí)際需求，電能浪費(fèi)嚴(yán)重?！　「鶕?jù)資料此循環(huán)水系統(tǒng)的實(shí)際輸送量在2500～3000m3

3、/h時(shí)即可滿足設(shè)備需求，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)輸送能力3500m3/h。而目前該循環(huán)水泵電機(jī)為工頻定速運(yùn)行，無(wú)法通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)調(diào)整水泵流量，因此，為匹配循環(huán)水用戶的實(shí)際需求量，只能采用閥門調(diào)節(jié)的方式調(diào)整水流量，從而造成很大部分的電能浪費(fèi)在做“無(wú)用功”中。　?。?）電機(jī)直接啟動(dòng),啟動(dòng)沖擊電流大　　由于電機(jī)采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流較大，一般為額定電流的4-7倍。因此在啟動(dòng)時(shí)，不但對(duì)電機(jī)電機(jī)絕緣造成損害，同時(shí)還會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的沖擊，影響電網(wǎng)上其他設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，電機(jī)在直接啟動(dòng)時(shí)，由于管網(wǎng)內(nèi)水量在極短時(shí)間內(nèi)的發(fā)生巨

4、大變化，有可能產(chǎn)生“水錘效應(yīng)”，對(duì)管網(wǎng)設(shè)備壽命極為不利?！　。?）閥門控制時(shí)節(jié)流損耗大　　由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知，其中一臺(tái)水泵閥門開度僅為30%，水泵長(zhǎng)期處于“憋泵”狀態(tài)，加速了閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差，同時(shí)還會(huì)有部分能耗消耗在節(jié)流損失中?！　。?）低功率因數(shù)　　電機(jī)功率因數(shù)不高（額定0.89，實(shí)際功率因數(shù)更低），降低了設(shè)備電能的使用效率?！　?.變頻改造后系統(tǒng)分析　　水泵是典型的變轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性是轉(zhuǎn)矩隨速度的上升而上升。水泵的電動(dòng)機(jī)的軸功率P與其流量Q，揚(yáng)程H之間的關(guān)系式如下：　　P∝

5、Q×H（1）　　當(dāng)流量Q1有變化到Q2時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為N1、N2,此時(shí)Q、P、H相對(duì)于轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：　　Q2=Q1×(N2/N1)（2）　　H2=H1×(N2/N1)2（3）　　P2=P1×(N2/N1)3（4）　　而電動(dòng)機(jī)的軸功率P和轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系為：　　T∝P/N（5）　　因此，T2=T1×(N2/N1)2（6）　　由式（3）和式（6）可以看出，水泵的電動(dòng)機(jī)的軸功率（功率輸出）與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，而轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的2次方成正比?！　D01（a）顯示出了水泵的壓力與流量的關(guān)系曲線，圖01(b)顯示出

6、轉(zhuǎn)矩與電機(jī)速度的關(guān)系曲線：　　　　　　從圖01(b)中可以看出，在低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率會(huì)有很大的下降。由于水泵運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速以上是恒定功率調(diào)速，此時(shí)水泵效率很低，機(jī)械磨損很大，容易損壞電機(jī)。從理論上講，速度降低10%時(shí)會(huì)帶來(lái)30%左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可獲得顯著的節(jié)能效果?！　∠卤頌樗俣冉档秃蟮睦碚摴?jié)能表：　　　　　　另外，根據(jù)水泵工作原理與運(yùn)行曲線，我們可以得到下圖中的100％轉(zhuǎn)速運(yùn)行特性曲線（阻抗曲線），這條曲線配合水泵在不同流量運(yùn)行時(shí)可以得到在未應(yīng)用變頻調(diào)速情況下使用閥門調(diào)節(jié)流量時(shí)

7、的功率。采用閥門控制、變頻控制時(shí)水泵能耗特性如下圖：　　由此可見(jiàn)，采用變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)流量時(shí)，水泵消耗的功率幾乎是理論最低耗能值。在流量為60%時(shí),閥門控制消耗電機(jī)額定功率的約85%，而變頻控制只有消耗電機(jī)額定功率的約25%。采用變頻調(diào)速裝置在泵類等具有平方轉(zhuǎn)矩特性的負(fù)載時(shí)，可以節(jié)約大量的能量。　　無(wú)功功率消耗不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是使設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重?！　∮晒健　=S*COSФ　　Q=S*SINФ　　其中：S－視在功率，P－有功功率，　　Q－無(wú)功功率，COSФ－功率因數(shù)，　

8、　可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6-0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無(wú)功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率，更重要的是使水泵工作效率總是處于最佳工作狀態(tài)?！　∮捎陔姍C(jī)為直接啟動(dòng)或Y/Δ啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于4~7倍額定電流，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還對(duì)電網(wǎng)容量要求過(guò)高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能