变频调速在水泵节能技术改造中的应用研究

2017-09-12李迎春

河北农机 2017年9期

关键词：轴功率扬程变频

李迎春

1、广西大学土木建筑工程学院2、广西电力职业技术学院动力工程系

变频调速在水泵节能技术改造中的应用研究

李迎春1，2

1、广西大学土木建筑工程学院2、广西电力职业技术学院动力工程系

水泵高能耗问题已受到水泵行业的广泛重视，加快节能技术改造成为工业生产和加工制造业等发展的现实需求，而变频调速节能技术优势明显。本文阐述了水泵变频调速节能技术改造的基本原理，对节能效果进行了分析比较，并以具体案例分析了水泵变频调速节能改造的经济效益，提出了要加强水泵变频调速技术改造，实现高效节能经济的目标。

变频调速；水泵；节能技术改造；应用研究

我国经济增长速度受资源和能源约束日益突出。目前，我国约20%的电能用于各类水泵驱动，但水泵使用效率低、运行成本高等问题较多，平均效率比国外先进水平低3～5%，整个泵站系统效率则低约20%[1]。水泵正常的节电潜力范围为20～40%，节能有非常大空间。水泵节能技术有多种，但变频调速是最重要的手段之一。

1 关于水泵的高能耗问题及节能技术改造

水泵运行高能耗问题是常见技术问题，主要包括以下内容：一是水泵和管道之间不匹配，导致“大马拉小车”，在这种情况下，水泵在“大流量、低效率、高功耗”工况下运行[2]。二是水泵连接方式及其配置不合理，导致水泵能耗大量增加。三是由于安装回路中出现水漏渗以及系统回路阻力不平衡导致耗能增加。四是水泵质量问题导致能耗增加等。

从目前来看，水泵节能技术改造包括较多方面：加强水泵的管、维、修，使机泵处于完好状况，提高自身效率；正确选型，避免水泵效率过低、能源浪费，比如多级水泵采取减级运行、单级扬程过高采取车削叶轮实现；更新水泵选型，解决机泵运行效率和额定效率相差大等问题，以及通过减少管道系统中不必要的弯道、阀门等并定期清污堵漏，根据生产需要选择最佳并联方式，离心泵去掉底阀（或逆止阀）运行以提高效率等。但在各种节能技术改造中，变频调速节能技术优势最为明显。

2 水泵变频调速节能技术改造的基本原理

调速调节是指不改变管网曲线而通过改变水泵转速实现其性能曲线改变来调节流量，实现节能目的则由风机和水泵自身特点决定。根据比例定律，在相似运行条件下，有：

其中：Q为流量、H为扬程、P为轴功率、n为转速。

上式可以看出，泵的流量、扬程以及轴功率分别与其转速、转速的平方、转速的立方成正比，因此，转速降低、流量一般降低，但是功率则大幅度降低[3]。

如图1，水泵转速由n1转为n2(n2=1/2n1)，则其性能曲线转为（H-Q）*n2、流量为Q2(Q2=l/2Q1)、压头为H2、效率为ηC。此时，理论耗能仅仅为额定功率的1/8，节能达到50%。同时，调速调节效率ηC≈ηA，此时，风机水泵仍可实现在高效区工作，这是另一个节能来源[4]。

图1 水泵节流调节与调速调节耗能比较图

变频调速的节能技术改造是水泵节能的主要手段，优点明显：变频调速的效率和功率因数高、调速范围宽、精度高，以及能实现软起动且能相对减少电网电流冲击和运行设备的机械冲击从而延长设备使用寿命。水泵变频调速一般采用两种方式：变频恒压变流量和变频变压变流量供水，前者应用更广泛，后者技术更为合理、实施难度更大，但代表水泵变频调速节能技术的发展方向。在实际改造中，需要综合考虑用户经济条件、节能指标和设备运行要求选择改造方案，比如，液力耦合器调速属于低效调速方式，投资少、见效快、资金回收周期短等，对于老设备来说更具有明显节能效益。

3 水泵变频调速节能效果的计算

根据比例定律，流量百分比一定时，在静扬程不同的情况下，水泵的转速、轴功率和节电率均不同，需要进行逐点计算，表1列出了相互之间的关系。

表1 静扬程和转速、轴功率与节电率之间的关系（单位：%）

在不同静扬程下，水泵采用变速调节及出口阀门调节方式时流量比qv/qvn和所消耗的轴功率之比P/Pn的关系曲线相似，且相交于qv/qvn=1这一点（如图2），可以发现，通常选定的水泵的消耗的轴功率之比一定高于理想选定的水泵消耗的轴功率之比。同时，在不同工况点下，水泵的变频调速抛物线则相似但不相交（如图3，注：这里的Hc为额定扬程）。