高壓變頻器在泵類負載的節能原理及分析

 

1　前言
　　在冶金、化工、電力、市政供水和采礦等行業廣泛應用的泵類負載，占整個用電設備能耗的40％左右，電費在自來水廠甚至占製水成本的50％。這是因為：一方麵，設備在設計時，通常都留有一定的餘量
；另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，由(you)於(yu)工(gong)況(kuang)的(de)變(bian)化(hua)，需(xu)要(yao)泵(beng)機(ji)輸(shu)出(chu)不(bu)同(tong)的(de)流(liu)量(liang)。隨(sui)著(zhe)市(shi)場(chang)經(jing)濟(ji)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)
，智(zhi)能(neng)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)提(ti)高(gao)

，采(cai)用(yong)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)泵(beng)類(lei)負(fu)載(zai)進(jin)行(xing)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)
，不(bu)但(dan)對(dui)改(gai)進(jin)工(gong)藝(yi)、提ti高gao產chan品pin質zhi量liang有you好hao處chu，又you是shi節jie能neng和he設she備bei經jing濟ji運yun行xing的de要yao求qiu，是shi可ke持chi續xu發fa展zhan的de必bi然ran趨qu勢shi。對dui泵beng類lei負fu載zai進jin行xing調tiao速su控kong製zhi的de好hao處chu甚shen多duo。從cong應ying用yong實shi例li看kan，大da多duo已yi取qu得de了le較jiao好hao的de效xiao果guo(有的節能高達30%-40%)，大幅度降低了自來水廠的製水成本，提高了自動化程度，且有利於泵機和管網的降壓運行
，減少了滲漏、爆管，可延長設備使用壽命。

2　泵類負載的流量調節方法及原理

　　泵類負載通常以所輸送的液體流量為控製參數，為此，目前常采用閥門控製和轉速控製兩種方法。

2.1閥門控製

　　這zhe種zhong方fang法fa是shi借jie助zhu改gai變bian出chu口kou閥fa門men開kai度du的de大da小xiao來lai調tiao節jie流liu量liang的de。它ta是shi一yi種zhong相xiang沿yan已yi久jiu的de機ji械xie方fang法fa。閥fa門men控kong製zhi的de實shi質zhi是shi改gai變bian管guan道dao中zhong流liu體ti阻zu力li的de大da小xiao來lai改gai變bian流liu量liang。因yin為wei泵beng的de轉zhuan速su不bu變bian，其qi揚yang程cheng特te性xing曲qu線xianH－Q保持不變，如圖1所suo示shi。由you於yu在zai變bian頻pin器qi的de直zhi流liu環huan節jie采cai用yong了le電dian感gan元yuan件jian而er得de名ming，其qi優you點dian是shi具ju有you四si象xiang限xian運yun行xing能neng力li
，能neng很hen方fang便bian地di實shi現xian電dian機ji的de製zhi動dong功gong能neng。缺que點dian是shi需xu要yao對dui逆ni變bian橋qiao進jin行xing強qiang迫po換huan流liu，裝zhuang置zhi結jie構gou複fu雜za
，調tiao整zheng較jiao為wei困kun難nan。另ling外wai，由you於yu電dian網wang側ce采cai用yong可ke控kong矽gui移yi相xiang整zheng流liu，故gu輸shu入ru電dian流liu諧xie波bo較jiao大da，容rong量liang大da時shi對dui電dian網wang會hui有you一yi定ding的de影ying響xiang。

　　當閥門全開時，管阻特性曲線R1－Q與揚程特性曲線H－Q相交於點A
，流量為Qa，泵出口壓頭為Ha。若關小閥門
，管阻特性曲線變為R2－Q

，它與揚程特性曲線H－Q的交點移到點B，此時流量為Qb，泵出口壓頭升高到Hb。則壓頭的升高量為：ΔHb=Hb-Ha。於是產生了陰線部分所示的能量損失：ΔPb=ΔHb×Qb 。

2.2轉速控製

　　借jie助zhu改gai變bian泵beng的de轉zhuan速su來lai調tiao節jie流liu量liang
，這zhe是shi一yi種zhong先xian進jin的de電dian子zi控kong製zhi方fang法fa。轉zhuan速su控kong製zhi的de實shi質zhi是shi通tong過guo改gai變bian所suo輸shu送song液ye體ti的de能neng量liang來lai改gai變bian流liu量liang。因yin為wei隻zhi是shi轉zhuan速su變bian化hua，閥fa門men的de開kai度du不bu變bian，如ru圖tu2所示，管阻特性曲線R1－Q也就維持不變。額定轉速時的揚程特性曲線Ha－Q與管阻特性曲線相交於點A，流量為Qa，出口揚程為Ha。
　　當轉速降低時，揚程特性曲線變為Hc－Q
，它與管阻特性曲線R1－Q的交點將下移到C
，流變為為Qc 。此時，假設將流量Qc控製為閥門控製方式下的流量Qb，則泵的出口壓頭將降低到Hc。因此

，與閥門控製方式相比壓頭降低了：ΔHc=Ha-Hc。據此可節約能量為：ΔPc=ΔHc×Qb。與閥門控製方式相比
，其節約的能量為：P＝ΔPb+ΔPc＝(ΔHb－ΔHc)×Qb。

　　將(jiang)這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)相(xiang)比(bi)較(jiao)可(ke)見(jian)
，在(zai)流(liu)量(liang)相(xiang)同(tong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，轉(zhuan)速(su)控(kong)製(zhi)避(bi)免(mian)了(le)閥(fa)門(men)控(kong)製(zhi)下(xia)因(yin)壓(ya)頭(tou)的(de)升(sheng)高(gao)和(he)管(guan)阻(zu)增(zeng)大(da)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)能(neng)量(liang)損(sun)失(shi)。在(zai)流(liu)量(liang)減(jian)小(xiao)時(shi)，轉(zhuan)速(su)控(kong)製(zhi)使(shi)壓(ya)頭(tou)反(fan)而(er)大(da)幅(fu)度(du)降(jiang)低(di)
，所(suo)以(yi)它(ta)隻(zhi)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)比(bi)閥(fa)門(men)控(kong)製(zhi)小(xiao)得(de)多(duo)的(de)，得(de)以(yi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)。

2.3泵機在變速下的效率分析

　　隨著轉速的降低
，泵的高效率區段將向左方移動。這說明
，轉速控製方式在低速小流量時，仍可使泵機高效率運行。

3　在變頻狀態下供水方式的研究

　　在由多點
、多泵站構成的供水係統中，需對泵站出口的壓頭進行控製，以便與管網係統適配，達到更好的係統性能指標
，這可以分為恒壓供水、變壓供水和分時段變壓供水。

3.1恒壓供水

　　使泵站出口壓頭維持不變，是該係統控製的目標。在圖4中，給定出口壓頭為Hg。

　　當流量Q變動時，因轉速變化導致揚程特性H1－Q上下移動，泵的工作點將在H＝Hg線上作水平移動（A、B

、C、D）。這雖然滿足了流量的要求，但因為管阻特性R變陡，造成了能量浪費。
　　恒壓供水係統實施比較方便，易於和多泵站供水的中
、daxingguanwangxitongxiangxietiao，juyouyidingdetongyongxing，heshiyongxing，suoyimuqianyouxiezhuangbeitiaosubengjidezilaishuichangleyucaiyongcifa，zaihengyakongzhifangshixia，yinbengzhanchukouchudeyatouweichibubian
，shibengbingliantexingyufuzaideshijitexingzhijianyouyidingdechaju，jienengxiaoguoburubianyagongshuixitong。

3.2變壓供水方式

　　為了節約能量，應盡量使出口壓頭隨著流量的減小而降低(至少不能升高)，此時可采用泵站出口端“變壓供水”方式，如圖5所示。在圖中，因轉速下降時揚程特性下移，與管阻特性R1－Q相交於點C
，流量從Qa減小到Qc（設流量Qc與恒壓控製時的QB相等）。變壓控製形成了較大的壓差 H＝Hac
，因而可節約如圖5陰線部分所示的能量。變壓供水因出口壓頭降低
，抑製了管阻特性變化所讚成的損耗及水泵的附加損耗
，節能效果顯著。