水泵變頻節(jié)能技術(shù)分析與應(yīng)用

摘 要：隨著人們對水資源需求量的不斷增加，水廠的出水量發(fā)生了顯著的變化，為了更好地調(diào)節(jié)清水池，提升泵房的數(shù)量，需要對水泵的頻率進行改變和調(diào)整。在水廠運行過程中，如果不及時地對水泵的頻率進行調(diào)節(jié)，很可能會導(dǎo)致造成巨大的浪費現(xiàn)象，而且對后序水廠的沉淀工作產(chǎn)生巨大的沖擊?；诖耍疚闹饕獙λ米冾l節(jié)能技術(shù)進行分析。

關(guān)鍵詞：水泵變頻；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TV675 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）24-0138-01

1 前 言

據(jù)相關(guān)資料顯示，我國的泵類配套電機的耗電量在全國總耗電量中所占的比例在20%左右。但是，泵的實際運行效率確實十分的低下，有的水泵運行效率甚至連30%都達不到，而且，最不容忽視的就是現(xiàn)有的泵對能源造成的浪費確實十分巨大的。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。

2 變頻水泵節(jié)能技術(shù)分析

2.1 水泵變頻調(diào)速運行的節(jié)能原理

根據(jù)過去的流體力學(xué)便可以得出，在目前的水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)中，其主要的工作原理來源于H（壓力）×Q（流量）=P（功率）；在這個公式之中，當(dāng)轉(zhuǎn)速N的二次方和壓力H值之間成為正比的時候，轉(zhuǎn)速N和流量Q之間也將成為正比狀態(tài)，且轉(zhuǎn)速N的三次方和功率P成正比。建設(shè)在目前的水泵工作中，其工作效率為定值，而流量調(diào)節(jié)逐漸開始下降，其轉(zhuǎn)速也將跟著正比逐漸先將，進而出現(xiàn)的時候軸輸出的功率由于受到正比關(guān)系的影響也是一種下降的趨勢。

因此而言，在水泵電機轉(zhuǎn)動的時候，其轉(zhuǎn)速和所消耗的電功率成三次方比例的關(guān)系。即將流量采用閥門控制的時候，功率被損耗給浪費掉了；同時，隨著不斷的將閥門關(guān)小，這一損耗還會相應(yīng)的增大。當(dāng)采用轉(zhuǎn)速進行控制的時候，因為轉(zhuǎn)速n的二次方和揚程H成正比例關(guān)系，轉(zhuǎn)速n和流量Q成正比例關(guān)系；轉(zhuǎn)速n的三次方和功率成正比例關(guān)系，也就是轉(zhuǎn)速n和功率成三次方關(guān)系下降。若并非采用將閥門關(guān)小的方法，而采用降下電機的轉(zhuǎn)速；則在轉(zhuǎn)運等量的流量這一情況之下，原本在閥門所消耗的功率則能夠全部避免；并能獲取很好的節(jié)能效果；這則是水泵的調(diào)速節(jié)能的原理。

2.2 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的分析

目前，國內(nèi)在水泵控制系統(tǒng)中使用變頻調(diào)速技術(shù)，大部分是在開環(huán)狀態(tài)下，即人為地根據(jù)工藝或外界條件的變化來改變變頻器的頻率值，以達到調(diào)速目的。系統(tǒng)主要由四部分組成：①控制對象；②變頻調(diào)速器；③壓力測量變送器（PT）；④調(diào)節(jié)器（PID）。

3 應(yīng)用分析

某廠設(shè)計日供水能力20萬m3，目前日處理水量12萬m3/d。水廠常規(guī)水處理工藝分別為折板反應(yīng)池+斜管沉淀池+V型濾池和立式微窩混合+小網(wǎng)格絮凝池+斜管沉淀池+V型濾池。水廠提升泵房目前共有水泵6臺，3臺離心泵3臺潛水泵。1～3#為20SH-28離心泵，流量2016m3/h，揚程12.8m，電機功率115kW；4～6#為KRTK500-540潛水泵流量2200m3/h，揚程7m，電機功率67kW。

泵房水泵在實際運行中，存在3臺離心泵偏離高效區(qū)運行的現(xiàn)象，且運行時間長達20a之久，設(shè)備老化，水泵效率下降。水廠技術(shù)人員使用BSC-3手持式泵效速測儀對1～3#水泵效率進行測試，測得水泵效率只有60%左右。日常運行基本采用4#、5#潛水泵，流量不夠時增開6#潛水泵，其他作為備用泵。

3.1 節(jié)能改造方案

對于水泵變頻調(diào)速原理以及水泵特性曲線的有效分析，水廠采用的方案是通過提升泵房的兩臺20sh-28離心泵進行改造，改造其中2#機組為變頻運行機組，水泵流量1667m3/h，揚程7.6m。3#機組為軟啟動，水泵流量1260m3/h，揚程7m。改造完畢后，水廠有兩套方案保證供水量。①正常情況下，運行一臺變頻泵一臺潛水電泵，補充流量時再開啟3#泵。②正常情況下，運行一臺變頻泵一臺潛水電泵，補充流量時再開啟5#或6#潛水電泵。

3.2 在節(jié)能改造后的運行效果

在完成2#、3#泵的改造工作之后進行試運行。機組搭配為運行2#離心泵和4、6#電潛泵，經(jīng)過一段時間運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，提升泵房平均單方水電耗0.029kWh/m3。在滿足水量要求的情況下，我們認為此種搭配形式不夠經(jīng)濟。決定改變提升泵房機泵組合搭配形式，啟用3#離心泵替代6#電潛泵運行。通過運行數(shù)據(jù)顯示，水廠這種機泵組合方式更加經(jīng)濟合理，水泵機組能夠保持長期高效運行，單方水電耗大幅下降，統(tǒng)計單方水電耗下降為0.021kWh/m3，節(jié)能降耗效果明顯，經(jīng)濟效益十分可觀。變頻改造后提高了系統(tǒng)的自動化程度，減少了操作量，減輕了工人的勞動強度。改造后的系統(tǒng)由運行人員對各運行的水泵或構(gòu)筑物運行情況進行實時監(jiān)控和調(diào)整。根據(jù)提升泵房在線流量計瞬時流量值，在滿足系統(tǒng)的壓力前提下，及時調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)供水量的實時調(diào)節(jié)。

改造后系統(tǒng)的能耗降低。改造前只能通過調(diào)節(jié)水泵的出水閥門的開度調(diào)節(jié)供水量，改造后通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供水量。泵的轉(zhuǎn)速變化定會改變軸功率的需求實現(xiàn)節(jié)能的目的。因為電機為直接啟動，啟動電流等于（4～7）倍的額定電流，這樣會對機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，而且啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能，將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護費用。

4 結(jié) 語

綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運行工藝安全可靠等優(yōu)點。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對于提高勞動生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實意義。可以說，變頻調(diào)速技術(shù)是一項利國利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。

參考文獻

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[2]曹劍琦.水泵變頻節(jié)能技術(shù)在供熱運行中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2011，05：21～22.

收稿日期：2018-7-23