離心泵變頻調(diào)速參數(shù)的優(yōu)化控制研究

王瑞

摘要：在目前的一些工業(yè)應用時，應用變頻調(diào)速的模式有很多優(yōu)點，不僅方便，而且經(jīng)濟可行。隨著新一代智能泵的出現(xiàn)，離心泵的設置變得現(xiàn)代化，變頻器可以滿足更大的生產(chǎn)需求。目前，有許多公司，包括個人，都在積極開發(fā)并優(yōu)化控制變頻調(diào)速參數(shù)。

關(guān)鍵詞：離心泵;變頻;調(diào)速參數(shù);優(yōu)化控制

近年來，工廠在節(jié)能泵領(lǐng)域投入了大量精力，例如轉(zhuǎn)換片的使用，采取適當措施，改變“高速運轉(zhuǎn)”的狀態(tài)。然而，由于定速電動機驅(qū)動和同步，導致功率損耗尚未消除，而要解決這部分的問題，最主要的辦法是，應用變頻技術(shù)來調(diào)節(jié)速度。

1離心泵的調(diào)節(jié)方法

在確定離心泵的工作點時，必須明確泵的特性與管道的特性，根據(jù)此二者來確定。當把泵應用在特殊的系統(tǒng)中時，具體的操作流程和控制取決于兩個關(guān)鍵點，泵和管道本身的性能。管道的特征與液體在運輸過程中受到限制有關(guān)。離心泵的出口管路特性可表示如下。

上式中：He是管道的揚程，Qe是管道中，流體的流動量，B將隨著管道的局部阻力增加而增加。He-Qe是一個上行的拋物線。隨著局部阻力的增加，拋物線變得更陡，如圖1中曲線R1，R3和R2所示。根據(jù)泵的特性試驗，我們可以得出泵的特性，其形狀與圖1中的n1，n3和n2相同，它以恒定速率隨速度增加。在選擇和設計時，需要確保其在高效率的范圍內(nèi)工作，在最大流量下正確運行。初步預測時確定主要參數(shù)，通常是不可能的。所以，大多數(shù)情況中，選擇的泵都因為傳輸量過大，壓頭過高，以致于和實際需求遠遠不相符，這經(jīng)常導致“大馬牽小車”等不合規(guī)的現(xiàn)象。如果運行條件發(fā)生變化，則必須調(diào)整泵和管道，以處理運行期間的要求。為泵配備變頻器主要有兩種方法：變速控制和油門控制。稍后將參考圖4描述節(jié)流閥調(diào)節(jié)和換檔控制的方法和原理。

泵以速度n1，管路特性R1和電源N1啟動。這個時候，泵的工作點被確定為（Q1，H11）。如果該過程需要從Q1轉(zhuǎn)換到Q2，您可以看到圖1顯示了兩種配置方法：（1）在B值為（Q2，H12）時，泵的有效功率為N12 = H12 * Q2 *ρ* g;（2）以泵n1的速度下降到n2，管道的特性不會改變。這里，工作點由A（Q1，H11）變?yōu)镃（Q2，H22），在這個階段泵的有效功率為N22 = H22 * Q2 *ρ·G。具有相同流量的C，B點的高度大于C點，即H12> H22，B點的功率比C點大。換句話說，N12> N22，也就是說它以相同的流速調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)的功耗比降速功耗更大，用于速度調(diào)節(jié)，這種變速調(diào)節(jié)在節(jié)省能源方面有很大作用。當在恒定壓力條件（H11）下，流量從Q1變?yōu)镼2時，需要同時進行油門調(diào)節(jié)和速度調(diào)節(jié)兩個環(huán)節(jié)。管道的特征是R1，切換到R3時，泵速從n3降低到n1，工作點從A（Q1，H11）變?yōu)镋（Q2，H11）。這個時候，泵的有效功率為N33 = H11 * Q2 *ρ* g，節(jié)能率為（Q1-Q2）Q1。調(diào)整過程可以通過調(diào)整泵的頻率轉(zhuǎn)換，來適應過程變化，從而節(jié)省大量能量，但不能代替節(jié)流閥。

2變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能原理

2.1泵有效功率Ne減小

根據(jù)圖2和圖3中所示，泵出口處有轉(zhuǎn)速三角形，可以直觀地理解，在兩個相同的操作條件下，流速減小。此時，車輪vm22的徑向速度相同，并且車輪出口處流體的絕對速度相同。這里有一個很大的區(qū)別：油門設置v22大于減速設置v22。節(jié)氣門設置中的流體能量超過延遲設置的值，并且當調(diào)節(jié)節(jié)流閥時，泵消耗的能量超過延遲設置，這一點對應于上面的結(jié)果。

根據(jù)上述公式，如果控制收縮期間的旋轉(zhuǎn)速度是恒定的，那么μ2不會改變，理論流量HT∞將隨著理論流量QT的減小而增加。隨著調(diào)整過程中速度的降低，NT負載將隨著尺寸的減小而減小，u2隨著尺寸的減小而減小。當流量相同時，換檔控制泵的有功功率（Ne）低于節(jié)流閥設定值。

2.2泵效率η增加

泵的效率隨著速度減慢而增加。（1）隨著速度減慢，動輪的圓周速度減緩，輪子過道與流體之間的磨擦減緩。車輪出口部位的偏流的絕對速度明顯降低，從而使泵的效能升高。（2）隨著泵內(nèi)的速度減慢，在泵的每一個披露點會減小，并且泵的容量將變大。（3）隨著逆轉(zhuǎn)速度的減慢，流質(zhì)與動輪之間的磨擦受損減小，每一個磨擦力矩的磨擦損失降低，泵的機械效率增長。換句話說，降速調(diào)節(jié)泵的效率大于節(jié)流閥的效率。

2.3泵軸功率N降低

可以看出，泵軸上的功率N =Neη減小了2.1，泵的有效功率Ne減小，泵η的效率從2.2增加。減慢離心泵所需的軸（N）的功率減小，這減少了電動機在離心泵上進行的處理工序。

2.4能量損失分析

節(jié)流閥主要是打開一個小型控制閥，增加局部管路損耗，增加等式（1）中的B。閥門的局部阻力將吸收液體的有用功，并將這部分轉(zhuǎn)化為損失的熱能，這會導致比較明顯的能量損失。節(jié)流閥設置增加了泵的內(nèi)部壓力，保持恒定的旋轉(zhuǎn)速度，降低了泵的使用效率，并增加了水損失、體積損失和機械損失。

3采用變速調(diào)節(jié)需要注意的幾個問題

（1）只能針對一個源調(diào)整變速設置。如果您的泵系統(tǒng)有多個回路，則必須添加控制閥，分別控制每個回路的流量和壓力。（2）該過程應指示管道沿管道阻力曲線或正常流量的阻力，以確定速度變化的范圍。（3）選擇泵時，陡峭的功率曲線選擇泵時，應簡化泵的配置。在這個階段，泵的關(guān)閉壓力相對較高，這應該在設計期間考慮，做好應對措施。（4）排氣系統(tǒng)的設計過程中，必須考慮泵的最大速度產(chǎn)生的壓力，以防止超壓。（5）盡管通過調(diào)節(jié)變速，可以減小最小連續(xù)泵的連續(xù)流量，但是每個泵系統(tǒng)的最小返回管線還不能被清除。在這種情況下，建議在回程管路上安裝控制閥，并僅在必要時將其打開。（6）根據(jù)可配置用于變頻的系統(tǒng)和過程要求，分析每個系統(tǒng)的操作靈活性和可靠性。

4結(jié)語

綜上所述，從機械的角度出發(fā)分析探究，了解控制變頻離心泵轉(zhuǎn)速的節(jié)能原理，并已經(jīng)得出結(jié)論，通過比較適應方法，調(diào)整頻率轉(zhuǎn)換可以節(jié)省大量能量。我廠的離心泵消耗約2.5 x 10 kW·ha。離心泵的節(jié)能潛力巨大，希望上述探討與分析，可以為需要的人或公司帶來幫助。

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