供暖系統(tǒng)變頻調(diào)速補(bǔ)水泵定壓技術(shù)應(yīng)用

孫金星

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，進(jìn)入新時(shí)代后，隨著城市化進(jìn)程的深入，人們生活質(zhì)量逐漸提高，這也使得能源消耗逐漸成為了限制我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的一個(gè)重要因素。目前，水泵、風(fēng)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)大部分都是非調(diào)速性的電動(dòng)機(jī)，若將其改成調(diào)速電動(dòng)機(jī)，那么就能夠達(dá)到理想節(jié)能效果，因此，必須了解變頻技術(shù)節(jié)能原理與優(yōu)點(diǎn)，并加強(qiáng)對(duì)其的運(yùn)用，從而有效解決能源不足問(wèn)題?？照{(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間在部分負(fù)荷工況下運(yùn)行，若空調(diào)水系統(tǒng)按設(shè)計(jì)水流量運(yùn)行，必然會(huì)導(dǎo)致空調(diào)水系統(tǒng)大部分時(shí)間在小溫差、大流量工況下運(yùn)行，浪費(fèi)大量的不必要的電能。隨著對(duì)水泵變頻節(jié)能的推廣越來(lái)越多，有必要對(duì)使用變頻泵的實(shí)際節(jié)電率進(jìn)行分析，以判斷其節(jié)能效果是否顯著。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；補(bǔ)水泵；節(jié)能

引言

基于一級(jí)泵系統(tǒng)（冷源側(cè)定流量末端變流量），對(duì)不同熱負(fù)荷、冷負(fù)荷比例下空氣源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)中循環(huán)水泵的選型進(jìn)行了探討，并對(duì)具體工程實(shí)例中循環(huán)水泵的選型進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明，空氣源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)，需根據(jù)制冷、制熱工況下系統(tǒng)的水流量決定循環(huán)水泵采用一套定速水泵、采用一套變頻調(diào)速水泵還是分設(shè)冷熱水循環(huán)水泵。

1變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

變頻技術(shù)具有以下四方面優(yōu)點(diǎn)：首先，對(duì)電機(jī)啟動(dòng)電流進(jìn)行控制。在直接啟動(dòng)工頻電機(jī)時(shí)，啟動(dòng)的電流會(huì)超出額定電流，通常情況下是比額定電流高出4到7倍，而這也就會(huì)使電阻繞機(jī)電應(yīng)力大幅增加并導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生，會(huì)減少電機(jī)的使用壽命。而變頻技術(shù)的運(yùn)用則可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的零電壓、零速啟動(dòng)。只要將電壓與頻率聯(lián)系起來(lái)，變頻器就能夠通過(guò)矢量控制方法或者是WF來(lái)帶動(dòng)負(fù)載，并完成相應(yīng)工作。通過(guò)這一方式，不僅可以使電機(jī)啟動(dòng)電流大幅度下降，還能夠促進(jìn)繞組承受能力的提升，從而增加電機(jī)使用壽命并減少維護(hù)成本。其次，降低電壓波動(dòng)。在啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，不僅電流會(huì)增加，電壓也會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)。其中電機(jī)啟動(dòng)功率的大小與配電網(wǎng)容量對(duì)電壓下降程度起著決定性作用。同時(shí)，電壓的下降也會(huì)給電壓敏感設(shè)備帶來(lái)不良影響，如故障跳閘或者是接觸器、傳感器、咒機(jī)以及接近開(kāi)關(guān)等出現(xiàn)錯(cuò)誤。但是，在使用變頻技術(shù)之后，因?yàn)殡姍C(jī)可以實(shí)現(xiàn)零壓力、零頻啟動(dòng)，所以可以有效避免電壓下降問(wèn)題的出現(xiàn)。再次，變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)與風(fēng)機(jī)的低速運(yùn)行，減少其受到的磨損并降低噪音，從而延長(zhǎng)二者額使用壽命。最后，節(jié)能效果較好。因?yàn)槟芎暮碗姍C(jī)轉(zhuǎn)速之間成立方比，所以，在運(yùn)用變頻技術(shù)之后，可以節(jié)省大量成本。

2水泵節(jié)能原理

在對(duì)水泵進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)在綜合考慮用戶平均消耗量總和的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)其容量，并根據(jù)額定用量來(lái)明確水泵類型。但是，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，用戶需求量會(huì)在天氣和氣候等的影響下出現(xiàn)變化，并導(dǎo)致水壓力與流量的變化，所以，必須對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)。以往給水調(diào)節(jié)主要是運(yùn)用管路壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)完成節(jié)流調(diào)節(jié)，但是這種方式不僅不會(huì)減少對(duì)電能的消耗，還有著較大的擾動(dòng)范圍。若是使用分布式的水泵系統(tǒng)，那么在變頻技術(shù)的作用下，則不需要安裝調(diào)節(jié)閥門(mén)就可以完成節(jié)流調(diào)節(jié)。在離心泵中，流量Q和轉(zhuǎn)速n之間成正比例，即Q1/Q=n1/n2；揚(yáng)程H和轉(zhuǎn)速n的二次方也成正比例，即H1/H2=n12/n22；而軸功率N則是和轉(zhuǎn)速三次方之間成正比例，即N1/N2=n13/n23。同時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式是n=60f（1-s）/p，其中f是頻率，s是轉(zhuǎn)差率，p則是極對(duì)數(shù)。由于轉(zhuǎn)速和頻率之間是正比例關(guān)系，所以，在頻率發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)變化。通過(guò)這一原理的運(yùn)用，變頻器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的節(jié)流調(diào)節(jié)。另外，在不考慮水泵轉(zhuǎn)動(dòng)速度下降導(dǎo)致效率降低的情況下，通過(guò)上述公式可知，在流量Q下降到Q1后，水泵轉(zhuǎn)速、壓力以及電機(jī)功率等都會(huì)呈現(xiàn)不同程度的下降。由此看來(lái)，將變頻技術(shù)運(yùn)用到水泵中可以實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

3水泵變頻運(yùn)行實(shí)際節(jié)能效果

3.1變頻調(diào)速改造設(shè)計(jì)

供暖的洗選工作量很大，生產(chǎn)用水都需要及時(shí)供應(yīng)，因?yàn)樵械难h(huán)水泵主要采用的是“一用一備”的供水模式，如果每臺(tái)水泵都配備變頻裝置需花費(fèi)的成本過(guò)高，且運(yùn)行效率低，所以采用“一拖二”變頻調(diào)速裝置，這次改造中將保留了原先的軟啟動(dòng)裝置，并與變頻器一起對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。對(duì)變頻裝置進(jìn)行檢修的過(guò)程中，能夠手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)，切斷主回路電源，確保了工作人員的生命安全；如果變頻器出現(xiàn)安全故障，同樣可以手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，將變頻裝置隔離開(kāi)，使工頻電源正常運(yùn)行，保障安全、高效生產(chǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將閥門(mén)開(kāi)到最大，電機(jī)變頻裝置設(shè)置成最小頻率38Hz，主要是為了有效控制水泵的最小揚(yáng)程，使其滿足供暖循環(huán)水供應(yīng)的實(shí)際需求。為了使水泵供水更為穩(wěn)定，在供水期間將回流閥關(guān)閉，使用水位閉環(huán)控制方式，并在主廠房水箱內(nèi)壁裝上液位感應(yīng)裝置，通過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，當(dāng)水位在預(yù)設(shè)高度時(shí)，變頻器頻率就會(huì)迅速下降，水泵處于低速運(yùn)行狀態(tài)；達(dá)到高水位時(shí)，自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速。同時(shí)，將水位信息立即傳輸至控制柜，便于操作人員全面了解液位情況。通過(guò)這樣方式，能夠使循環(huán)水箱中的水量保持不變，實(shí)現(xiàn)恒量動(dòng)態(tài)平衡。

3.2解決方法

根據(jù)制冷/制熱設(shè)計(jì)工況下空調(diào)水系統(tǒng)管網(wǎng)的流量和阻力損失，可采取水泵調(diào)節(jié)流量或分設(shè)冷熱水泵來(lái)保證水泵在高效區(qū)運(yùn)行。單臺(tái)水泵流量調(diào)節(jié)方法有節(jié)流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)兩種方式，節(jié)流調(diào)節(jié)通過(guò)改變水泵出口管路上閥門(mén)的開(kāi)度，使工況點(diǎn)發(fā)生變化，利用節(jié)流過(guò)程中的壓力損失使流量減少，水泵效率降低，輸送單位流量的功耗增大，一般不建議采用此種方式。變速調(diào)節(jié)一般通過(guò)變頻，改變水泵轉(zhuǎn)速，使流量適應(yīng)系統(tǒng)的變化，水泵效率不變，功率下降，節(jié)能效果明顯，一般建議采用此種方式。因此，若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值小于0.5，建議分設(shè)冷熱水泵，使水泵流量、揚(yáng)程適應(yīng)系統(tǒng)流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.5-0.9之間，可采用變頻調(diào)速方法使水泵流量、揚(yáng)程適應(yīng)系統(tǒng)流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.9-1.0之間，可僅設(shè)一套循環(huán)水泵。

結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入新時(shí)代后，隨著城市化進(jìn)程的深入，人們生活質(zhì)量逐漸提高，這也使得能源消耗逐漸成為了限制我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的一個(gè)重要因素。目前，水泵、風(fēng)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)大部分都是非調(diào)速性的電動(dòng)機(jī)，若將其改成調(diào)速電動(dòng)機(jī)，那么就能夠達(dá)到理想節(jié)能效果，因此，空氣源熱泵空調(diào)水系統(tǒng)中循環(huán)水泵的選型，需根據(jù)制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值具體確定。若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值小于0.5，建議分設(shè)冷熱水泵，使水泵流量、揚(yáng)程適應(yīng)系統(tǒng)流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.5-0.9之間，可采用變頻調(diào)速方法使水泵流量、揚(yáng)程適應(yīng)系統(tǒng)流量的變化；若制熱工況下流量與制冷工況下流量的比值在0.9-1.0之間，可僅設(shè)一套循環(huán)水泵。

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