變頻調(diào)速技術(shù)在水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用探討

藍(lán)桃生

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 龍巖 364200）

根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=60f/p，電動(dòng)機(jī)工作頻率和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈正比，這也就意味著，以頻率作為變量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以得到有效控制。正基于此，變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，在采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行水泵節(jié)能改造時(shí)，其運(yùn)行效果、應(yīng)用場(chǎng)合也有所不同，在具體應(yīng)用時(shí)需要予以充分考量。一般來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速技術(shù)主要是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度，并根據(jù)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，以此避免大馬拉小車，起到節(jié)能降耗的作用，對(duì)電動(dòng)機(jī)本身也能起到較好的保護(hù)效果。本文立足于此，首先探究水泵運(yùn)行時(shí)存在的問(wèn)題，之后就如何更好的將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于水泵改造中進(jìn)行策略探究。圖1 為變頻調(diào)速基本原理圖。

圖1 變頻調(diào)速基本原理

1 水泵運(yùn)行中存在的問(wèn)題

一般來(lái)說(shuō)，造成水泵能耗過(guò)大的原因中，除了機(jī)器本身內(nèi)部零位件磨損以及安裝精度不夠等外，也與水泵性能未能高效利用有關(guān)。在充分運(yùn)用水泵性能并促使水泵對(duì)工作任務(wù)做出適應(yīng)的情況下，可充分采用變頻調(diào)速技術(shù)，以提高電網(wǎng)的功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)能效比，更多的節(jié)約能源。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于水泵運(yùn)行時(shí)，除了需要根據(jù)需要選擇具有更好適應(yīng)性的變頻解決方法外，變頻調(diào)速實(shí)際效果還與水泵質(zhì)量、連續(xù)工作周期、有形損耗、適配電動(dòng)機(jī)功率等有關(guān)。在水泵運(yùn)行過(guò)程中過(guò)多重視變頻設(shè)備的性能，對(duì)水泵的適用性、維護(hù)、輪替等重視程度不夠，減弱變頻效果的同時(shí)，也對(duì)水泵造成損耗，面對(duì)于此，日常運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)予以充分重視。

2 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于水泵節(jié)能改造的策略

2.1 根據(jù)需要選擇合適的變頻技術(shù)

在水泵節(jié)能改造上，優(yōu)先可采用變頻調(diào)速進(jìn)行改造，其對(duì)泵站的運(yùn)行穩(wěn)定性、節(jié)能性能等方面帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn)。一般來(lái)說(shuō)，也不能單純的注重水泵節(jié)能性能，而忽視改造成本問(wèn)題，水泵改造成本過(guò)高，會(huì)占用設(shè)備維護(hù)、管道鋪設(shè)、配套設(shè)備等方面的成本。所以水泵節(jié)能改造以經(jīng)濟(jì)適用性為前提，合理選擇變頻調(diào)速技術(shù)。另外，在電網(wǎng)電壓電流存在較大的起伏波動(dòng)時(shí)，為了充分保障水泵的使用壽命，則可采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造，一方面，可起到較好的節(jié)能效果，改善了電網(wǎng)電源質(zhì)量，另一方面，也可充分的保護(hù)設(shè)備工作的穩(wěn)定性，避免起伏波動(dòng)較大電壓電流對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)核心組件產(chǎn)生沖擊，造成設(shè)備損毀，尤其是保護(hù)電路無(wú)法有效發(fā)揮作用的情況下，更需為水泵電動(dòng)機(jī)設(shè)備增加安全保護(hù)。

在生產(chǎn)中，為了充分保障泵站的運(yùn)行效率，除了要對(duì)泵站進(jìn)行規(guī)劃外，還需要注重水泵配套設(shè)備協(xié)同改造以及選型，以便能進(jìn)一步增加泵站的節(jié)能效果。例如保障車間一級(jí)水站水泵節(jié)能改造中充分考慮了設(shè)備成本、選型與節(jié)能等因素，成功完成泵站改造。原泵站設(shè)計(jì)一備一用，采用的水泵電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y315L2-2，配套啟動(dòng)設(shè)備為自耦降壓?jiǎn)?dòng)，在運(yùn)行過(guò)程中，配電總柜的功率因數(shù)較低，自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜故障率較高，無(wú)法滿足正常生產(chǎn)需要，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行帶來(lái)安全隱患，急需進(jìn)行改造。將自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜更換為通用變頻調(diào)速器，同時(shí)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率，且原電動(dòng)機(jī)屬于高耗能落后機(jī)電設(shè)備，所以在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，考慮到這種情況，將電動(dòng)機(jī)更換為YE3 系列超高效率變頻電動(dòng)機(jī)，僅此新型節(jié)能電動(dòng)機(jī)本身節(jié)能相比原電動(dòng)機(jī)可提高8%以上。經(jīng)變頻改造后，可根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，適時(shí)調(diào)整水泵運(yùn)行頻率，降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流，電動(dòng)機(jī)溫升減小，泵站運(yùn)行穩(wěn)定，故障率明顯降低，不但提高了泵站設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，而且泵站配電系統(tǒng)功率因數(shù)由原先的0.85 提高到0.95 以上，長(zhǎng)期運(yùn)行節(jié)能效果明顯。

2.2 充分確保水泵工作質(zhì)量

機(jī)械的工作效能很大程度上依賴于設(shè)備的質(zhì)量，水泵同樣如此，在對(duì)水泵進(jìn)行變頻技術(shù)節(jié)能改造時(shí)，除了注重變頻技術(shù)的實(shí)用性外，還要對(duì)變頻技術(shù)在水泵運(yùn)行表現(xiàn)出的性能進(jìn)行充分的把握，以期能充分的促使水泵運(yùn)行保持穩(wěn)定、節(jié)能。因而在進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)水泵的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，首先注重水泵密封性、外殼材質(zhì)抗酸堿腐蝕特性等，避免水泵運(yùn)行過(guò)程中，受水質(zhì)的影響，工作性能無(wú)法得到發(fā)揮，除了直接破壞變頻效能外，還會(huì)對(duì)水泵輸送、增壓能力產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)會(huì)增加泵站的維護(hù)成本。其次，注重變頻調(diào)速器的參數(shù)調(diào)整，確保變頻啟動(dòng)性能穩(wěn)定。最后，液體類別、流量等應(yīng)在變頻設(shè)備控制范圍內(nèi)，避免液體密度過(guò)大，增壓效果不佳，造成擁塞等，導(dǎo)致水泵效能不佳，對(duì)水泵的工作質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，水泵效能的發(fā)揮并非單純的由水泵決定，應(yīng)根據(jù)不同輸送液體介質(zhì)的性質(zhì)，選定不同性能的水泵，同時(shí)配套選用不同工作原理、性能變頻調(diào)速器，如V/f 控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等，這樣可以較好的保障水泵運(yùn)行質(zhì)量，發(fā)揮水泵效能。

2.3 注重設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)

變頻技術(shù)的運(yùn)用雖然會(huì)增強(qiáng)水泵運(yùn)行的穩(wěn)定性，但并不能充分的消除設(shè)備故障率，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域，精密設(shè)備在惡劣的工作環(huán)境下，一般是需要進(jìn)行全面深入的檢修、維護(hù)，來(lái)延長(zhǎng)設(shè)備連續(xù)工作期限，減少設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)設(shè)備的維護(hù)保障首先需要進(jìn)行定期或計(jì)劃?rùn)z修，對(duì)核心組件、次要部件，按照理論連續(xù)工作周期及工作強(qiáng)度，定時(shí)進(jìn)行點(diǎn)檢、故障排查、注油潤(rùn)滑、清洗等，保證機(jī)械設(shè)備能時(shí)刻保持穩(wěn)定狀態(tài)。其次，對(duì)設(shè)備工作中出現(xiàn)的異常震動(dòng)、噪音、運(yùn)行電流異常、壓力流量異常等狀況，應(yīng)當(dāng)予以充分重視，及時(shí)進(jìn)行故障排查，確保設(shè)備工作質(zhì)量，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。而對(duì)設(shè)備配套的變頻調(diào)速器控制主板進(jìn)行定期除塵，檢查接插件、端子的緊固情況等。同時(shí)積極改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，保持環(huán)境整潔，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。例如，水泵崗位操作工人日常按點(diǎn)檢周期進(jìn)行定期定點(diǎn)保養(yǎng)，并做好記錄。在進(jìn)行巡查、操作時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)水泵工作震動(dòng)異常明顯，可能由于水泵葉輪損壞、軸承磨損或聯(lián)軸器偏心等故障，應(yīng)及時(shí)通知機(jī)械維修人員檢查處理，消除水泵運(yùn)行安全隱患，避免對(duì)水泵造成不可修復(fù)的故障，同時(shí)也節(jié)省維修費(fèi)用，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.4 注重水泵自動(dòng)化改造

調(diào)節(jié)范圍較大且較為復(fù)雜時(shí)，人工操作可能存在較多誤差，在連續(xù)變動(dòng)過(guò)程中，也可能會(huì)對(duì)水泵產(chǎn)生損傷，因而，進(jìn)行水泵自動(dòng)化改造，可大大減少人工操作強(qiáng)度，提高水泵運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)一步增強(qiáng)水泵運(yùn)行效能。例如，選礦車間工業(yè)水泵房進(jìn)行自動(dòng)化改造，考慮經(jīng)濟(jì)適用，技術(shù)先進(jìn)因素，增加觸摸屏與小型西門子S7-200 進(jìn)行自動(dòng)化改造，操作工人僅通過(guò)觸摸屏就可對(duì)水泵運(yùn)行頻率、周期、流量、壓力閾值等進(jìn)行設(shè)定，按生產(chǎn)工藝要求適時(shí)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)合理選擇水泵開(kāi)停機(jī)時(shí)間，避峰填谷，進(jìn)一步增強(qiáng)節(jié)能效果。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)水泵進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，一般可以從選擇合適的變頻技術(shù)、充分保障水泵工作質(zhì)量、注重設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、注重水泵自動(dòng)化改造四方面予以把握，使水泵運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，更加節(jié)能高效。