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变频调速技术在水泵上的节能改造

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浏览: 发布日期:2015/6/1 14:52:47 【

一、概述:
   工业企业生产设备的负荷大部分是交流异步电动机,耗电量约占企业全部电耗的65%左右,尤其风机、水泵类负荷的效率比较低,在2002年中国加入世贸组织之后,企业必须通过降低成本来提高经济效益。才能增强竞争力,在降低生产成本中,节约用电是一个重要的经济环节。

  二、概述:
  惠隆五金机械厂供水站的供水系统是根据用水量的需求,是采用调整泵出门阀门来调节流量,需要专人值守,在不同的情况下,开关阀门。劳动强度较大,同时,由于阀门的强制节流使泵形成旋涡冲击,产生了强烈的振动和噪声,对泵的使用寿命、维护修理都加大了不利的损耗。再就是由于电动机的转矩基本恒定,这种调节方式形成的供水压力较高,造成严重的节流功率损失,泵的效率降低,造成电力的浪费。
  三、水泵的调速性能
  水泵在改变转速时,其内部几何尺寸没有改变,所以,据水泵的相似原理可知:当转速变化时,流量与转速成正比,扬程与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比,得出:同一台泵当转速变化时,水泵的主要性能参数将接上述比例定律而变化,并且,在变化过程中可保持效率基本不变,若水泵机组转速可调,大家就可以改变某台水泵的转速以适应当时需水量的变化,这样就可以避免水泵机组在低效率区域运转造成的电动机过载,另一方面,也可以避免供水压力偏高所造成的浪费。同时,水泵随着转速的变慢而使轴功率大为减少,电动机输入功率也随之减少,这就是调速水泵在供水系统中所起的节能作用。
  四、减速的基本原理
  根据交流电动机工作原理中的转速关系,n=60f(1-s)/p,从公式中得出:均匀改变电动机定子绕组的电源频率,就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢,轴功率就相应减少,电动机输入功率也随之减少,这就是水泵调速的节能作用。
  交流电动机转速物性为一条稍向下倾斜的曲线,如图A所示,调速时的特性仍为稍向下倾斜曲线,是在不同频率时相互平等的一组曲线,如图B所示:
 

    从图 A、图B中可以看出,变频器的调速特性基本保持了电动机固有的转速特性,它是一组不同频率时相互平行的特性曲线。
    变频调速具有以下优点:
  ①转差率小,转差损失小,效率可高达90~95%以上。
  ②实现平滑地无级调速,精度高,调速范围宽(0~100%),频率变化范围大(0~50Hz)。
  ③起动转矩大(可达额定值的1.1倍),实现软启动减轻启动电流的冲击。
  ④提高电网侧功率因数。
  ⑤变频器可采用高速度的16位CPU与专用的大规模集成电路配合,用App实现V/5自动调整,具有
与计算机可编程控制器联机控制的功能,容易实现生产过程的自动控制。
  ⑥安装容易,调试方便,操作简单。
  ⑦不仅适用于水泵,风机类负荷的节能调速,而且也适用于旧设备的改造,对改善工艺条件,提高产品质量都有其明显作用。
    一、案例
  惠隆五金机械厂生活水泵,电机功率为Y200M-2 45KW,安装变频器壹台,已运行三个月,节电效果明显。
  生活水泵变频减速节能测试数据如表A、表B所示:
  表A(2001年9月份)安装变频器前的测试数据(f=50Hz)
 
    表 B(2001年9月-10月)
  安装变频器后的测试数据(P=4kgf/cm2=39.2N/CM2,f=0~50Hz)
 
    供水的高峰与低谷是随作息时间及生活习惯不同的变化的,为保证楼房高房及远距离居住的职工正常用水,大家采用了恒压供水方式,即保持管网压力为 4KGF/CM2(39.2N/CM2)。电动机频率随压力变化,从而实现了节能的目的。
  从表A与表B所示,以10天运行记录分析:
    安装变频器前: 供水量12785T,耗电7132KWH,平均单耗0.558KWH/T,平均时耗39.187KW/H。
    安装变频器后: 供水量:12819T;耗电5412KWH,平均单耗0.422KW/T,平均时耗29.254KWH。
  前后相比,10天供水量几乎相等,而耗电减少1720KWH,平均单耗降低0.136KWH,节电率24.37%,平均时耗降低9.942KW/H,节电率25.37%,平均节电率达24.87%,节电效果显著。
    投资回报期短: 按平均每天运行时间为18小时计
    年运行时间 =18×365=6570小时
    年节电量 =(投入前平均时耗-投入后平均时耗)×年运行时间=(39.187-29.254)×6570=65319(KWH)
  按电费单价1元=年节电折合人民币
    年节电费 =电费单价×年节电量=1×65319=65319元
    投资回报期 =60000÷65319=0.92年×12个月=11个月   
    即期投资回报期不到1年,与其他节能技术相比投资回报期限明显缩短。
  中央空调智能节电系统
  一、 概述:
  目前大多数中央空调供水系统的供水量都是手动调节,只要水泵开始运行,无论负荷情况如何,水泵均以最大负荷运行,所以能源浪费现象较严重,经调查测试一些空调供水系统的资料数据表明,普遍存在大流量小温差的问题。
   夏季供冷水系统的供回水温差:较好者为4℃,较差者为1~1.5℃。
   冬季供暖水系统的供回水温差:较好者为8~10℃,较差者为3℃。且循环水量一般是设计水量的1.5倍,这样带来如下一系列问题:
   1、水流量过大使冷水系统和用水温度变低,恶化主机的工作条件。
   2、由于水泵的压力太大,通常都是通过调整管道上阀门的开度来调节水流量的,因此在阀门上存在很大的电能浪费。
   3、因水泵通常采用的是Y-△起动方式,电机的起动电流约为额定电流的3~4倍,一台30KW的电动机,其起动电流将达到100A以上。在如此大的电流冲击下,接触器等元器件的使用寿命大大下降,增加了维修工作量和备品备件费用。其次,较大的启动电流还会在电机和变压器中引起极大的电能损失,造成电气设备发热等问题。
  由上述可知,供水系统运行效率较低,能耗较大,且属长期运行设备,进行节电改造完全是必要的,据统计,就在空调系统中,冬季暖期约占动力用电的20%~30%。在夏季供冷期占动力用电的15%~25%。因此,降低空调系统的用电是目前降低成本的一个重要环节。
  二、 节能改造的技术可行性:
  采用恒压(恒温)智能控制节电器,控制水泵运行,是目前供水系统节能改造的有效途径之一,图A和图B给出了阀门调节和智能控制节电器两种运行状态的压力——流量(H-Q)关系及功率——流量(P——Q)关系。
 
    图 A中曲线1是水泵在额定转速下的H——Q曲线,曲线2是水泵在某一较低速度下的HQ曲线,曲线3是阀门开度最大的管路H——Q曲线,曲线4是某一较小阀门开度最大的条件下采用智能控制器调节水泵运行,则工况点沿曲线3由A点移动到C点。显然,B点与C点的流量相同,但B点的压力以C点的压力要高很多,即智能控制水泵运行,节能效果显著。
  图B中曲线5为智能控制水泵运行的P——Q曲线,曲线6为阀门调节方式下的P——Q曲线;在相同的流量下,智能控制方式比阀门调节方式能耗小,二者之间的关系为:△P=[0.4+0.6Q/Qe-(Q/Qe)3]Pe式中,Q为实际负载流量,Qe为额定流量,Pe为额定负载功率,△P为功率节省值。可以算出当负载流量下降到额定流量的70%时,节电率将达到48%。除了节省电能外,智能控制节电器的应用还会给供水机组运行带来如下好处:
   1:管路阀门开度最大,消除阀门上节流损失。
   2:有欠压、过流、缺相、漏电等保护措施,改善了电机运行条件,提高了运行的可靠性。
   3:实现电机软启动(最大启动电流小于额定电流)。
   4:启动平稳,无冲击负荷,大幅度降低设备损耗延长了设备使用寿命,减少维修费用。
   5:管路压力降低,减少了跑冒滴漏现象,设备运行更加安全。
   6:在空调系统中,调节水流量,把冷水机组的进水和回水温度控制在适当的范围之内,保证主机的热交换率,节省主机能耗。
  三 、改造方案
  1:供水系统及空调用冷冻水泵采用恒压闭环控制,由压力传感器检测则信号反馈给智能控制节电器,控制电机运行。
  2:空调用冷却水泵采用温度闭环控制。
  3:为方便检修且不影响生产,可进行节电控制和市电两种状态运行,同时实行电气互锁。(以控制柜形式提供给用户)
  4:具有自动控制回路,手动控制旁路及相应的指示状态和各种完善的保护功能,如过载、过流、过压报警功能。

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