变频调速技术在水泵和风机应用中的节能分析

变频调速技术在水泵和风机应用中的节能分析

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河北煤炭

2010年第3期

变频调速技术在水泵和风机应用中的节能分析

祁雪来，乔矿生

（冀中能源井矿集团公司，河北石家庄050100）

摘要：主要介绍了风机、泵类设备利用变频调速技术节能降耗的分析及应用情况。关键词：变频调速；节能；风机；水泵中图分类号：TD32文献标识码：B文章编号：1007-1083（2010）03-0034-02

Analysisonsavingenergyofthefrequencyconversiontransferingspeedtechnologyinwaterpumpandfanblowerapplication

QIXue-lai，QIAOKuang-sheng

在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%～25%。而变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点，随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。

1综述

通常风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节，以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。同样，泵类设备要根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及

产品质量。

近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

2节能分析

通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即：流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

以一台水泵为例，它的出口压头为H0（出口压头即泵入口和管路出口的静压力差），额定转速为n0，阀门全开时的管阻特性为R1，额定工况下与之对应的压力为Ha，出口流量为Q1。流量-转

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速-压力关系曲线如图1所示。

在现场控制中，通常采用水泵定速运行出口阀门控制流量。当水泵采用工频运行时，随着泵出口阀门开度减小，管路特性曲线R1向左移动到曲线R2（R1与R2之间可以得到一组曲线）。当按照需要流量Q2固定阀开度后，泵的工况点由A沿着H-Q（g）左移到B点，泵排出阀上多消耗压头△H（Hb-Ha）。泵轴功率实际值（kW）可由公

Q·H

式：P=得出。其中，P、Q、H、

ηc·ηb·10-3

ηc、ηb分别表示功率、流量、压力、水泵效率、

传动装置效率，直接传动为1。假设总效率（ηc、ηb）为1，则水泵由A点移至B点工作时，电机节省的功耗为A、Q1、O、Ha和B、Q2、O、Hb点

所围成的面积差。

R2

R1

HbHaHcη2η1

B

A

H-Q（g）H-Q（f）η（g）η（f）

电机节省的功耗为A、Q1、O、Ha和C、Q2、O、Hc点所围成的面积差。比较采用阀门开度调节和水泵转速控制，显然使用水泵转速控制更为有效合理，具有显著的节能效果。

另外，从图中还可以看出：阀门调节时将使系统压力Ha升高到Hb，这将对管路和阀门的密封性能形成威胁和破坏；而转速调节时，系统压力Ha将随泵转速n的降低到Hc，因此，不会对系统产生不良影响。与此相类似的，如果采用变频调速技术改变泵类、风机类设备转速来控制现场压力、温度、水位等其它过程控制参量，同样可以依据系统控制特性绘制出关系曲线得出上述的比较结果。亦即，采用变频调速技术改变电机转速的方法，要比采用阀门、挡板调节更为节能经济，设备运行工况也将得到明显改善。

3节能计算

C

风机设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下方式进行计算：

根据风机、泵类平方转矩负载关系式：

Pn=OO

〔〕

3

（1）

O

Q1

Q2

图1水泵性能曲线

如果采用调速手段改变水泵的转速n，一般都

是通过降低电源的供电频率实现调速，所以，变频调速基本都是使泵在低于额定转速下的调速。随着速度的降低，能够得到一组从工频特性曲线H-Q（g）下平移的泵特性曲线H-Q（f）。在某一变频调节的情况下，电机转速调低，使流量Q2相交于泵特性曲线H-Q（f）于C。显然，此时泵排出阀开度不变，泵出口阀门上没有压头损失，还降低了压头，与阀门节流相比节约压头，根据泵特性，在运行转速与额定转速变化不大的情况下，泵效曲线可平移得到。当流量从Q1减小至Q2时，那么管网阻力特性为同一曲线R1，系统工作点将沿R1曲线由原来的A点移至C点，水泵的运行也更趋合理。在阀门全开，只有管网阻力的情况下，系统满足现场的流量要求，能耗势必降低。此时，

式中P0———额定转速n0时的功率；

P———为转速n时的功率。

以一台工业锅炉使用的22kW鼓风机为例。运行工况仍以24h连续运行，其中每天11h运行在90%负荷（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98%计算），13h运行在50%负荷（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300d为计算依据。

则变频调速时每年的节电量为：W1=22×11×〔1-（46÷50）3〕

=16067kW·h

W2=22×13×〔1-（20÷50）3〕

=80309kW·h

Wb=W1＋W2=16067＋80309=96376kW·h挡板开度时的节电量为：

W1=22×（1－98%）×11×300=1452kW·h

W2=22×（1－70%）×11×300=21780kW·h

（下转第58页）

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℃/W以下，而经过处理的冷却水垢可达2×104m2℃/W，针对这个分热阻采取强化措施，收效显著。

该厂运行中对循环冷却水采用经过严格预处理的厂内水，同时合理安排清洗周期来清洗。冷却面结垢对真空度的影响是逐步积累和增强的，因此，判断凝汽冷却面是否结垢时，应与冷却面洁净时的运行数据作比较，结垢可使凝汽器的阻力损失增大。初期的结垢较松，污泥多，可用干洗法，选用除氧器的热水灌满凝汽器的汽侧，管内用风机吹干，泥垢发生龟裂后，用冷水冲掉。当凝汽器铜管结有硬垢，真空度下降已无法维持正常运行时，则需进行酸洗。针对水垢以碳酸盐为主，夹杂 …… 此处隐藏：2871字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……