水泵节能控制论文

水泵节能控制论文（精选9篇）

水泵节能控制论文 第1篇

⑴目前, 变频器技术已很成熟, 因为建筑供水的应用广泛, 有些变频器设计生产厂家把变频器直接做在供水专用变频器中:这种变频器具有可靠性好, 使用方便的优点。

⑵变频调速恒压给水具有优良的节能效果。由水泵管道供水原理可知, 调节供水流量, 原则上有两种方法;一是节流调节, 开大供水阀, 流量上升;关小供水阀, 流量下降。调节流量的第二种方法是调速调节, 水泵转速升高, 供水流量增加;转速下降, 流量降低, 对于用水量经常变化的场合 (如生活用水) , 采用调速调节流量, 具有优良的节能效果。但应当指出, 变频恒压供水节能的效果主要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配, 为了使变频恒压供水具有优良的节能效果, 变频恒压供水宜采用多泵并联的供水模式。因变频泵的流量是变化的, 其工作效率及运行功率可随用水流量而改变, 因此变频泵组的功率降低, 从而可以降低变频恒压供水系统的能耗, 改善节能状况。

根据各工程的实际情况, 变频调速恒压给水设备的组合及选用有如下几种方式:

1 普通循环软启动变频供水设备

该类型设备在实际应用中较多, 系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调速器, PLC, 多功能PCS-PID调节仪, 低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2~3台, 以3台泵为例, 系统的工作情况如下:平时1台泵变频供水, 当1台泵供水不足时, 先开的泵倒为工频运行, 变频柜再软启动第2台泵, 若流量还不够, 第2台泵倒为工频运行, 变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少, 按启泵顺序依次停止工频泵, 直到最后1台泵变频恒压供水。

另外系统具有定时换泵功能, 若某台泵连续运行超过24h变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定, 可按要求随时调整。这样可均衡各泵的运行时间, 延长整体泵组的寿命。

该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区 (如300户以内) 或其它小规模用水系统, 水泵功率一般不超过7.5k W。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化不大的其它场合, 如循环水系统。

2 带小流量泵的循环软启动变频供水设备

当变频供水系统在小流量或零流量的情况下, 比如在夜间用水低谷时, 系统内的用水量很小, 此时水泵在低流量下运行, 会造成水泵效率大大降低, 不能达到节能的目的, 水泵功率越大用电越多。例如对300~1000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群 (12层以内) 的生活用水系统, 生活主泵功率一般在15 k W左右, 系统的零流量频率f0一般为25~35 Hz, 故在夜间小流量时, 采用主泵变频供水效率较低。

这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题, 一般可以采取4种方案: (1) 变频主泵+工频辅泵; (2) 变频主泵+工频辅泵+气压罐; (3) 变频主泵+气压罐; (4) 变频主泵+变频辅泵。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜, 该方案即在原变频主泵基础上, 再配备1~2台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水, 一般选择小泵流量为3~6 m3/h, 居民区户数越多, 流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5~3k W, 小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。

变频柜采用PLC控制, 程序采用模块化设计。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式, 系统用水量减小时, 主泵频率逐渐降低, 当频率低于小流量频率时, PCS-PID调节器发出低频切换信号, 延时2 min, 系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大, 小泵流量不能满足系统需要时, PCS-PID调节器发出满频信号, 延时5min, 系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果, 系统也可实现双恒压供水功能。

3 全流量高效变频供水设备

对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水, 若单配主泵机组和小流量泵, 因小泵流量QL和主泵流量QM差别较大, 当流量调节范围在QL~1/3QM时, 水泵的运行效率仍很低, 导致水泵运行不经济, 浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行, 这就有必要再增加一种中流量水泵, 流量可选为1/3~1/2QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流量选择呈阶梯状, 从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段, 更加节能。

变频柜控制核心由PLC和多功能PCS-PID调节仪构成, 以三种泵配置为例。系统也可实现双恒压供水功能, 中泵和小泵变频时低恒压供水, 主泵变频时高恒压供水。

4 深水井变频供水设备

目前深水井潜水泵采用变频调速控制的也非常广泛, 主要是因为不需再建水塔, 设备占地小, 建设周期短, 水质无二次污染, 水泵软启动软停车, 故障率低, 大修周期延长, 寿命提高。但对夜间也要求供水的系统 (一般居民生活用水都有要求) , 仍存在夜间小流量“费电”问题。

为解决小流量耗电问题, 可增配1台直径600~1200mm的囊式气压罐, 一般气压罐可直接安装在泵房。根据气压罐的调节容量合理设置小流量频率f L。当系统用水量变小, 运行频率降至小流量频率f L时, 系统进入小流量变频稳压状态。

⑴用水量随时间变化较小时:每天24h连续供水, 且用水量低时流量Qmin仍较大, 这时可选用同型号同规格水泵, 根据高峰用水量选取一用一备或多用一备方案, 对全部水泵进行变频控制。

⑵用水量随时间变化较大时:每天24h连续供水, 但用水量低时Qmin较小, 这时可按Qmin选择一台小泵, 代替大泵在Qmin远远小于Q1 (Q1为单泵流量) 的情况下运行。

⑶断续用水的情况:在前述系统中加上气压罐装置, 在正常使用时由变频调速泵供水, 在流量Q>0时转换到气压罐供水, 以提高供水效率。

⑷小区规模较大时:可采用恒速泵与变频调速泵联合工作方式供水, 这时对恒速水泵采用软起动器来对其进行起、停控制, 整个控制系统采用“变频+软起动固定控制”的模式, 在PC上减少控制点数, 这无论从技术上、经济上、还是运行维护上来看, 综合效果都会更佳。

⑸生活、消防泵合用的供水方式:某些安装了消防泵的小区, 因设备长期备而不用, 可靠性会降低, 既增加了工程投资, 资源利用率也低, 这时可以使生活、消防泵合用。电气控制应该做到:在PC上预先设定生活、消防两种工作压力值, 平时作生活正常供水, 设备运行在低水压状态, 当发生火灾时, 系统自动把水压切换到消防高压状态, 管路上有能保证消防状态需要的压力、流量的装置。为考虑到选泵的经济合理, 这种方式一般是在高低水压值相差不大的情况下采用。

变频调速 (恒压) 变量供水, 电机频率随用水流量的变化而变化。如:用水量增加, 频率上升, 转速上升输出功率增加;用水量减小频率下降, 转速下降, 功率减小, 即“多用水, 多耗电”;“少用水, 少耗电”, 但不是“不用水, 不耗电”。

在用水高峰期, 水泵处于额定工作状态, 是否采用变频调速控制, 水泵功率都额定功率, 但变频器自身也耗电, 所以在这种情况下采用变频给水比工频给水设备更费电。

变频生活给水设备与非变频生活给水设备相比, 耗电功率最大差为用水低潮期, 节省电能与额定电能比值为最大20%, 对任何型号的变频器控制也说明其节能不是无限制的。必须承认水泵在额定工况下:使用变频调速控制耗电不但没有减少, 而且与电网直接供电相比为多耗电。

⑴设备的额定供水量是按建筑给水在最大条件下的需水量计算确定的, 在正常使用下, 用水量将少于设备的额定供水量, 即设备不会处于满负荷状态。

⑵变频器的自身耗电为其额定输出功率的3%, 而其最大节电度达到20%。因而, 在较长时间内使用仍可达到非常节能的效果。

⑶“少用水, 少耗电”也就是说当用水量小于额定供水量时设备已处于节能状态。由于生活用水负荷变化曲线变化很大, 一般情况每日用水高峰期 (常在以下几个阶段:早上5:30~8:00、中午12:00~14:00、晚上17:00~20:30) 共约为8小时, 用水量较大, 水泵基于额定工况下;用水低潮为其余2/3时间, 水泵处于稳压或休眠状态, 即发挥其节能功能。

循环水泵节能原理 第2篇

今天给大家讲解的是壁挂炉内部的一个大件，水泵。希望大家都看过昨天发的预告，里面有很多值得大家看的内容，今天讲的，有些内容我会重新提出来，有的就不再说了，有兴趣的可以看看“瑞帝安”公众号下的历史消息。昨天的内容相当多，我们的培训资料上是五页半的内容，有不少的图表，都是来自水泵厂家的。如果说壁挂炉的热交换器是胃的话，水泵毫无疑问就得比喻成心脏了，循环水泵在系统中（采暖热水）的循环动力，克服系统管道中的沿程阻力和局部阻力，为了水的流动。壁挂炉系统中的循环水泵一般都是采用屏蔽泵，相对来讲噪音小，流量扬程配比比较合适。使用的循环泵基本上都是格兰富、威乐或者新沪，其他也有几家国产品牌，基本上用量不大，进口壁挂炉当中也有一点其他品牌，我记得有一个ASKOL（？）之类的。

现在的循环泵上提供的不仅仅是水泵的进水和出水接头，格兰富威乐和新沪都有水力集成的组件，在水泵上加了膨胀水箱、压力表、自动旁通、采暖安全阀、注水阀等接口，还有接板换的很多集成接口。特别是原装进口壁挂炉水泵基本上都是一家一个样子，电极部分一样，但是后面的塑料部分基本上都是不一样的。但是反观格兰富和威乐提供给国内的水泵产品大多都是标准版，说明我们的壁挂炉生产厂家太懒或者格兰富威乐他们太强势。事实上应该是一家一个产品是符合厂家利益的，不可互换性是欧洲已经走过的路子，我们也会走的，零配件的利润将来是很大的，售后服务的利润来自零配件的不可替换，大路货想挣点钱都难。现在欧洲已经不再使用（6月1号以后）普通的壁挂炉循环泵了，欧盟内部。他们都使用节能泵了。这个普通的水泵只会用于卖到欧盟以外国家的市场了，而且将来水泵上不能打CE标识了。普通的循环泵卖到国内来，是不是格兰富和威乐可以把一些非标准版的产品推给国内的一些大佬呢？例如小松鼠、万和、万家乐、海顿、戴纳斯蒂等？我觉得厂家和像格兰富李继伟这样的关键人物需要推动一下。

西屋康达空调～浙江～柴晓军：牛 顺便说一下，六月一号之后欧盟在壁挂炉上不使用普通屏蔽泵，而是只采用节能泵，节能泵确实是很节能的（但是价格死贵），我们冷凝炉上采用节能泵，整机耗电功率78W，我做说明书的时候以为老外写错了，发邮件问了两次，水泵在6-7米之间。现在威能好像有的产品用节能泵。瑞帝安的冷凝产品全部采用节能泵，为了和欧洲同步冷凝产品。单是这个水泵和普通水泵相比，成本增加了600多块钱。还是很贵的，冷凝产品我们想试一试。其他普通产品还是威乐和格兰富，但是瑞帝安从六月一号以后出口到中国的产品全部采用格兰富，不再使用威乐。原因你懂的（其实格兰富更贵）。向下的是水泵的特性曲线，现在壁挂炉内部常用的UP15-5（18-24-28千瓦）,15-6（32千瓦）和UP15-7（用的不多），瑞帝安18千瓦用的5米，24用的6米，其他全部7米。水泵特性曲线趋势都是一样的，起点不一样。向上的是系统特性曲线，取决于系统的外部阻力。他们的交叉点就是水泵的工作点

成都大金安美--叶新民：@李伟瑞帝安北京 辛苦李总，讲述非常专业，透彻，细腻。

焦儿„：@李伟瑞帝安北京：好 密闭系统的系统曲线起点从0,0点开始，开式系统的系统特性曲线在（X,0)上为起点。对于系统曲线来讲，流量降低一半，压头降至四分之一。

一堆公式大家看预告吧。而且水泵的曲线一半有三个（三档），格兰富和威乐新沪都是可以三档调速的。

水泵是通过调节转速来改变性能和能耗，水泵转速和流量是一次方关系，和扬程是二次方关系，和功率是三次方关系，也就意味着水泵转速降低一半，扬程为四分之一，功率为原来八分之一。前几天林大侠讲了不少内容，太多记不住，到是记住了为了满足国标关于地暖管流速的限制大于等于0.45m/s情况下，20管需要的流量是180升/小时，16管110还是105升/小时？@张保红@黄国仓查查规范的表，看看系统的沿程阻力是多少？

在等待的时候，我说一下水泵的并联和串联，以前没有混水和耦合罐时候大家都是为了怕壁挂炉水泵不够大，串联一个水泵也有并联一个水泵的，但是效果并不好，内容请参照讲解预告。

现在对于串联和并联有一个慨念就可以，基本上没有直接连接的。耦合罐和混水的使用使得系统的动压平衡变得完全不一样了。@申国强做了不少的实验。我最近也准备发两台炉子到格兰富的工厂实验室，验证一下不同系统阻力条件下，水泵曲线和系统曲线的交点变化，看看有什么特别的影响没有。现在地暖界一个观点（@郭春雨），地暖必须混水（同时还强调现在混水都不行，我也不知道什么样的混水行还是不行，但是我觉得可以用的就行）。我的观点是需要边界条件的。6-7个回路120-140平方米的完全没有必要使用混水，大于这个的需要混水加外置水泵。制约唯一的一点就是水泵不够大，天天扯温度和负荷和效率那些事情的完全不对，温度和负荷有关系吗？启停机频繁也就是因为水泵不够大，热量散发不出去引起的，140平方米7个回路，6米（最好7米）水泵完全没问题，有前提是 1.分水器离炉子近2.管子20不要超过85米，16不要超过75米，可以商榷 3.各回路长短均衡

@黄国仓@张保红，压力损失在哪里？其他人查查表，看看180和110升/销售时候管长85米和75米的压力损失？

说实话最让人受不了的是分水器上面还加一个流量计，干啥用啊？

污水处理厂水泵节能控制策略分析 第3篇

污水处理过程消耗的能源主要包括电能和燃料、药剂等, 其中, 电耗约占总能耗的90%。作为污水处理厂重要设备之一的水泵, 其耗电量约占全厂总电能用量的38%左右。水泵能否高效运行直接对污水处理厂的污水处理效率和运行成本产生着至关重要的影响。但实际生产中水泵运行往往不能高效运转, 并且其能耗较大, 控制方式较为落后。因此水泵的优化选型即合理确定流量Q和扬程H值及采用节能降耗的新技术对降低污水处理厂的运行成本具有实质性的意义和作用。

1 水泵的作用和影响水泵节能的因素

1.1 污水处理厂水泵的作用

水泵在整个运行过程中起着不可小觑的作用。水泵的主要工作是提升进水, 回流污水, 排放剩余污泥和外排处理污水, 其中20k W以上一般使用变频器的水泵。

使用变频器控制的水泵达到了以下几种效果:使泵机的转速在可控制范围, 取消了阀门调节和降低了设备的故障率, 最终节电效果明显。同时实现了电机的软启动, 使设备的使用寿命得以延长, 避免了对电网的冲击。水泵在低于额定转速的状态下运行, 降低了噪声对环境的影响;采用计算机控制技术则实现了系统的全自动控制, 提高了设备的稳定性和可靠性;使变频器具有了过载和过压、过流和欠压等自动保护功能及声光报警功能;自动化程度高, 操作简单, 且可与压力、液位、阀门等其他自控装置进行电气联锁。因此必须对变频器进行研究, 以至于更好地实现节能的功效。

1.2 影响水泵节能的因素

(1) 工艺运行状况及附属管线因素的影响。当水泵流量低于设计流量时, 由于液流离心力的作用容易在泵出口处形成轴向旋涡, 轴向旋涡的存在使叶轮出口的液流从叶轮背面又返回到工作面, 造成二次回流, 使得水泵运行效率降低。此外工艺管线设计存在不合理, 例如管路弯头和阀门设计过多, 造成额外的水力损失。前池设计不合理或者水泵入口最小淹没深度不足, 均会诱发水泵进和出口产生旋涡的现象, 额外增加电能损耗。

(2) 水泵效率因素的影响。水泵效率与自身各种损失密切相关, 主要因素为机械因素所造成的损失、水力因素所造成的损失和容积因素损失:a.机械因素所造成的损失。包含叶轮圆盘粗糙造成与液体之间产生的阻力而造成的损失, 泵轴与填料密封装置之间产生摩擦力所造成的损失, 以及轴与轴承之间的摩擦损失, 其中以叶轮圆盘粗糙造成与液体之间产生的阻力而造成的损失为主。b.水力因素所造成的损失。这里的损失主要指液流进入吸入室和叶轮扩散管时过程中产生的摩擦力而造成的损失, 因流道转弯及收缩或扩大等因素所产生的阻力损失和液流流入叶道时产生的冲击损失。c.容积因素所造成的损失。水泵内部存在着许多间隙, 并且间隙两端的压力存在差异。液体通过间隙从高压侧向低压侧泄漏, 造成从泵内获得一定能量的液体并没有完全输送出来同时以节流损失的形式将能量损失掉。所以泄漏部位点通常有叶轮密封环、级间密封环和平衡轴向力装置。

(3) 水泵电动机效率的影响。水泵电动机功率与水泵轴功率密不可分, 而轴功率与水泵实际流量、扬程等参数具有关联。如果电动机设计选型不当, 电动机的适配功率与泵轴功率不相互匹配, 则出现“大马拉小车”的现象, 造成不必要的电能浪费。其次电动机效率与外部供电电压质量的好坏有关, 如果电源质量不合格势必造成更多的水泵电动机能耗。

2 水泵的优化选型

对污水处理厂水泵进行优化选型不仅会对污水处理投资造成很大的影响, 同时与节约能源和降低成本以及提高经济效益都密不可分。污水处理厂水泵的优化选型首先应遵循以下原则:①在规定年份内, 水泵应满足扬程和流量的技术要求, 其运行工作点应控制在高效区范围内。②在水泵长期运行的过程中, 应使多年平均扬程下的装置保持高效率和低运用费。③在校核最高扬程下, 水泵能正常高效工作。

(1) 确定水泵稳定运行工作点。当水泵安装到特定的管路系统中工作时, 实际工作扬程和流量与泵本身的性能和管路的特性的关系密不可分, 即泵稳定运行时的工作点由泵性能曲线与管路特性曲线。通常水泵运行的工作点应该位于泵的最高效率区内。可根据具体的管路进行流体力学计算。

(2) 确定流量Q。针对流量变化不大的情况, 能较容易选对水泵流量, 直接根据流量确定即可。但污水处理厂的污水主要来自工业废水、生活污水和雨水径流等, 水量具有在时间段上的不确定性, 表现为在不同的时间段内, 流量差异较大。此时如果按某一峰值流量Qmax作为泵选型时所需的流量Q值, 结果可能造成所选泵大部分时间都运行在小流量工作点上, 偏离高效区, 增加运行费用和能量损失。

(3) 确定扬程H。在泵流量Q确定后, 同时可以确定泵进出口管径, 进而完成整个管路系统的布置。目前我国进行污水处理厂的设计时, 存在水头损失普遍偏高的情况, 进而导致水泵的扬程计算值偏高。从水泵的有效功率可以看出, 降低水泵的扬程可以采取以下措施:①各个结构总体布置要紧凑, 连接管路要短且直, 管材的阻力系数尽量要小, 减少水头损失。②改非淹没式的堰为淹没式的堰, 水流的落差可以大大减小。③利用地形实现污水自流, 弥补部分污水管路水头损失。

(4) 水泵具体选型。根据可以明确的流量Qe和扬程He从水泵的产品样本中选出合适的型号。选用流量与扬程尽量达到设计要求且效率高的污水泵, 例如液下泵和潜污泵与普通卧式离心泵相比, 安装形式简单, 而且当直接能耗相等时, 液下泵和潜污泵的间接能耗大大小于通卧式离心泵的间接能耗。此外水泵机组尽量采用同一泵型, 以便维修管理, 不同流量大小搭配的水泵的型号尽量一致。

在实际选泵的过程中, 对于选出的泵所能提供的流量和扬程没有必要与管路所要求的流量Qe和扬程He完全相符。对于如何选用一个最优规格的水泵, 原则上就是根据视曲线Qe-He与曲线H-Q与 (Qe、He) 点的接近程度, 如果最为接近的即是最优规格的。但该过程实施的过程较为繁琐, 此时可借助一些专用的泵选型软件, 提高工作效率, 合理地对泵进行优化选型。

3 水泵节能技术改造具体措施

3.1 工艺设计方面的节电措施

依据水泵产品样本, 在满足工艺要求的条件下, 选择效率高的水泵, 或者选用新型节能换代泵型, 如选用高效率三元流型节能水泵叶轮, 并经优良的铸造工艺制造, 使水泵的工作效率提高。

3.2 加强水泵的维护检修

(1) 严格执行水泵检修质量标准, 提升泵内过流部件表面粗糙度。对于已经腐蚀的水泵表面, 利用现代防腐技术, 进行零件表面处理, 减少泵的内部阻力损失。为减少轴封摩擦引起的机械损失, 采用柔性石墨填料代替普通油浸石棉填料, 及时更换已经磨损的叶轮和口环、填料和轴承。定期调整转子轴向间隙, 防止叶轮口环和轴向间隙不当引起的容积损失。

(2) 改良泵的密封结构, 采用机械密封装置代换原填料密封装置, 以减少摩擦机械损失和减少泄漏。据已有测试结果显示, 采用机械密封与采用填料密封相比, 可减少泵轴功率消耗的3%左右, 使泵的运行效率提高6%左右。

3.3 水泵实际运行工况点的控制方面

当设计选型过于传统或者水泵容量选择偏大时, 泵的实际运行工况与其最佳工况点就会出现较大偏离。如果水泵长时间偏离高效区间运行, 就可能造成电能的极大浪费。对于离心泵和小型混流泵, 可通过切削叶轮和叶片, 或者更换小叶轮来降低泵的使用容量。通过改变叶轮直径, 使泵的特性曲线下移, 让实际运行工况点接近最佳工况点, 一旦水泵运行于高效区间内, 轴功率就会降低, 达到节能的目的。对于轴流泵和斜流泵, 可以改变叶片角度或前置导叶的叶片角度, 达到改变水泵的最佳工况。

3.4 水泵的调速节电方面

对水泵进行合理调速, 使水泵以适应负载变化的需要, 达到降低输入功率的效果。以往对流量和扬程的调节是利用控制阀门开度大小来实现的, 一旦有一部分能量损失在调节阀上, 就加大了管道系统的阻力。

摘要：水泵的优化选型即合理确定流量Q和扬程H值及采用节能降耗的新技术对降低污水处理厂的运行成本具有实质性的意义和作用。本研究对影响水泵节能的因素、水泵的优化选型、水泵节能技术改造具体措施进行了深入的分析和探讨。

关键词：水泵,节能,优化

参考文献

[1]周军, 王艳军, 陈绍伟.污水处理厂水泵选型及节能技术的研究.节能与安全[J].2008 (6) .

[2]徐庆华.污水处理厂水泵节电技术的实践与研究.节能与环保[J].2010 (7) .

[3]蔡芝斌, 张志峰, 奚晓东, 华龙.污水处理厂水泵应用与节能改造.环境科学与管理[J].2006 (6) .

[4]濮阳槟, 李伟.污水处理厂水泵机组的节能设计.电工技术[J].2005 (4) .

循环水泵节能改造方法措施与案例 第4篇

我公司长期致力于水泵系统节能服务，改造了数十台循环水泵，有丰富的实践经验和体会，在此和大家交流、分享。

我们把水泵系统节能原理概括为一句话，就是“用高效水泵在高效点工作，降低管路损失尤其是降低或消除节流损失”。

这句话包含了高效水泵（水泵效率）、高效点、管路损失三个关键词，也是水泵系统节能的三个关键点。

（1）高效水泵（水泵效率）：要节能，水泵效率必须高。水泵效率高低首先取决于设计水平，其次取决于制造精度和质量；

（2）高效点：同一台水泵，在不同的流量点其效率是不同的，一般在额定工况附近效率最高，如果偏离额定工况较多，水泵额定效率即便很高，其实际运行效率也不高。

再延伸一点说，高效点还要考虑电机的负荷率和电机高效区，也就是说要使整个水泵系统总效率处于综合高效点。

（3）管路损失：管路损失要尽可能降低，尽量消除节流损失。

我们就是通过紧紧瞄准水泵效率、高效点、管路损失这三个关键点，对水泵实际运行工况进行科学分析和诊断，利用先进理论和科学方法，找出水泵系统存在的问题，有针对性地采取切实有效的措施，全面深入挖掘各项潜力，提高水泵额定效率、使水泵实际工作参数处于高效点、最大限度地降低管路损失，通过三方面的有机结合，实现节能目标，这就是我们 的节能原理。

我公司的具体节能措施有以下几点：

1、现场调研，正确诊断系统存在问题，有的放矢，精准确定设计参数。

2、凭借高超设计水平和节能理念，提高设计工况点的额定效率。广泛学习和利用三元流等先进设计理论，结合CFD流场分析和动态模拟，瞄准特定工作范围，借鉴优秀水利模型，采用先进CAD设计软件，最重要的是我们有经验丰富的高级设计师，将几十年的设计经验和体会融入其中，使设计的水泵及叶轮效率接近特定工况的极限值，用高效水泵或高效叶轮（三元流叶轮）替换旧泵或旧叶轮。

3、消除工况偏移造成的效率低下。

普通水泵都是系列化定型产品，用适当间隔的有限的规格参数，来满足千差万别的工况，不可能针对某厂具体需要参数来设计制造。

水泵产品型谱的有限性和实际生产工况参数千差万别的多样性，必然会造成水泵性能参数和实际生产工艺需求及管路实际阻力之间的不完全匹配，这就导致水泵偏离高效运行区间；由于各种原因造成水泵负荷的变化也会导致水泵偏离高效区；这都会导致效率低下，造成能源浪费。

我们根据具体情况，采取各种措施消除工况偏移状况，使水泵重回高效区工作。

4、量身定做，专门设计制造，消除无用功耗。

设计院在工程设计时，一般没有对每台水泵的流量需求、管道阻力进行精确计算，普遍采用类比估算，为了安全可靠相对比较保守。

淄博怡达节能服务公司针对客户实际工况需要，合理确定具体参数，精心设计专门适应于该实际工况的水泵，使水泵能力和实际负荷良好匹配，提高运行效率，实现节能目的。

5、多泵优化组合，系统整体优化：通过对电机、水泵、传动装置、调速装置、管网和工作装置整个系统进行匹配优化设计，合理调度实现经济运行，提高系统总效率，达到节能目的。

具体措施譬如：进行水泵合理配置，根据生产负荷变动进行节能运行调度，实现节能目的；提高电机运行效率等；合理分流、回流；水泵合理串并联运行等等。

6、采用调速节能技术（变频调速、永磁调速器调速、偶合器调速等）。变频调速是水泵系统目前应用最广泛的节能技术之一，已被大家普遍认识和接受，为水泵系统节能做出了很大贡献。但是应该认识到有些工况并不适用，并且变频器本身要耗电3—5%。

7、精密铸造，仔细打磨，从制造环节提高产品质量和精度，提高效率。

8、广泛收集提高水泵效率的最新研究成果和各种小改小革的成功经验以及各种“偏方”“秘方”，然后分析甄别，选择一部分投入大量资金进行试验验证，通过总结、应用积累了许多独特经验，提高了节能服务的技术水平。

要达到好的节能效果，需要根据不同情况针对性地采取不同节能技术，组合选用几种有效节能措施。

和大家分享淄博怡达节能服务公司近期几个案例，让大家对水泵节

能改造效果有一个大概了解（有兴趣的朋友可以从海川化工论坛搜索到更多我公司资料）。

1、某公司#qsn300-m9双吸泵更换我公司特制的高效叶轮后，在流量相同的情况下，水泵电机电流由280A降为230A，节能率达到17.8%

2、某公司# qsn250-m6双吸泵更换特制的高效叶轮后，在流量比原来还稍有增大的情况下，水泵电机电流由223A降为153.8A，节能率达到30%；

3、某化工公司#qsn250-m9双吸泵进行扩容改造，在阀门、管路系统相同的情况下，流量由490方/时增大到560方/时，且效率有显著提高。

4、某化工公司循环水泵 24SH-9B 流量2800方/时，扬程56米，电机560KW，原每小时耗电520度，更换我们高效叶轮后，在流量相同的情况下每小时耗电470度，节省50度。

5、某公司OS350-510B双吸泵更换我公司节能泵实现节能率15%

6、某公司10sh-6A水泵更换我公司节能泵，相同流量电流由145A降为105A,节能率27%。

用三元流高效叶轮替换法进行循环水泵节能改造的步骤与特点：

根据用户水泵实际运行工况．以完全满足用户实际运行需要为前提，根据射流——尾迹全三元流动理论，借助PCAD、CFD等设计软件，再融入高级工程师多年积累的丰富经验，综合优化，重新设计、制造加工可互换的高效率三元流叶轮，换装于原水泵壳体内即可，原设备基础、电机、管路等都不需要改动，施工简单快捷，项目实施安全方便，节能效果显著，可谓水泵节能改造的首选方案。

水泵节能控制论文 第5篇

茂名热电厂600 MW机组汽轮机为东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的超临界压力、一次中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、双背压、抽汽凝汽式汽轮机,其凝结水系统将汽轮机低压缸的排汽经凝汽器凝结在热水井中的凝结水输送至除氧器,供锅炉给水用水,同时还向低旁、辅汽、轴封供汽等减温器提供减温水。配套凝结水系统设两台100%容量的凝结水泵,两台凝泵电机共用一套变频装置采用“一拖二”变频方案,即利用一套变频装置通过切换可分别拖动任意一台凝结水泵电机变频运行,通过切换刀闸把变频器切换到要运行的凝结水泵上。变频器可以拖动#1凝结水泵电机实现变频运行,也可以通过切换拖动#2凝结水泵电机实现变频运行。2台凝结水泵电机均具备工频备用功能,正常运行情况下一台变频运行另外一台工频备用。每一台凝结水泵都能满足40%额定转速以上工况的变频调节运行。可实现任意一台电机的变频运行、另一台工频备用,当变频器发生故障时,系统可联锁另一台工频电机运行。

同时凝结水系统中设置四台低压加热器、一台轴封冷却器、一台除氧器,#5、#6低压加热器,精处理装置均设有各自的凝结水旁路。#7、#8低压加热器设有公用的凝结水旁路。轴封冷却器出口设有25%额定流量的凝结水再循环管至凝汽器。#7、#8低压加热器入口管道上设有主、副调整阀(副调整阀容量是主调阀的25%),用以调整除氧器水位。(如图1)

2 除氧器水位调节策略的比较

2.1 传统的除氧器水位控制(凝结水泵工频运行策略)

在没有使用变频器之前,传统凝结水系统运行,是凝结水泵工频运行,运行中除氧器水位控制采用主、副调整阀,用以调整除氧器水位,机组在满负荷情况下,凝结泵出口除氧器上水调节阀开度在35%~85%之间,阀门一直处在节流状态下工作,特别是在较低负荷或机组参与调峰时,阀门开度更小,令凝结水泵节流损耗更大,凝泵效率也迅速降低,能耗增大;再者凝结水系统采用阀门调节时,精度差,除氧器水位波动大;阀门长期处于较高压差下运行,金属磨损较大,同时阀门门芯频繁操作易导致阀门可靠性下降,影响了机组的稳定运行。正常运行时,2台凝结水泵l台运行1台备用,在联锁开关投入的情况下,若运行泵跳闸,备用泵必须马上启动,凝结水母管压力低的情况下,备用泵也要启动。当凝结水流量小于一定值时,逻辑强制打开凝结水再循环流量调节门,流量继续降低就联开凝结水再循环流量电动门,防止管道受阻时对泵体的损害。

2.2 采用凝结水泵变频运行下的除氧器水位控制

除氧器水位调节在高负荷时除氧器水位主调节阀和低负荷时除氧器水位副调节门2套自动的基础上,增加了1套变频自动调节,替代以往通过改变管径来调整流量的方式,减少节流损失,达到节能效果。除氧器水位调节逻辑回路中增加1个切换开关。使除氧器水位调节可在变频调水位与压力调水位之间切换。当机组负荷<200 M W时,凝结水泵变频运行,当投入变频器自动时凝结变频运行,当投入变频器自动时凝结水泵控制凝结水压力,原除氧器水位调节阀控制除氧器水位。当机组负荷≥200 MW时,凝结水泵变频运行,当投入变频器自动时凝结水泵控制除氧器水位,原除氧器主水位调节阀控制凝结水压力。

除氧器水位控制策略还满足以下要求。

(1)维持最低凝结水母管压力。考虑低旁减温水的最低压力要求,在低于350 MW负荷时,凝结水压力设为2.3 MPa。变频运行、备泵联动自启的压力定值2.0 MPa。凝泵变频调节水位后,350 MW以上稳定工况下凝泵出口母管压力约为1.8 MPa。因此原变频运行、备泵联动自启的压力定值1.4 MPa。

(2)正常情况下运行泵变频泵与备用泵的切换,首先,运行中的变频泵逐步提升频率至工频,相应的,除氧器水位通过除氧器水位调节阀进行水位控制,选择“变频切工频”,通过切换刀闸把变频器切换到要运行的备用凝结水泵上,然后通过变频启动备用泵,调节频率至所需后,停下原运行泵。

(3)当凝结水泵在变频运行方式时而另一台凝泵工频启动或是变频器故障跳闸时,控制系统将除氧器水位调阀切为手动方式运行,并根据当前的机组负荷计算出当前的除氧器水位调阀的开度将除氧器水位调阀强制为该开度(时间为2 s),然后由运行人员手动进行调节,当系统稳定后按凝结水泵在工频运行方式逻辑执行。

3 凝结水泵变频运行节能分析

变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率,从而达到调节交流电动机转速的目的。根据电机学原理,交流异步电动机转速由下式确定:

式中:n为电动机转速;

f为输入电源频率;

S为电动机转差率;

p为电机极对数。

由公式(1)可知,电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。

交流电动机的直接调速方式主要有:(1)变极调速(调整p);(2)转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整S);(3)变频调速(调整f)。

根据流体力学的基本定律可知:水泵类设备属平方转矩负载,其转速n与流量Q、扬程H以及轴功率P具有如下关系:

式中:Q1、H1、P1为水泵在n1转速时的流量、压力(或扬程)、轴功率;

Q2、H2、P2为水泵在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力(或扬程)、轴功率。

由公式(1)、(2)、(3)可知,水泵的流量与其转速成正比,压力(或扬程)与其转速的平方成正比,轴功率与其转速的立方成正比。当水泵转速降低后,其轴功率随转速的三次方降低,驱动水泵的电机所需的电功率亦可相应降低。

从上述分析可见,调速是水泵节能的重要途径。采用变频调速可以实现对水泵电机转速的线性调节,通过改变电动机转速使除氧器水位、凝结水压力和流量维持一定的关系。

通过电科院对本厂机组调试的性能试验所得数据与工频方式运行数据统计如表1。

4 系统安全性

(1)采用变频调水位后,操作人员无需根据负荷情况,手动输入凝结水压力指令。减少了疏忽遗漏或误操作的可能,在负荷变动过程中全程实现除氧器水位的自动调整。

(2)凝结水泵改变频调水位方式后,凝结水母管压力降低,对泵及管路的冲刷力度减弱,减少了维护成本,提高了泵的使用寿命。

(3)凝结水泵改变频后,启动方式由以前的全电压启动改为变频启动,对于电机而言,全电压启动意味着电机要突然承受大的启动力矩,电机直接启动时的最大癖动电流约为额定电流的4~7倍;电机软启动也要达到2.5倍。对电机的损坏力很大。而改为变频启动,观察变频器起动的负荷曲线,可以发现它启动时基本没有冲击,电流从零开始,仅是随着转速增加而上升,还管怎样都不会超过额定电流。因此凝泵变频支解决了电机启动时的大电流冲击问题目,消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力,大降低日常的维护保养费用。且电机是平滑地过渡到要求的转速,启动力矩小,对电机的损坏力减小,从而延长电机的使用寿命。

(4)延长设备寿命:使用变频器可使电机转速变化沿凝泵的加减速特性曲线变化,没有应力负载作用于轴承上,延长了轴承的寿命。

(5)降低噪音:凝结水泵改用变频器后,降低水泵转速运行的同时,噪音将大幅度地降低。

5 结论

水泵节能控制论文 第6篇

中央空调循环水系统的工作示意图如图1所示。

我们建立了一个中央空调循环水系统直观且便于操作的双水泵模拟供水实验系统, 可对冷冻水系统、冷却水系统进行模拟, 可监测系统各点进出口温度、压力、流量, 可对水泵电机进行变频控制、并可监测水泵电机功率、转速、转矩、电流等参数, 通过模拟各种负荷情况下水泵运行实验, 获得大量实验数据并对其进行分析, 以下论述的循环水泵电机的三种控制方式都是实验内容, 下述论证也是基于这些实验得到的。

空调水系统变流量水泵的控制方法主要有:压差控制、温差控制以及变频控制。压差控制方法又分为定压差控制法和变压差控制法。图2和图3分别为典型温差控制与压差控制原理图。

两图中L制冷机组P水泵F风机盘管Tr变频器DT温差控制器DP压差控制器T1回水温度传感器T2供水温度传感器P1回水压力传感器P2供水压力传感器

一、温差控制

对于温差控制方式, 它是以冷冻水系统中供水管和回水管的温度值, 或者供回水的温差作为控制器的采样输入信号的, 本系统中供回水的温度值或者其温差值都是通过与PLC相连的温度扩展模块来检测并传送的, 控制器将该输入的温度信号与内部预先设定的锁定值进行比较, 得到实际运行系统需要的频率值来输出控制信号, 从而控制冷冻水泵的转速, 继而冷冻水系统管路中的的流量和扬程也随之变化以满足系统负载量变化的要求。

此外, 当各支路正常运行所要求的压差各不相同, 如果仅仅依靠唯一的定压差值来控制时, 则要求该定压差值能保证所有空调用户都能正常运行, 否则, 有可能出现部分用户空调效果差或失效的现象。

温差控制法具体方式既是通过控制供、回水温差△t来控制水泵的运行。一般是保持制冷机组的供水温度不变 (<7℃) , 供、回水温差恒定 (△t=5℃) , 当空调负荷变化时, 通过改变水泵的流量来调节供、回水温差, 使之恒定不变。当空调负荷下降时, 如果流量保持不变, 回水温度下降, △t相应变小, 此时通过温差控制器、变频器降低水泵转速, 减少空调系统的水流量, 让△t保持5℃。此时水泵能耗是以转速三次方的关系在递减 (实际上稍有减少) , 从而起到节能降耗的作用。

温差控制方式的特点是:温度采样点离系统负载变化点有一定的距离, 冷冻水在管道中流动过程中很容易受外界环境温度等的干扰。而且, 只有当冷冻水经过一次循环以后, 其进水和回水的温度变化才能反映出来, 这就导致温度控制的及时性较差。温差控制方式虽能在一定程度上稳定系统总的供、回水温度, 但不能根据系统负载量的变化来准确地分配各用户所需要的冷冻水量并提供适当的水压。从温度或温差控制的特点来看, 这种方式比较适合于用户端不设调节阀或带有旁通管的冷冻水系统。

对于采用二通阀, 尤其是采用温度调节阀而不设旁通管的系统, 负荷减小时, 由于空调末端的冷冻水进出水温差能基本上不变或变化很小 (主要通过阀门开度来调节冷冻水流量, 从而控制换热盘管的换热量温差基本不变) , 用其作为被控变量将很难获得好的控制效果。而对有旁通管的系统, 当系统负荷变化时, 在供回水总管压差控制下, 旁通管上的旁通阀开度随之变化, 旁通的温度较低的冷冻水与温度较高的用户端回水相混合, 引起总的回水温度或供回水温差的变化, 控制器根据这种变化发出指令调节泵的转速, 以减小旁通流量来达到节能的目的。因此, 采用温度或温差控制的空调冷冻水泵变频系统, 要求所检测到的冷冻水温度或温差随负荷有较明显的变化。

二、压差控制

而对于差压控制方式, 系统采用的是冷冻水循环系统中的压差信号, 受外部环境温湿度的干扰较小, 反应较快、较灵敏, 一旦系统中某处压力产生变化时, 系统能及时感应到并立刻采取控制动作。由于静压传递, 系统中任何位置的负载量发生变化都能在出口压力检测点反映出来, 而进出口的压差与系统的扬程、流量都有密切关系, 可以比较准确地反映系统内部冷冻水的变化情况和系统负载量的变化, 即实际系统中空调用户数量与位置的变化。

在压差控制方式中, 系统是在水泵的进出口分别装了压力传感器, 系统运行时, 分别读取进口压力和出口压力值, 取其压差∆P作为变频控制器的采样输入信号, 从而决定变频器的频率, 控制电机的转速。当系统的负载量改变时, 由于相应管路上阀门开度的自动变化而引起管路上压差的改变, 控制器检测到这一变化后, 按照其内部预先设定的PID控制算法计算出该变化值, 并产生输出信号控制冷冻水泵电机的运转转速, 继而该管路的流量和扬程相应的发生变化来适应空调负荷的变化。

由于定压差控制法是通过恒定供、回水干管或者最远盘管与调节阀之间压差来控制水泵的运行。在实际工程设计中, 设计人员往往简单地把生活给水设计中的恒压变量用于闭式循环的空调水系统控制。由于在开式给水系统中, 系统静压起主要作用, 管道特性对恒压影响较小, 恒压变流量可以很好地满足节能运行要求;但是, 在闭式循环中的空调水系统则不然, 其原因有三个:①循环水泵仅仅提供系统的循环压力, 而与系统静压无关;②变流量系统的循环压差是一个受多方面影响的多元函数, 恒压差实际不能满足系统的运行要求;③系统循环流量变化与季节和室内负荷变化及运行方式有关。因此, 在闭式循环空调水系统中采用恒压变流量控制时, 只有在系统设计流量运行条件下, 循环水泵在最高工作点运行, 当系统在部分负荷运行时, 由于水泵工作特性曲线与系统运行管道特性工作点偏移, 水泵转速改变前后的工作点为非相似工况点, 此时水泵运行轴功率变化实际上并不符合与流量变化成正比, 与转速的三次方成正比关系。当循环水量变化时, 水系统循环需要压差因系统循环水量减小而降低, 恒压变流量控制则要求系统压差不变, 就必定要系统末端部分环路及阀门来消耗掉多余的压差, 造成能源浪费。

变压差控制法则是根据系统流量的变化, 改变压差来控制水泵的运行。变压差流量系统控制的要点是通过监测系统, 跟踪系统流量的变化来控制稳定其工作点。尽管变流量控制思想能够很好地与闭式循环水系统的管道特性一致, 能够提高系统的稳定性和适应能力, 但是, 由于空调水系统是复杂的系统, 在动态运行时, 各点的压力都是变化的, 这样, 不利于变压差的确定, 因此, 实现起来是很困难的。

从上面的比较可以看出, 单一地采用上述两种方法中的一种, 都存在一定的弊端。但是, 不管采用那种控制方法, 水泵的转速不能根据流量的减小而无限地减小, 当水泵的转速过小时, 水泵的功率也很小。这样, 从能量角度来分析, 固然可以符合风机盘管冷量 (夏季) 供应的需求, 但是, 当水泵的功率很小时, 其提供的扬程也小, 从动力的角度分析, 可能不能把冷水送到最不利环路末端的风机盘管。

三、变频控制

采用交流变频技术控制水泵的运行, 是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一。如图4给出了阀门调节和变频调速控制两种状态的扬程-流量 (H-Q) 关系。

图4中, 曲线①为泵在转速为1n时的Q-H性能曲线, 曲线②为泵在转速为2n时的Q-H性能曲线, 曲线③为阀门关小时的管组特性, 曲线④为阀门正常时的管组特性。A、B、C为水泵的工况点。水泵是一种平方转矩负载, 其流量与其转速成正比, 泵的扬程与其转速的平方成正比。在流体力学中, 泵消耗的轴功率为:

式中, P为电动机的轴功率 (kW)

ρ为液体的密度 (3kg/m)

H为扬程 (m)

Q为流量 (3m/s)

ηc为传动装置效率

ηf为泵的效率

由表达式 (1) 可知, 轴功率与Q、H的乘积成正比。在工况点A, 轴功率1P与1Q、H1的乘积 (即面积AH 1O Q1) 成正比, 根据工艺要求, 当流量需从1Q变为2Q时, 如采用调节阀门的方法 (相当于增加管网阻力) , 使管阻特性曲线从曲线④变到曲线③, 系统由原来的工况点A变到工况点B运行, 从图示可以看出, 压头反而增加为H2, 轴功率与面积BH 2O Q2成正比, 显然减少不多。如果采用转速调节, 转速由n1降到2n, 泵在转速为2n时的Q-H性能曲线如曲线②所示, 可见在同样流量2Q时, 压头H3大幅度降低, 功率 (与面积CH 3OQ2成正比) 明显减少, 节省的功率与面积BH2H3C成正比, 很显然节能效果显著, 即便考虑到因转速的降低而引起效率的降低及附加控制装置的效率的影响等, 但是节电效果仍十分明显。此外, 电机消耗的功率不仅决定于泵, 还和调速的方法有关, 如果电动机的滑差损耗很大, 节电效果就大打折扣了。变频调速器是一种高效调速装置, 它与滑差调速、液力耦合调速不同, 没有滑差损耗, 本身的固有损失仅为1%~2%, 因此变频器的输入功率在任何速度下都近似等于泵的轴功率。对于泵、风机等流体机械, 流量或风量是与转速成正比的, 而轴功率是与转速的三次方成正比的, 因此:

式中:nz、ZP、zQ分别为泵的额定转速、额定轴功率和额定流量。

结合式 (1) 和式 (2) 可知, 如果采用变频调速时, 变频器消耗功率为:

如果采用阀门调节, 电动机消耗功率近似为:

从式 (3) 和式 (4) 可以看出, 当流量Q变为额定流量的50%时, 采用变频调速时消耗的功率为0.125Pz, 采用阀门调节流量时, 电动机消耗功率为0.7Pz, 节电率为82.1%。节电效果时相当可观的。中央空调系统是一个非常复杂的控制系统, 风机、压缩机、冷冻机组和冷却塔风机均可采用变频调速来控制。

一般来说, 中央空调系统的最大负载能力是按照天气最热, 负荷最大的条件来设计的, 并且留有10%~20%的设计裕量, 这样就存在着很大能量冗余, 但实际的空调系统极少在这些极限条件下工作, 所以存在很大的节能空间。根据有关资料统计, 中央空调系统在97%的时间运行在70%负荷以下, 并时刻波动着, 所以实际负荷总不能达到设计的满负荷, 特别是冷气需求量少的情况下, 主机负荷最低。为了保证有较好的运行状态和较高的运行效率, 我们就希望主机能在一定范围内根据负载的变化来加载或卸载, 但与之相配套的冷却水泵却仍在高负荷状态下运行, 这样就存在很大的能量损耗, 同时还会带来以下一系列问题: (1) 水流量过大使循环水系统的温差降低, 恶化了主机的工作条件、引起主机热交换效率下降, 造成额外的电能损失; (2) 由于水泵流量过大, 通常都是通过调整管道上的阀门开度来调节冷却水和冷冻水流量, 因此阀门上存在着很大的能量损失; (3) 水泵通常采用Y-△起动, 电动机的起动电流仍然较大, 会对供电系统带来一定冲击; (4) 传统的水泵起、停控制不能实现软起、软停, 在水泵起动和停止时, 会出现水锤现象, 对管网造成较大冲击, 增加管网阀门的冒泡滴漏现象。由此可见, 由于中央空调冷却水、冷冻水系统运行效率低、能耗较大、存在许多弊端, 并且属于长期运行的设备, 因此, 对其进行节能技术改造是完全必要的。

摘要：本文阐述了空调水系统中冷却水循环水泵电机的压差控制、温差控制和变频控制这三种控制方式的原理, 对这三种控制方式的节能效果进行了分析比较, 结合实验操作和相关的数据处理, 说明了负荷变化时三种运行方式的水泵节能情况。

关键词：水泵,电机,压差控制,温差控制,变频调速

参考文献

[1]马最良, 倪龙等.空调水系统的节能要点[J].特别策划, 2008.10

[2]陈沛霖.近年空调技术现状[J].暖通空调, 1996.

[3]郭重思.变频器在中央空调节能中的应用[J].科技与教育, 2007年总第472期:195-196.

循环水泵节能分析 第7篇

某新建发电工程为2×400MW级燃气———蒸汽联合循环热电联产机组, 采用带逆流式机力通风冷却塔的循环供水系统, 补给水源取自江水。循环冷却水系统计划采用一机二泵扩大单元制供水方式, 循环水泵采用卧式离心泵, 一台机组配置2台循环水泵, 每台泵配置双速电机。供水流程为:循环水泵房前池→循环水泵房→压力供水管→凝汽器→压力回水管→冷却塔→自流暗沟→循环水泵房前池。

2 循环水泵节能的必要性

图中:Q为冷却水流量;P为凝器汽真空;△W为增加功率;Wi为汽轮发电机组发电增加功率;Wc为循环水泵消耗的功率。

由图可知, A点是经济运行点, 此时对应的流量Q是冷却水的经济流量, 对应的凝汽器真空也就是最佳真空[1];当循环水量超过一定限度后, 循环水量增加带来的发电机组发电增加功率小于本身循环水泵增加的功率, 循环水量并非是越大越好。

3 循环水系统节能措施

由于循环水进水温度的变化、季节性负荷需求和机组调峰的需要等方面的影响, 为了保证机组一直处于最优化运行状态, 就必须保持机组在各种工况下的循环水经济流量, 从而得到凝汽器运行的最佳真空。因此如何调节循环水流量成为电厂循环水系统节能的关键措施。

3.1 调节循环水泵运行台数

目前, 多数电厂根据机组的负荷或者季节的变化, 通过控件循环水泵的运行台数来改变循环冷却水量, 从而达到降低循环水泵电耗的目的。一机二泵扩大单元制方式, 设置二台50%容量的循环水泵, 冬季两机两泵或三泵, 春、夏、秋季运行两机四台。运行人员主要根据运行经验和环境温度、运行负荷等因素调整循环泵运行台数, 虽然有一定的经济性, 但其效果取决于电厂运行人员的操作水平和判断能力, 随机性较强。

3.2 循环水泵转速调节

循环水泵实现调速运行是最为经济的运行方式, 水泵的流量与转速的一次方成正比, 压力与转速的平方成正比, 功率与转速的三次方成正比, 当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时, 所消耗的功率将降低很多。可根据循环水温和排汽量的大小来调整循环泵的转速以达到相应的循环水量, 大功率循环水泵改变转速的方法主要是通过变极调速和变频调速两种手段。变频调速是通过改变供给电动机的供电频率, 来改变电机的转速, 从而改变负载的转速, 属于无级调速, 具有效率高、调节性能好等优点, 但是初投资较大。

3.3 液力耦合器

液力耦合器是液力传动元件, 是利用液体的动能来传递功率的一种动力式液压传动装置, 它相当于离心泵和涡轮泵的组合。将其安装在异步电机和负载 (风机、水泵等) 之间来传递转矩, 可以在电机恒速运转情况下, 无级调节负载的转速。

高压变频调速技术是近年来发展起来性能最好, 效率最高, 最为理想的交流电机调速技术, 它为水泵等设备的大量节约电能提供了重要的新手段。近年来高压变频调速技术日趋成熟, 并已有多种产品供应于市场。液力耦合器相对是一种转差损耗的低效调速设备。在高压变频技术尚未成熟, 尚未在工业中应用之前, 液力耦合器在风机、水泵等调速节能方面曾有过较多的应用, 发挥过其应有的作用。随着高压变频调速技术的日渐成熟及应用推广, 液力耦合器也将逐步退出风机、泵类调速节能的市场。本工程节能从变级调速和变频调速上进行节能分析。

4 本工程循环水泵节能分析

4.1 变级调速节能分析

本工程循环水泵双速配置性能参数详见下表:

各工况下双速泵与固定式泵功率比较:

从上表中看出全年供热运行5000h的情况下, 方案二较方案一节约用电375万KWh, 如果上网电价按照0.745元/k Wh计算, 2台机组节省费用为279.375万元。因此本工程采用双速泵节能效果明显。

4.2 变频调速节能分析

变频器的投资回收期取决于机组变负荷运行的时间, 机组的负荷率越低, 取得的经济效益就越高。如果全年机组满负荷运行, 循环水泵基本按照额定工况运行, 则变频器实际意义不大, 投资回收期将遥遥无期;而如果机组常年在低负荷运行, 且变化较大, 循环水泵长时间偏离额定设计工况点, 则变频意义较大, 节能效果明显。根据计算, 本工程若每台机组单泵采用变频, 初期投资将增加320万, 相对投资较大。因此, 可根据本项目投产后, 年运行工况的变化来判断是否有必要进行循环水泵的变频改造。

5 结束语

循环水泵是电厂用电大户, 考虑循环水泵的节能措施非常有必要的。对于不能确定运行工况变化的新建电厂, 循环水泵采用双速泵节能效果明显, 而且系统简单, 调节方便。待项目投产后, 可根据机组实际负荷情况, 按不同环境温度、不同负荷计算循环水泵最优运行工况图, 运行人员可由此实时调节最经济的循环水泵运行方式, 可大幅度的降低电厂用电, 提高电厂经济效益。

摘要：本文论述了循环水泵节能的必要性及常用的节能措施, 并对各种措施进行了分析比较。通过比较分析可知, 循环水泵采用双速泵节能效果明显, 而且系统简单, 调节方便。

关键词：循环水泵,节能,变极调速

参考文献

浅析水泵节能技术途径 第8篇

关键词：水泵节能,技术途径,设计,制造

水泵是我国工农业生产中最主要的耗能设备之一, 广泛应用于生产生活的各个方面, 据统计现现阶段水泵的耗电量大致占到全国发电总量的20%, 由此可见提高水泵的效率、降低水泵能耗对我国节能工作有着重要的意义。但是在现阶段, 我国的水泵效率普遍比较低, 尤其是和一些发达国家相比, 水泵效率更是要低很多。随着水泵发展对水泵节能的要求越来越高, 现在已经有很多水泵设计单位和水泵生产厂家已经开始在水泵的节能建设上有所认识, 开始加入投入在水泵的节能建设方面, 但在水泵的节能建设过程中仍然存在着一些问题, 制约了水泵节能建设的发展。如何才能高效地提高水泵节能技术, 这已经是摆在我们面前的一个非常紧迫的问题。

1 水泵在使用过程中的问题

1.1 水泵本身设计技术含量不高

现阶段我国水泵设计主要是沿袭传统的模型换算法和速度系数法, 这些设计方法从某种程度上来说已经过时, 因为这是建立在旧的水泵设计经验的基础上的, 在设计过程中无法超越过去的设计水平, 无法在效率提升上有所突破。再加上水泵设计单位对技术的资金投入和人员投入不足, 水泵设计人员的创新动力不足、缺乏创新意识, 从而导致了水泵产品的技术含量得不到一个质的提升, 水泵本身的技术含量无法提升, 节能工作自然也做不到。再加上水泵制造企业片面着重经济效益, 而忽视了水泵的节能工作, 国家也没有这方面的政策扶持和财政优惠, 造成了水泵制造企业对水泵节能、提高水泵效率也没有积极性。

1.2 水泵节能存在误区

我们过去对水泵节能的理解主要是提高水泵的各项效率指标, 其实这是对水泵节能理解的一个误区, 是一种片面的理解。我们所说的节能范围不只是一个效率指标, 而且也包含水泵的性能的稳定性、水泵的寿命、对材料的节省等各个方面的因素。再就是具体到水泵的使用环境中, 我们也要有针对性的进行节能设计, 比如水泵的密封性能、水泵的水力性能、水泵的耐高温性能等, 这些都要针对不同的环境, 不用的用途进行设计。因此水泵的节能研究是一项非常复杂的工作, 我们对节能概念的理解也不能过于片面, 而要有一个全面的整体的理解。

1.3 使用单位和个人的因素

使用单位和人人在采购水泵时, 往往关注的是水泵是不是符合自己的需求, 价格是不是比较便宜, 而对水泵的节能技术指标, 却并不是很在意。消费者的这种需求也打消了水泵设计单位和制造单位进行节能技术革新的积极性。并且很大一部分消费者在选择水泵时, 要选用流量和扬程裕量过大的水泵, 以确保可以满足自己的使用需要, 这样的后果就直接造成水泵在使用过程中, 实际运行效率远低于水泵的最高效率, 一直不能在高效区运转。另外在使用过程中, 由于使用单位的管理和检查不严格, 操作和养护不适当, 维修的不及时等, 使水泵在使用过程中经常出现故障, 造成很多的能源浪费。

2 水泵节能技术途径

2.1 水泵本身的节能

水泵设计和制造单位在设计和制造水泵的过程中, 设计和制造人员头脑中要有节能意识, 作为水泵的设计和制造单位, 有责任向广大的消费者提供高效节能的水泵产品。水泵的设计单位在进行设计时要选用优秀的水力模型, 研究科学高效的水力设计方法, 在设计过程中, 要进行水泵的可靠性试验, 产品的材料选择试验, 从而提高水泵产品的使用效率。水泵制造单位在制造过程中要制订高于国家机械标准的自己的企业标准, 想方设法减少水力损失。在制造过程中对各流程严格控制, 尽量减小过流部件的粗糙程度, 精心处理缝隙处, 适当减小间隙值, 以提高水泵的使用效率, 达到水泵节能的目的。

2.2 提高水泵系统节能

除了要关注水泵产品自身的节能外, 我们还要重视对整个系统的节能技术进行开发研究, 水泵的使用效率和与之相关的配套设施也有很大的关系, 系统节能技术甚至比水泵自身的节能技术还要重要。对系统的节能技术研究, 要着力于从节能的角度去开展系统工程设计, 使组成系统的各个环节能够达到最佳的匹配效果, 在水泵的运行过程中, 整个水泵系统都能发挥自己的最大使用效率。在这方面主要包括水泵和电机的连接、管网的设计、相关附件的连接和配合等, 使它们都能发挥出自己的最大作用, 从而提高水泵系统的使用效率和使用寿命。

2.3 水泵运行中的节能

水泵本身的效率提高了, 整个水泵系统也进行了节能的设计, 但这只是一个方面, 还有一个很重要的方面就是在水泵运行这一环节。在实际中经常由于对水泵的使用不当造成水泵不能高效地发挥自己的作用, 再加上水泵的使用环境非常复杂, 不同的环境需要不同的工艺流程和工艺参数, 在使用过程中对这些方面都要灵活地进行调节。比如在调节水泵系统时, 要注意尽量降低能量的损耗, 少用节流调节方式, 可以从变角、变速、车削等角度去解决问题, 以保证电机和水泵都能高效率地工作。在对水泵蚝安装时, 要根据具体使用环境所需, 调整消耗叶轮的角度进行变角调节, 合理确定叶片安装角, 以便水泵可以高效率地工作。车削调节指通过车削叶轮直径来对水泵的性进行调节, 这是消耗伯节能措施中最简单、方面的一种, 在车削调节中有一个常识就是车削叶轮前后的流量、扬程、轴功率与车削前后的叶轮直径、直径平方、直径三次方成正比。在运用车削调节时要注意的一个问题就是调节要在一个安全的范围内进行调节, 而不能无限制地进行调节。变速调节是日常使用中最直接、最常用的一种调节方式, 它不会产生功率的损耗, 直接通过水泵转速的变化来改变水泵的性能。在日常生活中主要实现方式有通过齿轮变速箱实现、通过皮带传动实现、通过变频实现、通过电动机实现等等。在这些方式中最理想的方式是变频调速, 优点是效率高、无级调整速、调速范围广, 但在应用的缺点是投资较高。

2.4 使用单位和个人在水泵使用中的节能

在具体的使用环境中, 选择了合理的水泵系统, 在运行和使用过程中, 使用单位和个人也要注意树立节能意识, 进行严格管理, 以便使水泵在运行过程中实现节能。同时在作用过程中要经常对水泵系统进行维护和保养, 使水泵系统能处在最佳的运行状态, 并通过平常的检修发现水泵系统中存在的问题, 进行维修养护, 既延长了水泵系统的使用寿命, 又可以收到良好的节能效益。

总之, 水泵的节能是一项系统工程, 水泵整个系统的匹配对水泵性能的影响很大, 我们今后应该以水泵节能为目标, 综合水泵系统的各个方面、各个环节, 使整个水泵系统能达到最好的匹配效果, 发挥出最高的使用效率。这不仅需要水泵设计单位和水泵制造单位设计生产高效的节能水泵, 也需要管理部门以及使用单位和个人紧密进行配合。随着现代技术的发展, 一些新的设计方法、先进的铸造、加工工艺也在生产中得以应用, 这都很好的提高了水泵的效率, 促进了节能工作的开展。我们当前水泵的节能工作中存在的这些问题, 随着人们意识的提高、技术的进步, 相信一定要得到解决, 水泵节能工作的前景是非常美好的。

参考文献

[1]安立忠, 浅谈给水系统中水泵的节能途径[J].中国电力教育, 2010. (2) .[1]安立忠, 浅谈给水系统中水泵的节能途径[J].中国电力教育, 2010. (2) .

[2]周海东.供水泵变频节能技术探讨[J].中华纸业, 2011 (4) .[2]周海东.供水泵变频节能技术探讨[J].中华纸业, 2011 (4) .

[3]郭江龙.给水泵选型配置节能技术[J].河北电力技术, 2010 (4) .[3]郭江龙.给水泵选型配置节能技术[J].河北电力技术, 2010 (4) .

变频水泵调速与节能技术研究 第9篇

1 水泵变频调速运行的节能原理

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系:

式中:f水泵电机的电源频率 (Hz) ;

p电机的极对数;

由上式可知, 均匀改变电动机定子绕组的电源频率f, 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。这就是水泵变频调速的节能作用。

2 影响变频调速范围的因素

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。

2.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域OA1A2 (见图1) 。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩为PA1A2 (显然, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。) 图中H0B为管路特性曲线, 则CB段成为调速运行的高效区间。为简化计算, 认为C点位于曲线OA1上, 因此, C点和A1点的效率在理论上是相等的。C点就成为最小转速时水泵性能曲线

高效区的左端。

因此, 最小转速可这样求得:

由于C点和A1点工况相似, 根据比例律有:

C点在曲线H=H0+SQ2上有:

其中, HC、QC为未知数, 解方程得:

根据比例律有:nmin=n0[H0/ (H1-SQ12) ]1/2

2.2 定速泵对调速范围的影响

实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:

2.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由

于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。

2.2.2 不同型号水泵一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在

额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

2.3 电机效率对调速范围的影响

在工况相似的情况下, 一般有N∝n3, 因此随着转速的下降, 轴功率会急剧下降, 但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频, 都会使电机效率下降过快, 最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低速运转时, 也会因风量不足影响散热, 威胁电机安全运行。

3 管路特性曲线对调速节能效果的影响

虽然改变水泵性能曲线是水泵节能的主要方式, 但是在不同的管路特性曲线中, 调速节能效果的差别却是十分明显的。为了直观起见, 这里采用图2说明。在设计工况相同的3个供水系统里 (即最大设计工况点均为A点, 均需把流量调为QB) , 水泵型号相同, 但管路特性曲线却不相同, 分别为:

很显然, 若采用关阀调节, 则3个系统满足流量QB的工况点均为B点, 对应的轴功率为NB;若采用调速运行, 则3个系统满足流量QB的工况点分别为C, D, E点, 其对应的运行转速分别为n1, n2, n3, 相应的轴功率分别为NC, ND, NE。由于N∝QH, 所以各点轴功率满足NB>NC>ND>NE。

可见, 在管路特性曲线为H=H0+SQ2的系统中采用调速节能时, H0越小, 节能效果越好。反之, 当H0大到一定程度时, 受电机效率下降和调速系统本身效率的影响, 采用变频调速可能不节能甚至反而增加能源浪费。

4 两种调速供水方式节能效果比较

在供水系统中, 变频调速一般采用以下2种供水方式:变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。其中, 前者应用得更广泛, 而后者技术上更为合理, 虽然实施难度更大, 但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。

4.1 变频恒压 (变流量) 供水

所谓恒压供水方式, 就是针对离心泵“流量大时扬程低, 流量小时扬程高”的特性, 通过自控变频系统, 无论流量如何变化, 都使水泵运行扬程保持不变, 即等于设计扬程。若采用关阀调节, 当流量由Q2Q1时, 则工况点由A1变为A2, 浪费扬程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用变频恒压供水, 则自动将转速调至n1, 工况点处于B1点 (参见图3) 。由于变频调速是无级变速, 可以实现流量的连续调节, 所以, 恒压供水工况点始终处于直线H=H2上, 在控制方式上, 只需在水泵出口设定一个压力控制值, 比较简单易行。显然, 恒压供水节约了△H1, 而没有考虑△H2。因此, 它不是最经济的供水调节方式, 尤其在管路阻力大, 管路特性曲线陡曲的情况下, △H2所占的比重更大, 其局限性就显而易见。

4.2 变频变压 (交流量) 供水

变压供水方式控制原理和恒压供水相同, 只是压力设置不同。但变压供水本质上也是一种恒压, 不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定, 它一般有2种形式:

4.2.1 由流量Q确定水泵扬程。

流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器, 控制器根据H=H0+SQ2确定水泵扬程H, 通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。

但在生产实践中情况比较复杂。对于单条管路输水系统, 是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。而在市政供水管网中, 则很难得到一条确定的管路特性曲线。在实践中, 只能根据管网实际运行情况, 通过尽时能接近实际的假设, 计算出近似的管路特性曲线。

4.2.2 由最不利点压力Hm确定水泵扬程。

即需在管网最不利点设置压力远传设备, 并向控制室传回信号, 控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远, 远传信号显得不太方便, 而且, 在市政供水系统中, 由于管网的调整, 用水状况的变化等随机因素的影响, 都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差, 给变压供水的实施带来困难。

5 水泵变频调速应用的注意事项

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。

5.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。

5.2 定速泵对调速范围的影响

实践中, 供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:

5.2.1 同型号水泵。

一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。

5.2.2 不同型号水泵。

一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。、

变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术, 但却具有较为严格的适用条件, 不可能简单地应用于任何供水系统, 具体采取何种节能措施, 应结合实际情况区别对待。

变频调速适用于流量不稳定, 变化频繁且幅度较大, 经常流量明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。

变频调速个适用于流量较稳定, 工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统。

变频变压供水优于变频恒压供水。

参考文献

[1]孟彬彬, 朱颖心, 林波荣.部分负荷下一次泵水系统变流量性能研究[J].暖通空调, 2002 (06) .

[2]袁朝旭.包钢某厂空调系统节能潜力研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2003.

[3]孙洪海.恒压供水技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2003.

[4]左行涛.并联水泵变频调速特性分析及在管路中的应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.

[5]丁周伟.泵站恒压供水系统的设计与实现[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.