泵与风机变速调节的若干问题

泵与风机变速调节的若干问题

二、变速调节与节能多年来，在降低泵与风机耗电方面做了不少工作，如改变“大马拉小车”、切削叶轮、取消压头富裕泵的中间级、采用高效泵与风机、合理选型和配套以及经济调度等。然而泵与风机由定速电动机传动而以阀门和挡板调节造成的电能巨大浪费却迄今未能消除，而大约有70%的泵与风机在运行中调节流量，解决这一问题的主要途径在于采用变速传动。

自70 年代以来，世界上一些工业发达国家纷纷开发研制变速调节的新设备，现在已有大量泵与风机采用变速传动。例如，美国为了改善调峰运行的经济性，首先是把给水泵改为调速泵，其次是把风机改成调速风机。现已有46%的给水泵和46%的风机改为双速或变速驱动。过去，我国泵与风机所以长期未能广泛采用变速传动，主要原因在于缺乏实用的变速传动装置。近年来，由于电子元器件（可关断晶闸管、大功率晶体管GTR等）和逆变

器的突破性发展（脉冲宽度调制），PWM技术和微机控制的应用以及机械变速装置的进步，采用交流电机变速传动已日益获得良好的条件，并逐渐成为企业在节电方面的主要途径。国家计委和经委已将变速传动列为全国重大节能措施之一。据资料介绍和实际应用表明，泵与风机采用较低效率的变速装置，一般可节电

（10〜25）%而采用高效率的变速装置，节电率可达（25 一40）% 如四川江油电厂的一台引风机由单连鼠笼式改为双速，其耗电量比原挡

板调节降低了（20〜30）%

三、节能主要原理

一般而言该系统中泵和风机在转矩、转速力一而多呈现正相关：转速和轴功率、速度和转矩这两组中每组前者的平方刚好和后者成正比。所以，根据这个特点，只需要对转速或者速度进行适度的调整就能够实现对轴功率和转矩的调节，从而实现节能的目的。为了能够很好的分析出哪种力一式能够更好进行调度，分别使用出口挡板控制和入口挡板控制的两种方式进行分析。出口挡板由于开度和阻力成反比，因此比较不适合在大区域的地方进行流量调节。入口挡板虽然没有出口挡板开度和阻力成反比的问题，但是开度减小时会出现流量和轴功率均下降的现象，囚此其节能效果也相对比较差。图1.图2、图3是该变频技术在电机系统中的主要节能原理显。

四、变速调节的实现改变转速的方法主要有以下几种：

1、通过改变机械装置的传动比来改变转速。装置需要配置相应的变速齿轮或则皮带轮，这是一种有级变速调节。

2、对于300MV以上机组的锅炉给水泵，由于普遍采用汽轮机驱动，因此可以通过改变汽轮机的进气量来调速，这种方法是一种无级变速调节。

3、采用液力祸合器进行调速。所谓液力祸合器，它是一种

利用流体的动能来传递能量的机械，能够实现无级调速，而且调速范围较大，比节流调节节省能量。但是这种方法调速精度不高，设备初期投资较大。

4、变极调速。通过改变电机定子的极对数来改变异步电机的转速，

大中型异步电机一般采用双速电动机进行变极调速。

5、变频调速。变频调速是基于电动机转速与工作电源输人频率成正比的原理，采用变频器改变电动机定子端输入电源的频率来改变电动机转速的调节方法。变频调速是最理想的调速方案，具有调速效率高，调速精度高的特点，而且可以在较大范围内实现无级调速，并且可以实现软起动从而可以减少对设备的机械冲击和对电网的电流击。随着科技的进步和工业的发展，变频设备的价格呈下降趋势，由于其节能效果显著，因而在中小型电机调速得到了应用。但是在国内还没有成熟的高压大容量变频设备，这也限制了其应用和推广。

五、泵与风机系统中变频技术应用的分析通过上文的分析可以发现在泵以及风机系统当中应用变频技术，将能够有效实现节能。下面，笔者将以某泵系统与以及风机系统作为具体实例，具体分析了节能技术的应用能够节约的能源与带来的效益。改造时，设计的具体参数值如下：总功率为100kW 功率为10kW 转数为1590转/分，风量为11800立方米/时，台数为2,型号为JQ72&应用变频技术后的运行力一式具体为，当系统处十低负荷状态时，同时运行两台风机，保持较低

的转数，当处十高负荷状态时，出口压力则出现下降的现象；当

下降信号被PLC和检测出时，系统将以恒定压力的方式送风。

1、实施改造的具体操作程序

首先要将控制设备安装好，总的安装费用是20.5 万元；其次，将电动机、变频器以及风机连接在一起，并将旁路控制设备安装于变频器当中，以确保在变频器出现故障的情况下，不对电动机的正常运行

造成影响。最后，当流量信号以及出口压力信号被发出后，将其引至控制柜。

2、系统的组成与功能

应用变频技术的风机系统中包括了变频柜、PLC以及变频器

等设备，以上变频设备具有多个方面的功能。

（1）可以根据流量以及压力的不同，对转数进行自动调节：同时，也可以采用手动装置进行人工调节。

（2）如机组所承受的负荷在50%以上时，系统将会运行双台风机，鼓风时采用恒压的力一式；如机组所承受的负荷在50% 以下时，系统将会运行单台风机，鼓风时采用加压的方式。

（3）在运行电动机的过程中，如出现了不良状况，如短路、过流以及欠压等，系统将会自动启用相应的保护功能。

3、应用变频技术之后，所获得的节能效果应用变频技术对风机系

统进行改造之后，其运行效率得到有

效提高，并降低了能耗，主要表现在以下几个方面。

（1）PLC技术与自动调速技术的应用，使系统运行时的自动化水平得到大幅度的提高，调节风量的能力也得以提升，避免了不根据情况，而以恒定的方式来调节风机的现象，节约了电能。

（2）应用变频技术对风机进行改造之后，电动机转速的调节实现了自动化，调节手段也变得相对简单，同时电动阀被变频器取代，排除了一些潜在的安全隐患。

（3）在运行风机的过程中，能够根据具体的负荷，调整输出的功

率，避免了过大功率造成的浪费，减少了电力能源的使用。如在本例当中，将变频技术应用在风机系统之后，可减少使用29.6%的电能，平均每年可以节约的电费约为17万元左右。经过改造之后，风机系统具备了多项报警功能以及保护功能，从而使风机设备的使用寿命得以延长，并减少了维修设备的费用。

六、建议

1、在相似工况下泵或风机的流量与转速成正比，轴功率与转速的三次方成正比。对于运行中需要调节流量的泵与风机，采用变速调节代替节流调节可以大幅度地节约电能。

2、对于母管制供水系统。水泵最优转速的确定是有等式和不等式约束的非线性规划问题，可采用约束变尺度法求解。

3、合理地选择泵与风机调节方式，降低它们的电耗对我国能源节约具有重大意义，建议有关部门研制出成本低、易推广的变速装置，有条件的单位希望采用变速装置。

4、对于采用微机管理的用户，工况变动时很容易实现泵与风机最优转速的开环监控；而对于使用微机控制的用户，只需增加少量的设备就可实现泵与风机最优转速的闭环控制。

七、结束语

总之，泵系统和风机的能耗较大，运行效率低是当前十分普遍的问题，为了有效提高运行效率，要加强对变频技术的不断深入研究，进而提高泵和风机的运行水平。