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水泵的节能与变频调速关键词水泵节能方法变频调速
(1)前言水泵是城市给水排水工程必要的组成部分,它们通常是整个给水排水系统正常运转的枢纽水泵是这个枢纽的心脏对于供水企业来说,电费约占自来水制水成本的40%-70%,水泵的能耗费占总能耗费的90%左右实际运行中,水泵的效率大多数不足60%,存在着较大的能源浪费供水企业降低供水电耗就是供水行业发展的永恒课题要搞好供水企业的节电工作,必须从供水企业的科学管理和供水设备的技术改造两方面采取措施,特别是对离心泵节能措施的应用分析与研究
(2)离心泵的节能措施离心泵的效率是泵的有效功率Ne和轴功率N的比值η=Ne/N它的效率的高低直接反映出供水企业的单位电耗的高低,若要提高离心泵的效率,就必须大力挖潜离心泵的节能措施,降低离心泵的能耗损失经过长时间的查找与分析,离心泵有如下几点节能措施1降低离心泵的机械损失降低轴封和轴承的摩擦损失主要措施
①利用新型材料密封代替填料密封
②提高水泵轴套的表面光洁度
③科学合理的选用水泵的轴承
④每个季度对水泵轴承进行检查,确保水泵轴承的润滑与完好提高水泵与电机的同心度主要措施
①一般水泵在每1~2年进行一次检修,检测水泵叶轮出口导叶的入口流通中心对中,保证转子与壳体,泵与电机的同心度,特别是出口处叶轮轴线与壳体中心线不得错位
②每年要对联轴器进行检测,提高水泵与电机的同心度,这样可以防止水泵效率下降2降低水泵的水力损失主要措施
①利用打磨或在叶轮表面及壳体内壁涂覆水泵抗磨减阻复合材料来提高泵内流通部件的表面光洁度
②液体在流过部件的速度大小确定要合理,而且速度变换要平缓
③避免在流通区内出现死区
④合理选择入,出口部件的过流角度以减少冲击损失3水泵特性调节车削叶轮直径或更换不同直径的叶轮 改变叶轮直径可改变水泵的性能根据流量的变化,计算出水泵高效运行时满足工况要求的叶轮直径,如果工况__稳定,只车削一次即可如果工况是随着季节的变化而变化的,可配备不同直径的叶轮,进行换这种方式受叶轮直径变化范围的限制用这种方式代替调节阀门开启度的流量调节方式,可节省能耗,但只适用于变化不太大的工况
(三)水泵变频调速1变频调速与水泵节能 水泵节能离不开工况点的合理调节其调节方式不外乎以下两种管路特性曲线的调节,如关阀调节;水泵特性曲线的调节,如水泵调速、叶轮切削等在节能效果方面,改变水泵性能曲线的方法,比改变管路特性曲线要显著得多因此,改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显,因而应用广泛但同时应该引起注意的是,影响变频调速节能效果的因素很多,如果盲目选用,很可能事与愿违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
3.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
[2](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点因此,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 QC/Q12=HC/H1C点在曲线H=H0+S·Q2上有 HC=H0+S·QC2 其中,HC、QC为未知数,解方程得 HC=H1×H0/H1-S·Q12 QC=Q1×[H0/H1-S·Q12]1/2 根据比例律有 __in=n0×[H0/H1-S·Q12]1/
24.水泵的调速特性及节能原理用调节水泵的转速,是降低能耗的最好方式原因是在改变水泵的转速时且转速变化在±20%范围内,保持泵体内部的流动状态相似的话,那么泵体内的水流速度与转速成正比,流量与转速比成正比,扬程与转速比的平方成正比轴功率与转速比的立方成正比 Q=Q0(n/n0)
(1) H=H0(n/n0)2
(2) N=N0(n/n0)3
(3) 式中n0为额定转速,Q0为额定转速时的流量,H0为额定转速时的扬程,N0为额定转速时的轴功率,为调速后的转速,Q为n转速时的流量,H为n转速时的扬程,N为n转速时的轴功率 由式
(1)、式
(2)换算后可以得到下式 H=H0/Q022Q2 式中H是水泵运行中任何一工况点的扬程 Q是水泵运行中任何一工况点的流量 当在最佳工况点时,H0/Q0是特定条件为H
0、Q0时的特定常数指额定转速时的扬程与流量之比 由式
(4)可以看出,它是以座标原点为顶点的抛物线方程,在这条抛物线上的各点工况相似,可称为相似工况抛物线,在转速变化为±20%的范围内,泵的效率可基本不变,也叫高效率抛物线其原理见图
2、图3 图2是净扬程不变的单泵调速节能原理图Q-H曲线为单泵额定转速为n0时的特性曲线,Q'-H'曲线为单泵转速为n时的特性曲线,Q-Σh曲线为管路特性曲线,A点是水泵选泵的工况点,A点对应着QA、HA、ηA,是选泵的主要参数由管路特性曲线Q-∑h决定水泵实际运行中的工况点必定在水泵特性曲线的最佳工况点0左右__若管网要求满足A’点的工况,对应的参数是QA'、HA'、ηA",由图2见到ηA"≤ηA,效率降低了根据式
(4)及QA'、HA'二参数,可以绘制出相似工况抛物线OB,交Q-H曲线于B点,又得到QBHBηB三参数,根据相似工况下水泵的流量与转速比成正或扬程与转速比的平方成正比得到在A’运行时,计算出水泵的转速n,=(QA'/QB)n0,水泵在n转速下运行,就可以得到满足工况QA'、HA'运行时的效率ηA'ηA'>ηA"这就是改变转速后,还能高效运行的原理 图3是净扬程变化单泵调速节能原理图 Q-H曲线为额定转速n0时的水泵特性曲线,Q'-H'曲线为转速n时的水泵特性曲线,Q-∑h曲线为管路在净扬程为h时的特性曲线,Q'-∑h'曲线为管路在净扬程为h’时的特性曲线,A点是水泵运行的最佳工况点,A点对应着QA、HA、ηA三参数,是选泵的主要参数;实际上水泵运行中经常出现的净扬程小于h,为h',在h'时的水泵工况点为B,水泵的运行效率由ηA降到ηB,此时增加了能耗若把水泵的转速由n0调节到n时,根据上述调速后水泵的特性变化公式,可以算出Q'-∑h'管路特性曲线上的任何一点的转速,得到调速后的水泵特性曲线,Q'-H',该曲线与Q'-∑h'曲线交点A',即满足管路工况要求,又使调速后的水泵运行在高效点ηA’上ηA'=ηA>ηB 从以上两个原理图可以看出,水泵调速之后,可以得到对应不同转速下的新的最佳工况不调速时,只有一个最佳工况点,调速后得到一条最佳工况线,不调速时有一条水泵运行最佳工况段,调速后得到一个牛角形的最佳工况面(一般调速范围≯60%为宜)这样,水泵运行适应工况的范围扩大了,水泵容易在最佳工况区运行,减少能耗
(四)结论水泵的节能方法有很多,变频调速因其节能效果好、自动化程度高而越来越受到用户的青睐;切削叶轮一般多用于清水泵,由于改变了泵的结构,通用性较差,在实际情况下,根据水泵的实际工况,选用合理,有效的节能方法是相当必要的本论文在写作的过程中还存在欠妥的地方,望评审员提出建议和批评____[1]邱传忻著,泵站节能技术[2]吴自凯,余承烈薛学功,《工业用水与废水》[3]谷晋龙,水泵调定混合给水系统运行工况分析PAGE5。