浅谈变频调速技术在风机、泵类中的节能应用

４２　新疆化工　２０１　０年第４期　浅谈变频调速技术在风机、泵类中的节能应用　周磊　（新疆新化化肥有限责任公司，乌鲁木齐８３００９１）　摘要：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，其电能消耗是一笔不小的生　产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧，节能降耗业已成为降低生产成　本、提高产品质量的重要手段之一。　关键字：变频调速；节能　１　引言　八十年代初发展起来的变频调速技术，正是　顺应了工业生产自动化发展的要求，开创了一个　全新的智能电机时代。普通电动机只能以定速方　式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在　无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求　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。　风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱　动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电　调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效　运行的目的。　通常在工业生产、产品加工制造业中风机设　气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，　而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设　备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。　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　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　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，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　工作电源输人频率成正比的关系：ｎ＝６Ｏｆ（１－ｓ）／ｐ，　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，而运　行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损　失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到　（式中ｎ、ｆ、Ｓ、ｐ分别表示转速、输人频率、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　限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。　从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设　备维护、维修费用高居不下。　泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空　子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。　间，提水泵站、水池储罐给排系统、工业水（油）　循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、　２实例分析　以我公司供水系统中一台水泵和硝铵造粒离　齿轮泵、柱塞泵等设备。而且，根据不同的生产　２０１　０年第４期　心机为例，比较分析变频调速的经济效益。　２．１　水泵变频调速运行的节能原理　删　蟪　Ｉ＇ｔ　新疆化工　４３　配备电机功率：７５ＫＷ，额定电流：１３８Ａ，　额定电压：３８０Ｖ，转速：１４７７ｒ／ｍｉｎ，为上海江宁　电机厂制造。　＝　●酗　水泵连续２４ｈ运行，其中每天１　ｌｈ运行在９０％　Ｉｈ　Ｉ　（０４Ｏ　Ｈ　（Ｏ－Ｕ）　：　．二／　ｌ—　（Ｑ－Ｈ）’　图ｌ　阀门调节功耗　图２变速调节功耗　图１为水泵用阀门控制时，当流量要求从Ｑ１　减小到Ｑ２，必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力　变大，管路曲线从Ｒ移到Ｒ，，扬程则从Ｈａ上升到　Ｈｂ，运行ｌＴ况点从ａ点移到ｂ点。　图２为调速控制时，当流量要求从Ｑ１减小到　Ｑ２，南于阻力曲线Ｒ不变，泵的特性取决于转速。　如果把速度从ｎ降到ｎ　，性能曲线南（Ｑ—Ｈ）变为　（Ｑ—Ｈ）　，运行Ｔ况点则从ａ点移到ｃ点，扬程从Ｈ　下降到Ｈ。。　根据离心泵的特性ｆＨ１线公式：　Ｎ＝ＲＱＨ／１０２ｑ　式中：Ｎ一水泵使用工况轴功率（ｋｗ）；　Ｑ　彼用工况点的流量（ＩＴＩ　／ｓ）；；　Ｈ—使用＿Ｔ况点的扬程（Ｉｎ）；　Ｒ—输ｍ介质单位体积重量（ｋｇ／ｍ　）；　Ｔ１一使用工况点的泵效率（％）。　可求出运行在ｂ点泵的轴功率和Ｃ点泵的轴功　率分别为：　Ｎｂ＝ＲＱ　２Ｈｆｆｌ０２ｑ　Ｎ。＝ＲＱ　２Ｈ　ｃ／ｌ０２１１　两者之差为：　ＡＮ＝Ｎ　ｂ＝Ｒｘ　Ｑ　２ｘ（Ｈ　ｂ－－Ｈ。）／１０２ｑ　也就是说，用阀门控制流量时，有ＡＮ功率被　损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗　还要增加。如果不是用关小阀门的方法，而是把　电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，　原来消耗在阀门的功率就可以全避免，取得良好　的节能效果，这就是水泵调速节能原理。　我公司供水系统中一台清水泵，技术特性及　电机参数如下：　扬程：３５．８ｖｍ，流量：４８６ｖｍ　／ｈ　负荷，１　３ｈ运行在５０％负荷；运行时间在３００ｄ。　例３　根据图３计算，则每年的节电量为：　Ｗ１＝７５ｘ　１　１×（１　００％－－７０％）ｘ３００＝７４２５０ｋＷ‘ｈ　Ｗ２＝７５ｘ１３ｘ（９５％－－２０％）ｘ３００＝２１９３７５ｋＷ’ｈ　Ｗ＝Ｗｌ＋Ｗ２＝７４２５０＋２１９３７５＝２９３６２５ｋＷ。ｈ　每度电按０．２元计算，则每年可节约电费５．８７　万元。　变频调速技术的经济效益不光体现在节约成　本方面，还体现在改进工艺方面。如我厂硝铵造粒　原来采用电磁调速电动机，因不能根据负荷轻重随　时调整转速，质量不够稳定。改造为变频调速后，　根据工艺要求，以合成氨甩桶内的液位作为控制参　数，利用变频器的ＰＩＤ功能，实现恒液位控制。改　造后，硝铵粒的均匀度非常稳定，从而大大提高了　产品的正品率，取得了比较好的经济效益。　３结束语　风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节　能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国　家政府的普遍重视，也受到我公司领导的高度重　视，符合国家“节能减排，建设可持续发展的经济　社会”的基本要求，其直接和间接经济效益十分明　显，设备一次性投资通常可以在９￣１　６个月的生产　中全部收回。　收稿日期：２０１０．０８－１０。