陳正翰

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電力工業(yè)雖然有了長(zhǎng)足進(jìn)步，工業(yè)設(shè)備電器化突飛猛進(jìn)。但是電力能源的浪費(fèi)卻也相當(dāng)驚人的。有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，我國(guó)水泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率僅為設(shè)計(jì)的30%至40%，因?yàn)槭褂眯嗜绱说?，所以損耗的電能非常大，造成很大的浪費(fèi)。這是由于許多拖動(dòng)水泵的電機(jī)處于恒定轉(zhuǎn)速的運(yùn)行狀態(tài)，而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中水流量、揚(yáng)程隨時(shí)間、使用情況、負(fù)荷情況變化而變化，往往會(huì)出現(xiàn)大功率系統(tǒng)帶動(dòng)小水流量的供水系統(tǒng)，造成大量的能源浪費(fèi)。因此，搞好水泵的節(jié)能工作，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。 這種現(xiàn)象我單位也同樣存在，為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召節(jié)能降耗，通過(guò)查閱資料根據(jù)本單位具體情況制定具體合理的節(jié)能方案成為我們的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：水泵節(jié)能；系統(tǒng)；浪費(fèi)；調(diào)節(jié)

1 調(diào)節(jié)閥門節(jié)能的工作原理

根據(jù)GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式，采用擋板調(diào)節(jié)流量的水泵輸入電功率與對(duì)應(yīng)流量的關(guān)系：

從這兩個(gè)公式我們可以看到，對(duì)于“大馬拉小車”通過(guò)調(diào)節(jié)閥門減小流量，使得電機(jī)負(fù)載變小了，消耗的功率也比額定功率要小，事實(shí)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

但是用閥門控制流量來(lái)節(jié)能會(huì)相應(yīng)增加管路的阻力，由于電機(jī)仍在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，這時(shí)能量消耗較大，如果通過(guò)變頻調(diào)速就可以把閥門開到最大使管路的阻力降到最小從而進(jìn)一步減低能量消耗。

2 水泵變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理

根據(jù)離心泵的特性曲線公式：N=RQH/102η

式中：N——水泵使用工況軸功率（kw）；Q——流量（m3/s）；H——揚(yáng)程（m）；R——輸出介質(zhì)單位體積重量（kg/m3）；Η——泵效率（%）。

由公式得出b米揚(yáng)程時(shí)泵的軸功率Nb和c米揚(yáng)程時(shí)泵的軸功率Nc，兩者之差為：

如果使用閥門控制流量就會(huì)造成有功功率被損耗浪費(fèi)，且閥門關(guān)小流量下降時(shí)，此損耗沒(méi)有因?yàn)榱髁肯陆刀鴾p小，反而增加了。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，由于流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速的成正比，即Q1/Q2=n1/n2；揚(yáng)程與電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比，即H1/H2=（n1/n2）2；軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成正比，功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，即P1/P2=（n1/n2）3。如果使用變頻調(diào)速的方法，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，那么在轉(zhuǎn)運(yùn)同樣的工況下，原來(lái)消耗在閥門上功率就全避免，從而利用變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法取得良好的節(jié)能效果。

3 變頻調(diào)速的基本原理

根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)工作原理中轉(zhuǎn)速關(guān)系：

n=60f（1-S）/p

式中：f ——水泵電機(jī)的電源頻率（Hz）；p——電機(jī)的極對(duì)數(shù)；S——轉(zhuǎn)差率。

從公式可以看出：如果想改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，只能通過(guò)改變電機(jī)極對(duì)數(shù)P、改變轉(zhuǎn)差率S、改變電源頻率f來(lái)實(shí)現(xiàn)。而改變P不能實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)的轉(zhuǎn)速變化，且很難實(shí)現(xiàn)所以不適用。改變轉(zhuǎn)差率S獲得的轉(zhuǎn)速差很有限，也不適用。而通過(guò)均勻改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率f，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。在需要電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢時(shí)下調(diào)f，軸功率就相應(yīng)減少，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少。這就是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。

4 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)

系統(tǒng)由受控電機(jī)、變頻調(diào)速器、電流互感器 、調(diào)節(jié)器四部分組成。變頻系統(tǒng)的控制原理為：由電流互感器實(shí)時(shí)測(cè)量出泵用電機(jī)的運(yùn)行電流，并轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)（此信號(hào)約為4～20mA的電流信號(hào)）反饋給調(diào)節(jié)器與設(shè)定的控制指標(biāo)進(jìn)行比較得出偏差值。其比較結(jié)果由調(diào)節(jié)器按預(yù)先規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算得出調(diào)節(jié)信號(hào)，將此調(diào)節(jié)信號(hào)送至變頻調(diào)速器，變頻器再根據(jù)些調(diào)節(jié)信號(hào)將輸入為50Hz三相交流電變成輸出為電壓不高于380伏、頻率低于400赫茲的交流電供給水泵電機(jī)，使水泵的運(yùn)行適用于當(dāng)前工況。

5 節(jié)能計(jì)算

以我單位一臺(tái)NK125-400/343型離心泵為例，額定流量250m3/h，揚(yáng)程35m；配備電動(dòng)機(jī)額定功率37kW。根據(jù)運(yùn)行要求，水泵每天10小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，全年運(yùn)行時(shí)間在180天。揚(yáng)程、功率都過(guò)大，屬于典型的大馬拉小車。

不安裝變頻器也不控閥門系統(tǒng)直接過(guò)載停運(yùn)：

W0=37×10×180=66600kW·h

（以37kW作為其此狀況下的運(yùn)行功率運(yùn)算）

控閥門W1=20.1×10×180=36180kW·h（20.1kW）

同工況下安裝變頻控制器不控閥門：

W2=18.5×10×180=33300kW·h（18.5kW）

實(shí)際變頻啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中還可以減少大電流對(duì)設(shè)備的沖擊，降低能耗，相應(yīng)延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

實(shí)時(shí)節(jié)約數(shù)W0-W1=30420kW·h

W0-W2=33300kW·h

每度電按0.875元計(jì)算，則每年控閥門可節(jié)約電費(fèi)2.662萬(wàn)，變頻控制可節(jié)約2.914萬(wàn)。變頻設(shè)備投資37×1600=59200；在不采用控閥門情況下投資回收期2年。和控閥門相比較其節(jié)能量只耗10%左右?？紤]到閥門與變頻裝置的成本，對(duì)我單位來(lái)說(shuō)相對(duì)的節(jié)能價(jià)值并未得到充分體現(xiàn)，也許這只是個(gè)例。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行受到普遍重視。政府機(jī)關(guān)更應(yīng)該帶頭推廣。我單位使用證明，變頻器用于泵類設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制場(chǎng)合也確實(shí)能取得顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。在滿足了正常使用要求的同時(shí)提高了設(shè)備效率，降低了能耗，直接和間接經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。需要說(shuō)明的是事實(shí)上從節(jié)約的角度來(lái)看并不適用于每一個(gè)單位系統(tǒng)的改造。隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步相信會(huì)有更多更好的辦法來(lái)促進(jìn)和發(fā)展我國(guó)的節(jié)能事業(yè)，造福后代。

參考文獻(xiàn)：

[1] 符錫理.變頻調(diào)速泵供水原理及實(shí)踐.變頻器世界，1999：N010.

[2] 符錫理.多泵并聯(lián)變頻調(diào)速恒壓變量供水水泵的配置與控制.給水排水技術(shù)與產(chǎn)品信息，2000：N03.