水泵变频调速供水的节能研究

王建岭

神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油化工公用设施管理分公司宁夏灵武750411

摘要：随着经济和社会的快速发展，我国的各个行业都在进行可持续发展。节能减排已引起广泛关注。变频调速技术在给水泵中的应用，有效地提高了水泵的效率，降低了能耗。本文对目前给水泵作了简要介绍，并对变频调速在给水泵节能改造中的应用进行了探讨和分析。

关键词：水泵；变频调速；供水节能

1水泵调速运行的节能

1.1供水系统中水泵调节运行的必要性

1.1.1供水系统的供水量是受客观条件制约而在变化的，是不均衡的，而水泵的选择又是以满足出现概率很低的最不利条件即最大工况的要求为原则的。其水泵供水能力一般按最高日最高时的用水量选择，水泵扬程则是按水泵净扬程与管网能量之和选择，但必须保证运行中的最高扬程。

1.1.2水量预测的不准确性和出于安全的因素，水泵的流量和扬程存在不同程度的富余量。

1.1.3水泵的效率曲线不是一条平坦的曲线，其高效区段很窄。

1.1.4给水系统达到设计容量时，有一个过渡期，这取决于设计规模的合理性和多因素的影响。由于这些原因，泵的实际工作点在大多数情况下注定要被抵消。因此，在运行和管理中，必须改变和控制操作点，以适应管网中流量和压力的变化。调节水泵工作点的方法，可分为两个方面：管路系统特性曲线的改变（如阀门调节）；改变泵本身的特性曲线（如调节数字、转速等）。

1.2水泵调速节能的分析

在节能技术中，水泵转速控制的关键问题是如何确定合理的水泵转速，大大影响了日常运行成本和节能效果，对工程投资而言，效果必须更加科学，以克服盲目性。仅仅通过定性分析来解决这个问题是不够的。有必要根据项目的具体情况进行定量分析，用“数据”说话。

1.2.1分析的原则

由于速度控制，除了最大限度地减少了浪费外，还提高了泵的效率。因此，水泵的总数量应该少一些，也就是说，尽量使用大功率泵组，因为大泵和并联工作的两个或两个以上的小泵相比，大泵的效率比小泵的效率高。同时，泵机组及相关管路、管路系统的特性曲线也很陡，如果分流数，一个泵不仅是“窝”输出，本身就是一种浪费，且调节范围很小，不利于充分发挥调速泵的作用。

水泵调速应达到适应工况变化，同时又使水泵经常处于高效区，而不是要求其始终处于高效区工作。水泵特性曲线上任何点经过调速都按相似定理变为另一种工况，即工程所需的任一种流量和扬程在不超出水泵额定数据时，通过调节转速的方法都可以达到。但对水泵调速运行时的主要目的是节能，所以采用调速泵时只能把工作点选在水泵特性曲线高效区的工况点或由高效区经相似变换得到的工况点。这当然是最理想的一种状态，如同对各种类型的调速装置的选择一样，其效率高低各有不同，应视具体的应用条件因地置宜，经综合比较后确定。

要确定调速泵与定速泵的最佳组合，应在对不同水泵和各种组合能耗计算的基础上，对方案进行经济比选。经济比选要坚持“定量分析与定性分析相结合。

1.2.2分析的方法

①对能够掌握实际水量资料的工程（如改造项目），可根据管道系统特性曲线分别对各种泵的组合作出能耗计算。

②对一时无法掌握实际水量变化资料的工程，则可采用简化分析计算的方法，即以出现概率最高的工况条件下，根据管网特性对几种调速和不调速组合进行比较，而不是以出现概率很少的最大工况来作为判断条件。因为对于在整个运营期内出现概率极低的工况，即使调速泵在较低效率下运行，也不会对全年的节能效益产生太大的影响，而这样却有可能使调速泵的台数得以减少，从而节约了投资。

③在不能取得管道特性曲线时，可以用静扬程与最大工况对应扬程两点的连线来代替实际的管道特性曲线，这虽对能耗计算造成一定误差，但并不妨碍对调速泵台数的各种方案的判断。

④方案的经济比选可采用总费用净现值最小原则法，该方法观察各备选方案（定速泵和调速泵台数的不同组合）在整个计算期内（逐年产生的费用，将其折现到当前的“现值”，并比较其大小，总费用净现值最小的方案为优。

2变频技术在水泵中的应用

2.1变频技术的优点

变频技术作集现代电子、电气信息和智能技术于一体。变频控制是一种成熟、应用面广的高效机电节能新技术。采用变频技术可实现。水泵高效节能，变频装置是一种静止的、高效的变频与控制设备。

2.2变频水泵技术

常用的水泵电机调速方式。一是滑差调速型，如液力耦合、电磁转差、液力离合和转子串阻调速等；二是高效调速型，如变极调速、串级调速和变频调速等。不同的调速方法，在不同流量变化的条件下，调速效率也不同。不同的调速装置应用领域也不一样。流量调节范围在90%以上时则无需采用电机调速。可节流调速；当流量调节范围在75%左右时，才可有必要采用高效调速装置，如变频调速技术。变频调速是一种新型高效调速技术，它是由半导体电子元器件构成的电力变换器和三相交流电动机等组成。由于变频控制技术的发展和应用，使得传动的机电设备工作在最佳状态，使设备处于高效节能的工作状态，延长设备的使用寿命，真正体现科技以人为本的宗旨。目前，变频器正朝着数控化、高频化、数显化、高集成化、强适应性的方向迅速发展。大大地发展了生产力，在工矿企业广泛应用，会大幅度提高了生产效率和企业经济效益。

3变频调速在供水水泵中的节能改造

3.1供水水泵中利用变频调速进行节能的技术特点

变频技术在水泵节能技术的使用具有以下特点与关闭（或打开）变频控制技术，通过优化模块能耗、智能控制系统、变频控制系统、远程监控系统，对泵系统工艺参数的实时监测与目标值进行比较，自寻求更好的满足和功耗的技术要求是最低的，和实时运行速度控制策略，实现最优的调度方案，以达到最佳的节能效果。采用变频器和电器元件，性能稳定，设备运行安全可靠。自动优化功能。给出了满足工艺要求和最小实时能耗的优化调度方案和调速策略。优化运行调度方案，及时、稳定、准确地调整。实时测量运行功率、累计电量和运行时间，准确掌握能源消耗，节约能源。监控变频器的工作状态、系统运行参数、电流电压报警、欠压、短路等功能。实时监测泵系统、设备振动和轴承温度，进行故障诊断，保证系统安全运行。

3.2供水水泵变频调速的范围的确定

水泵的直径和泵的直径有多种特点，水泵阀门的开度与流量的关系更为复杂，这种情况造成变频调速范围难以确定。水泵调节转速时，其静水头不为零，水泵的阻力曲线不会通过坐标原点。因此，在确定水泵的频率范围时，必须考虑到流量和扬程要求。水泵的阀门最大限度地打开，流量由速度调节。科学的流量调节能很好地确定供水泵的频率控制范围，实现高效节能，满足社会发展的需要。

3.3供水水泵变频调速后节能效果估算

水泵节能计算的效果比较复杂，多数情况下，泵的静扬程不为零，分析水泵扬程和流量，并通过类似的工况抛物线计算得到点速。在这样的计算应该使用流量（额定流量的百分比）为根据（而不是开阀）；额定轴功率与轴功率不能简单的全流程，并应用于计算实际功率轴流泵系统完整，因为具体的选泵用于管道系统不同的是，当实际的参数是不一样的。我们应该注意到电力电力用于储蓄率计算时应采用阀门调节的水泵实际流量消费，不应该是电机的额定功率，因为阀，随着流量的减小，电机的电流（功率）也减少了。在同一流量下，不同静压头的转速、轴功率和节电率不同，应逐点计算。

参考文献

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