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            變頻器在給水工程中節能降耗的分析


            寬槽型振動給煤機摘要:本文在實現某二級泵站給水系統變頻調速控制的基礎上,利用離心泵的特性曲線和供水管網的阻力曲線分析了該給水系統節能降耗的原理,給出了該系統的構成和工作原理,并根據節能降耗原理進行節能效果的重型板式給料機分析,說明該系統結構合理,節能降耗效果明顯。
            關鍵螺旋粉料輸送機詞:交流變頻調速技術;水泵;節能效KZS系列礦用篩采果;節流控制

            0鏈斗式輸送機 引言
                傳統的給水工程中,各種系統參數隨工況的變化而不斷變化,為了實現準確地控制,只能采用控制閥門或擋板開度的方法,人為增減阻力,使大量能量損失在閥門和擋板上。隨著變頻調速技術的日漸成熟,可以實現根據電動機的負載特性來調整轉速、啟動時間等參數,從而具有明顯的節震動給料器能特性。
              &nbs回轉分級篩p; 目前,在給水泵站采用變頻調速技術,對水泵實現閉環控制很好地達到了節能和穩定運行的目的。本文將結合某二級泵站給水系統的變頻調速控制給予具體的分析。

            1 水泵破碎篩分變頻調速運行的節能降耗原理
                離心式水泵廣泛應用于工業和生活給水系濕料粉碎機統中。其輸出特性取決于水泵的種類和供水管網系統的阻力特性。離心式水泵的特性曲線以及供水管網的阻力曲線如圖1和圖2所示。

                圖1中:Q一流量,H一水泵在一定轉速下的揚程曲線,P一水泵的功率曲線,I一水泵的效率曲線;圖2中:D河卵石制砂機E一供水管網的阻力曲線。
                從節能的角度出發,對于工況運行的場合,通常采用變頻調速的電動機來改變泵的轉速,以滿足工況改變時對性能的要求。因此,水泵調速時的H-Q曲線變為槽式給料機圖3所示,泵的特性曲線N與管道性能曲線DE的交點A0即為泵的正常使用時的工作點。
             &nbs網帶輸送機p;  下面通過節流控制和變頻調速的比較,說明變頻調速的節能原理。

                節流控制是通過改變裝在管道上的閥門或擋板的開度,使閥門對振動傳感器供水的摩擦阻力變大,所以反映到上圖中,阻力曲線從DE移到DE',揚程則從H0升到H1,,流量由Q0減小到Q1,運行工況點從A0點移動到A1點。
                變頻調速控制是在管網性能曲線不變的情況下,通過改變泵的工作轉速,使其性能曲線變化,從而變更運行工作點來實現調節。泵的特性曲線取決于電機的轉速,如果把速度從n變為n',工況點將從A0點移到A2點,揚程將從H。降到H2,流量將從Q0減小到Ql,與擋邊輸送帶用節流控制時輸出的流量相同。
                振動落砂機采用兩種方法運行時A1點和A2的泵軸功率分別為:

                也就是說,用節流控制流量比用變頻調速控制時多浪費了△P的功率,而且消耗隨著閥門的開度減小而增加。另一方面,用變頻調速控制時,由水泵的葉輪相似定律,當轉速從n0變為n2時,Q、H、P大致變化關系為:


                當水泵轉速下降時,消耗的功率也大大下降,因此節能潛力非常大。所以,最有效的節能措施就是采用變頻調速器來調節流量。一般應用變頻器節電率為20%~50%,效益顯著。

            2 給水系統的變頻調速系統
                某二級泵站給水系統的變頻調速系統的構成如圖4所示。該泵站由兩臺IOSAP-6B水泵組成,拖動水泵的每臺電動機的功率為180KW。根據統計數據,高峰時用水量可以達到1200~1400t/h,而夜間最低峰時用水量僅為400t/h,水泵的流量變化較大,因此具有很大的節能
            潛力。

            2.1 系統組成


                圖4為此變頻調速系統的構成,系統主要由以下幾部分組成:
                (1)控制對象:2臺180kW水泵電機MI, M2。
                (2)變頻器、PID調節器:為了節省投資,采用二臺變頻器,“一控一”控制二臺電機的方案,二臺變頻器同步控制,具有水泵及變頻主機的智能保護,時間可調的軟啟、軟停等先進功能,能保證設備處于平穩、高效、安全、低耗運行狀態。
                (3)工頻控制器:即原有電機啟動系統。
                (4)壓力變送器。
                (5)工頻/變頻切換器:選用常規雙頭閘刀,確保二套系統互不影響,且切換可靠。

            2.2 系統的工作原理
                該系統的調節手段采用管網最不利點恒壓控制,壓力變送器將信號通過屏蔽電纜送到PID調節器后,同時控制2臺電動機的頻率。控制時,在用水量為400t/h時,只利用一臺變頻調速電機就可以滿足整個供水要求,直到用水量上升后再啟動另一臺水泵電機,調速后的揚程H要與管路阻力特性曲線相吻合,以獲得最佳的節能效果。變頻器頻率設定既可以手動設定也可以根據管網末端最不利點的壓力形成閉環控制系統,實時在線調節電機的轉速。
                在以上系統中,沒有采用一臺定速另一臺調速的方案,兩臺水泵的拖動電動機全部采用變頻調速。盡管一次性投資稍大,但給整個系統帶來性能提高也十分顯著。
                (1)若采用一臺定速另一臺調速的做法,運轉時全速運轉的水泵的出口壓力肯定大于變速運轉的水泵,因為二者共用同一出口管路就會對速度低的水泵的出口形成一個反壓。如果變頻控制的水泵壓力達不到一定值,就無法打開管路中的逆止閥進行供水。由此而造成可以調速的水泵的可調范圍變小,降低了系統的實用性,很難達到起初設想的結果。采用兩臺泵同時調速則不存在上述問題,可調速的范圍很廣,可以達到節能的目的。
                (2)在用水低峰時,用水量僅為400t/h,所以只利用一臺變頻調速泵就可以滿足整個供水要求,直到用水量上升后再啟動另一臺水泵。假設另一臺是定速,只能做直接啟動,對電器設備和系統的沖擊都很大,特別在用水量需求處于臨界點時,電動機就有可能出現頻繁起停的狀態,尤其對于容量180KW這么大的電動機而言危害就更大,而兩臺都可以調速時,任何一臺都可以隨時軟啟動和運行,完全避免了上面的問題,也方便了設備的檢修。

            2.3 節能效果分析
                水泵采用交流變頻調速技術后,控制系統的穩定性、經濟性和可靠性明顯提高,控制偏差小于1%,各參數波動幅值小,泵的出口壓力降低,揚程下降,節能效果明顯。
                根據分析,水泵電機有三個工況點:最大功率工作點AM,額定功率工作點AN,最小功率工作點AS。利用節流控制與變頻器調速的方法得到本系統的H-Q曲 線如圖5所示。①當流量變為540t/h時,節流控制的工況點由A變為AN,而變頻調速的工況點由A變為AN',此時兩臺電機同時工作在正常狀態;②當流量變為420t/h時,節流控制的工況點由A變為AS,而變頻調速的工況點由A變為AS',此時只需要一臺電機來滿足最小流量的要求;③當流量變為720t/h時,節流控制的工況點由A變為AM,而變頻調速的工況點由A變為AM',此時兩臺電機工作在最大功率。
                按照公式(2)計算得表1、表2結果。



                按以上設定通過計算可得,兩臺水泵年節電量約為19.1萬Kw•h,至少節約電費:
                (420042+80300-309228) ×0.68≈13萬元。

            3 結論
                隨著變頻調速技術的飛速發展,變頻器的保護功能越來越全面,這就更加提高了上述系統的可靠性,同時還增加了故障顯示記憶功能,便于分析和排除故障。上述系統還設有瞬間停電保護、過載保護、過電壓保護、過熱保護、防止失速保護等功能。同時,變頻器帶有改善功率因數的直流電抗器,從而可以提高了系統的功率因數。該系統設有故障報警裝置和在線故障診斷功能,保證其運行安全可靠,減少了設備的機械磨損,降低了維修工作量,延長了設備的使用壽命;另外,變頻器的軟啟動特性避免了電機直接啟動時大電流對線圈和整個電網的沖擊。采用變頻調速系統后,電動機和變頻器組合為一體,既是動力源又是供水調節執行機構,改變了傳統的控制方式,實現了生產過程自動化,減少了工人的勞動強度。閉環控制系統適應水量變化,實現在線調整,保證管網末端壓力恒定,不存在人為調整的滯后現象。
                總之,變頻器調速技術具有設備體積小、調速范圍大、調速特性好、無級調速、效率和功率因數高等優點,在工礦企業水泵上運行安全可靠,實現閉環控制后,滿足用水量隨時變化的需要,具有明顯的節能降耗作用,經濟效益十分顯著。

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            參考文獻:
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            [3]韓安榮。通用變頻器及應用[M]。北京:機械工業出版社,2000。

             

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