風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座（六）

1、風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座（六）第二講 水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)（1）作 者：國(guó)家電力公司熱工研究院自動(dòng)化所 徐甫榮1 概論風(fēng)機(jī)與水泵是用于輸送流體(氣體和液體)的機(jī)械設(shè)備。風(fēng)機(jī)與水泵的作用是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其它能源的能量傳遞給流體，以實(shí)現(xiàn)流體的輸送。即流體獲得機(jī)械能后，除用于克服輸送過(guò)程中的通流阻力外，還可以實(shí)現(xiàn)從低壓區(qū)輸送到高壓區(qū)，或從低位區(qū)輸送到高位區(qū)。通常用來(lái)輸送氣體的機(jī)械設(shè)備稱(chēng)為風(fēng)機(jī)(壓縮機(jī))，而輸送液體的機(jī)械設(shè)備則稱(chēng)為泵。1.1 水泵的分類(lèi) 水泵通常按工作原理及結(jié)構(gòu)形式的不同進(jìn)行分類(lèi)，可以分為葉片式(又稱(chēng)葉輪式或透平式)、容積式(又稱(chēng)定排量式)和其他類(lèi)型三大類(lèi)。葉片式泵又可以

2、分為離心泵、軸流泵、混流泵和漩渦泵；容積式泵又可以分為往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵，往復(fù)泵可分為活塞泵、柱塞泵和隔膜泵，而回轉(zhuǎn)泵又可分為齒輪泵、螺桿泵、滑片泵和液環(huán)泵。1.2 水泵的性能參數(shù)水泵的基本性能參數(shù)表示水泵的基本性能，水泵的基本性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)速、必須汽蝕余量或允許吸上真空高度等7個(gè)。(1)流量：以字母q(qv、qm)表示，單位為(升)l/s、m3/s、m3/h 等。泵的流量是指單位時(shí)間內(nèi)從泵出口排出并進(jìn)入管路系統(tǒng)的液體體積。泵的流量除用上述體積流量qv外，還可用質(zhì)量流量qm表示。qm定義為單位時(shí)間內(nèi)從泵出口排出并進(jìn)入管路的液體質(zhì)量。顯然qv與qm間的關(guān)系為：qm=q

3、v(2)揚(yáng)程：水泵的揚(yáng)程h表示液體經(jīng)泵后所獲得的機(jī)械能。泵的揚(yáng)程h是指單位重量液體經(jīng)過(guò)泵后所獲得的機(jī)械能。水泵揚(yáng)程的計(jì)算式為：式中：z2、p2、v2與z1、p1、v1分別為泵的出口截面2和進(jìn)口截面1的位置高度、壓力和速度值。泵的揚(yáng)程即為泵所產(chǎn)生的總水頭，其值等于泵的出口總水頭和進(jìn)口總水頭的代數(shù)差。(3)軸功率：由原動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)裝置傳到水泵軸上的功率，稱(chēng)為水泵的軸功率，用p表示，單位為kw。式中：q水泵流量(m3/s)；h水泵揚(yáng)程 (m，p=gh)；r傳動(dòng)裝置效率；f水泵效率；d電動(dòng)機(jī)效率。電動(dòng)機(jī)容量選擇：式中：“102”由kg.m/s變換為kw的單位變換系數(shù)。因?yàn)樗拿芏葹?000kg/m3,所

4、以水泵軸功率的計(jì)算公式可以簡(jiǎn)化為：電動(dòng)機(jī)容量選擇：(若流量的單位用“m3/s”)(4)效率：水泵的輸出功率(有效功率)pu與輸入功率(軸功率)p之比，稱(chēng)為水泵的效率或全效率，以表示：(5)轉(zhuǎn)速：水泵的轉(zhuǎn)速指水泵軸旋轉(zhuǎn)的速度，即單位時(shí)間內(nèi)水泵軸的轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為rpm(r/min)或s-1(弧度/秒)。(6)比轉(zhuǎn)速：水泵的比轉(zhuǎn)速以ny表示，用下式定義：作為性能參數(shù)的比轉(zhuǎn)速是按泵最高效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的基本性能參數(shù)計(jì)算得出的。對(duì)于幾何相似的泵，不論其尺寸大小、轉(zhuǎn)速高低，其比轉(zhuǎn)速均是一定的。因此，比轉(zhuǎn)速也是泵分類(lèi)的一種準(zhǔn)則。(7)泵的必須氣蝕余量或泵的允許吸上真空高度 泵的必須氣蝕余量是指：為了防止泵

5、內(nèi)氣蝕，泵運(yùn)行時(shí)在泵進(jìn)口附近的管路截面上單位重量液體所必須具有的超過(guò)汽化壓頭的富裕壓頭值，該值通常有泵制造廠規(guī)定。泵的必須氣蝕余量用(npsh)r表示,單位為米(m)。泵的允許吸上真空高度是指：為了防止泵內(nèi)氣蝕，泵運(yùn)行時(shí)在泵進(jìn)口附近的管路截面上所容許達(dá)到的最大真空高度值，該值也通常由泵制造廠規(guī)定，在不同的大氣壓力下及不同的液體溫度時(shí)需要進(jìn)行換算。泵的允許吸上真空高度用(hs)表示，單位為米(m)。1.3 水泵的性能曲線圖2-1所示是典型的鍋爐給水泵性能曲線(h-q)、以及效率和軸功率曲線。它是一條較為平坦的曲線，與風(fēng)機(jī)的一簇梳狀曲線不同，其出口壓力(揚(yáng)程)隨著流量的增加而單調(diào)下降，零流量時(shí)的揚(yáng)

6、程稱(chēng)為關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程。水泵的靜揚(yáng)程(hst)一般都不為零，圖2-2所示為靜揚(yáng)程占到關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程60%時(shí)的某給水泵的調(diào)速性能曲線和阻力曲線，圖2-3所示為水泵系統(tǒng)在不同靜揚(yáng)程下的軸功率流量性能曲線。圖2-1 典型的鍋爐給水泵性能曲線 風(fēng)機(jī)的性能曲線呈梳狀，一般通過(guò)入口風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓，隨著風(fēng)門(mén)(葉片)開(kāi)大，風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)量和風(fēng)壓都沿阻力曲線增大，其等效率曲線是一組閉合的橢園。這一點(diǎn)是與水泵的性能曲線不同的：對(duì)于水泵，一般通過(guò)出口閥門(mén)調(diào)節(jié)流量和壓力，當(dāng)出口閥門(mén)開(kāi)大時(shí)，流量增大，而壓力卻減小；當(dāng)閥門(mén)關(guān)小時(shí)，流量減小，壓力則增大，如圖2-1、圖2-2所示。對(duì)于水泵，閥門(mén)開(kāi)度的變化改變的是阻力曲線(陡度)；而

7、對(duì)于風(fēng)機(jī)，風(fēng)門(mén)開(kāi)度(葉片角度)的變化改變的是風(fēng)機(jī)的p-q特性曲線，而與阻力曲線無(wú)關(guān)。風(fēng)機(jī)水泵所消耗的軸功率，則都與壓力和流量的乘積成正比，但風(fēng)機(jī)的軸功率隨著風(fēng)門(mén)開(kāi)大而增大，而水泵則當(dāng)其流量增大到一定程度后，其軸功率隨著流量的增大增加不多甚至反而減小。1.4 水泵拖動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)葉片式風(fēng)機(jī)、水泵的負(fù)載特性屬于平方轉(zhuǎn)矩型，即其軸上需要提供的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。風(fēng)機(jī)水泵在滿足三個(gè)相似條件：幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似的情況下遵循相似定律；對(duì)于同一臺(tái)風(fēng)機(jī)(或水泵)，當(dāng)輸送的流體密度不變，僅轉(zhuǎn)速改變時(shí)，其性能參數(shù)的變化遵循比例定律：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比；揚(yáng)程(壓力)與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；軸功

8、率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即：風(fēng)機(jī)與水泵轉(zhuǎn)速變化時(shí)，其本身性能曲線的變化可由比例定律作出，如圖2-3所示。因管路阻力曲線不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，故當(dāng)轉(zhuǎn)速由n變至n/ 時(shí)，運(yùn)行工況點(diǎn)將由m點(diǎn)變至m/點(diǎn)。應(yīng)該注意的是：風(fēng)機(jī)水泵比例定律三大關(guān)系式的使用是有條件的，在實(shí)際使用中，風(fēng)機(jī)水泵由于受系統(tǒng)參數(shù)和運(yùn)行工況的限制，并不能簡(jiǎn)單地套用比例定律來(lái)計(jì)算調(diào)速范圍和估算節(jié)能效果。當(dāng)管路阻力曲線的靜揚(yáng)程(或靜壓)等于零時(shí)，即hst=0(或pst=0)時(shí)，管路阻力曲線是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線，它與過(guò)m點(diǎn)的變轉(zhuǎn)速時(shí)的相擬拋物線重合，因此，m與m又都是相似工況點(diǎn)，故可用比例定律直接由m點(diǎn)的參數(shù)求出m點(diǎn)的參數(shù)。對(duì)于風(fēng)

9、機(jī)，其管路靜壓一般為零，故可用相似定律直接求出變速后的參數(shù)。而對(duì)于水泵，其管路阻力曲線的靜揚(yáng)程(或靜壓)不等于零時(shí)，即hst0(或pst0)時(shí)，轉(zhuǎn)速變化前后運(yùn)行工況點(diǎn)m與m不是相似工況點(diǎn)，故其流量、揚(yáng)程(或全壓)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不符合比例定律，不能直接用比例定律求得。而應(yīng)將實(shí)際工況轉(zhuǎn)化為相似工況后，才能用比例定律進(jìn)行計(jì)算。特別是對(duì)于水泵，其靜揚(yáng)程一般都很大，所以變速前后的流量比不等于轉(zhuǎn)速比，而是流量比恒大于轉(zhuǎn)速比。管路性能曲線的靜揚(yáng)程越高，水泵性能曲線和管路性能曲線的夾角就越小，則變速調(diào)節(jié)流量時(shí)，改變相同流量時(shí)的轉(zhuǎn)速變化就越小，其軸功率的減小值也越小，還有可能引起管路的水擊，因此水泵的調(diào)速節(jié)能效果

10、要比風(fēng)機(jī)差一些。圖2-2某給水泵的調(diào)速性能曲線和阻力曲線1.5 水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造能效審計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)查表單位名稱(chēng) 負(fù)載類(lèi)型 聯(lián)系人 聯(lián)系電話 地 址 郵政編碼 郵 箱 設(shè)備基本參數(shù)電動(dòng)機(jī)參數(shù) 水泵參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)/ 水 泵 型 號(hào) 額定功率(kw) 水 泵 類(lèi) 型 額定電壓(kv) 額定流量 (m3/s) 額定電流(a) 額定揚(yáng)程 (m) 額定轉(zhuǎn)速(r/min) 額定轉(zhuǎn)速 (r/min) 額定效率 額定效率 額定功率因數(shù) 額定軸功率(kw) 轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓 關(guān)死點(diǎn)揚(yáng)程(m) 轉(zhuǎn)子短路電流 系統(tǒng)靜揚(yáng)程(m) 電機(jī)動(dòng)類(lèi)別：同步式 鼠籠式 繞線式 起動(dòng)方式： 直接起動(dòng) 轉(zhuǎn)子串水電阻起動(dòng) 定子串水電阻起動(dòng)

11、其 它設(shè)備運(yùn)行參數(shù)電 動(dòng) 機(jī) 參 數(shù) 水 泵 參 數(shù)運(yùn)行電壓 (kv) 閥門(mén)開(kāi)度(參考) 運(yùn)行電流 (a) 出口流量(m3/s) 有功功率(kw.h) 出口壓力(mpa) 無(wú)功功率 (kvar) 回流流量(m3/s) 實(shí)際轉(zhuǎn)速 (rpm) 水泵轉(zhuǎn)速(rpm) 工藝流程參數(shù)工藝數(shù)據(jù) 鍋爐負(fù)荷(t/h) 投料量(t/h) 發(fā)電量(mw) 日產(chǎn)量(t/h) 實(shí)際工況、工藝流程描述 電動(dòng)機(jī)的其它有關(guān)描述 對(duì)變頻系統(tǒng)的要求及欲實(shí)現(xiàn)的功能與效果 注：1、如果工藝上沒(méi)有此項(xiàng)，可以不填；2、工藝數(shù)據(jù)是指此工況下能滿足工藝要求的最小數(shù)值；3、實(shí)際工況、工藝流程描述盡量詳細(xì)清楚；4、電動(dòng)機(jī)的其它有關(guān)描述一般是指何種類(lèi)型的電機(jī)、起動(dòng)方式，有無(wú)液力耦合器等。(a) 風(fēng)機(jī)(當(dāng)管路靜壓pst=0時(shí))(b) 水泵(當(dāng)管路靜揚(yáng)程hst0時(shí))圖2-3 轉(zhuǎn)速變化時(shí)風(fēng)機(jī)(水泵)裝置運(yùn)行工況點(diǎn)的變化作者簡(jiǎn)介徐甫榮(1946-) 男 1970年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電機(jī)工程系發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)，后在西安電