泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)

1、2q 泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能意義和潛力q 泵與風(fēng)機(jī)的基本理論q 泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法q 泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式選擇與節(jié)能改造q PSATq節(jié)能意義 能源短缺，能源有效利用率低。人均能源占有量為世界平均水平的4050%。經(jīng)濟(jì)增長是以資源高消耗和犧牲環(huán)境為代價(jià)。統(tǒng)計(jì)資料表明，總的能源有效利用率約為30%，相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家50年代水平。 據(jù)預(yù)測(cè)，按目前經(jīng)濟(jì)和能源生產(chǎn)的發(fā)展速度，未來能源缺口在20%左右。能源建設(shè)總方針：“開發(fā)和節(jié)約并重，近期要把節(jié)能放在首位”。97年通過了中華人民共和國節(jié)約能源法。q節(jié)能潛力 泵與風(fēng)機(jī)數(shù)量多、分布面廣。我國正在使用的水泵和風(fēng)機(jī)分別超過3000萬和700萬臺(tái)，總耗電量占全國總發(fā)電量的1

2、/3。泵與風(fēng)機(jī)普遍存在效率較低的問題，有些雖經(jīng)節(jié)能技術(shù)改造，使效率有所提高，但由于新型高效調(diào)速方式的出現(xiàn)，使它們?nèi)跃哂泄?jié)電潛力可挖。4 高效鍋爐給水泵與原水泵比較60606565707075758080DG270-140DG270-14050CHTA/650CHTA/6FK6F32FK6F32原效率原效率高效高效q泵與風(fēng)機(jī)的分類葉片式：離心式、軸流式、混流式、旋渦式容積式其它形式q離心式泵與風(fēng)機(jī) 風(fēng)機(jī)泵q軸流式泵與風(fēng)機(jī) 泵風(fēng)機(jī) q 泵與風(fēng)機(jī)的性能 流量qV：單位時(shí)間內(nèi)通過泵或風(fēng)機(jī)的流體量。 揚(yáng)程(泵)H： 單位重量液體通過泵后所獲得的能量。 風(fēng)壓(風(fēng)機(jī))p：單位體積氣體通過風(fēng)機(jī)后所獲得的能量。

3、 有效功率Pe：單位時(shí)間通過泵或風(fēng)機(jī)的流體后所獲得的能量。 Pe=gqVH/1000=qVp/1000 KW 軸功率P：泵或風(fēng)機(jī)軸上獲的功率。 泵或風(fēng)機(jī)的效率：泵與風(fēng)機(jī)的效率即有效功率Pe與軸功率P 之比。 P=Pe/q泵與風(fēng)機(jī)的性能原動(dòng)機(jī)功率Pg：原動(dòng)機(jī)輸出功率。 Pg=P/tm =Pe/tm tm傳動(dòng)效率原動(dòng)機(jī)輸入功率Pg/： Pg/=Pg/d= Pe/tm d d原動(dòng)機(jī)效率調(diào)節(jié)效率(變速調(diào)節(jié))V：變速裝置的輸出功率與輸入功率之比。 Pg/=Pg/d V = Pe/tm d V之比比轉(zhuǎn)數(shù)： ns=3.65nqV0.5/H0.75 nso=nqV0.5/(gH)0.75 ny=nqV0.5/

4、P200.75 汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)：C=5.62nqV0.5/ hr0.75 S=5.62nqV0.5/ hr0.75 Ks=2nqV0.5/(ghr)0.75/60 hr-泵的必需汽蝕余量q性能曲線 IS80-65-160離心泵性能曲線q性能曲線 離心風(fēng)機(jī)無因次性能曲線q相似定律（只改變轉(zhuǎn)速n） qVP/qVm=nP/nm HP/Hm=PP/Pm=(nP/nm)2 PP/Pm=(nP/nm)3 風(fēng)機(jī)無因次系數(shù) qV/=qV/(u2A2) p/=p/(u22) P/=P/(A2u23)q 管路特性曲線 H=（pB-pA)/ g +Ht+hW=Hst+hWq工作點(diǎn) 性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)。 泵的工

5、作點(diǎn)Mq泵與風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行串聯(lián) 串聯(lián)性能曲線由單獨(dú) 泵的性能曲線的揚(yáng)程在流 量相同的情況下迭加得到。 串聯(lián)工作的特點(diǎn)是流量彼 此相等，總揚(yáng)程為每臺(tái)泵 的揚(yáng)程之和。串聯(lián)后總揚(yáng) 程小于泵單獨(dú)工作時(shí)揚(yáng)程 的2倍，流量比一臺(tái)泵單獨(dú) 工作時(shí)增大。q泵與風(fēng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行并聯(lián) 并聯(lián)性能曲線由單獨(dú) 泵的性能曲線的流量在揚(yáng) 程相同的情況下迭加得到。 并聯(lián)工作的特點(diǎn)是揚(yáng)程彼 此相等，總流量為每臺(tái)泵 的流量之和。并聯(lián)后總流 量小于泵單獨(dú)工作時(shí)流量 的2倍，揚(yáng)程比一臺(tái)泵單獨(dú) 工作時(shí)增大。 泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行調(diào)節(jié)：根據(jù)外界負(fù)荷變化，改變運(yùn)行工況點(diǎn)（工作點(diǎn)）使流量等參數(shù)符合要求。工作點(diǎn)是由性能曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)確定的，泵

6、與風(fēng)機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)是通過改變性能曲線或管路阻力曲線來實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)方法分為兩大類：非變速調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)。q非變速調(diào)節(jié) 節(jié)流調(diào)節(jié) 離心式風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié) 動(dòng)葉調(diào)節(jié) 汽蝕調(diào)節(jié)q變速調(diào)節(jié) 定速電動(dòng)機(jī)的變速調(diào)節(jié)（低效變速調(diào)節(jié)）液力聯(lián)軸器變速調(diào)節(jié)油膜轉(zhuǎn)差離合器變速調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)差離合器變速調(diào)節(jié) 交流電動(dòng)機(jī)的變速調(diào)節(jié) 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電組調(diào)速 繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 原動(dòng)機(jī)調(diào)速q節(jié)流調(diào)節(jié) 分為吸入端節(jié)流和出口端節(jié)流，吸入端節(jié)流只適用于風(fēng)機(jī)，不適用于水泵。 特點(diǎn)：調(diào)節(jié)簡單、方便，初投資少，但能量損失大。過去普遍采用，現(xiàn)已逐漸被其它調(diào)節(jié)方 式所替代。 案例

7、：某火力發(fā)電廠200MW 機(jī)組，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降為 180MW時(shí)，采用出口閥 節(jié)流，節(jié)流損失功率 327KW，調(diào)節(jié)閥上壓降 達(dá)2.2MPa。 出口端節(jié)流 q離心式風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié) 在葉輪進(jìn)口前設(shè)置一組可 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的導(dǎo)流葉片。有軸向 導(dǎo)流器、簡易導(dǎo)流器和徑向?qū)?流器。 特點(diǎn)：入口導(dǎo)流器結(jié)構(gòu)簡單， 運(yùn)行可靠，初投資小，維護(hù)方 便，比節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)省能量。離 心風(fēng)機(jī)普遍采用這種調(diào)節(jié)方式。 離心式風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)流器 調(diào)節(jié)性能曲線q 動(dòng)葉調(diào)節(jié) 改變?nèi)~輪上葉片的安裝角，改變性能曲線。 軸流式和混流式 泵與風(fēng)機(jī)具有較大的輪轂，可在其內(nèi)安裝動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 特點(diǎn)：初投資高，調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)復(fù)雜，但具有高的 運(yùn)行效率和較寬的高效

8、 區(qū)，適用于大容量軸流 式和混流式泵與風(fēng)機(jī)且 調(diào)節(jié)范圍寬的場(chǎng)合，如 火力發(fā)電廠大型機(jī)組的 鍋爐送引風(fēng)機(jī)和冷水循 環(huán)泵。 軸流式風(fēng)機(jī)動(dòng)葉 調(diào)節(jié)性能曲線q變速調(diào)節(jié) 泵與風(fēng)機(jī)的流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)流量在較大范圍內(nèi)頻繁變化時(shí)，采用變速裝置將取得非常顯著的節(jié)電效果。 qVP/qVm=nP/nm Hp/Hm=pp/pm=(np/nm)2 相似拋物線(等效率曲線） H=KqV2 通用性能曲線 q變速調(diào)節(jié) 當(dāng)管路阻力的靜揚(yáng)程為零（風(fēng)機(jī)）時(shí)，管路阻力曲線與相似拋物線重合，變速前后的工作點(diǎn)即相似工況點(diǎn)，變速前后的流量比即為轉(zhuǎn)速比，如風(fēng)機(jī)流量降為80%，則軸功率降為 0.83=

9、0.512，比閥門調(diào)節(jié)節(jié)能顯著。當(dāng)管路阻力的靜揚(yáng)程不為零（泵）時(shí)，變速前后的轉(zhuǎn)速比大于流量比。 q液力聯(lián)軸器變速調(diào)節(jié) 改變工作腔中工作油的充滿度，在電動(dòng)機(jī)全速的情況下，對(duì) 泵或風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。 轉(zhuǎn)速比 i：渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比。 調(diào)節(jié)效率v：液力聯(lián)軸器的輸出功率與輸入功率之比。 q液力聯(lián)軸器變速調(diào)節(jié) 特點(diǎn)：其調(diào)節(jié)效率等于轉(zhuǎn)速比，調(diào)節(jié)量越大，其轉(zhuǎn)速比、調(diào)節(jié)效率越低。無級(jí)調(diào)速，過載保護(hù)，隔離振動(dòng)，空載起動(dòng)，工作可靠，但有調(diào)速延時(shí)，設(shè)備復(fù)雜。 在轉(zhuǎn)速很小的情況下，液力聯(lián) 軸器調(diào)節(jié)效率很低，但其傳遞 的總功率也很小，此時(shí)泵與風(fēng) 機(jī)所需軸功率比閥門調(diào)節(jié)小得 多，轉(zhuǎn)差損失比節(jié)流損失小得 多。廣泛用于鍋

10、爐給水泵、送 引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵。 國內(nèi)主要用于鍋爐給水泵。 液力聯(lián)軸器工作特性 q油膜轉(zhuǎn)差離合器變速調(diào)節(jié) 油膜轉(zhuǎn)差離合器是依靠摩擦力傳遞功率的無級(jí)變速傳動(dòng)裝置。 特點(diǎn)：最大傳動(dòng)效率比液力聯(lián)軸器高，控制轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間比液力聯(lián)軸器短。q電磁轉(zhuǎn)差離合器變速調(diào)節(jié) 包括電樞和磁極兩部分，通過改變勵(lì)磁電流的大小改變泵與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，但對(duì)最高轉(zhuǎn)速比較低的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。適用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低、調(diào)速范圍小的 中小容量泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 液力聯(lián)軸器變速調(diào)節(jié)、油膜轉(zhuǎn)差離合器與電磁轉(zhuǎn)差離合器變速調(diào)節(jié)都存在轉(zhuǎn)差損失，都是低效變速調(diào)節(jié)裝置。q 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速

11、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n n=60(1-S)f/p f電源頻率 p磁極對(duì)數(shù) S轉(zhuǎn)差率 交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可通過改變磁極對(duì)數(shù)或電源頻率實(shí)現(xiàn)。 變極調(diào)速就是改變電動(dòng)機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)，大中型異步電動(dòng) 機(jī)采用變極調(diào)速時(shí)，一般為雙速電動(dòng)機(jī)。變極電動(dòng)機(jī)采用不同 的繞組接線方式，可形成轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)速平方成正比、恒轉(zhuǎn)距、恒 功率三種特性的電動(dòng)機(jī)。為使雙速電動(dòng)機(jī)在高低速兩檔都有較 高的效率，不同的負(fù)載應(yīng)選用對(duì)應(yīng)特性的電動(dòng)機(jī)。 特點(diǎn)：調(diào)速效率高，調(diào)速控制設(shè)備簡單，初投資低。其缺點(diǎn)是 有級(jí)調(diào)速，不能進(jìn)行連續(xù)調(diào)速，不能進(jìn)行熱態(tài)變換，變速時(shí)有 電流沖擊現(xiàn)象。q 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 變頻調(diào)速是用變頻電源，通過改變頻率實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)

12、節(jié)。在 調(diào)節(jié)頻率f的同時(shí)對(duì)定子相電壓U1進(jìn)行調(diào)節(jié)，使f、U1之間滿足 一定關(guān)系。故變頻調(diào)速是變頻變壓調(diào)速。 恒轉(zhuǎn)距（磁通）變頻調(diào)速 U1/f=U1/f/ 恒功率變頻調(diào)速 U1/f0。5=U1/(f/)0。5 由于此時(shí)磁通發(fā)生變化，電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)可能下降。 變頻調(diào)速從額定頻率下降調(diào)速時(shí)，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)距變頻調(diào)速；從 額定頻率上升調(diào)速時(shí)，宜采用恒功率變頻調(diào)速。q 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 特點(diǎn)：調(diào)速效率高（變頻器產(chǎn)生的高次諧波，使電動(dòng)機(jī)的損耗增加，效率下降），屬高效調(diào)速方式，調(diào)速范圍寬，并在整個(gè)調(diào)速范圍具有高的調(diào)速效率，可兼作啟動(dòng)設(shè)備。 國外在泵與風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方面普遍采用變頻調(diào)速，用于泵與風(fēng)機(jī)

13、的調(diào)速節(jié)能時(shí)，其容量為 Pv=1.15Pn(n/nn)3 KW nn、n電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速和變頻調(diào)速時(shí)最高轉(zhuǎn)速 Pn轉(zhuǎn)速nn時(shí)泵或風(fēng)機(jī)的軸功率 變頻器的容量與電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)最高轉(zhuǎn)速的三次方成正比，若選用較低的最高轉(zhuǎn)速，可降低變頻器的容量，降低初投資。如鍋爐送引風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的3080%采用變頻調(diào)速，在80100%由工頻電源供電，采用入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。q 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 案例：麗都動(dòng)力中心有三臺(tái)20t/h蒸汽鍋爐，輔機(jī)系統(tǒng)：三臺(tái) 75KW引風(fēng)機(jī)、三臺(tái)55KW鼓風(fēng)機(jī)、一臺(tái)22.5KW給水泵、一臺(tái) 7.5KW冷凝水泵、 一臺(tái)22KW沖渣泵共九臺(tái)，總功率442KW。 過去風(fēng)量、水量的調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)擋板

14、、閥門，造成電能的浪費(fèi)。 現(xiàn)已在泵與風(fēng)機(jī)上安裝了九套變頻調(diào)速裝置。 總投資66.7萬元 年節(jié)電 611702KW h(35.5萬元)， 投資回收期1.88年。 q 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 變頻裝置功率(KW)投資成本(萬元)年節(jié)電(KWh)回收期（月）給水、冷凝泵307.5175,0008.9沖渣泵224.081,00010q案例： 閔行發(fā)電廠的9號(hào)機(jī)組為70年代制造的125MW火電機(jī)組，該機(jī)組鍋爐配有兩臺(tái)G473型送風(fēng)機(jī)和2臺(tái)Y473型吸風(fēng)機(jī)。原來吸風(fēng)機(jī)均采用人口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)吸風(fēng)機(jī)流量。由于設(shè)備老化后導(dǎo)致機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性下降，且在低負(fù)荷情況下運(yùn)行時(shí)采用人口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)的方式其調(diào)節(jié)性和重現(xiàn)

15、性很差。 在對(duì)9號(hào)機(jī)組進(jìn)行增容降耗改造時(shí)，該廠在吸風(fēng)機(jī)上選用了美國羅賓康公司生產(chǎn)的無諧波高壓變頻裝置代替原來的導(dǎo)流器。改造后的鍋爐在燃用電廠提供的煤種條件下鍋爐出力從369噸時(shí)增容到390噸時(shí)，機(jī)組電負(fù)荷從110MW增加到 133.4 MW。采用變頻調(diào)速裝置后節(jié)電效果顯著(見圖)。采用變頻調(diào)速后真正做到了軟啟動(dòng)，避免了原來在較大的慣性負(fù)載情況下，數(shù)倍于額定值的啟動(dòng)電流所產(chǎn)生的電沖擊和機(jī)械沖擊對(duì)電機(jī)的不利影響，同時(shí)對(duì)真空開關(guān)的觸點(diǎn)有很好的保護(hù)作用。q 泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式鍋爐給水泵運(yùn)行方式 某大容量發(fā)電廠機(jī)組，配置兩臺(tái)50%容量的鍋爐給水泵，當(dāng) 機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，改變給水泵的運(yùn)行方式以適應(yīng)負(fù)荷變化。若

16、 機(jī)組負(fù)荷降為50%時(shí)，則泵的運(yùn)行方式有：I. 兩臺(tái)泵全速定壓運(yùn)行，節(jié)流調(diào)節(jié)II. 單臺(tái)泵全速定壓運(yùn)行，節(jié)流調(diào)節(jié)III. 兩臺(tái)泵變速定壓運(yùn)行IV. 單臺(tái)泵變速定壓運(yùn)行V. 兩臺(tái)泵變速滑壓運(yùn)行VI. 單臺(tái)泵變速滑壓運(yùn)行q泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)性分析 鍋爐給水泵性能曲線和管路阻力曲線如圖所示，機(jī)組運(yùn)行在 50%負(fù)荷(qv=605m3/h),運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)性分析如下： 運(yùn)行方式揚(yáng)程(m)效率(%)軸功率(KW)轉(zhuǎn)速(r/min)兩臺(tái)泵全速定壓286365.664803570單臺(tái)泵全速定壓236380.443633570兩臺(tái)泵變速定壓182873.836792876單臺(tái)泵變速定壓182881.233433

17、187兩臺(tái)泵變速滑壓136480.025312442單臺(tái)泵變速滑壓136481.024973000q 泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)性分析 性能曲線 軸功率曲線 q泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能改造正確選定泵與風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 qv=1.051.1qvmax H=1.11.15Hmax p=1.11.15pmax選用高效的泵與風(fēng)機(jī)選擇適宜的調(diào)節(jié)方法流量變化規(guī)律管路靜揚(yáng)程的大小泵與風(fēng)機(jī)容量大小 q泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析最小年費(fèi)用法 將總費(fèi)用折算到某基準(zhǔn)年的總費(fèi)用平均分布到項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)運(yùn)行期的各年，得到方案的年費(fèi)用，選年費(fèi)用最小的方案。對(duì)于泵與風(fēng)機(jī)這類項(xiàng)目，一般是當(dāng)年施工，當(dāng)年完工，如 果經(jīng)濟(jì)運(yùn)行期

18、內(nèi)每年的運(yùn)行費(fèi)是等額的，年費(fèi)用 N=Ki(1+i)n/(1+i)n-1)+C K投資 C年運(yùn)行費(fèi) i年利率 n經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年 案例：某電廠鍋爐送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方法改造方案比較 負(fù)荷特性 機(jī)組負(fù)荷(%) 10090807050年運(yùn)行時(shí)數(shù)38941755125096168q泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 0 01010202030304040505060607070軸向?qū)Я髌鬏S向?qū)Я髌饕毫β?lián)軸器液力聯(lián)軸器變頻調(diào)速變頻調(diào)速總投資( 萬元)總投資( 萬元)年運(yùn)行費(fèi)( 萬元)年運(yùn)行費(fèi)( 萬元)年費(fèi)用( 萬元)年費(fèi)用( 萬元)qINTRODUCTION PSAT (Pumping System Assessment Tool)可幫助工程技術(shù)人員對(duì)泵系統(tǒng)能量利用進(jìn)行評(píng)估，雖然沒有給出如何改進(jìn)系統(tǒng)，但提