離心泵的變頻節(jié)能

變頻器節(jié)能應(yīng)用

---離心水泵指導(dǎo)思想節(jié)能的意義不僅僅在于提高經(jīng)濟(jì)效益,更重要的還在于“節(jié)能是我們企業(yè)的社會(huì)則任”.

泵基本上可以分成兩類，容積式泵和葉片式泵(離心泵)。容積式泵是通過機(jī)械的方法改變工作室容積的大小來輸送液體的；具有恒負(fù)載的特性。離心泵是通過浸在液體中的葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力來輸送液體；這種動(dòng)力使液體的壓力增加，并沿著排出管流出；屬于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

1、泵的分類離心泵通過順葉輪片邊緣的加速度將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液體的動(dòng)能(這里關(guān)鍵是產(chǎn)生的能量是動(dòng)能)。傳遞給液體的能量大小和葉輪的邊緣或葉片尖端的速度有關(guān)。葉輪轉(zhuǎn)得越快或是葉輪的葉片越大，葉片尖端處產(chǎn)生的液體速度就越高，并且液體獲得的能量也就越大。2、離心泵的工作原理液體流動(dòng)時(shí)遇到的阻力消耗了從葉輪處流出的液體部份動(dòng)能。流體首先遇到的阻力是在蝸殼型的泵體中，它放慢了流體的速度。當(dāng)流體在泵體中減速的時(shí)候，一部份動(dòng)能就轉(zhuǎn)變成了壓力能。我們從附在出管口的壓力計(jì)讀出的數(shù)據(jù)就是泵內(nèi)的流體阻力。泵并不能產(chǎn)生壓力，它只產(chǎn)生流量，壓力只是反映阻力的一個(gè)參數(shù)。2.1流體的壓力

在牛頓液體中(指非粘性液體，如水和汽油)，我們用揚(yáng)程這個(gè)術(shù)語來衡量泵所產(chǎn)生的動(dòng)能，它表示當(dāng)泵將動(dòng)能傳遞給流體后所產(chǎn)生的液柱的高度。我們使用揚(yáng)程而不是壓力來表示離心泵的能量，其主要原因是如果流體的比重一旦發(fā)行變化，泵的壓力也隨之變化，面揚(yáng)程則不會(huì)變。所以任何牛頓液體，不管比重大(含硫的)或是比重小的(如汽油)，我們總可以用揚(yáng)程來衡量泵的性能。此外還有一點(diǎn)，就是揚(yáng)程是和流經(jīng)泵體時(shí)液體獲得的流速相關(guān)。2.2流體的揚(yáng)程損失

3、功率

輸出功率HP=（體積V×揚(yáng)程H×比重G）/3960軸功率HP=（體積V×揚(yáng)程H×比重G）/（3960×泵的效率）或輸出功率/泵的效率離心水泵的工作性能是總揚(yáng)程和在給定的時(shí)間內(nèi)水泵所抽上的液體重量的函數(shù)。在公式中，和們通常采用液體體積（V）和液體的比重來表示水泵的流量，而不量用水泵所抽上來的實(shí)際液體的重量。離心水泵的輸入功率或制動(dòng)功率（BHP）是原動(dòng)機(jī)傳遞給水泵的實(shí)際功率（在這里我們稱之為軸功率）。水泵輸出功率或液壓功率是水泵傳遞給液體的功率。這兩個(gè)功率可以用以下公式表示：4、離心水泵的性能曲線

4.1、水泵性能曲線在水泵曲線圖中包括了流量、壓力、效率和軸功率這些特性曲線(見下圖)。各種水泵的流量值都是在3560RPM的轉(zhuǎn)整速下給出的，同時(shí)也表明了輸出流量調(diào)節(jié)變化對(duì)揚(yáng)程的影響。同時(shí)，圖中表明，揚(yáng)程增加的時(shí)候，水泵的流量和效率隨之減少。4.2離心水泵的特性曲線5、離心水泵調(diào)節(jié)

5.1、離心水泵的調(diào)節(jié)方式如果系統(tǒng)是連續(xù)不斷變化地過程的一部份，那么我們就有必要采取一些措施來改變水泵的特性或系統(tǒng)參數(shù)。對(duì)于連續(xù)變化的液體，我有兩種方法。一種方法是通過控制器或是節(jié)流閥改變液體的流量從而改變系統(tǒng)曲線。另一種方法是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整水泵曲線。5.2水泵系統(tǒng)曲線

水泵曲線僅僅是水泵的物理特性的函數(shù)。系統(tǒng)曲線完全取決于管道尺寸。管道長度、管道彎曲處的位置和數(shù)量，還有其它的一些因素。這兩條曲線的交點(diǎn)就是水泵的工作點(diǎn)。在這一點(diǎn)上，水泵的壓力和系統(tǒng)的損耗相匹配，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。5.2.1、特性曲線當(dāng)采用這種方法時(shí)，可通過減小液體流量來增加揚(yáng)程。下面是在兩種不同的閥位設(shè)定值下的曲線。5.2.1閥門控制系統(tǒng)

我們舉一個(gè)例子來說明閥門控制系統(tǒng)的功率需求。這里我們使用一個(gè)運(yùn)行速度為3560RPM，時(shí)輪直徑為8英寸的水泵。水泵運(yùn)行時(shí)需要的揚(yáng)程是250英尺，流量是250GPM，讓我們看下面的曲線圖。根據(jù)圖表中的信息，對(duì)于下表所給出的不同流量值，我們得到了對(duì)應(yīng)的閥門控制系統(tǒng)所需的不同的功率(以水為例)。出功率HP=（GPM×揚(yáng)程×比重）/3960=（250×250×1.0）/3960=15.78軸功率HP=輸出功率/泵的效率

=15.78/0.64=24.675.2.2功率需求5.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)

5.3.1、特性曲線

當(dāng)葉輪的轉(zhuǎn)速改變的時(shí)候，水泵的特性也隨之改變，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方法就是利用了水泵的這一特點(diǎn)。右圖是制漿車間的一臺(tái)泵的速度曲線圖。從圖中可以看出：泵在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，揚(yáng)程隨著流量的增加逐漸減小，轉(zhuǎn)速變化時(shí)，曲線在揚(yáng)程方向上平移。如果使用變頻調(diào)速，曲線就可以修正成一條揚(yáng)程不變的水平線，從而避免了流量變化所造成的揚(yáng)程浪費(fèi)或不足．15.3.2泵的速度曲線從圖中也可看出：如果用基本轉(zhuǎn)速以上的不同轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)相同的流量，其功率損耗是成比例的變化的，這就是變頻節(jié)能的潛力及原理。相似定理我們可以根據(jù)水泵的原始特性參數(shù)，通過一套公式來預(yù)測離心泵在任何一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)，這些公式就稱之為相似定理。Q2/Q1=N2/N1P2/P1=(N2/N1)2W2/W1=(N2/N1)3

其中：

N=水泵速度

Q=流量

P=壓力

W=功率下面仍以上面那個(gè)閥門調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的例子，對(duì)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率需求進(jìn)行分析。5.3.2、功率需求這里用HP1=25HP、N1=3560、Q1=250來計(jì)算的。下面就以Q2=200為例來進(jìn)行說明：

Q1/Q2=N1/N2200/250=3560/N2→N2=2848BHP1/BHP2=(N1/N2)325/BHP2=(3560/2848)3→BHP2=12.8

同樣可根據(jù)相似定理計(jì)算出運(yùn)行點(diǎn)上的其余參數(shù)值。通過調(diào)節(jié)速度，系統(tǒng)需要的功率明顯比以前更加少了。為了確定實(shí)際的功率需求，變頻器的效率必須考慮進(jìn)去。下面我們對(duì)Q2在200GPM時(shí)，閥門控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率需求作一個(gè)對(duì)比：調(diào)節(jié)方法閥門控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行功率（KW）16.889.6年電耗（度，按330天計(jì)運(yùn)行費(fèi)用（按0.5元/度計(jì)）6684538016費(fèi)用對(duì)比66845－38016＝288295.4、功率需求對(duì)比5.5變頻節(jié)能系統(tǒng)的原理框圖變頻器泵轉(zhuǎn)速測量反饋指令輸入(s