变频泵调速范围的确定

《变频泵调速范围的确定》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频泵调速范围的确定（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2006 长沙南宇节能有限公司网站FLASH版全新开通，欢迎您光临本站 | 湘潭市第三自来水厂恒压供水系统节电改造 湘潭市第三自来水厂恒压供水系统节电改造方案湘潭市第三自来水厂恒压供水系统节电改造方案 :引言引言: 恒压供水系统已广泛应用于我国绝大多数的城市供水自来水厂。目前，在设计时都考虑用水量逐年上升的趋势进行了前瞻 今后加大供水留足富余量，因此造成了现阶段各水厂泵的数量和单机容量都存在电能利用效率较低的状况。近年来由于我国经 展，导致能源紧张。国家权威机构预计在今后的五年内，全国电价将持续上扬，这给各地用电户提出了更大的竞争压力，如何 市场已受到广泛而高度的重视？是各行各业的新课题。 自

2、来水厂用电是自来水厂最主要的成本，系统设计余量反应了成本的虚高和浪费；供水压力的不稳定和供水量的不足则反 质量。为了构建节约型社会，针对自来水厂的上述现状，如何深挖潜力、节能降耗、提高产品质量已成为各自来水厂不得不思 湘潭市第三自来水厂是当地耗电大户之一，水厂管理层为了降低成本、节能增效，提出对其泵房系统进行节能改造，为此 责人和湘潭中环水务有限公司生产技术部领导与我们上海神舟科技有限公司和湖南工程学院节电课题组一起组织工程技术人员 房主要耗电设备进行了现场实地考察，得出该系统节电潜力是非常可观的结论，并整理出此份分析报告，以此作为双方合作的 :该自来水厂泵房运行现状该自来水厂泵房运行现状:

3、送水泵房(2台220kw水泵、4台280kw水泵) 水泵电机参数 该水厂送水泵房共6台水泵负责供水。目前水厂主要通过切换大小机组和增减机组数量改变供水量的方式满足恒压供水的需 水流量变化和水泵的使用情况如下表： 页码，1/12欢迎访问长沙南. 2006-11-10 按随机抽样的上述表2情况分析，在完全可比口径的情况下，理论平均节电率可达38.6%。 根据当地一天用水量变化情况可知，每天都存在几次高峰期，流量最高时可达5992T/h最低时为3327T/h。一天内流量的变 上图可以看出水泵提供的额定流量一般都大于实际用户的使用流量，在每天的7:00-15:00,17:00-22:00开两台280k

4、w水泵时泵提供 远远大于实际用户的使用流量，这一时段的水压也比较高，因此可以判断该厂的输出流量有一定的富余，在实际使用中根据厂 映，谷时开一台220kw加一台280KW的水泵，并且流量和压力还有一定富余。其次，在峰时需求流量增加，由于城市管网很长 重，因此必须在高峰时增加泵，以满足压力的需要。但是增加泵后整个系统的总流量和压力又存在一定过剩。另外从发展的眼 用水量还会增大。通过目前的换泵方式调节流量，使输出压力和流量调节很不精确浪费很大，浪费了不少电能。 综上所述，不管水厂工作在峰时还是谷时，流量都存在一定的过剩。从节能的角度来说有过剩就有节约的空间。下面我们 页码，2/12欢迎访问长沙南.

5、2006-11-10 节能的原理。 :节电装置的节电原理分析节电装置的节电原理分析: 目前湘潭市三水厂通过切换大小机组和增减机组数量的方式调整水压，是一种“有级”调整水压，我们进行节电改造的方 安装一套高压大功率变频装置，供2台280KW机组交替切换使用，使变频机组 “无级”调整水压，实现送水泵房有级调压和无 合的目的。 水泵是典型的变转矩负载。变转矩负载的特性是转矩随速度的上升而上升。水泵的电动机的轴功率P与其流量Q，扬程H之 如下： PQH （4） 当流量Q1由变化到Q2时，电动机的转速为N1、N2，此时Q、H、P相对于转速的关系如下： Q2Q1（N2N1） H2H1（N2N1）2 （5）

6、 P2P1（N2N1）3 而电动机的轴功率P和转矩T的关系为： TPN 因此： T2T1（N2N1）2 （6） 由式（5）和式（6）可以看出，水泵的电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，而转矩与转速的2次方成正比 图08（a）显示出了水泵的扬程与流量的关系曲线，图08（b）显示出转矩与电机速度的关系曲线： 从图01中可以看出，在低速时，功率会有很大的下降。由于水泵运行于额定转速以上是恒功率调速，此时水泵效率很低， 大，容易损坏电机。从理论上讲，速度降低10时会带来30左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效 下表为速度降低后的理论节能表（表中N为转速，P为功率） 根据

7、以上结论，和实际情况进行分析，自来水厂目前的实际流量与水泵在该时段额定输出流量，以及该时段内的富余流量 率在表1中均已说明。根据个时段节电率取平均值为38.6%考虑到流量下降的同时会造成压力下降根据分析目前的压力一般为0 制压力为0.3Mpa,可见这里有17%的压力富余，综合以上的流量和压力富余可以得知最终的节电率将在20%左右。 :水厂变频泵站节能调速范围的确定水厂变频泵站节能调速范围的确定: 调速范围或调速比是指调速系统的最大转速nmax与最小转速nmin的比值。由于泵类设备属减平方转矩负载，负载特性决 站的调速范围，它是指在满足用户需求和安全运行的条件下，运行在高效区内的最大转速nmax

8、与最小转速nmin的比值。调速范 是调速控制系统的一个重要性能指标，该性能指标人为设定的准确与否，直接影响着控制系统的稳定运行（除调速方案和被控 值不合理外），从而导致系统的节能效果不稳定。尤其是当调速控制系统的最低转速nmin选取不当时，水泵实际的效率特性， 等效率特性曲线更大，导致效率大幅度的下降，致使变频泵站运行不经济，节能效果很差。因此怎样正确计算节能调速范围使 到最经济是本节能改造的关键问题。 4.1变频泵站的调速特性变频泵站的调速特性 泵站受日夜供水量变化的影响，并联机组的工况点、管网参数常常处于变化之中，从系统能量平衡的角度出发，采用等值 的等值特性法是指对水泵与管道系统特性曲线

9、进行等值折算，从而求得工况点的一种方法。在水泵扬程特性曲线（Q-H）上减 的水头损失（曲线的叠加），从而得到等值泵的扬程特性曲线，即把并联机组诸泵的特性用等值泵的扬程特性曲线代替，用等 系统特性曲线取代实际的管道系统特性曲线，称为等值折算。以上等值的结果：即把原来的并联机组等值成一台新泵，我们把 “虚拟水泵”；把原管道系统等值成一条理想没有水头损失的管道系统，称为理想管道系统。由此看来，根据等值特性法和比 页码，3/12欢迎访问长沙南. 2006-11-10 速技术，可以把“虚拟水泵”的工况点人为地干预使工况点移到高效区，此时机泵的转差功率损耗被降低，从而提高了水泵运 利用率。又由比例律可知，

10、在一定的调速范围内，理论上可认为相似点的效率不变。下面以离心泵为例讨论变频泵站的调速特 程特性曲线的通用表达式： 从图1和转速n2下的扬程特性曲线回归方程式不难看出，在应用比例律时，理论可认为“虚拟水泵”的工况相似点的效率相 验表明，当“虚拟水泵”的调速范围超出高效区内对应的转速时，实测到的效率特性曲线与理论认定的等效曲线是不相等的， 内调速前后工况相似点的效率才相等。 综上所述，对于变频泵站内“虚拟水泵”的等值特性效率曲线不同，其调速范围，即调速比计算方法也不同。 4.2以水泵最佳效率为限，变频泵站调速范围的确定以水泵最佳效率为限，变频泵站调速范围的确定 在设计变频泵站时，选泵站中功率最大且

11、效率高的水泵为调速泵；然后确定“虚拟水泵”流量的范围， 根据流量的范围， “虚拟水泵”的调速范围和调速泵的台数。 针对泵站内不同型号的水泵应分别进行计算，根据变频泵站的调速特性理论，一般认为调速范围或调速比Kn满足下式时， 行的，这种计算方法适用于新泵站的设计和选择泵站内使用调速泵的台数。 页码，4/12欢迎访问长沙南. 2006-11-10 式中：H右-在水泵额定转速下，在Q-H特性曲线高效区的右侧全扬程； H左-在水泵额定转速下，在Q-H特性曲线高效区的右侧全扬程； H-水泵运行的全扬程 可以看出Kn是水泵的最佳调速范围或调速比。 4.3调速泵与定速泵并联运行时最小调速比（最大调速范围）的

12、确定调速泵与定速泵并联运行时最小调速比（最大调速范围）的确定 当两台扬程相差过大的水泵并联时，扬程低的水泵将不出水，不能并联工作。同样道理，当定速泵与调速泵并联运行时， 比过小，也就是调速范围过大，调速泵也将不能出水。根据变频泵站的调速特性理论，调速泵的最小调速范围或调速比Kn按下 式中H0 - 调速泵在额定转速下Q=0时的扬程； H - 两台泵并联运行时的全扬程。 可以看出，当定速泵与调速泵并联运行时，调速泵的调速范围或调速比受到限制。 4.4、以水泵的实际运行工况来确定的调速范围、以水泵的实际运行工况来确定的调速范围 考虑多台同型号水泵并联运行与单台水泵独立运行相结合的方式，选泵时应选择在

13、并联运行时每台水泵的工况点接近最高 界，水泵在单独运行时，工况点向右移动，仍可处在高效区运行，这样选择的结果，可促使水泵在整个工况变化范围内的运行 这种计算方法适用于老泵站改造后，以并联泵组实际运行工况优化设置调速控制系统的运行性能参数，使变频装置的运行达到 式中Kn-调速比； Hmax-对取水泵来说，是指水源最低水位时，最大取水量的全扬程；对配水泵及加压泵来说，是指最大水量时的全扬程 Hmin-对取水泵来说，是指水源高水位时，最小取水量的全扬程；对配水泵及加压泵来说，是指最小水量时的全扬程。 当两台泵并联时，先算出这个调速比，再算最小调速比。如前者大于后者，可以考虑只用一台调速泵，反之，必须

14、用两台 并联时，应选取满足所有机泵高效区扬程的交集，计算调速比。 计算实例： 根据上面的等值特性理论，以我们安装的启东水厂为例对经济调速范围进行阐释、比较。泵站采用一台变频器，电器控制 为节省投资，采用一带多的方案，可以分别驱动1#、3#水泵作变频调速运转，1#、3#也可单独接工频电网作全速运转，开 电器联锁，3K与3KB电器联锁，1KB、3KB两开关相互连锁，连锁功能由开关柜自身实现。该变频器有“本地”及“远程”两种 “本地控制”是指在变频器处开、停电机及调节转速；“远程控制”时由中央控制室开、停电机及调转速。KM、1KB、3KB均 制。 配水泵站有4台离心式水泵，基本情况见表1：（流量单位

15、m3/h；扬程单位m） 页码，5/12欢迎访问长沙南. 2006-11-10 下面以并联泵组合方案为例计算该泵组的经济调速范围：根据等值特性法和等值折算的理论， 绘出并联泵组合方案 行的调速特性曲线（图3）。 从图中不难看出，型号为300S-58B离心泵的最佳工况点是K2（735m3/h，44m），根据水泵的运行理论，该水泵运行的高 78%，对应图3中的A（543m3/h，46m）、B（700m3/h，38m）两点；同理，可得到14SH-13离心泵的的最佳工况点是K1（1 43m），水泵运行的高效区是83%83%，对应图3中的A、B两点。取并联泵组工况点K满足任一台水泵高效区工作的左、右 两水泵左扬程的并集为A，两水泵右扬程 的并集为B，将两水泵扬程保持不变，流量叠加，得到虚拟水泵的曲线（1大1小） 比Kn为： 取并联泵组工况点K同时满足两台水泵高效区工作的左、右扬程的情况，两水泵左扬程的交集为A，两水泵右扬程的