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1、泵与风机节能减排技术与变频调速技术班级姓名学号摘要：泵和风机是常用的耗电能设备。它们数量多，分布广，耗电量巨大。本文论述泵和风机的节电措施，对缓和目前电力供需之间不平衡的突出矛盾，推进现代化建设有着及其 重大的现实意义。关键词：泵；风机；节能泵与风机是消耗电能的动力机械，由于选型不当、管道设计安装不合理、维护检修不良、 使用管理落后、设备陈旧等因素，造成了泵和风机的使用效率较低。通过一些工程运行实例 可以看出，大部分泵和风机的运行效率低于国家规定的效率标准，泵的运行效率大部分低于 60，风机效率普遍低于70，造成了电力的严重浪费。所以，泵与风机的节能问题应引起 工程建设单位和设计单位的重视。而
2、在火力发电厂中，作为发电机组辅机的引风机、送风机、压缩机、给水泵等均为低效 耗能设备，大多采用交流异步电动机带动并恒速运转，当机组负荷变化需要调节风量时，调 节方法大致分为风门挡板（阀门）节流调节、液力耦合器变速调节、双速电机、串级调速、变 频调速等。实际使用较多的办法是调节挡板H J,这种控制方法虽然简单，但在运行中存在 着以下问题：设备长期恒速运行，节流损失大，能耗高；多数为低负荷运行工况，设备容量 不能充分利用，效率较低；设备易损，维修量与维修费用大；启动电流大，对厂用电系统产 生较大影响；自动化水平偏低。采用和推广应用变频调速技术，不仅可以取得相当显著的节 能效益和控制效果，而且也得到
3、了国家产业政策的支持，代表了今后电力节能技改的方向。本文将从泵与风机的性能，调速系统的分析以及变频调速技术的应用三个部分来分析泵与风 机的节能技术的应用。1 泵和风机的性能泵和风机的主要性能参数包括流量p、压头（泵为扬程，风机为全风压）、功率V、效率小 转速n,这些参数反映了泵或风机的整体性能。泵和风机的性能非常相似。11 泵的闸阀节流分析离心泵闸阀的特性曲线如图1所示，pH图给出了泵的转轴功率与流量之间的关系。Q-NNOi Oi 3?QtQ/LS-0Os Qr a图l离心泵闸阀节流特性曲线其计算公式为：N =pHQ / 120 rI （1）8HQ-H-iQ-FnyQ-H-.1Q-N,式中，v
4、为功率/ kW； 10为液体密度/ kg in一 ； Q为流量/Ls； H为扬程 / m；耳为效率。图1中 b、 Q 分别为阀门开度由大到 小的3个管道特性曲线，A、B、C分别为3 个工况点。当调节阀门开度由大到小时， 表现为管道阻力由小到大，管道特性曲线 变陡，因此泵的工况点自A移到C.流量减 少的同时，转轴的功率相应减少，但其幅 度不大， =lOQAH/ 120r/。1.2 调速节流分析离心泵调速节流特性曲线如图 2所 示，图 2 中的 QH l、QHn2、QHn3、 分别对应于不同转速时的流量扬程特性曲线，其中转速nln2n3。QN、QN2、QN3分别为相应的流量一轴功率特性曲线，Q、
5、Qb分别为阀门开度不同的2条管道特性曲线，A、B、C、D、E、F分别为各工况点，由流体力 学理论可知它们存在如下关系：Q1 / p2=几l/n2 (2)H1H2=(nln2) (3)W1/W2=(nl/n2) (4)由上述公式(2)(4)可知，当转速调节由大到小时，流量、杨程、轴功率分别按1、2、 3次方关系下降。可见，调速对轴功率的影响最大。如果再以出口阀门的开度配合调整，就 可以找到泵的最佳工况点，既保证运行在稳定区，又使泵工作在流量大而功率低的工况点。 如图2所示，当降低转速运行至Q日2时,增大出口阀门的开度，将管道特性曲线改变为Q这 时，泵运行至工况点E，流量超过了工况点C,而转轴功率
6、W5则低于W3。13 风机的调速节能风机的HQ曲线如图3所示，风机工作的有效总功率为:N = HQ/120 (5)从图3可以看出，曲线QH为风机恒速时风压H与风量Q的特性曲线，曲线Q、QI为管网风阻特性曲线。假设风机在A点工作效率最 高，输出风量Q1为100%，此时，轴功率 W为0Q AH1面积的1/102，如果生产工 艺要求风量从Q1减少到p2,若用阀门调节 风量，使风机工作于曰点，此时轴功率W 为0Q2AH2面积的1 / 102，显然OQ2AH2的面 积与0Q AH的面积相差不多，风机轴功率 变化不大。如果采用调速的方法，风机的 速度从n降到n2，则在n2转速下的的风 压、风量关系如曲线Q
7、H n2，可见在满 足同样风量Q，的情况下，风压大幅下降, OQ2AH3的面积与OQ1 AH1的面积相比显著 减少，节能效果十分明显。2 调速系统的分析基于阀门节流与调速节流分析可知，调节泵与风机的转速，可以达到增加流量、降低轴 功率的双重作用。目前交流调速有电磁离合器调速、转差调速、液力偶合器调速、变频调速 等多种调速方式。21 电动机电磁离合器调速 电磁离合器调速系统包括笼型异步电动机、涡流式电磁离合器、调速装置、测速发电机等部分组成。离合器本身有较大转差存在，输出轴的最高转速仅为电动机轴转速的85%左右， 速度损失大，转差功率以热能形式损失(铁损)，故效率低，电磁离合器及其控制装置发生故
8、障时，只能停机，其结构也较为复杂，对其轴承的清洗、加油都较为困难，但作为整体更换 还是较为简单，价格也便宜，操作也简单，在中小容量电机调速系统中多有应用。22 转差调速调速原理是在绕线电机的转子绕组电路中接入调速变阻器，增加转子电阻来减小转子电 流，使转子转矩下降，从而转速下降，转差增大。该调速技术简单，易于撑握，调速设备便 宜，但调速过程损失的转差功率以热能的形式消耗于调速电阻上，因此效率也较低，且绕线 型电机售价也较高。23 液力偶合器调速液力偶合器是一种液力传动装置，由泵轮和涡轮组成，其中充有一定量的机械油液，靠 工作液（油液）传递转矩，泵轮是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。其特点是结
9、构简单使 用简单，工作可靠，可以实现无级调速。但液力偶合器本身存在转差，转差功率以热能的形 式损耗，因而效率较低。效率分析表明，液力偶合器能量损失主要体现在油液循环时的液体 流动损失以及轴承密封造成的机械损失等，其效率约为84。24 变频调速随着无线电半导体技术的飞速发展，变频调速已在诸多领或里有着广泛的应用，新建项 目里，只要涉及也已成为共识，其保护功能完善、工作稳定可靠、使用方便也是电气工作者 喜欢应用的原因之一。英对于火电机组而言，以变频技术取代传统的节流调节或液力变速机械调节都有明显的节电 效果。同时变频调速在消除电动机启动冲击、提高自动装置投入率和提高电动机保护灵敏度 诸方面也有独到
10、之处。采用和推广应用变频调速技术，对降低居高不下的厂用电率、提高电 厂经济效益和机组运行可靠性方面发挥重要作用，可以取得相当显著的节能效益和控制效 果，也代表了今后电力节能技改的方向。英某热电厂在锅炉二次风机、引风机、回料风机、给煤机上采用变频调速技术，并在清水泵、 中间水泵、除盐水泵、输煤水泵、管道水泵和凝结水泵上采用1台变频器控制应用于一用一 备的2台水泵变频调速技术，这些变频改造项目在2007年的节电量为343. 67万kwh，获得显 著的经济效益和良好的控制效果。英变频调速是一种在泵和风机设备上应用广泛的节能技术，但用户应根据具体的管路特性曲 线来确定是否适用变频改造。在管路特性曲线为
11、H=H0+sQ的系统中采用调速节能时，h越小， 节能效果越好。反之，当HI大到一定程度时受电机效率下降和调速系统本身效率的影响， 采用变频调速相比进口节流调节可能不节能甚至反而增加能源浪费。英在应用变频调速时，应注意启停时变频器加速时间与减速时间的匹配，避免过载、共振， 以及变频器通风冷却、电动机散热与噪音等问题，充分利用变频器的功能，最大限度发挥变 频器的作用。3 泵与风机的节能方法为了做好泵与风机的节能工作，应采取以下措施：3.1 更新换代更换或改造效率低、性能差的泵和风机，特别是因年久失修的泵、风机和属于淘汰的泵 与风机均可采用重新选型的方法，用新的高效能泵或风机替换。3.2 合理选用泵
12、与风机的裕量在确定了泵和风机所需流量、扬程以后，由于对设备的操作运行、电源电压和频率的波 动等因素的考虑，通常在计算出的流量及扬程上加一定的富裕量，流量的富裕量一般取10， 扬程的富裕量一般取15。如果泵和风机选的富裕量过大，在实际运行中不得不节流而降低 效率。因此，在选用泵和风机时，要认真核算所需要的流量及扬程，认真选用合适的富裕系 数，以满足在其最佳效率点附近运行。3.3 减少阻力损失减少泵和风机的管路及其配套附件的阻力损失，可以降低泵和风机的总扬程，从而节省 泵和风机的功率。减少阻力损失的措施如下：在一定流量下，增大管径，加大流通截面积， 降低流速，减少管道沿程阻力损失；在保证管路安全运
13、行和维修方便的前提下，可以尽量简 化管道附件，取消不必要的阀门和流量孔板等，以减少管道的局部阻力损失；降低液体的粘 度；提高管内壁的光洁度等，都可减少阻力损失。3.4 选择合适的调节方式一般情况下，泵或风机的额定负荷对于所需流量总有一定余量，所以多数情况下，泵和 风机都存在不满负荷运行的可能，因此，泵和风机在运行中必须调节流量。调节流量有两种 方法：一种方法是在电动机速度保持恒定的情况下，通过阀门的开度调节流量；另一种方法 是改变电动机的转速。所谓阀门调节就是改变泵的进口、出口节流阀或风机的风门或挡板的开度，从而达到调 节流量的目的。这种调节方式的特点是，在阀门关小的节流过程中，泵或风机的特性
14、曲线不 变，仅仅是依靠关小阀门或风门，人为地增加管道的阻力以减小流量，因此阀门或风门的阻 力损失都相应增加。通过变速来调节泵或风机的流量，管道系统的阻力则不变。在调节流量 的过程中没有节流损失，调节效率最高，接近于理想的调节。泵和风机的变速方法分为两类：一类是电动机的转速不变，而在电动机与泵或风机之间 加装可以变速的偶合器，常用的有液力偶合器、电磁偶合器等；另一类是电动机调速，带动 泵或风机一起变速运行，常用的为变频调速。设置比例系数较小，逐渐改变调节器的比例系 数，有小到大，直到控制系统开始不衰减的等幅振荡，记下此时调节器的比例系数PU。代入 参数整定的计算公式，对于比例调节器，比例系BP=
15、PU / 2,经调整P=4. 0。把主调节器置 自动，回路置串级，调节主调节器比例系数和积分时间，并根据运行中汽包“虚假水位”现 象轻重，设定并调整蒸汽流量信号强度系数，蒸汽流量信号强度系数为0. 45。用临界振荡 的实验整定方法，使调节器只具有比例作用，并设置比例系数较小数值。逐渐改变调节系统 的比例系数，由小到大，直到控制系统开始不衰减的等幅振荡，记下此时调节器的比例系数 PU和振荡周期TU,代人参数整定计算公式。对于PI调节器，计算公式为：比例系数P=PU / 2. 2； 积分时间TI=TU/1. 2。计算所得参数经调整，最终为lP=l. 5, TI=15。该回路中蒸汽流量 信号经过整定
16、，已经较为稳定。3.5 叶轮控制法调节这种方法是通过改变风机和水泵叶片的安装角度来改变风机或水泵的特性曲线，使其达 到最佳工况。这种调节方法不仅能改变流量，也可调节扬程，以便使风机和水泵在较高效率 内工作。3.6 电动机与泵和风机的匹配泵与风机的配套电动机应根据泵和风机的轴功率及电动机的效率选配，即：电动机功率 =泵、风机轴功率/电动机效率在选型时要尽量选用新型的节能电动机与泵或风机配套，实 现泵或风机与电动机的最佳匹配。3.7 结论综上所述，为了实现泵与风机的节能降耗，可以从更新换代、合理选择泵与风机的裕量、 减少主力损失、选择合理的调节方式、叶轮控制法调节以及电动机与泵和风机的匹配等方面 采取措施
