离心泵的变频调速节能
[收稿日期] 2009-12-02[作者简介] 庄云清(1972-),男,福建泉州人,工程师1
离心泵的变频调速节能
庄云清
(泉州湄洲湾南岸供水有限公司,福建泉州 362000)
[摘 要] 离心泵的节能既重要又非常必要。重点阐述了离心泵的变频调速节能原理、方法、
和效果,提出了提高泵的使用效率、寿命和可靠性的建议,对保证水厂安全生产,高效、平稳运行具有重要的实际意义。[关键词] 离心泵;变频调速;节能
[中图分类号] F4 [文献标识码] B [文章编号] 1006-7175(2010)05-0565-03
Energy Con serva ti on and Fa ilure D i a gnosis of Cen tr i fuga l Pu m p
ZHUANG Yun -qing
(Quanzhou Meizhouwan Southbank W ater Supp ly Company,Quanzhou 362000,Fujian,China )Abstract:This paper points out the i m portance of energy -saving centrifugal pu mp,and puts f or 2ward a number of measures,f ocusing on energy -saving frequency conversi on 1Key words:centrifugal pump;energy conservati on
0 引 言
随着国家经济的快速发展,能源已成为制约发展的严重瓶颈之一。据有关统计资料,泵耗能占我国年发电量的20%～25%。而离心泵是自来水厂、工业和农业中广范应用的泵,因此,开展离心泵的节能意义重大,技术成熟,势在必行。
1 离心泵的变频调速与节能
111 离心泵的工作范围与工况点(工作状况点)
离心泵安装在管路系统(或管网)中,其扬程和流量不仅取决于泵的性能,还与管路特性(通常称装置特性)相关。因此,离心泵的工作范围与工况点由泵特性和装置特性共同决定。
泵特性系指:扬程———流量、功率———流量、效率———流量、汽蚀裕量(N PSH r )———流量4条曲线,见图
1。图1中H 表示扬程特性、η表示效率特性、P 2表示功率
特性、N PSH r 表示汽蚀裕量特性。
因此,说明泵工况点的技术参数应当是流量、扬程、功率、效率、和汽蚀裕量(N PSH r )一组数据。
泵的结构与转数一旦选定,它的特性就确定。至于工作范围、工况点,则由设计选型和运行的技术要求决定
。
图1 泵特性曲线图
通常,选型时离心泵的工作范围会在0175Q ～111Q 之间,Q 为设计工况的流量。一般称设计工况为泵的工况点。
为说明泵变频调速的节能,只研究泵的扬程———流量特性曲线与管路装置特性曲线的关系,见图2。
众所周知,泵的特性会随着其转数的改变而变化。比如,扬程———流量特性曲线,当泵的转数为n 1时,扬程———流量特性曲线如图1中实线所示;转数变为n 2时,变为图1中的虚线所示。
根据泵相似定律,有如下公式:
Q 2/Q 1=n 2/n 1
(1)H 2/H 2=(n 2/n 1)
2
(2)
—
565—
N 2/N 1=(n 2/n 1)
3
(3)
式中Q 1、H 1、N 1分别为泵在n 1转数时的流量、扬程、功率;Q 2、H 2、N 2分别为泵在n 2转数时的流量、扬程、功率。
从式(3)看到:泵的功率与转数的三次方成正比。因此,变频调速时,转数只能降低,不能增加;否则,会烧毁配套电动机,此点必须注意。在泵选型时,应当是选用的最高转数。
112 管路装置特性曲线
管路装置特性由管路装置的组成决定。通常管路由直管段、弯头、阀门等组成。在直管段会产生沿程阻力损失;在弯头、阀门等处会产生局部阻力损失。两种阻力损失之和构成管路装置损失。理论和实践证明:管路装置损失与流经管路流量的平方成正比。它的数学表述如下:
H f =Σλi L i 2V i 2/g +Σζi V i 2
/g
式中i 从1到n,n 表示管路装置的计算序号;Σ表示求和;λi 表示i 段的沿程阻力损失系数;L i 表示i 段的管路长度,m ;ζi 表示i 段的局部阻力损失系数;V i 表示i 段的流速;H f 表示管路装置损失扬程。
经整理,上式可写成式(4)的形式:
H f =K Q
2
(4)从式(4)不难看出,当流为‘0’时,管路装置损失扬程(H f )也为‘0’;H f 是流量的二次方函数。
因此,管路装置特性,即管路的损失扬程与流量的关系见图2
。
图2 管路装置特性曲线图
它是一条经过坐标原点、开口向上、单调上升、随流量增加的二次曲线。
将图1、图2叠放在一张图样上,得到图3。图4是泵特性与管路装置特性联立求解的图式方法。与数学上求解联立方程组的解析方法等效。两条曲线的交点,就是泵与管路装置特性共有的工作点、即泵的工况点。如果两条曲线没有交点,说明泵的选型不能满足管网(管路特性)的要求,须重新选型。
113 离心泵的变频调速节能原理
当用水低谷时、流量减少,而管网的压力需保持不变。管路装置特性曲线需向左移动,且经过B 点,形成新的管路装置特性。此时,与泵的新转数(n 2)特性曲线相交于B 点。不难看出:当流量减少、管网压力不变时,泵的扬程减小了。此时,泵的轴功率相应减小
。
图3 泵特性曲线与管路装置特性曲线组合图
图4 泵变频调速原理图
经过B 点的泵新特性曲线,可通过降低转速得到。从下式:
n =60f /P
(5)式中n 表示电机的转数;F 表示供电电源的频率;P 表示电机的极对数、比如二极电机P =1、四极电机P =2、六极电机P =3……等等。
降低电机转速(泵———机同轴、也是泵的转数)有两种方法:①改变电动机的极数,但需重新购置电机,且不能实现无级变速;②改变供电电源的频率。显然,第二种方法不仅能实现无级变速,优点突出,且经济实用。本文将重点讨论这种方法。
变频调速是近20年发展起来的新技术。关键设备是变频器。变频器最早完全依赖进口,随著我国的技术进步,自行制造变频器的软、硬技术均已具备,且产品质量与进口产品可以媲美。水泵变频调速得到了迅速发展,产生的节能效果十分显著。
114 变频调速前、后功率减少的分析
泵变频调速前的出口速度三角形见图5。其中U 1、
W 1、V 1分别表示变频调速前(n 1转数时),叶轮出口的园
周速度(即牵连速度)、相对速度、和绝对速度。
泵变频调速后的出口速度三角形见图6。其中U 2、W 2、V 2分别表示变频调速后(n 2转数时)叶轮出口的园周速度(即牵连速度)、相对速度、和绝对速度。
将图5、图6按相同比例叠放在一张图样上见图7。从图7看到,因为n 1>n 2,所以U 1>U 2;Q 1>Q 2,则W 1>W 2;按照矢量合成法则,绝对速度V 2 — 665— 庄云清:离心泵的变频调速节能 第5期 泵经过变频调速,在管网压力(泵的扬程)保持不变(在图4上B 和A 点的扬程相等),仅流量有变化的情况下,管网内流速降低。不仅减少了泵的功率,而且降低了管网损失,达到了节能的目的与效果 。 图5 泵变频调速前的出口速度三角形矢量图 图6 泵变频调速后的出口速度三角形矢量图 图7 泵变频调速前、后速度矢量变化图 2 结 论 泵的变频调速作为节能的重要措施,原理和技术理 论本文充分阐明,也得到了实践验证。目前,许多城市的供水厂,都已采用了这种技术。它是一种得到广泛应用、行之有效的节能新技术,保证水厂安全生产,高效、平稳运行,具有重要实际意义。 [参考文献] [1]高章发,李学来,王 龙,等.离心泵的节能运行分析 [J ].通用机械,2005,(11):33-35. [2]王朝晖,耿光辉,朱生奎.泵节能的探讨[J ].中外能 源,2006,(05):73-76. [3]王占魁.变频调速技术[M ].北京:科学出版社, 1994. (编辑:赵琳琳) (上接第564页) 认识他们希望获取的利益,在签订合同时要考虑周全,就双方的责任与权利界定清楚,充分明确双方权利和义务,减少工程索赔与工期延误,为工程项目实现提供优良的合同条件。 415 建立信息共享和有效的沟通机制 项目投入的信息和资源通常掌握在利益相关者手中,对信息和资源的掌握赋予了利益相关者一定的权利。同时,信息获得或外部资源的变化会影响项目的规划、组织、人员配备等。业主与施工方缺少相互了解和充分的信息沟通,很难达到信息共享和团队协作,从而导致项目失败。因此,除了行政指令系统、会议制度等正式沟通渠道外,还要利用各种非正式渠道进行沟通交流,使双方了解项目的进展及其存在的问题,充分参与到具体的管理活动中。在业主与施工方之间建立有效的沟通机制,尽早发现问题、及时决策,是避免冲突的有效途径。 5 结 语 在施工现场,正确地处理好各方的关系是每一个参 建单位都要去想、去做的事,但是如何才能做好,就要求 各个单位不仅要考虑到自己的利益,同时也要考虑施工现场的质量、安全与工程利益、进度、投资等等。处理好关系其实很简单,只要不违背他人的利益,尽量避免发生利益冲突,以及不能过于追求利益。只有真正实现了业主与施工方在项目管理中的协调合作,才能使建筑项目创造最大的经济效益、社会效益和环境效益,最大程度地实现工程项目的效益化。 [参考文献] [1]朱东恺1投资项目利益相关者管理探析[J ]1经济论 坛,2004,(1):92-931 [2]李和平1施工企业项目管理的几个问题[J ]1铁道工 程项目管理,2007,(4):21-221 [3]王艳娟1浅谈项目管理中的工程索赔[J ]1水利水电 工程造价,2008,(2):32-341 (编辑:赵琳琳) — 765—