變頻離心泵節(jié)能泵省電

【資料簡介】

泵是耗能大戶。據(jù)專家估計, 約占世界總能耗的20%。在石油和化工工業(yè)中更分別高達59%和26%。因此，泵的節(jié)能是一項意義深遠、潛力巨大、經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著的大事。過去, 離心泵的調(diào)節(jié), 普遍采用閥門控制和啟閉旁通等方法, 能量損失很大。隨著變頻技術工業(yè)應用的發(fā)展, 變速調(diào)節(jié)不僅方便, 而且經(jīng)濟上也呈現(xiàn)合理。特別是能將特性曲線儲存起來, 并用變頻器按生產(chǎn)要求進行調(diào)節(jié)的新一代智能泵的出現(xiàn), 將離心泵的調(diào)節(jié)帶入了現(xiàn)代化的模式。許多企業(yè)包括個人都在積極地、有深度地促進著它的發(fā)展。離心泵是廣泛應用于化工工業(yè)系統(tǒng)的一種通用流體機械, 它具有性能適應范圍廣(包括流量、壓頭及對輸送介質(zhì)性質(zhì)的適應性)、體積小、結(jié)構簡單、操作容易、操作費用低等諸多優(yōu)點。通常，所選離心泵的流量、壓頭可能會和管路中要求的不一致，或由于生產(chǎn)任務、工藝要求發(fā)生變化，此時都要求對泵進行流量調(diào)節(jié)，實質(zhì)是改變離心泵的工作點。離心泵的工作點是由泵的特性曲線和管路系統(tǒng)特性曲線共同決定的，因此，改變?nèi)魏我粋€的特性曲線都可以達到流量調(diào)節(jié)的目的。

目前，作為離心泵節(jié)能的措施，提高離心泵本身的性能無疑是必要的，要改善機械設備的效率、提高其可靠性和擴大其率等方面已作了巨大的努力，不能期望在性能上有大的突破。但是，在離心泵的運行方面，卻存在著較大的節(jié)能潛力。離心泵的流量調(diào)節(jié)方式主要有調(diào)節(jié)閥控制、變頻調(diào)速控制以及泵的并、串聯(lián)調(diào)節(jié)等。由于各種調(diào)節(jié)方式的原理不同，除有自己的優(yōu)缺點外，造成的能量損耗也不一樣，為了尋求*、能耗zui小、zui節(jié)能的流量調(diào)節(jié)方式，必須全面地了解離心泵的流量調(diào)節(jié)方式與能耗之間的關系。選擇zui能節(jié)能的控制模式。

2 離心泵調(diào)節(jié)方式

2.1 改變管路特性曲線

離心泵在機械制造時, 按充分滿足額定性能進行設計，使用者在選用時考慮管路阻力、流量變化都留有余地, 結(jié)果采用了大容量設備, 運行中用關小調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)流量。
使用zui簡單的方法就是利用泵出口閥門的開度來控制, 其實質(zhì)是改變管路特性曲線的位置來改變泵的工作點。如圖1所示, 設離心泵的實際壓頭為ha, 管路損失為h1, 離心泵在泵特性曲線h和管路特性曲線r的交點(qn, ha)處運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在, 為把流量調(diào)節(jié)q1, 關小出口閥，閥門損失為hv, 則管路曲線變陡, 變成r′, 工作點變?yōu)閎(q1,hb)。可見采用閥門調(diào)節(jié)流量方法簡單, 流量可以連續(xù)變化, 但能量損失較大。

2.2 改變離心泵特性曲線

根據(jù)比例定律和切割定律，改變泵的轉(zhuǎn)速、改變泵結(jié)構(如切削葉輪外徑法等)兩種方法都能改變離心泵的特性曲線，從而達到調(diào)節(jié)流量(同時改變壓頭)的目的。但是對于已經(jīng)工作的泵，改變泵結(jié)構的方法不太方便，并且由于改變了泵的結(jié)構，降低了泵的通用性，盡管它在某些時候調(diào)節(jié)流量經(jīng)濟方便[1]，在生產(chǎn)中也很少采用。這里僅分析改變離心泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量的方法。從圖2中分析，當改變泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量從qn下降到q1時，泵的轉(zhuǎn)速(或電機轉(zhuǎn)速)從n下降到n'，泵特性曲線h'，工作點由a移到c。在轉(zhuǎn)速變化小于20%時，離心泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，即
q′=(n′/n)q; h′=(n′/n)2h; n′=(n′/n)3n
用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法，軸功率由na減少到nc，此調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)效果明顯、快捷、安全可靠，可以延長泵使用壽命，節(jié)約電能，另外降低轉(zhuǎn)速運行還能有效的降低離心泵的汽蝕余量npshr，使泵遠離汽蝕區(qū)，減小離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。
2.3 泵的串、并連調(diào)節(jié)方式
當單臺離心泵不能滿足輸送任務時，可以采用離心泵的并聯(lián)或串聯(lián)操作。用兩臺相同型號的離心泵并聯(lián)，雖然壓頭變化不大，但加大了總的輸送流量，并聯(lián)泵的總效率與單臺泵的效率相同;離心泵串聯(lián)時總的壓頭增大，流量變化不大，串聯(lián)泵的總效率與單臺泵效率相同。

3 不同調(diào)節(jié)方式下泵的能耗分析

在對不同調(diào)節(jié)方式下的能耗分析時, 僅針對目前廣泛采用的閥門調(diào)節(jié)和泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)方式加以分析。由于離心泵的并、串聯(lián)操作目的在于提高壓頭或流量, 在化工領域運用不多, 其能耗可以結(jié)合圖2進行分析, 方法基本相同。

3.1 閥門調(diào)節(jié)流量時的功耗
離心泵運行時，電動機輸入泵軸的功率n為:
n＝vqh／η
式中: n—軸功率，w;
h—泵的有效壓頭，m;
q—泵的實際流量，m3/s;
v—流體比重，kg/m3;
η—泵的效率。
當用閥門調(diào)節(jié)流量從qn到q1，在工作點b消耗的軸功率為:
nb＝vq1h1／η
式中: vqnhv—實際有用功率，w;
vq1(h1-hv)—閥門上損耗得功率，w;
vq1h1(1/η-1)—離心泵損失的功率，w。

3.2 變速調(diào)節(jié)流量時的功耗
在進行變速分析時因要用到離心泵的比例定律, 根據(jù)其應用條件, 以下分析均指離心泵的變速范圍在±20%內(nèi), 且離心泵本身效率的變化不大[3]。用電動機變速調(diào)節(jié)流量到流量q1時, 在工作點c泵消耗的軸功率為:
nc＝vq1hc／η
同樣經(jīng)變換可得:
nc＝vq1hc＋vq1hc(1/η-1)
式中: vq1hc—實際有用功率，w;
vq1hc(1/η-1)—離心泵損失的功率，w。
用變頻調(diào)速法同出口閥調(diào)節(jié)法比較，可節(jié)省功率為:
δn=vq1(hb-hc)

4 結(jié)束語

對于目前離心泵通用的出口閥門調(diào)節(jié)和泵變頻調(diào)節(jié)兩種主要流量調(diào)節(jié)方式，泵變頻調(diào)速節(jié)約的能耗比出口閥門調(diào)節(jié)大得多，這點可以從兩者的功耗分析和功耗對比分析看出。通過離心泵的流量與揚程的關系圖，可以更為直觀的反映出兩種調(diào)節(jié)方式下的能耗關系。通過泵變速調(diào)節(jié)來減小流量還有利于降低離心泵發(fā)生汽蝕的可能性。當流量減小越大時，變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效果也越大，即閥門調(diào)節(jié)損耗功率越大，但是，泵變速過大時又會造成泵效率降低，超出泵比例定律范圍，因此，在實際應用時應該從多方面考慮，在二者之間綜合出*的流量調(diào)節(jié)方法。