恒壓供水改造
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水泵恒壓供水變頻節能改造方案

一、水泵使用情況概述

工業企業生產設備的負荷大部分是交流異步電動機,僅電動機的耗電量約占企業全部電耗的65%左右,尤其水泵類負荷的效率比較低。在2002年中國加入世貿組織之后,企業必須通過降低成本來提高經濟效益。才能增強競爭力,在降低生產成本中,節約用電是一個重要的經濟舉措。例如某一供水站,供水系統是根據用水量的需求進行調節,是采用調整泵出口閥門來調節流量,需要專人值守,在不同的用水情況下,人工開關閥門。勞動強度較大,同時,由于閥門的強制節流使管道內形成旋渦沖擊,電動機產生了強烈的振動和噪聲,降低了水泵和管網的使用壽命、增加了維護修理的成本。再就是由于電動機的轉矩基本恒定,這種調節方式形成的供水壓力較高,造成嚴重的節流功率損失,泵的效率降低,造成電力的浪費嚴重。

二、水泵變頻節能改造的調速性能

水泵在改變轉速時,其內部幾何尺寸沒有改變,所以,據水泵的相似原理可知:當轉速變化時,流量與轉速成正比,揚程與轉速的平方成正比,軸功率與轉速的立方成正比,得出:同一臺泵當轉速變化時,水泵的主要性能參數將接上述比例定律而變化,并且,在變化過程中可保持效率基本不變,若水泵機組轉速可調,我們就可以改變某臺水泵的轉速以適應當時需水量的變化,這樣就可以避免水泵機組在低效率區域運轉造成的電動機過載,另一方面,也可以避免供水壓力偏高所造成的浪費。同時,水泵隨著轉速的變慢而使軸功率大為減少,電動機輸入功率也隨之減少,這就是調速水泵在供水系統中所起的節能作用。

三、水泵變頻節能改造的機泵原理

根據交流電動機工作原理中的轉速關系,n=60f(1-s)/p,從公式中得出:均勻改變電動機定子繞組的電源頻率,就可以平滑地改變電動機的同步轉速。電動機轉速變慢,軸功率就相應減少,電動機輸入功率也隨之減少,這就是水泵調速的節能作用。

交流電動機轉速特性為一條稍向下傾斜的曲線,如圖A所示,調速時的特性仍為稍向下傾斜曲線,是在不同頻率時相互平等的一組曲線,如圖B所示:

恒壓供水改造

從圖 A、圖B中可以看出,變頻器的調速特性基本保持了電動機固有的轉速特性,它是一組不同頻率時相互平行的特性曲線。

變頻調速具有以下優點:

  • 轉差率小,轉差損失小,效率可高達90~95%以上。
  • 實現平滑地無級調速,精度高,調速范圍寬(0~100%),頻率變化范圍大(0~50Hz)。
  • 起動轉矩大(可達額定值的1.1倍),實現軟啟動減輕啟動電流的沖擊。
  • 提高電網側功率因數。
  • 變頻器可采用高速度的16位CPU與專用的大規模集成電路配合,用軟件實現V/f自動調整,具有與計算機可編程控制器聯機控制的功能,容易實現生產過程的自動控制。
  • 安裝容易,調試方便,操作簡單。
  • 不僅適用于水泵,風機類負荷的節能調速,而且也適用于舊設備的改造,對改善工藝條件,提高產品質量都有其明顯作用。

四、水泵恒壓供水變頻控制原理

恒壓供水的實質是為了滿足用水流量的要求并實現自動控制。因為供水管道中水壓的大小與供水能力和用水需求,最終反映在水壓的變化上,所以通常都是用水壓來間接控制用水流量的大小;即只要保持供水管道上的壓力,也就保證了該管道中的供水流量與用水流量的平衡。也就達到了恒壓供水的目的。原理圖如下:

恒壓供水改造

1、系統穩定時

水泵供水流量與用水流量處于平衡狀態時,供水壓力穩定在設定值,且無變化。此時供水壓力測量信號(反饋信號)與給定信號(目標信號)基本相等,水泵在變頻器輸出的某一頻率下運行。

2、用水流量減小時

用水流量的減小將導致水泵供水流量大于用水流量,則供水壓力上升,供水壓力測量信號(反饋信號)增大,則設定值與供水壓力測量信號之差減小,變頻器內置PID產生負的控制量,結果使變頻器的輸出頻率下降,電動機的轉速也下降,水泵的供水流量也下降,水壓也開始下降使之回復到給定區(目標值),系統又處于平衡狀態。

3、用水流量增加時

當用水流量增加時,供水壓力會下降,則供水壓力測量信號(反饋信號)減小,則設定值與供水壓力測量信號之差增大,變頻器內置P1D產生正的控制量,結果使變頻器的輸出頻率上升,電動機的轉速也上升,水泵的供水流量增加,供水壓力也開始上升使之回復到給定值(目標值),系統又處于平衡狀態。

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