目前我國發(fā)展迅猛，變頻已經(jīng)在生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用，在提高能源利用效率方面發(fā)揮積極作用，與我國碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)相適應(yīng)，對(duì)推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。能源對(duì)變頻調(diào)速的運(yùn)行原理進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出變頻水泵節(jié)能的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用相關(guān)問題。

在碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背景下，我國泵類配套的電動(dòng)機(jī)耗電量約為全國消耗總電量的20%，但是由于水泵運(yùn)行效率偏低，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)行為。如何加快水泵運(yùn)行的節(jié)能性，已成為當(dāng)前必須思考的話題。

1 水泵變頻調(diào)速原理

有關(guān)變頻調(diào)速的運(yùn)行原理，主要根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理，與其轉(zhuǎn)速關(guān)系密切相關(guān)，公式分析如下：

n=60f(1-s)/p (1)

在該公式中，f代表水泵電機(jī)運(yùn)行過程的電源頻率(Hz);p代表電機(jī)中的對(duì)數(shù)。只要對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子繞組電源頻率進(jìn)行均勻化的改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的平滑改變;電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速緩慢，軸功率就會(huì)隨之降低，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸入功率也有所減少。

2 水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)前，我國水泵節(jié)能系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速，主要處于開環(huán)狀態(tài)之下，也就是通過人為操作方式，遵循外界條件變化、工藝變化等，對(duì)變頻器的頻率值進(jìn)行更改，以達(dá)到調(diào)速目標(biāo)。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，可主要包括調(diào)節(jié)器、壓力測(cè)量變送器、變頻調(diào)速器以及控制對(duì)象四部分;對(duì)于該系統(tǒng)的控制過程，首先利用壓力測(cè)量變送器，測(cè)量水管的出口壓力，將該數(shù)值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)[1];其次，利用調(diào)節(jié)器與事先設(shè)置的控制指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其中存在的偏差;，通過調(diào)節(jié)器將該偏差值進(jìn)行運(yùn)算與調(diào)節(jié)，獲得調(diào)節(jié)信號(hào)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

2.1 水泵的區(qū)運(yùn)行

1)有關(guān)水泵的選擇，一般在區(qū)使用，避免出現(xiàn)馬拉小車的浪費(fèi)現(xiàn)象;

2)水泵運(yùn)行呈曲線模式，也就是說，隨著流量的不斷增大，揚(yáng)程有所降低;同時(shí)注意控制水壓力的波動(dòng)性，確保出流穩(wěn)定，更利于節(jié)能的落實(shí);

3)結(jié)合管網(wǎng)的水力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)選泵的優(yōu)化，確保在穩(wěn)定運(yùn)行。在計(jì)算水泵運(yùn)行相關(guān)參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮到水泵在長期運(yùn)行中葉輪產(chǎn)生的磨損，提高安全系數(shù)的適用性;但是選泵不能過大，否則可能造成低效運(yùn)行，耗能增加;

4)如果調(diào)速泵處于額定轉(zhuǎn)速下工作，則應(yīng)處于水泵運(yùn)行的末端。由于選擇調(diào)速泵時(shí)主要參考秒流量數(shù)據(jù)，則工作點(diǎn)就是符合秒流量的工況點(diǎn)，但是在管網(wǎng)中涉及秒流量的時(shí)間非常短暫，多水泵處于于設(shè)計(jì)值的工況下運(yùn)行。如果水泵的工作點(diǎn)處于高效區(qū)的末端位置，那么水泵就可實(shí)現(xiàn)、穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能。

2.2 多臺(tái)泵組運(yùn)行

一般情況下，離心泵在高效區(qū)運(yùn)行，流量范圍處于1-0.5Q之間;但是以實(shí)際運(yùn)行情況來看，水量的變化受到不同因素的影響，因此呈現(xiàn)不均勻狀態(tài);那么在設(shè)計(jì)變頻調(diào)速泵組過程中，就應(yīng)充分考慮這一實(shí)際問題，才能確保水泵的高效、穩(wěn)定運(yùn)行;經(jīng)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，選擇若干大小不同的水泵，采取并聯(lián)運(yùn)行方式，是一種良好的方法，在用水量較少的情況下，可采取小泵和氣壓罐聯(lián)合供水模式。

2.3 水泵的化配置

1)在用水量并不的情況下，可以選擇1臺(tái)工頻泵、1臺(tái)變頻泵、1臺(tái)備用泵三臺(tái)輪換的方式，每臺(tái)泵按照60%的設(shè)計(jì)流量進(jìn)行選擇，這樣就可確保高效運(yùn)行階段與低需求運(yùn)行階段的優(yōu)化配置;

2)如果需要應(yīng)用集中供水模式，則計(jì)算用水量，采取泵與中泵聯(lián)合運(yùn)行的模式，同時(shí)也要采取小泵和氣壓罐的組合供水模式。在運(yùn)行過程中，根據(jù)用水量的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)低效運(yùn)行目標(biāo);

3)在冷卻塔補(bǔ)水運(yùn)行中，供水遵循一定規(guī)律，因此基本不會(huì)出現(xiàn)零流量供水狀態(tài)，應(yīng)用變頻調(diào)速泵組，主要根據(jù)冷卻塔臺(tái)數(shù)，采取一工一備、兩工一備等方式。

3 水泵變頻調(diào)速的應(yīng)用

一般情況下，水泵調(diào)速涉及到減速問題，如果應(yīng)用變頻調(diào)速，那么原本采取工頻狀態(tài)下設(shè)計(jì)的電機(jī)或水泵，其運(yùn)行參數(shù)將面臨較大變化。另外，定速泵、管路性曲線等也會(huì)對(duì)變頻調(diào)速運(yùn)行產(chǎn)生影響，如果出現(xiàn)范圍調(diào)速現(xiàn)象，將難以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)[4]。因此，即使應(yīng)用變頻調(diào)速，也不能無限制地進(jìn)行調(diào)速，一般變頻調(diào)速不得于額定調(diào)速的1/2，具體數(shù)值根據(jù)實(shí)際情況確定。

1)定速泵的影響作用

從理論上來看，在水泵調(diào)速的區(qū)運(yùn)行，主要在工頻的左右端點(diǎn)位置，處于拋物線中間區(qū)域;如果水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn)速有所降低，則泵的效率也隨之下降，如果運(yùn)行的工況點(diǎn)出了區(qū)域，則不適宜采取調(diào)速節(jié)能方式。

2)水泵工藝的影響作用

從以往變頻調(diào)速應(yīng)用的實(shí)際情況來看，多供水系統(tǒng)采取多臺(tái)水泵聯(lián)合供水模式，但是由于成本較高，難以實(shí)現(xiàn)所有水泵的調(diào)速運(yùn)行，以調(diào)速泵和定速泵混合運(yùn)用模式為主。在這種情況下，就應(yīng)確保二者和諧、運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化。但是在這種模式下，調(diào)速泵的運(yùn)行范圍出現(xiàn)變化，可分為兩種形式討論：其一，同型號(hào)的水泵。在采取一調(diào)一定運(yùn)行方式時(shí)，調(diào)度較為靈活，但是不能確保定速泵與調(diào)速泵同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)速范圍相對(duì)較小;其二，不同型號(hào)的水泵。在采取一調(diào)一定運(yùn)行時(shí)，如果能確保調(diào)速泵的運(yùn)行，可與定速泵的運(yùn)行相一致，適當(dāng)調(diào)整范圍。

總之，變頻調(diào)速已成為當(dāng)前水泵節(jié)能中的關(guān)鍵，但是適用條件問題不容忽視，變頻調(diào)速并非適合應(yīng)用于任何供水系統(tǒng)，具體采取的節(jié)能及組合方式，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來定，才能真正發(fā)揮變頻調(diào)速的作用。

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