给水系统中水泵的节能途径.pdf

27 6 第1 7 届全国铁合金学术研讨会论文集 给水系统中水泵的节能途径 夏海忠 ( 腾达西北铁合金有限责任公司 兰州中国7 3 0 3 3 4 ) 摘要供水系统长期采用阀门或开启台数进行调节，无法根据实际使用压力和流量期进行自动供水控制，如供水 系统设计加装S Y 智能节电器后，不仅使运行费用降低，而且达到了节能节电的效果。 关键词供水流量压力自动控制运行费用降低节能节电 日I J 盖 给水系统中，泵站的全部投资在整个给水系 统的投资中所站的比重很小，而泵站的运行费用 所占的比重则很大。水压长期采用阀门或开启台 数进行调节，无法根据实际使用压力和流量期进 行自动供水控制，造成大量的电能浪费和运行费 用增高。由此可见，在给水系统设计或现有给水 系统的运行中，如何提高泵站运行效率降低动 力费用人有潜力。 我们遵循国家节能减排的要求，工程技术 人员根据现场考察和实洲I 数据，对水泵的运行技 术性能和运行经济费用进行了分析。经改造，取 得了明显的经济效益。 1 水泵的运行技术性能和运行经济费用 进行分析 1 1 现场测试数据 1 2 S h 9 型水泵 配套电机Y 3 1 5 M - 4功率1 3 5k W 见表lY 31 5 M - 4 电机的实测数据 表1Y 3 1 5 M - 4 电机的实测数据 相数电压，V电流A功率l ( w效率 A2 2 71 9 84 0 20 8 7 B2 2 61 9 24 0 00 9 C2 2 41 8 53 7 00 9 阀门开度5 0 时，实际压力O 2 6M P , 要求压 力0 2 1 M P ；$ 2 0 0 9 5 型水泵；配套电机Y 31 5 M 一2 功率1 3 5k W 。见表2Y 3 1 5 M 2 电机的实测数据。 阀门全开时，实际压力O 6 3M P , 要求压力O 5M P 。 表2Y 3 1 5 俨2 电机的实测数据 相数电压V电流A功率l ( W效率 A2 2 71 7 44 0 20 8 7 B2 2 61 7 54 0 00 9 C2 2 41 7 73 7 0O 9 1 2 通过测试，分析供水系统存在的缺陷 1 2 1 供水系统压力的实际压力远远大于实际 要求压力，管网存在很大负压，不可避免地存在 较大节流损失和大流量、高压力现象，浪费大量 电能。 1 2 2 供水管网长期承受高水压的情况下，机 械振动严重，大大减少了设备寿命，加大了设备 的维修费用。 1 2 3 众所周知，通过人工调节阀门大小来控 制流龟和压力，工艺要求达到了，而电机在满负 荷甚至是超负荷运行，电机温度高，电能损耗大。 1 2 4 使用效率及功率因数低，无功损耗大。 1 2 5 需要压力和流量不稳定时，水泵无法根 据实际用水量，动态智能调节供水压力和流量， 造成了大量的不必要电能浪费。 1 2 6 控制接舷器等电器动作频繁，使用寿命 短、维修量大、维修费用高。 1 2 7 水泵的零件、电机轴承使用寿命短、检 修工作量大、维修费用高。 2 水泵运行的节能原理分析及节能途径 2 1 调速节电 由流体力学原理知道，在正常情况下，水泵 的转速( N ) 、与流量( Q ) 、扬程( H ) 、轴功率 ( P ) 之间有下面关系式： N N 0 = Q Q 0 ( N N 0 ) 2 = H H 0 ( N N 0 ) 3 = P P 0 ( 1 ) 式中：N 一运行转速；N O 一初转速：Q 一流量： Q 0 一初流量； H 一扬程：H 0 一初流量； P 轴功率；P 0 一初辅功率。 由( 1 ) 式可以看出，将管网的压力或流量 信号传输给电机的调速装置，由调速装置来调节 第1 7 届全国铁合金学术研讨会论文集l7 7水泵的压力或流量以满足给水要求。与用阀门开启人小调节流量和压力，节能效果非常明显。如将水泵流量或压力控制到原来的1 2 时，则把电机的转速控制至0 原来的1 2 时就可实现，而此时所需要的轴功率仅为原来的( 1 2 ) 3 = 1 8 。也就是说，当电机的转速下降到5 0 时，功率则卜降约6 0 。在供水设计中，供水系统的水泵功率都是根据最大流量和压力来选择的，但实际使用中，流量、压力随各神冈素而变化( 如季节、温度、海拔、工艺、用量等) ，冈此，在给水系统中，采用调速控制方式来实现供水控制，这在节能节电上是非常有效的方法。2 2 水泵电机的软起动节能电动机采用直接接入电网起动的方法，电动机的起动电流为额定电流时的5 7 倍，不仅耗能大；对电网冲击大；机械磨损振动都大。如果用S Y 节电器控制电机起动，可以将起动电流限制到0 1 倍额定电流下，这样起动耗电大大降低，即不冲击电网，义不振动机械。2 3 轻载降压起动水泵节能任何利用交流感应电动机作为电力传动方式的生产机械，电动机的功率是按最大负荷选择的，而工作时绝人部分不能满载运行，由电机设计和运行特性所知，电动机只有运行在满载时是效率最高：功率因数是最佳状况；轻载时造成许多不必要的电能损耗。S Y 节电器采用检测负荷大小的方法，根据负荷的减少，适当降低定子电压可以提高效率。这是因为当轻载、空载时定子电流有功分量很小，而主要是励磁的无功电流，因此C O S 由很低。而空载损耗中主要是定子满电压的铁损耗一点没有减少，所以效率很低。如果轻载时适当降低定子电压，见电机定子电势公式：降压U I E 1 = 4 4 4 F l N l K N l 中m其中：N l 定子每相绕组串联匝数；K N ，由于轻载、空载时定子电流很小，可以忽略定子绕组的漏阻抗压降，所以U I E l ，当其他条件不变时，降低定子电压U 1 ，则中m 比例下降，这样定子电流中无功分量减少了，C O S 中就提高了，适当控制可以接近最佳值。另外，其他条件不变，定子铁损耗：P f e l = p F e l N ( U I U I N ) 2式中：P f e l 定子铁耗P F e l N 定子额定铁耗U I N 定子额定端电压。可以看出，随着U l 下降，P f e l 以平方比下降，这样轻载、空载时占主要损耗的铁损大量减少，使电机的运行效率大人提高，达到了轻载节电。2 4 提高功率因数节电因S Y 节电器内置了功率因数补偿装置，功率冈数可以大幅度提高。这样可以节省很人的无功损耗，一般功率冈数可提高3 左右。供水系统加装S Y 节电器后，增加不少新设备而不需扩容。2 5 浪涌波的抑制节电众所周知：每当用电系统中，如电机启动和停J 卜的瞬间都会对电网造成很人冲击，冈此产生人量的浪涌和谐波，会造成用电设备和线路的发热，同时也造成了电表过度计量，浪费了电能。以上所述的这些节电功能与微电脑技术全集成了S Y 节电控制器一身，即S Y 节电器= 微电脑控制器1 - 变频模块+ 动态调功模块+ 动态功率冈数补偿器+ 轻载降压模块+ 谐波浪涌抑制模块。3水泵供水节能的方案及投资选择比较方案一：每台水泵电机配一台S Y 水泵智能节电器，此方案优点为，无论在任何时候，就算所有水泵同时开启，都能保证每台水泵处于节电状态；缺点，投资有所增加。方案二：根据开启运行的水泵数量来配置S Y 水泵智能节电器，另外对于目前处于备用的水泵电机，设计一拖二控制柜，当备用电机工作时，由一拖二的控制柜切换，使备用电机处于节电状态；原处于节电状态的电机将不能同时处于节电状态。此方案优点为投资有所降低；缺点为所有水泵同时开启时，不能都保证每台水泵处于节电状态。4 具体改造方法保证原来的控制方法不变( 便于节电器发生故障时，原控制系统可以正常使用不影响正常工作) ，把原控制柜电源进线拆除引到节能控制系统的电源进线端( R ，S ，T ) ：把节能控制系统的出线端引到原控制柜的电源进线端( U ，v ，w ) ：将管网的压力信号4 2 0m A 传给节电器，节电控制系统时刻采集到压力信号，通过微电脑控制分析、计算、输出一个控制信号给变频模块，每时每刻保证供水压力恒定：节电系统时刻检测电网的波动情况时滤掉电网中的高次谐波，通过计算和控制技术电感换流技术回收电网中剩余的电流及无功功率，提高功率因数。利用节电的调速功能取代阀门和投入泵数的控制，避免了大量电能损耗，实现了节电节能的目的，大大降低了供水的运行成本。5 改造后效益5 1经改造后水泵运行在最佳的节电状态。5 2 供水压力恒定，替代了原来的阀门控制方式，节约了电能。5 3由了二启动电流小，机械冲击及振动小。冈此，水泵使用寿命延长，降低了维修成本。5 4 水泵电机得到了良好的短路、过载、缺相、 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m i7 8 第1 7 届全国铁合金学术研讨会论文集 接地保护，延长了设备的使用寿命。 5 5 水泵实现了软启、软停，启动电流小；电 网冲击减少；功率因数提高：改善了供电品质。 5 6 流量、压力实现了智能调节，节能节电， 节电达到3 0 左右。 作者简介夏海忠男，1 9 5 7 年1 1 月出生，毕业于重庆钢铁专科学校，工程师现从事铁合金技术 管理工作。