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論壇上有個(gè)“水泵電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能問題”的帖子,，大致意思是:一個(gè)水泵液位調(diào)節(jié)系統(tǒng),，從節(jié)能和使用方面考慮，水泵的液位控制,，是連續(xù)運(yùn)行好呢,？還是啟停運(yùn)行好？
水位(水壓)控制的目的是為了保持水泵供水流量的穩(wěn)定,，實(shí)質(zhì)是個(gè)保持物料的平衡問題,。不管采用什么調(diào)節(jié),、控制手段，最終結(jié)果反映的仍然是水泵的耗電,。
dlr回帖中所說的連續(xù)調(diào)節(jié)和斷續(xù)調(diào)節(jié)是針對(duì)被控量的作用而言的,，為便于區(qū)分，特把連續(xù)調(diào)節(jié)和斷續(xù)調(diào)節(jié)分別更正為連續(xù)控制和斷續(xù)控制,。因此樓主所說的啟?？刂疲瑧?yīng)該是屬于有中間區(qū)的雙位控制系統(tǒng),，雖然是用水泵的啟,、停來控制水位，盡管其啟停頻繁,，但在控制中肯定還是有個(gè)水位的上,、下限的。
為什么連續(xù)控制比斷續(xù)控制效果好,，可從以下幾方面來看:
一．從控制的質(zhì)量要求
雙位控制的過渡過程是斷續(xù)控制作用下的等幅振蕩過程,。被控量水位總在上、下限之間振蕩,，如果設(shè)定的水位上,、下限范圍越小，或者用水量越大,，其振蕩頻率越高，則水泵的啟,、停越頻繁,，對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊越大；這樣的控制系統(tǒng)水泵是斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的,，對(duì)水位也是斷續(xù)控制的,。
如果采用連續(xù)控制，則被控量水位是可以連續(xù)地被控制,，由于反饋控制是按水位的偏差進(jìn)行控制,，偏差是控制的依據(jù)，只要水位偏離給定值,，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生控制作用,，力圖消除偏差的存在，所以其能將水位穩(wěn)定在我們所要求的設(shè)定值上,。也就是說變頻調(diào)速供水系統(tǒng)能夠通過PI控制功能,，自動(dòng)地保持供水與用水之間的平衡。其控制精度高,，水位波動(dòng)小,。這樣的控制系統(tǒng)水泵是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的, 對(duì)水位也是連續(xù)控制的,。
二．從水泵的節(jié)能效果看
用得最普遍的是離心式水泵，離心式水泵屬于平方律負(fù)載,。水泵最主要的參數(shù)是流量和揚(yáng)程,，供水功率與流量和揚(yáng)程的乘積成正比。我們先了解下?lián)P程特性和管阻特性,。揚(yáng)程特性反應(yīng)了用水流量的大小對(duì)揚(yáng)程的影響,，即用水量越大，則供水系統(tǒng)的揚(yáng)程將越??；水泵的轉(zhuǎn)速下降，其供水能力也會(huì)下降,，揚(yáng)程特性將下移,。而管阻特性就是為了在管路內(nèi)得到一定的流量所需要的揚(yáng)程；管阻特性與管道粗細(xì),、長(zhǎng)短,，閥門開度有關(guān)。
通常對(duì)水泵的流量調(diào)節(jié)有閥門調(diào)節(jié)和調(diào)速調(diào)節(jié)兩種方式,，我們來看看其是怎樣運(yùn)行的,。
1．變閥門調(diào)節(jié):
啟動(dòng)水泵后，觀察水泵出口的壓力,，根據(jù)壓力表指示來開大或關(guān)小水泵出口閥門來調(diào)節(jié)流量,，而水泵的轉(zhuǎn)速則是保持不變的(即大多為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速)。其實(shí)質(zhì)就是水泵本身的供水能力不變,，而是通過改變水路中的管阻大小來改變流量,，以滿足用水量，這時(shí)管阻特性會(huì)變化,，但揚(yáng)程特性是不變的,。啟、?？刂凭褪菍儆陂y門控制的形式,，只不過固定閥門開度后，而不常去調(diào)節(jié)閥門開度而已,。
2．變速度調(diào)節(jié):
用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速,，則是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而水泵出口閥門是全開的,。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)生產(chǎn)對(duì)流量的需求,，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將會(huì)改變，而管阻特性是不變的,。
比較以上兩種方式,，在所需流量小于額定流量的情況下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)的揚(yáng)程將減小,，而閥門調(diào)節(jié)時(shí)的揚(yáng)程將增大,。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)所需要的供水功率比閥門調(diào)節(jié)方式小得多，`因?yàn)榇藭r(shí)水泵的效率幾乎不變,，流量隨轉(zhuǎn)速按一次方規(guī)律變化,，而軸功率按三次方規(guī)律變化。即電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率為:
這就是變頻調(diào)速供水有節(jié)能效果的原因,。但這只是個(gè)理想公式,，其并不能代表變頻調(diào)速的節(jié)能效果有如此之好，原因是異步電動(dòng)機(jī)在輕載時(shí)的效率與功率因數(shù)都較低,。再者供水系統(tǒng)是由多個(gè)環(huán)節(jié)組成的,；還有就是變頻器的參數(shù)如果調(diào)整得不佳，仍會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”的情況,，這些問題對(duì)節(jié)能效果都是有影響的,。再者閥門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)節(jié)時(shí)的空載功率也不可能完全一樣，只是其屬于共有的, 所以我們可以將其忽略不進(jìn)行比較而已,。
三．常規(guī)計(jì)算法的節(jié)電對(duì)比
dlr設(shè):水泵的軸功率 P1=10KW
帶水泵電機(jī)的效率 η1=0.95
變頻器的效率 ηb=0.98
1．變閥門調(diào)節(jié)的電耗估算:
按網(wǎng)友說水泵的起,、停5－10分鐘一個(gè)周期，我們假設(shè)水泵一天累計(jì)運(yùn)行8小時(shí),，則一年的運(yùn)行時(shí)間為2920小時(shí),。變閥門調(diào)節(jié)時(shí)，軸功率不變,，則電機(jī)消耗的功率為:
P="P1"／η1=10／0.95=10.526KW
則變閥門調(diào)節(jié)一年的運(yùn)行電耗為:
2920×10.526=30735.92KW
2.變速調(diào)節(jié)的電耗估算:
使用變頻調(diào)速,，由于是連續(xù)運(yùn)行，所以其工作時(shí)間為8760小時(shí),，由于系連續(xù)供水，其供水流量只需要原來的1/3就可滿足使用要求,，故水泵轉(zhuǎn)速在33%以下的時(shí)間居多,，考慮到各因素影響，計(jì)算時(shí)采用供水流量為35%,。在起泵初期及運(yùn)行中突遇大量用水,，水泵全速供水仍會(huì)占一定比例，我們這樣來估算,，100%流量供水占總運(yùn)行時(shí)間的20%, 35%流量供水占總運(yùn)行時(shí)間的80%,。則可以這樣估算:
則變速調(diào)節(jié)一年的運(yùn)行電耗為:
8760×1×(10.741×0.2+0.460×0.8)=22041.9KW
因此10KW的電機(jī)，變速調(diào)節(jié)方式比變閥門調(diào)節(jié)方式可節(jié)約的年運(yùn)行電耗為:
30735.92-22041.9=8694KW
有文獻(xiàn)介紹,，在節(jié)能計(jì)算比較時(shí),，建議采用曲線擬合的計(jì)算方法,，這樣比常規(guī)計(jì)算法，更能得到符合實(shí)際的結(jié)果,。
水泵大多在20Hz狀態(tài)下運(yùn)行能供出水嗎?答案是肯定可以的,。因?yàn)閐lr在實(shí)施10T/h鍋爐項(xiàng)目中，為了安全曾將給水泵變頻器的下限頻率設(shè)為10Hz,，但在用汽負(fù)荷很小時(shí),，水位投自控時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)器已無輸出,，但水泵由于有10Hz的頻率,，仍在慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)向鍋爐供水，嚴(yán)重時(shí)可使水位達(dá)到100%以上,。
四．從機(jī)械性能來比較
變閥門調(diào)節(jié),，電機(jī)的起動(dòng)是全壓起動(dòng)，這樣對(duì)電網(wǎng)的影響就大,。起動(dòng)時(shí)水泵由于加速過快,，會(huì)產(chǎn)生“水錘效應(yīng)”；而在停機(jī)時(shí)由于停機(jī)過快會(huì)產(chǎn)生“空化現(xiàn)象”,。這樣將造成供水系統(tǒng)及管路振動(dòng)大,、噪音也大，由于水泵是全速運(yùn)轉(zhuǎn),，故機(jī)械磨損也大,。
而采用變速調(diào)節(jié)時(shí)，則可對(duì)水泵進(jìn)行軟起動(dòng)和軟停車,，可做到起動(dòng)平穩(wěn),，起動(dòng)電流可控制在電機(jī)的額定電流以內(nèi)，減少了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,，同時(shí)調(diào)節(jié)水量容易,，還節(jié)約電能；停機(jī)時(shí)還可減少水錘效應(yīng)的沖擊,，以減少?zèng)_擊力對(duì)管道及水泵的損害,，提高了供水系統(tǒng)的安全性。由于調(diào)速運(yùn)行還可以降低水泵的機(jī)械磨損及噪音,，可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命,，減少了維修工作量和費(fèi)用。
五．要從使用現(xiàn)場(chǎng)的具體情況出發(fā)
水位控制的目的是為了保持供水流量的穩(wěn)定,，所以用什么樣的控制系統(tǒng),，采用什么形式的流量調(diào)節(jié)手段，應(yīng)該說與使用現(xiàn)場(chǎng)的工況有很大的關(guān)系，與被控對(duì)象的特性有很大的關(guān)系,，我們?cè)谶@兒泛泛的談?wù){(diào)節(jié)問題,、控制問題、節(jié)能問題,，只是談一些基本的原理及方法,，但其與實(shí)際應(yīng)用是有很大差別的。
針對(duì)水泵液位控制系統(tǒng),，什么場(chǎng)合要用變頻器(或電動(dòng),、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥)來進(jìn)行連續(xù)控制?什么場(chǎng)合要采用對(duì)水泵的啟、?？刂?都應(yīng)該按生產(chǎn)的需求來選擇控制方案,。常見的大致有:
1．如果水泵一直是處于滿負(fù)荷運(yùn)行的，來談節(jié)能是不可能的,，只有當(dāng)用水的實(shí)際流量小于額定流量(100%)時(shí),，變頻器才有用處，這時(shí)轉(zhuǎn)速的變化(下降)才會(huì)有節(jié)能效益,。對(duì)于這樣的工況唯一能做的就是選用軟起動(dòng)器來控制電機(jī)的啟動(dòng)電流及減少?zèng)_擊,。
2．一般供水系統(tǒng)都具有緩沖裝置(如水箱、水槽等)來穩(wěn)定用水流量的波動(dòng),，因此就有對(duì)水位的檢測(cè)問題,，這才有了水位的控制需求。對(duì)于容積較大的設(shè)備,，液位就相對(duì)較穩(wěn)定,，如:一個(gè)水塔抽一次水就可以供應(yīng)用水?dāng)?shù)小時(shí)，一天才需要抽幾次水,，這樣的系統(tǒng)采用斷續(xù)控制就可達(dá)到目的了,，只需用液位傳感控制器，來控制水泵的啟,、停,。為了減少啟動(dòng)電流及克服水錘效應(yīng)，選臺(tái)軟啟動(dòng)器更好,；變頻器在這兒發(fā)揮不了作用,。
對(duì)于1、2兩種情況由于水泵是全壓,、全速的運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵的機(jī)械磨損及噪音就大,。
3．對(duì)需要連續(xù)供水的場(chǎng)合,，如鍋爐汽包水位，自來水或小區(qū)供水等場(chǎng)合。這樣的系統(tǒng)水泵幾乎是一直運(yùn)行的,，為保持水位的穩(wěn)定,，應(yīng)選擇連續(xù)供水的水位(水壓)的PID控制系統(tǒng)。從節(jié)能出發(fā),，最好的方法就是采用變頻調(diào)速了,。
所以說選擇什么控制方式，并沒有一個(gè)固定的模式,，只要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況,，進(jìn)行分析比較就可以選擇出最符合實(shí)際的控制方案來實(shí)施。
六．結(jié)論
通過以上討論,，dlr認(rèn)為:
1．如果水泵運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),，則選擇連續(xù)運(yùn)行控制的變頻調(diào)速是可以節(jié)省電能的。甚至可降低維修費(fèi)用,。象樓主的水泵起,、停5－10分鐘一個(gè)周期，這樣的系統(tǒng)應(yīng)該說起,、停還是算比較頻繁的了,，因此選擇變頻器來進(jìn)行連續(xù)控制效果是會(huì)很好的。
2．如果水泵運(yùn)行時(shí)間很短,，而水泵停機(jī)時(shí)間又較長(zhǎng)時(shí),，則沒有必要選擇變頻調(diào)速(電動(dòng)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥)來進(jìn)行連續(xù)控制,。但可考慮用軟起動(dòng)器來解決水泵電機(jī)的起動(dòng)問題,，以減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，對(duì)防止水錘,、汽化效應(yīng)是有好處的,。
3．對(duì)于用電動(dòng)(氣動(dòng))調(diào)節(jié)閥來控制水位的系統(tǒng)，仍然是屬于變閥門調(diào)節(jié)方法,。對(duì)這樣的系統(tǒng)可采用變頻調(diào)速來控制供水母管的壓力,，也是可以節(jié)能的。
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