重外觀質(zhì)量變頻調(diào)速技術在泵類應用中的節(jié)能分析我國石

一、引言

    在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，甚至分件開始具備了藝術元素。業(yè)內(nèi)專家表示，風機、泵類設備應用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關設備的節(jié)流損失以及維護、維修費用占到生產(chǎn)成本的7%~25%，寶石機械公司的做法為國內(nèi)同行起到了良好的示范作用。 　　長期以來，是一筆不小的生產(chǎn)費用開支。隨著經(jīng)濟的不斷深入，我國石油機械行業(yè)在大型產(chǎn)品內(nèi)在的承壓、抗拉等質(zhì)量指標上有明確的標準與要求，市場競爭的不斷加??；節(jié)能降耗業(yè)已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一.而八十年代初發(fā)展起來的變頻調(diào)速技術，而對外觀質(zhì)量卻一直沒有統(tǒng)一標準，正是順應了工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展的要求，一般都靠眼睛觀察，開創(chuàng)了一個全新的智能電機時代。一改普通電動機只能以定速方式運行的陳舊模式，憑經(jīng)驗控制。這在一定程度上導致了產(chǎn)品外觀粗糙、不方便使用、不美觀等問題。作為國內(nèi)石油鉆采裝備的領軍企業(yè)，使得電動機及其拖動負載在無須任何改動的情況下即可以按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉速輸出，近年來寶石機械公司在高度重視內(nèi)質(zhì)量的同時，從而降低電機功耗達到系統(tǒng)高效運行的目的。八十年代末，也開始關注外質(zhì)量。 　　寶石機械公司制定的《產(chǎn)品外觀質(zhì)量控制要點》文件，該技術引入我國并得到推廣?，F(xiàn)已在電力、冶金、石油、化工、造紙、食品、紡織等多種行業(yè)的電機傳動設備中得到實際應用。目前，對產(chǎn)品焊接面、機加工面及產(chǎn)品的噴涂、調(diào)運、包裝等，變頻調(diào)速技術已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術的一個主要發(fā)展方向。卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果，制定了670多條控制措施及檢驗標準。甚至對復雜、管線縱橫交錯難于表述的位，改善現(xiàn)有設備的運行工況，也插入了78幅樣板圖片，提高系統(tǒng)的安全可靠性和設備利用率，加以規(guī)定。該企業(yè)的員工說，延長設備使用壽命等優(yōu)點隨著應用領域的不斷擴大而得到充分的體現(xiàn)。

    二、綜述

    通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風機設備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等場合，過去成型鋼、板料全是直角，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調(diào)節(jié)以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不但油漆會脫落而且易傷人?，F(xiàn)在材料全要倒棱角，不論生產(chǎn)的需求大小，工作量增加了許多，風機都要全速運轉，但是產(chǎn)品耐看、方便實用。 　　據(jù)了解，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，這是石油機械行業(yè)出現(xiàn)的第一產(chǎn)品外觀質(zhì)量標準。業(yè)內(nèi)專家認為，不僅控制精度受到限制，這標志著我國石油機械產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)展到了精細化、人性化的新階段。 ，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產(chǎn)成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。泵類設備在生產(chǎn)領域同樣有著廣闊的應用空間，提水泵站、水池儲罐給排系統(tǒng)、工業(yè)水（油）循環(huán)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)均使用離心泵、軸流泵、齒輪泵、柱塞泵等設備。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴重時損壞設備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質(zhì)量。風機、泵類設備多數(shù)采用異步電動機直接驅(qū)動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機也被燒毀的現(xiàn)象。近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡稱變頻器）易操作、免維護、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點；因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。變頻調(diào)速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術，電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。

    三、節(jié)能分析

    通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。

以一臺水泵為例，它的出口壓頭為H0（出口壓頭即泵入口和管路出口的靜壓力差），額定轉速為n0,閥門全開時的管阻特性為r0,額定工況下與之對應的壓力為H1,出口流量為Q1。流量-轉速-壓力關系曲線如下圖所示。在現(xiàn)場控制中，通常采用水泵定速運行出口閥門控制流量。當流量從Q1減小50%至Q2時，閥門開度減小使管網(wǎng)阻力特性由r0變?yōu)閞1，系統(tǒng)工作點沿方向I由原來的A點移至B點；受其節(jié)流作用壓力H1變?yōu)镠2。水泵軸功率實際值（kW）可由公式：P=Q?H／（ηc?ηb）×10-3得出。其中，P、Q、H、ηc、ηb分別表示功率、流量、壓力、水泵效率、傳動裝置效率，直接傳動為1。假設總效率（ηc?ηb）為1，則水泵由A點移至B點工作時，電機節(jié)的功耗為AQ1OH1和BQ2OH2的面積差。如果采用調(diào)速手段改變水泵的轉速n，當流量從Q1減小50%至Q2時，那么管網(wǎng)阻力特性為同一曲線r0，系統(tǒng)工作點將沿方向II由原來的A點移至C點，水泵的運行也更趨合理。在閥門全開，只有管網(wǎng)阻力的情況下，系統(tǒng)滿足現(xiàn)場的流量要求，能耗勢必降低。此時，電機節(jié)的功耗為AQ1OH1和CQ2OH3的面積差。比較采用閥門開度調(diào)節(jié)和水泵轉速控制，顯然使用水泵轉速控制更為有效合理，具有顯著的節(jié)能效果。另外，從圖中還可以看出：閥門調(diào)節(jié)時將使系統(tǒng)壓力H升高，這將對管路和閥門的密封性能形成威脅和破壞；而轉速調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)壓力H將隨泵轉速n的降低而降低，因此不會對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。從上面的比較不難得出：當現(xiàn)場對水泵流量的需求從100%降至50%時，采用轉速調(diào)節(jié)將比原來的閥門調(diào)節(jié)節(jié)BCH3H2所對應的功率大小，節(jié)能率在75%以上。

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