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        水泵變速調(diào)節(jié)技術(shù)節(jié)能效果分析

        2013-08-29 09:29:36
        河南科技 2013年12期
        關(guān)鍵詞:給水泵節(jié)流泵站

        劉 琦

        (武漢大學(xué) 動力與機(jī)械學(xué)院,湖北 武漢 430072)

        水泵是一種常見的流體機(jī)械,在采礦冶金、化工、電力、動力工程、城市給排水和農(nóng)田灌溉等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用,并發(fā)揮著不可替代的作用。具有關(guān)資料報道,我國水泵和風(fēng)機(jī)的裝機(jī)容量達(dá)1.5 億KW,其耗電總量占到了全國總發(fā)電量的20%以上。值得一提的是我國泵站水泵的耗能量占到全國發(fā)電量的1/10 左右,在“十一五”期間,國家投資97.72 億元和88.95 億元分別對大型排澇泵站和大型灌溉泵站進(jìn)行了改造更新,每年能夠節(jié)省的電能約占大型泵站年總耗電量的25%左右。

        由于水泵選型容量選得較大、系統(tǒng)匹配不合理以及普遍采用節(jié)流調(diào)節(jié)對水泵的運(yùn)行工作點進(jìn)行調(diào)節(jié),我國水泵的實際使用效率普遍要比發(fā)達(dá)國家低10%-20%,造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。水泵在調(diào)節(jié)流量時運(yùn)用變速調(diào)節(jié)方式能夠節(jié)省大量電能,這對我國節(jié)能減排有重要意義。

        1 變速調(diào)節(jié)技術(shù)

        由于在水泵選型時,需要根據(jù)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷進(jìn)行選型,然而在實際運(yùn)行時,水泵不會總是保持在滿負(fù)荷運(yùn)行。因此,水泵運(yùn)行時,其運(yùn)行工況并非一成不變,而是隨著外界負(fù)荷的變化需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。對水泵運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)主要有三種方式:(1)只改變水泵本身的性能曲線;(2)只改變管路系統(tǒng)的特性曲線;(3)兩種曲線同時改變。常用的調(diào)節(jié)方法有節(jié)流調(diào)節(jié)、入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)、切割調(diào)節(jié)、旁路調(diào)節(jié)等。本文主要介紹變速調(diào)節(jié)和節(jié)流調(diào)節(jié),并將通過實例計算對這兩種調(diào)節(jié)方法進(jìn)行比較。

        上圖中,曲線2 為節(jié)流調(diào)節(jié)前的管路特性曲線,曲線1 為節(jié)流調(diào)節(jié)后的管路特性曲線,曲線3 為變速調(diào)節(jié)前水泵的性能曲線,曲線4 為變速調(diào)節(jié)后水泵的性能曲線。

        節(jié)流調(diào)節(jié)是水泵調(diào)節(jié)的一種傳統(tǒng)方式,它通過增加管路中的附加節(jié)流損失而使水泵的運(yùn)行工況發(fā)生改變,在圖中表現(xiàn)為從A 點變?yōu)锽 點,流量從Q1 變?yōu)镼2。這種調(diào)節(jié)方式簡單可靠、投資低,但是增加了系統(tǒng)中的阻力,能量損失大,由于節(jié)流后運(yùn)行點會偏離高效區(qū),在中大型水泵中,采用此方法是很不經(jīng)濟(jì)的。

        變速調(diào)節(jié)是通過改變轉(zhuǎn)速來改變水泵的性能曲線,從而改變水泵的運(yùn)行工況點。即圖中的A 點變?yōu)镃 點,流量同樣從Q1 變?yōu)镼2。與節(jié)流調(diào)節(jié)相比,變速調(diào)節(jié)沒有附加的節(jié)流損失,在圖中直觀地表現(xiàn)為減少了BC 段揚(yáng)程。同時,變速調(diào)節(jié)時,水泵的效率能夠保持不變,因此具有很好的節(jié)能效果。

        2 實例計算分析

        火電廠中水泵是主要的耗能設(shè)備,其耗電量占到了廠用電的60%左右,如果能合理運(yùn)行調(diào)節(jié)這些設(shè)備,提高設(shè)備的效率,這將節(jié)省大量能源并取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。

        某火電廠給水泵的性能參數(shù)如下表(當(dāng)轉(zhuǎn)速n=2980r/min 時),管路系統(tǒng)特性曲線已在圖中畫出。由于每天各個時段用戶用電需求不同,電廠的負(fù)荷也隨之改變。如果現(xiàn)在要求給水泵提供的流量變?yōu)?00。首先根據(jù)表格的數(shù)據(jù),在圖中畫出相應(yīng)曲線,水泵性能曲線與管路特性曲線的交點即為改變流量前水泵的工作點,此時流量為300,揚(yáng)程為1430m。將水的密度定為1000kg。

        2.1 用節(jié)流調(diào)節(jié)改變流量

        由于節(jié)流調(diào)節(jié)改變的是管路特性曲線,泵的性能曲線不會改變。當(dāng)流量為200 時,從水泵特性曲線上讀出揚(yáng)程為1590m,從圖表中可查出效率為0.63。

        2.2 用變速調(diào)節(jié)改變流量

        由于變速調(diào)節(jié)改變的是泵的性能曲線,而管路系統(tǒng)中不會增加阻力損失,故管路特性曲線不會改變。當(dāng)流量為200時,從管路特性曲線上讀出揚(yáng)程為1300m。

        因此相似拋物線為:

        在圖中繪出相似拋物線,與水泵性能曲線于一點,此點極為相似工況點,它們的效率相等,從圖中查出效率為0.66(相似拋物線上的工作點效率相等)。

        2.3 對比分析

        采用變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)方式節(jié)省的功率為:=301.7KW。

        相對節(jié)電量為:=22%。

        如果此給水泵每天工作20 小時,一年工作300 天,那么一年可節(jié)電1810200 度電;如果每度電按0.5 元計算,一年可以節(jié)省90.51 萬元??梢姽?jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益都十分可觀。

        3 變速調(diào)節(jié)的實現(xiàn)

        改變轉(zhuǎn)速的方法主要有以下幾種:(1)通過改變機(jī)械裝置的傳動比來改變轉(zhuǎn)速。裝置需要配置相應(yīng)的變速齒輪或則皮帶輪,這是一種有級變速調(diào)節(jié)。(2)對于300MW 以上機(jī)組的鍋爐給水泵,由于普遍采用汽輪機(jī)驅(qū)動,因此可以通過改變汽輪機(jī)的進(jìn)氣量來調(diào)速,這種方法是一種無級變速調(diào)節(jié)。(3)采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速。所謂液力耦合器,它是一種利用流體的動能來傳遞能量的機(jī)械,能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速,而且調(diào)速范圍較大,比節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)省能量。但是這種方法調(diào)速精度不高,設(shè)備初期投資較大。(4)變極調(diào)速。通過改變電機(jī)定子的極對數(shù)來改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速,大中型異步電機(jī)一般采用雙速電動機(jī)進(jìn)行變極調(diào)速。(5)變頻調(diào)速。變頻調(diào)速是基于電動機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的原理,采用變頻器改變電動機(jī)定子端輸入電源的頻率來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法。變頻調(diào)速是最理想的調(diào)速方案,具有調(diào)速效率高,調(diào)速精度高的特點,而且可以在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速,并且可以實現(xiàn)軟起動從而可以減少對設(shè)備的機(jī)械沖擊和對電網(wǎng)的電流沖擊。隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展,變頻設(shè)備的價格呈下降趨勢,由于其節(jié)能效果顯著,因而在中小型電機(jī)調(diào)速得到了應(yīng)用。但是在國內(nèi)還沒有成熟的高壓大容量變頻設(shè)備,這也限制了其應(yīng)用和推廣。

        4 總結(jié)

        我國正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時期,由于我國人口眾多,人均資源大大低于世界平均水平,能源利用效率低和能源短缺已經(jīng)成為限制我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。由于泵類的耗電量占到全國總發(fā)電量的1/5,然而水泵在運(yùn)行過程中普遍存在效率低、運(yùn)行管理粗放的問題,很大部分水泵仍然采用落后的節(jié)流調(diào)節(jié)技術(shù),造成巨大的能源浪費(fèi)。在水泵領(lǐng)域推廣變速調(diào)節(jié)技術(shù)能夠顯著減少電能的浪費(fèi),這對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及和諧社會的建立將起到積極的推動作用。

        [1]何川,郭立君.泵與風(fēng)機(jī)(第四版)[M].北京:中國電力出版社.2008

        [2]陳堅,李琪,等.中國泵站工程現(xiàn)狀及“十一五”期間泵站更新改造任務(wù)[J].水利水電科技進(jìn)展.2008,28(2)

        [3]張文鋼,黃劉琦.水泵的節(jié)能技術(shù)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社.2010

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