变频调速技术在水泵上的节能改造

－３４‘　ＤＲＡｌＮＧＥ　ＡＮＯ　ｌＲＲｌＧＡＴｌｏＮ　ＭＡｃＨｌＮＥＲＹ　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．Ｉ　

变频调速在水泵节能技术中的应用研究　

马新华，李娟，桑建国　

（江苏大学流体机械－１２程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）　

摘要：通过对水泵节能原理的分析，指出水泵调节运行时能量损耗的大小较大程度取决于　控制流量的方式；结合对几种常见调速方法性能的比较。归纳了水泵采用变频调速的优点；依据实　例提出：对于大型泵站和耗电量大且装置扬程变化较大的泵站最好采用变频调速。　关键词：泵；节能；变频调速　中图分类号：ＴＨ３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—６２５４（２００６）０卜００３４—０３　

Ｏ　引言　

据统计，全国泵类配套电动机的耗电量相　当于全国电力消耗总量的１／５。但是水泵的运行　

效率很低，有的甚至仅有３０％，能量浪费十分严　

重。因此。泵行业中采用有效的节能技术是当务　

之急。　水泵的节能主要有以下几个方法：通过改　进配套电机的设计，使电机在大的范围内有较高　

的效率；通过对水泵的结构设计和制造性能的改　进，提高水泵的性能；水泵、配套电机的正确选　

型和合理使用。节能调节的方法有：非变速调节　

和变速调节，非变速调节包括节流调节和水泵的　

运行台数调节等。大量的统计调查表明．一些在　运行中需要改变工况而要求进行调节的水泵，其　

能量浪费的主要原因，通常是由于采用了不合适　

的调节方式。可见，水泵的调节方式与节能的关　系非常密切。通过分析水泵运行工况改变时的节　

能原理和两种节能调节的方法产生的效果，借鉴　

国外先进技术并总结常见调速方法，探讨了泵变　

频调速节能方法。实践证明，变频调速节能方法　节能效益可观，是有效的减少能量消耗的方法。　

１　水泵运行时的节能原理　

水泵在运行中根据工作的需要，改变运行　工况点的位置，流量、扬程等运行参数就要适应　

新的工作状况的需要。泵的工作点是由泵性能曲　

线ｍＱ和管路阻力曲线Ｒ—Ｑ的交点确定的。因　

国内图书分类号：ＴＮ７３３国际图书分类号：６２０．９

专业硕士学位论文学校代码：１００７９密级：公开

变频调速技术在风机、水泵节能改造中的

应用

硕士研究生：

导师：寸ｙ…：

企业导师：

申请学位：

专业领域：

培养方式：

所在学院：

答辩日期：

授予学位单位：相玲

梁伟平教授

姜智昶高工

工程硕士

控制工程

半脱产

控制与计算机工程学院

２０１２年６月

华北电力大学ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：ＴＮ７３３Ｕ．Ｄ．Ｃ：６２０．９

ＴｈｅｓｉｓｆｏｒｔｈｅＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎｉｎｔｈｅ

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＥｎｅｒｇｙ—－ｓａｖｉｎｇｏｆＦａｎｓａｎｄＰｕｍｐｓ

Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：

Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：

Ｓｃｈｏｏｌ：

ＤａｔｅｏｆＤｅｆｅｎｃｅ：ＸｉａｎｇＬｉｎｇ

Ｐｒｏｆ．ＬｉａｎｇＷｅｉｐｉｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｊｕｎｅ，２０１２

Ｄｅｇｒｅｅ－－Ｃｏｎｆｅｒｒｉｎｇ－－Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ：ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ华北电力大学硕士学位论文原创性声明

本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《变频调速技术在风机、水泵节能

改造中的应用》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进

行研究工作所取得的成果。掘本人所知，论文中除已注明部分外，不包含他人己发

表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均己在文

中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。

作者签名：布固秒八日期：纱，≯年石月９日

华北电力大学硕士学位论文使用授权书

《变频调速技术在风机、水泵节能改造中的应用》系本人在华北电力大学攻读

硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大

学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大

学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论

工业技术　■一　

落建毽　蘩啭　裁睡　遣　

河南省节能监测中心孙晓林王贵荣　

、在我国，每年水泵的电能消耗占电能总消耗的２０％　左右。而且通常有６０％的电机都在６０％或以下的负荷　

状况下运行，大马拉小车与低负荷运行的情况相当普　

遍。为了节约降耗，必须采取调节措施使泵站适应负荷　

变化的运行。国家制订的《节约用电管理办法》，着重推　

荐了变频调速技术。在水泵、风机、中央空调等领域，变　

频器可以取代传统的通过限流阀和回流旁路技术，充分　

发挥节能效果。　

一、变频调速的节能原理　

变频调速是通过改变供给电动机的供电频率，来改　

变电机的转速，从而改变负载的转速的。我们知道，电机　

的转速：ｎ＝５０ｆ（１－Ｓ）／Ｐ，其中ｆ为供电频率，Ｐ为电机的　

极对数，Ｓ为滑差。　当调节泵出口阀门来调节流量时，流量由Ｑｅ—Ｑ　，　则管阻由Ｒ。一Ｒ　，扬程由Ｈｅ—Ｈｈ，此时泵的轴功率为：　

Ｐｂ＝ＫｈｂＱｌ／１１　ｂ　Ｐｈ可由面积ＯＨｂＢＱｌ表示，当出ＬＩ阀门全部打开，　

改变泵的转速调节流量时，则（Ｈ—Ｑ）ｅ曲线平行下移　

至（Ｈ—Ｑ）ｌ，与管道阻力曲线Ｒｌ相交在Ｃ点，这时泵　

的轴功率Ｐｃ由面积ＯＨｃＣ　Ｑｌ表示。由此可以看出，调　

节泵的流量过程中，流量由Ｑｅ调至Ｑｌ，不同的调节方　

式，泵的轴功率不同，调速比调节出口阀门开度轴功率　

小得多，即Ｐｅ＜Ｐｂ。　因此，改变ｆ可以改变电机的转速的。采用变频调　

速后，通过小的流量调节能获得很高的节电率。　

二、变频调速技术的应用范围　

变频调速不仅可以实现对电动机转速的直接控制，　

也可以以管路系统的压力、流量、液面等为控制参量构　

２．弹刚性压边间隙的调整。弹刚性压边间隙的调整　

也就是压边力的调整，间隙调整通过增减铜片的方法来　

完成，其结果如下（见表２）　表２　

序号　间隙值（ｍｍ）　拉深后零件情况　效果　综合评定　１　０．２　底部拉破（翻边变形）　坏　２　０．５　直壁部分变薄和部分拉破　坏　３　０．８　直壁部分变薄有所缓和　坏　４　１．Ｏ　直壁部分尺寸达到要求　好　好　５　１－２　直壁部分尺寸达到要求　好　好　６　１．５　法兰边部分起皱（不严重）　坏　７　１．８　法兰边部分起皱　坏　

应用・交流——空压机变频调速节能技术改造　机床电器２００７．１　应用・交流　空压机变频调速节能技术改造　许小龙　（厦门利恒股份有限公司，３６１０２２）　摘要：分析空压机运行及工作、工艺特点。利用变频调速技术对空压机的控制系统进行改造。充分发挥变频技　术的节能效果。　关键词：变频调速；空压机；控制系统；节能　中图分类号：ＴＮ７７３；ＴＨ４５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４－０４２０（２００７）０１—００４３—０４　Ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ＸＵ　Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ　（Ｘｉａｍｅｎ　Ｌｉｈｅｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，３６１０２２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｏｒｋ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ　ｒｅｂｕｉｌｄｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ａｉｒ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｏ　概述　利恒涤沦有限公司动力厂２　空压站，配置五台英　格索兰ＥＰ２００螺杆式空压机，机组型式为单级、喷油、　风冷型，电动机型号为Ｙ一３１５—４、额定功率１３８　ｋＷ、　转速１　４８０　ｒ／ｒａｉｎ，空压机采用Ｙ一△起动方式以减少　对电网与机械元件冲击。机组供气出口压力保持在　０．８２±０．１　ＭＰａ、额定产气流量１　２００　ｍ　／ｈ。２００１年公　司改制，将长丝厂设备转卖，只剩聚酯与短纤车间两车　间生产，压缩空气耗气量约为３００—１　０００　Ｎｍ　／ｈ。负　载率在２５％一８５％之间波动。　该空压机原配有二种气量控制方式，～为ＯＮ／　ＯＦＦ控制方式，适用于用气量与压缩机不相匹配的工　况。在该运行方式中，空压机以三种状态运行：　ａ．当供气量小于或等于耗气量，机组排气出口压力　小于空压机内部压力检测开关上限值，机组满载运行；　ｂ．当供气量大于用户耗气量，将引起机组排气出　口压力上升，出口压力上升且超过压力检测开关上限　设定值（０．８３　ＭＰａ），机组关闭空气人口阀，转入卸载　运行，此时机组处于空载运行状态、不出力，由压缩空　气储罐向用户供气，随着储罐压力下降，出口压力也下　降，当出口压力小于或等于压力检测开关下限值（０．６７　ＭＰａ），机组重新加载运行，向用户供气；　Ｃ．当机组卸载运行（空载状态）时间超过１５　ｍｉｎ，　总管压力仍未降到压力检测开关下限值（０．６７　ＭＰａ）　时，机组自动停车，等待出口总管压力下降到压力检测　开关下限值，机组重新起动加载运行。　在ＯＮ／ＯＦＦ控制方式下，排气量与用气量的关系　决定机组运行状态，在机组内部的压力检测开关的控　制下，采用间歇式供气方式，空压机要么全气量加载供　气，要么以卸载状态空载运行，若用户耗气量太少就自　动停车等待。第二种为调节控制方式（节流控制），适　用于空压机稳定在大排气量持续供气，气压波动小的　情况下使用，因公司用气量波动较大，故不采用。机组　长期采用ＯＮ／ＯＦＦ控制的运行方式。（表１）　表１机组出口压力与储罐力　机组出口压力１　０．８２　ＭＰａ　ｌ　０．７５　ＭＰａ　１　０．７０　ＭＰａ　储罐压力ｉ　Ｏ．７２　ＭＰａ｝０．６５　ＭＰａ　１　０．６０ＭＰａ　机组加载运行时电流为２４０　Ａ、功率因数０．８８；卸　载运行时电流为１　１０　Ａ、功率因数为０．８。依据实际运　行记录数据显示，机组每小时卸载次数约３至４次，卸　载运行时间１５～３０　ｍｉｎ，占空比约为０．４—０．５。机组　在卸载运行时，实际上是处于空载运行状态，不向外供　气，其间消耗了巨大的电能，从节能角度思考，有很大　的潜力可挖。机组的间歇性运行方式造成管网压力的　波动较大，直接影响压缩空气的质量。机组本身对空　一