离心泵变频技术分析与应用-科技创新论文

1、离心泵变频技术分析与应用-科技创新论文离心泵变频技术分析与应用李誉汪静（兖矿集团济宁二号煤矿运转工区，山东 济宁272072）【摘 要】以离心泵变频调速为例，进行变频应用于水泵的调速的研究，进 而达到节能的目的，做好水泵的节能工作，对铁运处水电段的生产和生活工作具 有重大的意义；离心泵调速节能原理是把电机转速降下来，相对于关小阀门的方 法，在运转同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免， 取得良好 的节能效果，这就是离心泵调速节能原理。关键词离心泵；变频；调速技术1离心泵应用简介铁运处水电段负责着全处生产和生活用水的供应，水泵设备数量和种类较 多，离心泵在供水工作中起着重要的作用，

2、主要应用分布在处机关、北渐、大东、 机务厂区、常营、北宿、孟楼、电厂等站点。离心泵是叶片泵，叶片泵的特点就是依靠叶轮的高速旋转把动力机的机械能 转换为抽送液体的动能和压能，由物理学可知，作圆周运动的物体受到离心力的 作用，如果向心力不足或失去向心力，物体由于惯性就会沿圆周的切线方向飞出， 形成所谓的离心运动，离心泵就是利用这种惯性离心运动而进行工作的。离心泵的工作过程，实际上是一个能量传递和转换的过程，它把动力机械能 转换为被输送流体的动能和压能。在这个能量的传递和转换过程中，必然伴随着 诸多能量的损失，这种损失越大，工作效能越低，导致泵的性能就越差。随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有

3、了长足进步，但能源的浪费4200却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约万台，装机容量约1.1亿千瓦。但系统实际运行效率仅为 3040%，其损耗电 能占总发电量的38%以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转 状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行； 还有许多企业在进行系统设 计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的 能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。铁运处水电段水泵数量较多，而且工况复杂，因此，以离心泵变频调速为例， 进行变频应用于水泵的调速的研究，进而达到节能的目的，做好水泵的节能工

4、作， 对铁运处水电段的生产和生活工作具有重大的意义，2离心泵变频调速运行的节能原理图1为离心泵用阀门控制时，当流量 Q （横坐标）要求从Q1减小到Q2， 必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大，管路曲线从R移到R',扬程H （纵坐标）则从Ha上升到Hb，运行工况点从a点移到b点。H性i曲贮HrQ?' Qi Q图2离心泵变速调节功耗示意图I图2为调速控制时，当流量要求从 Q1减小到Q2，由于阻力曲线R不变, 泵的特性取决于转速。如把速度从n降到n'性能曲线由（Q-H ）变为（Q-H ） 运行工况点则从a点移到c点，扬程从Ha下降到He。根据离心泵的特性曲线公式：N = pg

5、QH / n 式中,N离心泵使用工况轴功率（kw）Q 使用工况点的流量（m 3 /s）;H使用工况点的扬程（m）;P液体的密度，清水为 1000 kg /m3 （kg/m3 ）;g重力加速度（m /s2）；n使用工况点的泵效率（% ）。可求出运行在b点泵的轴功率和e点泵的轴功率分别为：Nb = pgQ2 H b/ nNe = pgQ2 H e/ n两者之差为：AN = Ne Nb= pg Q 2 （H b-H e ）/n也就是说，用阀门控制流量时， AN功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，由于流量Q与转速n的一次方成 正比；扬程H与转速n的平方成正比；轴功

6、率P与转速 n的立方成正比，即功 率与转速n成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转 速降下来，那么在运转同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免， 取得良好的节能效果，这就是离心泵调速节能原理。3 变频调速的基本原理产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此，转子的转速n必须低于定子磁场的转速nO，两者之差称为转差：n= nO-n转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：s= An/ nO同步转速nO由下式决定：n 0=60f/p式中，f水泵电机的电源频率；p为电机的极对数。变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系：n =

7、60f（l s）/p式中,f离心泵电机的电源频率（Hz）;p电机的极对数；由上式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频率f,就可以平滑地改变电 动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之 减少，这就是离心泵变频调速的节能作用4水泵变频调速控制系统的设计变频调速器的控制可以使自动的，也可以使手动的，目前，国内在水泵控制 系统中使用变频调速技术，大部分是在开环状态下，即人为地根据工艺或外界条 件的变化来改变变频器的频率值，以达到调速目的。系统主要由四部分组成：（1）控制对象；（2）变频调速器；（3）压力测量变送器（PT）; （4）调节器（PID ）。例如压力测量变送器（P

8、T）选用DLK100-OA/0-1Mpa ，用于控制水管出水 口压力，并将压力信号转变为 420mA,再输入调节器；调节器（PID ）选用 WPD905，输入信号420 mA，输出为PID控制信号4420mA 。系统的控制过程为：由压力测量变送器将水管出口压力测出，并转换成与之 相对应的420mA标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较， 得出偏差，其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，该信号直接送到变频调速器。变频调速器是把工频电源50Hz变换成各种频率的交 流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制， 整流电路将交流电变换成直流电，直流

9、中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波， 逆变电路将直流电再逆成交流电， 从而变频器将输入为380V/50Hz的交流电变 成输出为0380V/0400Hz连续可调电压与频率的交流电，直接供给离心泵 泵电机。5离心泵变频调速应用的注意事项离心泵调速一般是减速问题，当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵 与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。 超范围调速则难以实现节能的目的。因此， 变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于 额定转速50 %，最好处于75 %100 %，并应结合实际经计算确定。5.1 离心泵

10、工艺特点对调速范围的影响理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线 的中间区域。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水 泵调速高效区萎缩，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。5.2 定速泵对调速范围的影响实践中，铁运处水电段水泵房大多是两台水泵并联供水，由于投资昂贵，不 可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵和定速泵混合供水。在这样的系 统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时， 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况：一种情况是同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼 顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。另一种情况是不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转 速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调 速运行，但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。5.3 电机效率对调速范围的影响在工况相似的情况下，一般有 N* n3，因此随着转速的下降，轴功率会急剧 下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。参考文