油库输油离心泵机组变频调速节能研究[开题、综述、正文]

1、开题报告油气储运工程油库输油离心泵机组变频调速节能研究一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞离心泵逐渐被高速 的离心离心泵和回转离心泵所代替。但是在高压小流量领域往复离心泵仍占有主 要地位。直到19世纪末，高速电动机的发明使离心离心泵获得理想动力源之后, 它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的 理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也 日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的离心泵。在现代社会，能源是发展国民经济、改善人类生活水平的重要物质基础。随 着我国经济的高速发展

2、和全球能源的日益减少，节约能源已成为人们关注的焦点。 泵类产品属于流体机械，在泵启动时，电机的瞬间电流会比额定高出5-6倍，这 样，不但会影响电机的使用寿命，而且也消耗较多的电量。虽然系统在设计时在 电机选型上会留有一定的余量，不过，电机的速度是固定不变，在实际使用过程 中，却有时要求电机以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必 要的。而在目前来看，在离心泵上应用变频器来达到调速节能的目的，是一个比较 切实可行的方法。变频器产生的最初用途是速度控制，但是经过多代科学人员的 努力，变频器已经成为一个比较成熟的产品，它作为一种自动化程度非常高的电 子调速设备，具有调速范围广，速度稳定，

3、精度高，能实现自动控制，操作方便, 已经成为其他调速设备的无法可比的产品，广泛地应用于各行各业。变频器在运 行中可实现电机软启动、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且 能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。所以，目前在国内应用变频技术较多的都是一些想要节能的地方。中国是能 耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在2003年的中国电力消耗中,6070% 为动力电，而在总容量为5. 8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦 的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机 至少有1. 8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。应用变

4、频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速 下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。 当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调 速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电 动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非 常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的 节能潜力巨大。作为节能目的，变频器广泛应用于各行业。以电力行业为例，由于中国大面 积缺电，电力投资将持续增长，同时，国家电改方案对电厂的成本控制提出了要 求，降低内部电耗成为电厂

5、关注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发展潜 力，尤其是高压变频器和大功率变频器。其实，不管是在电力行业，还是在石油 化工行业中，一直都有着这样的一个追求，就是能够更好的应用变频器的变频技 术，使得机器能够运行在一个更加环保、节能和高效的工况点下。近10年来，随着科学技术的高速发展，产生了很多的科研成果和高水平的机 械加工设备，对泵类产品的节能工作是非常有利的。而在众多的技术改善的方面 中，调节转速的节能方法是具有良好的节能效果的，这已被许多国内外生产实践 所证明。在许多泵的应用场合，有时需要泵的性能参数恒定不变，有时需要泵的 性能参数根据使用条件进行变化，调节转速就可以达到这一目的，而变频

6、技术的 应用，就能够很好的解决这个问题。变频调速这一技术正越来越广泛的深入到各个行业中，其中就有油库行业的 变频研究，它具有节能、省力、易于构成自控系统的显著优势。应用变频调速技 术同时也是改造挖潜、增加效益的一条有效途径，尤其是在高能耗、低产出的设 备较多的企业，比如是在油库、加油站、油轮码头等采用变频调速装置将使这些 企业获得巨大的经济利益。同时，这也是我国国民经济可持续发展的一个需要。基于此，本人将此课题作为研究内容。通过对某一具体油库泵房离心泵的工 况数据的分析，根据现有方法和资料进行油泵站输油离心泵的变频调速节能研究, 使得油库输油泵的成本运行控制，有一定的参考价值。二、研究的基本内

7、容，拟解决的主要问题：（-）研究的基本内容1 .对离心泵的运行工况相关原理作一介绍。2 .对目前油库输油离心泵应用变频调速节能技术的研究作一分析。3 .变频离心泵的应用前景及存在的问题。(二)拟解决的主要问题1 .通过对某一具体油库输油泵的调研，分析输油泵的运行状况，在参考其它 同类研究的基础之上，选择有效的油库泵站输油泵运行的节能措施，改进其研究 方法。2 .通过油库输油泵(离心泵)变频调速的研究，发现现有的离心泵运行过程 中存在的一些问题并努力解决之。3 .通过上述的研究能够使得现有的离心泵运行能够更好的适应节能和稳定 运行的工作环境。三、研究步骤、方法及措施：L通过查找资料，分析资料确定

8、选题范围及论文题目。4 .通过指导老师指导，结合调研和资料整理分析、撰写开题报告、外文翻译 和文献综述。5 .根据开题报告写作思路草拟论文提纲。6 .根据论文提纲进一步查找资料，撰写论文初稿。7 .根据论文初稿，收集的资料，修改成稿。四、参考文献1石油库设计规范(GB50074-2002) M.北京：中国计划出版社,20032聂世全.离心泵机组变频调速节能运行稳定性规律J.河北：油气储运.2001, (08):44-603郭德有，胡文.离心泵转速最佳调节系统的研究J.黑龙江商学院学报(自然 科学版).1987, (01) :26-334邱明杰.离心泵节能技术工作的改进措施措.江苏：排灌机械.2

9、007, (05): 65-685张爱莲，杨纪云，周南.离心泵调速节能工艺的理论分析与应用J.河北：油气储运.2000, (10) :38-606林猛.离心泵调节方式与能耗分析与.沈阳：当代化工.2007, (04):371-376 7伍年青，盖学辉，于景龙.不同工况条件下离心泵调速运行的节能分析J.北京：石油机械.2000, (07):40-708杨晓珍，裴毅，谢方平，等.离心泵调速运行节能效果试验J.湖南农业大学学报(自然科学版).2005, (05) : 88-909 J. Lapelk and R. Huzllk； Electrical Drives for Special Types

10、 of Pumps:AReview ； 2010, Recent Advances in Mechatronics, Part 4, Pages 293-29710 A. V. Potashev, E. V. Potasheva and A. V. Rubinovskii； Chemical andPetroleum Engineering, 2002, Volume 38, Numbers 7-8, Pages 464-4686毕业论文文献综述油气储运工程油库输油离心泵机组变频调速节能研究前言离心其实是物体惯性的表现，比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢转动时，水滴 会跟随雨伞转动，这是因为雨伞与水

11、滴的摩擦力做为给水滴的向心力使然。但是 如果雨伞转动加快，这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨 伞向外缘运动，就象用一根绳子拉着石块做圆周运动，如果速度太快，绳子将会 断开，石块将会飞出，这个就是所谓的离心。根据这个原理，18401850年，美 国沃辛顿发明离心泵缸和蒸汽缸对置的机器，蒸汽直接作用的活塞离心泵上，这 就标志着现代活塞离心泵的形成。从此，开始了现代离心泵的新历程。主题离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无 脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。离心泵广泛地应用于石油化工，煤化工等化学工业中，输送不同性质的液体, 提供化学反应所需要的

12、压力，流量。离心泵的种类繁多，根据输送介质性质的不 同可分为酸泵，碱泵，清水泵，泥浆泵等。而且，输送介质的工作温度和工作压 力乂可不同，因此，有效延长离心泵的使用周期，减少维修量，对提高工厂的经 济效益有很大的作用。不论在什么时候，能源都是发展国民经济、改善人类生活水平的重要物质基 础。而且，随着我国经济的高速发展和全球能源的日益减少，节约能源已成为人 们关注的焦点。泵类产品属于流体机械。国内的需求量非常大，每年发电量的 20%-25%都消耗在泵类产品上。离心泵需求量占泵类产品50与左右，为我国经济建 设中必不可少的机械设备，因此针对离心泵开展的节能工作是非常重要和刻不容 缓的。多年来，由于离

13、心泵的工作原理和工况条件的限制，使得离心泵在需要运行 前，必须往泵体内灌满液体才能够正常地进行输转工作，而且不太适合在那些小 流量、大压头的输转作业过程中使用。除此之外，在遇到设计不完善或操作不当 时，如像输送牛奶时，就比较容易产生泡沫，影响下一工序生产；再者，在安装 不当时，则常会出现一种叫“气缚”或“气蚀”的离心泵特有的现象，使得效率 也比使用往复泵要低。所以需要对离心泵进行研究试验，以达到一种比较理想的工作情况。当然， 在前人的研究基础上：通常，离心泵的流量、压头可能会与管路系统不一致，或 由于生产任务、工艺请求产生变更，需要对泵的流量进行调节，实在质是转变离 心泵的工况点（所谓工况点，

14、是指水泵装置在某瞬时的实际出水量、扬程、轴功 率、效率以及吸上真空高度等，它表现了水泵的工作才能）。离心泵的工作原理是把电动机高速旋转的机械能转化为被晋升液体的动能和 势能，是一个能量传递和转化的过程。根据这一特点可知，离心泵的工况点是建 立在水泵和管道系统能量供求关系的平衡上的，只要两者之一的情况产生变更， 其工况点就会转移。工况点的转变由两方面引起：一.管道系统特征曲线转变， 如阀门节流；二.水泵本身的特征曲线转变，如变频调速、切削叶轮、水泵串联 或并联。通过前人的研究试验，知道离心泵在固定的转速下扬程是固定的，调节出口 阀就调节了导流面积，是可以使用这种方法调节流量，这种方法的优点是简单

15、易 行，缺点是节流阀消耗能量。而使用变频器调节电机转速也可以调节流量，优点 是节约电能，几乎没有缺点。为确保输油泵站能够高效、快速、安全地运转，达到功能齐全的要求，完全 满足应急、战备建设要求和平时正常高效快速作业需要，在输油泵站应用变频调 速技术是解决上述问题的最佳选择。总结输油泵变频技术是一项节能新技术，曾被列为全国十大项综合节能工程之一。 随着变频技术的迅猛发展和日趋成熟，在日本、德国、丹麦等发达国家已得到广 泛应用，我国在一些行业也得到了逐步应用，尤其是机械制造业已应用多年。近 年来，变频技术先后在石油化工行业开始应用，在飞机加油系统、油库汽车零发 油系统、油库泵站也进行了试用。变频调

16、速这种调速能平滑地调节电动机同步转换，实现了无级调速，而且电 动机启动能耗小，能避免对电网的电流冲击，在国内外已被广泛应用。一般变频 调节方案，多采用通过压力传感器控制输出压力，最终达到控制输出流量的目的。针对油库油泵运行特点，采用流量传感器，直接控制输出流量最为理想。所以本 次主要是根据这种方法进行输油离心泵的变频调速节能的研究。参考文献1石油库设计规范(GB50074-2002) M.北京:中国计划出版社,20032聂世全.离心泵机组变频调速节能运行稳定性规律J.河北：油气储运.2001, (08):44-603郭德有，胡文.离心泵转速最佳调节系统的研究JL黑龙江商学院学报(自然 科学版)

17、.1987, (01) :26-334邱明杰.离心泵节能技术工作的改进措施J.江苏:排灌机械.2007, (05): 65-685张爱莲，杨纪云，周南.离心泵调速节能工艺的理论分析与应用J.河北： 油气储运.2000, (10) :38-606林猛.离心泵调节方式与能耗分析与.沈阳：当代化工.2007, (04):371-3767 J. Lapelk and R. Huzllk； Electrical Drives for Special Types of Pumps：AReview ； 2010, Recent Advances in Mechatronics, Part 4, Pages

18、293-2978 A. V. Potashev, E. V. Potasheva and A. V. Rubinovskii； Chemical andPetroleum Engineering, 2002, Volume 38, Numbers 7-8, Pages 464-4689伍年青，盖学辉，于景龙.不同工况条件下离心泵调速运行的节能分析J.北京：石油机械.2000, (07):40-7010杨晓珍，裴毅，谢方平，等.离心泵调速运行节能效果试验J.湖南农业大 学学报(自然科学版).2005, (05) : 88-90本科毕业论文（20 届）油库输油离心泵机组变频调速节能研究中文摘要英文

19、摘要1 .前言31.1 离心泵变频调速技术的现状31.2 变频调速未来发展方向41.3 本文的研究意义和主要任务51.31 本文的研究意义51.32 本文的主要任务51.4课题的提出52 .对于变频技术中变频器的理解52.1 变频器的概念52.2 变频器的组成及工作原理52.3 变频器的作用62.4 变频器的分类73 .实际泵机工作情况83.1 离心泵实际运行情况83.2 调速节能原理83.3 调速节能的数学分析93.4 调速节能的应用11小结13参考文献14附录：21摘要随着我国经济的高速发展以及全球能源的日益减少，行约能源已成为人类关注的焦 点。泵类产品属于流体机械，广泛地应用于石油化工，

20、煤化工等化学工业之中，主要作用是 输送不同性质的液体，为化学反应提供所需要的压力、流量。离心泵的种类繁多，根据输送 介质性质的不同可分为酸泵，碱泵，清水泵，泥浆泵等。而且，输送介质的工作温度和工作 压力又可不同。因此，在国内的需求量是非常大的，但每年发电量的20%-25舟都消耗在泵类产 品上，而离心泵需求量占泵类产品50%左右，为我国经济建设中必不可少的机械设备，因此针 对离心泵开展的节能工作是非常重要和刻不容缓的。目前，针对离心泵的节能调行方法主要有两大类，一是改变管路的特性曲线，主要措施 有：入口节流、出口节流以及旁路回流。其中，以出口节流和旁路回流应用为主。二是改变 机泵的特性曲线，其主

21、要措施有：切削叶轮、多级泵减少级数以及改变泵的转速等等。切削 叶轮可行，但叶轮切削后不能恢复，其使用范围有限，多机泵减少级数只能是整数拆除，只 使用于工况相对稳定的情况。最好的方法还是改变泵的转速，实现泵机的无级调速。本文结合离心泵实际运行情况， 在分析离心泵调速节能理论的基础上，对泵调速廿能进行了理论数据分析，总结了离心泵调 速前后的功率变化关系式，以及与之相关的其他影响因素：变频电机和管道的特性等，结合 实际范例对离心泵的变频调速功能和应用前景进行了相关讨论。关键词1离心泵变频调速数据分析节能Abstract With Chinas rapid economic development a

22、nd global energy decreasing, energy conservation has become the focus of attention. Pump products belong to fluid machinery, widely used in petrochemicaLchemical industry; coal conveying different kinds of liquid, provides chemical reactions need pressure, flow rate. Tlie centrifugal pump are variou

23、s and based on the transmission medium properties can be divided into acid, alkali pumps, pump clear water pumps, mud pump etc. Moreover transport medium temperature and pressure can be different. Therefore, in the domestic demand is very big, but 20%- 25% of electricity annually are spent pumps pro

24、ducts, and centrifugal pump demand around 50% of pump products for Chinas economic construction, the indispensable mechanical equipment. So in the energy conservation work in a centrifugal pump is very important and urgent.At present, the energy saving for centrifugal pump adjustment methods basical

25、ly has two kinds, one is the change of pipeline characteristic curve, the main measures are： entrance throttling, export throttling and bypass backflow. Among them, to export throttling and bypass backflow application primarily. The another one is to change the performance curves of pump, its main m

26、easures are:cutting impeller, multistage pumps, reduce the speed and change pump series, etc. Cutting impeller feasible, but cannot resume, after impeller cutting its usage scope is limited, many pump reduce series is only integer, use only to dismantle relatively stable situation.The best way is to

27、 change the speed, and realize the pump of pump stepless speed regulation. Based on the actual operation, centrifugal pump centrifugal pump control energy-saving in analysis based on the theory of the pump control energy-saving, theoretical data analysis, summarizes the centrifugal pump speed and po

28、wer changes relationship, and related other influencing factors:frequency conversion motor characteristics of pipeline and the practical example, the frequency conversion of centrifugal pump function and application prospects are related discussion.Keywords Centrifugal pump； variable frequency speed

29、 control： Data analysis： energy-saving1 .前言1.1 离心泵变频调速技术的现状1.1.1 引言从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞离心泵逐渐被高速的离心离心 泵和回转离心泵所代替。但是在高压小流量领域往复离心泵仍占有主要地位。直到在世纪末, 英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等学者的理论研究和实践的基础上发明的高速电动机使离 心离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥，离心泵的效率也得到了大幅度 地提高。而随着离心泵的不断发展，跟离心泵相关动力电机也有了很大的发展。目前，比较主流 的就是离心泵电机的变频调速技术。这是一种通过改变电源

30、频率来调整电动机转速的连续平 滑调速方法，主要应用于同步电动机和鼠笼型异步电动机。应用这种变频调速技术的离心泵 能平滑地调汽电动机同步转换，实现泵转速的无级调速，而且这种电动机的启动能耗小，能 避免对电网的电流冲击，减少能量的损耗，间接达到了节能的目的。变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式。目前，变频器调速控制系统广泛应用于 冶金、机械、矿山、石油、化工、水泥、纺织、造纸、印染、铁路、船舶等行业。相信经过 技术革新它的性能范围和使用领域也变得更加广阔，在国家的可持续发展和环保节.能方面贡 献其特有的一份力量。1.1.2 调速的定义和分类目前，电机调速在定义上就是通过一定的方法来实现改变电机

31、转速的目的的一类方法。 其中，三相异步电动机的转速公式为：n=60f(l-s)/p从上式可见，改变供电频率f、电动机 的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非就是改变了交流电动机的同步转速或者不改变 同步转速两种方式。不过，生产机械中常常使用不改变同步转速的调速方法来进行调速，具 体有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力 偶合器、油膜离合器等调速。如果改变同步转速的话，那就有改变定子极对数的多速电动机, 改变定子电压、频率的变频调速的有能无换向电动机调速等多种方法。从调速的能耗观点来说，一共具有高效调速方法与低效调

32、速方法两种方法：高效调速指 时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方 法(如串级调速等)。有转差损耗的调速方法属低效调速，如：转子串电阻调速方法，能量在 转子回路中里损耗；电磁离合器的调速方法，能量在离合器线圈内损耗；液力偶合器调速， 能量在液力偶合器的油中也有损耗。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范 围不大，能量损耗一般是很小的。1.1.3 变频调速关键技术发展油泵是油库生产运行中重要设施，也是油库内主要的能耗设备。在调节流速的过程中， 由于油泵的特性和管路特性的不匹配，在实际运行中需要根据运行工况控制输油泵出口阀门 的开度来调节流量，以

33、满足生产工艺的需要。这种流量调节方式容易在油泵出口阀门前后产 生比较大的泵管压差，使得大量的能量消耗在泵出口阀前后，造成能源能量的浪费。因此在 输油泵机组上推广变频调速系统是很有必要的。因为变频调速系统能够实现通过改变输油泵 的转速来进行不同的工况调节，从而消除由于泵管压差而产生的节流能量损失，改善了输油 工艺，也就降低了输油单耗，降低了油库输油电能成本。变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的一种调速方法。变频调 速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流一直流一交流变频器和交流一 交流变频器两大类，目前国内大都使用前一种：交流一直流一交流变频器。其具有优点：效

34、率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范闱大，特性 硬，精度高；缺点：技术复杂，造价高，维护检修困难。目前，电压为6KV的高压变频调速系统正处于技术发展的关键阶段，其基本原理为通过 “交流一直流一交流”的逆变过程，改变电机定子的电压频率来达到改变电机的转速这一目 的的。高压电机调速的方式从技术实现途径上又可分为“高一低一高”、“高一高”、“IGBT直 接串联”等几种方式。其中“高一低一高”方案中需要多一级升压变压器，设备结构庞大， 系统效率相对较低，属于落后淘汰技术。“高一高”方式直接采用6KV电压输入，6KV输出 无须升压变乐器，系统效率相对较高，目前采用该形式

35、的变频调速系统应用比较多。“IGBT 直接串联”型变频器采用1700V高压IGBT原件，具有元件数量少，占地空间小等优点，但 是由于IGBT元件直接串联，从技术性能上来说现有技术尚不成熟，如果应用的话具有一定的 风险性。1.2 变频调速未来发展方向1.3 1低电磁噪音静音化新型通用变频器通过输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路APFC,在逆变电路中 采用soft-PWM控制技术，以改善输入电流波形、降低电网谐波，在抗干扰和抑制谐波方而符 合EMC国际标准，实现清洁电源的变换和更低噪音运行。L2.2系统化、网络化作为发展趋势，通用变频器从单机的数字式、模拟式、智能化、多功能化向集成化和系 统

36、化发展，使变频器、伺服装置、控制及通讯装置等集成配置，目的是为用户提供最佳的系 统功能。而且新型通用变颇器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装 RS485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能数码等，通过选件可与现 场总线通讯。L2.3增强变频器的功率器件变频技术是建立在电力电子技术基础之上的，应用最多的功率器件有GTO、GTR, TGBT 及智能模块IPM (Inteligent Power Modulr),后面两种集GTR的饱和和电压特性和MOSFET 的高频特性于一体，是目前通用变颇器中最广泛使用的主流功率器件。由于IPM包含IGBT 芯片及外围驱动和保

37、护电路，因此是变颇器的一个发展趋向。L2.4开发清洁电能的变流器所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为1,网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量， 以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动对中小容量变流器，提高开关频率的PWM控制是有 效的。对大容量变流器在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的 变换。1.2.5参数自调整用户只要设定数据组编码，而不用去逐个逐个设置参数，通用变频器会将运行参数自动调整到最佳状态。（目前矢量型变频器可对电机参数进行自调整）1.4 本文的研究意义和主要任务1.31 本文的研究意义响应国家节能减排的号召，通过对现在正在运行的离心泵机组进行原理与数据分析，

38、了 解其采用了变频调速技术后能够产生多大的效益，使得大多数使用离心泵的油泵站通过本次 研究的结果能够明白，如果离心泵采用变频调速技术能够产生的实际的经济效益和带来的环 保节能意义，同时也展望了未来全局变频调速技术的改革以及努力的方向。1.32 本文的主要任务通过对某油库泵房的离心泵机组工况数据的采集和分析，根据现有知识、方法和资料对 油泵站输油离心泵的变频调速技术的实际运行情况和运行后能够产生的节 .能效果进行一定的 研究分析，了解油库离心泵的具体使用情况，使得油库管理者对于输油泵的成本管理运行进 行控制提供了一定的参考依据。L4课题的提出目前，国内交流变频调速技术产业状况表现如下：（1）变频

39、器整机技术相对落后，在国内，虽然有很多单位投入了相当力度的人力、物力, 但由于研究力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模。（2）关于变频器产品所需要的半导体功率器件的生产制造业几乎还是空白。（3）变频器的相关配套产业和行业落后。（4）变频器产量、销量相对较少，产品质量可靠性和工艺水平普遍不高。对于变频器和变频技术知识的了解和分析，知道了在我国大多数输油泵组的具体调速的 现有方法以及未来努力的方向。但是，由于在我国还没有较大范围的推广一些高端精细的变 频器，所以在这里，本文就较原来油库输油泵的调速方式和新型的调速方式进行相对的横向 比较，从而得出到底在什么地方能够较原来的调速方式有着更大的优势

40、。2 .对于变频技术中变频器的理解2.1 变频器的概念变频器是一种应用变频技术与微电子技术的电力传动元件，其主要通过改变泵电机的工 作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的。2.2 变频器的组成及工作原理2.2.1 变频器的基本构成变频器的发展历程已有数十年的历史了，在变频器的发展过程中曾出现过许多不同类型 的变频器。发展到至今为止，市场上主流的变频器主要由四部分组成：整流单元、高容量电 容、逆变器和控制器。交迸电控制电路图1变频器结构图2.2.2 变频器工作原理变频器的内部电路大体可分为主电路和控制电路两部分。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上又可 分

41、为两类：一是电压型，将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。二 是电流型，将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成, 将工频电源变换为直流功率的“整流电路”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的”直流 中间电路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变电路工一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部电 源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。整流电路按其控制方式可以 是直流电压源也可以是直流电流源。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得 到质量较高的直流电源。当整流

42、电路是电压源时直流中间电路的主要元器件是大容量的电解 电容，而当整流电路是电流源时直流中间电路则主要由大容量电感组成。此外，由于电动机 制动的需要，在直流中间电路中有时还包括制动电阻以及其他辅助电路。逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将直流中间 电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路的输出就是变频器 的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。控制电路是给主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电 压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动 电路”，以及逆变器和电动机的“

43、保护电路”组成。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算, 决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。（4）速度检测电路：以装在异步电动机轴机上的速度检测器的信号为速度信号，送入运 算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止 逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。2.3 变频器的作用变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，

44、得到广泛应用。变频器的作用是 去改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变工作运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转 速的目的的。变频器的出现，使得复杂的调速控制变得简单化，变频器和交流鼠笼式感应电 动机的组合方式替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了设备体积，降低了设 备维修率，使得传动技术发展到了一个新的阶段。变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。所以努力在我国的泵类电 机上增设变频器是多么迫切的一件事啊。2.4 变频器的分类2.4.1 按变换的环节分类（1）交流-直流-交流变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成 频率电压可调的交流，又称间接式变

45、频器，是目前广泛应用的通用型变频器。（2）交流-交流变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器。2.4.2 按直流电源性质分类（1）电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓 冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于 负载电压变化较大的场合。（2）电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电 流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流 型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载

46、电流变化较大 的场合。2.4.3 按主电路工作方法可分为电压型变频器、电流型变频器。2.4.4 按照工作原理分类可以分为v/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等。2.4.5 按照开关方式分类可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器。2.4.6 按照用途分类可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。2.4.7 按工作原理分可以分为U/f控制变频器（VVVF控制）、SF控制变频器（转差频率控制）、VC控制变 频器（Vectory Control矢量控制）。248按国际区域分类可以分为国产变频器：欧美变频器、日本变频器、韩国变

47、频器、台湾变频器、香港变频 器249按电压等级分类可以分为高压变频器、中压变频器、低压变频器。3 .实际泵机工作情况离心泵在石油化工企业中应用十分广泛，是生产、运输环节的重要设备之一，据有关资 料报道，目前石油企业的许多机泵的运行很不经济，不但泵与电机的实际运行效率低，而且 泵的剩余扬程也高，平均能量利用率仅为30%左右，低的甚至不足10%。鉴于以上情况，目 前石油化工企业广泛采用变频调速节能技术。3.1 离心泵实际运行情况离心泵在应用中，对流量进行调节.的原因首先是设计选型，因设计流量和扬程是千变万化 的，但泵只能按系列生产，其提供的流量扬程是间断的，势必造成所选泵型与实际操作不完 全匹配，

48、需要进行相应的调节：其次，受原料供应及产品销售等市场因素的影响，可能使机 泵不能在满负荷下运行，也要进行节流调节：第三，受操作工况的影响，如成品油汽车装车, 可能同时装四、五辆，也可能只装一辆，这种情况也需进行相应的调节。目前，常用的调门方法有两大类，即改变管路的特性曲线和改变泵的特性曲线。改变管路 特性曲线的措施有：入口节流、出口节.流和旁路回流。其中，以出口节流和旁路回流应用较 多，由于泵的汽蚀问题而很少用入口节流。改变机泵特性曲线的措施有：切削叶轮、多级泵 减少级数、改变泵的转速等。切削叶轮可行，但叶轮切削后不能恢复，其使用范围有限，多 机泵减少级数只能是整数拆除，只使用于工况相对稳定的

49、情况。最好的方法是改变泵的转速。 3.2调速节能原理调速节.能的原理在于提高机泵组的能量利用率，使能量的需求与供应相匹配，减少泵机工 作时的能量损失。能量利用率是对泵机组能耗评价的重要标志，它与管道设计、机泵选型、 泵和电机的运行效率有密切关系。具体可以用式（1）来表示：th = Hx / Hh x n x n f x 100%或2=（1 一n x n f x 100% （1）式中 中一一能量利用率，%；a,泵的运行效率；n,电机的运行效率：”,需要的泵扬程，m；Hb泵出口实际扬程，m：H泵的剩余扬程，m： H=厂m从式（1）中可知，要提高能量利用率，就应该提高泵和电机的运行效率，减小泵的剩余

50、扬 程。当泵的制造技术达到一定水平时，其效率很难继续提高。目前国产高效离心泵的效率为 65%75%,还有一定的潜力，进口优质泵的效率为70%80%.电动机的效率比较高，一般在 90%以上。当泵和电机已确定时，系统的能量利用率主要与泵的剩余扬程有关，其次是泵的运 行状态（跟运行时是否在高效区有关）。变频调速就是从这两个方面来提高能量利用率的，从而 达到节能目的。理论上通过适当调节，可使剩余扬程为零，并使泵在高效区工作。对剩余扬 程较高的系统，其节能效果是相当可观的。由图2可知，当系统在M点（通常称为泵和管道系统的工作点）工作时，和相等 H=O,没有扬程损失，能量利用率较高。当操作流量减少时，4H

51、增大，扬程损失消耗在出口 节流上，节流阀调节时，往往使泵偏离了高效区，造成泵的效率降低。如果采用变频调速技术，则可调门泵的转速，使泵的特性曲线下移(见图2)o管道系统新 的工作点为P点，泵的出口扬程与管路总压降相等，没有剩余扬程，不存在节流损失，因而 能量利用率较高。根据相似原理，调速后泵的效率近似相等，可保证泵在高效区工作，即泵3.3 调速节能的数学分析3.3.1 比例定律由于离心泵在某一恒定的转速下，只能有一组H Q、N - Q和n Q性能曲线。改 变泵的转速，可以得到不同的性能曲线，在不同转速下，泵相似工况点的性能参数的变化规 律可以用比例定律来确定。当泵转速由变为明时，若输送的介质不变

52、，根据相似定律，在不同转速下相似工况 点的对应参数与转速之间有如下关系：QJQ2=n1 /n2(2)HJHlO”。(3)NJM =(J%)3(4)以上公式为比例定律的表达式，根据比例定律，可得到同一台泵(输送介质不变的情况下) 在不同转速下的性能曲线(见图3)。3.3.2 相似抛物线离心泵在连续改变转速时，相似工况点移动的轨迹曲线，就是相似抛物线。由图3可见，如泵在转速时性能曲线上有一工况点A，当转速变为 2, 3 时，与A点相似的各工况点为A,、儿o根据比例定律有：Q| /。2 叫 /4口/”2=(/2)2故 HJQ； = HJQ； = H /Q2=K (常数)即 =K。2(5)式中 H扬程

53、，in：Q流量，”? ?；n转速，r/ min：K随工况不同的常数。由上而离心泵转速改变前后的关系式可知，如果离心泵转速有微小的降低，则离心泵所 需的输入功率也会大幅度地降低，也就产生明显的冲能效果，当离心泵转速降低在额定转速 20%以内时，离心泵的特性曲线的形状与原来相似，如图2所示，当离心泵转速由n降为nl 时，其特性曲线为与原曲线平行的一条曲线，原管路特性曲线与H-Q 50)相交于M点，M 点即为原工况点。使用变频调速之后，离心泵转速为nl时，其特性曲线为调速后泵特性曲线，由于此时泵 出口阀被全开，管路特性曲线就变为较为平坦的管道特性曲线，此时管道特性曲线与Hl-Ql(nl) 交于P点，

54、即为新的工况点，此时Q=Qp，即保持离心泵排量不变，但泵的扬程由Hb减少为 Hx,因此在保证满足输油量的情况下，通过削减离心泵杨程节约的能量为HbHxPM的面积。 这就是离心输油泵变频节能的原理。333调速后泵的速度和轴功率若实际输量为。，泵提供的扬程为,泵的速度及轴功率的计算步骤如下：求与P点相似的轨迹方程根据相似抛物线” =K。2,得Kp =Hp /Qp?,于是H = KpQt在所用泵中做出轨 迹方程，与泵在额定转速4下的性能曲线交于M点，于是可得M点对应的各参数(Qm，/, n w)(见图4八(2)计算调速后的转速根据比例定律/0，调速后的转速为% =(0A)/。.(6)(3)计算轴功率

55、泵的轴功率为：N=PgQH/1000n (7)式中N轴功率，kW；H扬程，m：Q流量，nr / s ；P介质密度，依/g重力加速度， s2：n一一泵效率。故调速后泵的轴功率为：叫=Pg QpHp/000 n p (8)若不调速而用出口阀调节节流，则当流量为0,时，泵的功率为：N = pg QpH/1000 n (9)敌AN = NNp = pg Qp / 1000X(H/n Hr/n p)根据相似定律，相似工况点的效率大致相等，因P点与M点为相似点，故。0= 4小，n可在图(4)中查到，于是: N = pg 0, /iooox(H/n p/n,) (io)图4性能曲线图3.4 调速节能的应用3

56、.4.1 技术经济分析调速的方法很多，但目前对离心泵而言，用得最多且最成功的是变频调速技术。变频调 速需要增加投资，因此必须先进行技术经济比较，做到不仅技术先进，而且经济合理。设变频调速系统的投资为P元，使用时间为x,每年在调速状态下运行时间为t,电力单 价为i元/度，投资回收期为m,经济上可行的条件为：NXtXiP(11)P/ANXtXi=m(12)m越小，投资回收期越短，变频调速的经济效益就越好。3.4.2 技术措施：变频调速系统应用输油泵机组固然可产生较好的行能效益，但由于输油系统属于油库生 产中的一个重要枢纽环节，长时间的连续运转，除了对设备本身要求有很高的可靠性要求之 外，在技术方案

57、上必须与现场的工艺相结合，充分考虑到现场操作，启动、停机，以及调节 等诸方面的安全性，适用性和方便性。本系统在应用中采用了以技术措施：1 .调速系统具备工频、变频手动切换功能。一旦变频系统出现种故障，可以手动切换到工 频档，将变频系统隔开，在变频系统维修期间可保障输油泵的运行，满足油库生产的需要。2 .系统的运转频率的调节采用开环手动调行方式。考虑到输油系统要求安全平稳运行的特 点，系统不宜采用闭环调节控制。因为受整个输油系统管网波动的影响，如采用闭环控制， 很容易造成系统的自动停机，或引起整个输油系统的扰动，给输油生产的调度指挥带来不利 的影响，但是采用开环人为控制，通过一定运行时间的技术摸索，在不同工况下，人为地设 定和调整变频系统的参数，就可以减少部分初期投资，又可保障输油系统的安全平稳运行。3 .现场设置、启动、停止以及紧急停机按钮，控制室内设置上位机对运行参数进行时时显 示，大大方便了现场操作人员的操作和对设备运行状太的监视。4 .优化系统的保护参