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变频供水节能改造分析

供水控制,归根结底,是为了满足用户对流量的需求。所以,流量是供水系统的基本控制对象,但流量的检测比较困难,费用也较高。考虑到在动态供水情况下,供水管道中水的压力P的大小与供水能力和用水需求之间的平衡情况有关:当供水能力大于用水量时,管道压力上升;当供水能力小于用水量时,则管道压力下降;当供水能力等于用水量时,则管道压力保持不变。可见,供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在供水压力的变化上。从而压力就成了用来作为控制流量大小的参变量,也就是说,保持供水系统中某处压力的恒定,也就保证了使供水能力和用水需求处于平衡状态,恰到好处地满足了用户的用水要求,这就是恒压供水所要达到的目的。

1.节电原理

       水泵站的装机是按城市最不利条件下、最大时流量和所需相应扬程决定的。而实际上每天内只有很短时间能达到最大时流量,大多数时间里,水泵站都处在小流量下工作,因此,平时大部分的时间内机泵都处于低负荷运行。为了适应流量的变化,许多泵站在运行中采取关小出口闸门的办法来控制流量,当用水量减小时,如果水泵正常运转,则系统压力将增高,为了使水泵工作效率仍保持在高效区,采用关小出水闸阀角度来调流,从而造成出口闸门前后的压力差值(少则多米多则几 十米 )就白白地浪费于闸门阻力上,但采用此方法,系统从电网所耗能量并没有减少,电机之输出功率基本没有改变。尽管阀门调整达到了工况要求,只是能量的有效应用的比例少了,而损耗增加了, 即阀门对水压可产生1020%的水压降,也即在此上要多消耗10--20%的能量。采用变速调节,阀门全开状态,无水压损耗,根据工况的要求自动调节电机之速度,使之与负荷相适应,使水泵适应流量和扬程变化的要求,即在管道特性曲线基本不变时,采用改变转速来改变泵的QH特性曲线。使它的工作点保持在高效段,达到输入功率减少的目的。

2.节能估算

       采用恒压调速,第一是提高水泵效率,第二是减少了用阀门节流引起的压力损失,具有双重节能效果。根据电机水泵水压与流量的运行特性可知(在理想状况下)A.流量Q与电机转速成正比。B.压头(扬程)与电机转速的平方成正比。C、电机所耗功率与电机转速3次成正比。按照这种比例关系,经粗略计算可以发现,假定要求流量降低20%,如果采用调速方法电动机转述下降20%,此时电动机所需功率下降到原来数值的512%,与调节阀门的方法比较可节约电能48%左右,节能效果非常明显。当然,这种理论上的估算只能作为一个参考,在水泵的实际工作运行中,由于各种因素的影响,是达不到这样的节能效果的,据统计分析,采用恒压调速系统,其节能效果参照可如下表格:

流量

80%A

70%A

60%A

50%A

40%A

30%

节能效果%

12.6

18.9

23.2

28.4

31

35.2

由此可见,对运行中的水泵而言,流量越小,则恒压调速节能效果越大,如果水泵大部分时间都是工作于高流量区,则节能效果不太明显。

电机轴功率P与水泵流量Q及扬程H之间有如下近似关系

(假设效率为1):

  P (kW)=Q H102

  式中:P = 轴功率(kW)

       Q = 流量(m³/h)

       H = 扬程(m)

       由此式可见,水泵流量及扬程的变化均影响电机轴功率。因此,要得到更好的节能效果,采用分时的变流变压控制系统,根据高、低峰用水量的变化,分时段设置不同的压力,使水泵组合的扬程处处能与管道综合的系统阻力相适应,通过变速调节,始终保持管网未稍的压力稳定,当流量减少时,使水泵效率基本不变,仍在高效区域内,而水泵所需的轴功率却相应减小了,转速下降了,能耗也就降低了。而变频调速系统,相较其它调速系统而言,具有调速范围广,效率高,功率因数高的特点,自我们国家八十年代末推广风机水泵的调速节能改造以来,一直是风机水泵机组节能降耗的最佳选择。


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