水泵节能改造技术在我单位的应用与分析

陈正翰

摘 要：随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，工业设备电器化突飞猛进。但是电力能源的浪费却也相当惊人的。有关资料报导，我国水泵系统实际运行效率仅为设计的30%至40%，因为使用效率如此低，所以损耗的电能非常大，造成很大的浪费。这是由于许多拖动水泵的电机处于恒定转速的运行状态，而实际运行过程中水流量、扬程随时间、使用情况、负荷情况变化而变化，往往会出现大功率系统带动小水流量的供水系统，造成大量的能源浪费。因此，搞好水泵的节能工作，避免出现“大马拉小车”的情况，对国民经济的发展具有重要意义。 这种现象我单位也同样存在，为响应国家号召节能降耗，通过查阅资料根据本单位具体情况制定具体合理的节能方案成为我们的目标。

关键词：水泵节能；系统；浪费；调节

1 调节阀门节能的工作原理

根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，采用挡板调节流量的水泵输入电功率与对应流量的关系：

从这两个公式我们可以看到，对于“大马拉小车”通过调节阀门减小流量，使得电机负载变小了，消耗的功率也比额定功率要小，事实上实现节能。

但是用阀门控制流量来节能会相应增加管路的阻力，由于电机仍在额定转速下运行，这时能量消耗较大，如果通过变频调速就可以把阀门开到最大使管路的阻力降到最小从而进一步减低能量消耗。

2 水泵变频调速运行的节能原理

根据离心泵的特性曲线公式：N=RQH/102η

式中：N——水泵使用工况轴功率（kw）；Q——流量（m3/s）；H——扬程（m）；R——输出介质单位体积重量（kg/m3）；Η——泵效率（%）。

由公式得出b米扬程时泵的轴功率Nb和c米扬程时泵的轴功率Nc，两者之差为：

如果使用阀门控制流量就会造成有功功率被损耗浪费，且阀门关小流量下降时，此损耗没有因为流量下降而减小，反而增加了。而用转速控制时，由于流量与电机转速的成正比，即Q1/Q2=n1/n2；扬程与电机转速的平方成正比，即H1/H2=（n1/n2）2；轴功率与电机转速的3次方成正比，功率与电机转速下降，即P1/P2=（n1/n2）3。如果使用变频调速的方法，改变电机转速，那么在转运同样的工况下，原来消耗在阀门上功率就全避免，从而利用变频调节电机转速的方法取得良好的节能效果。

3 变频调速的基本原理

根据交流电动机工作原理中转速关系：

n=60f（1-S）/p

式中：f ——水泵电机的电源频率（Hz）；p——电机的极对数；S——转差率。

从公式可以看出：如果想改变电机转速，只能通过改变电机极对数P、改变转差率S、改变电源频率f来实现。而改变P不能实现平滑连续的转速变化，且很难实现所以不适用。改变转差率S获得的转速差很有限，也不适用。而通过均匀改变电动机的电源频率f，就可以平滑地改变电动机的同步转速。在需要电动机转速变慢时下调f，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。

4 水泵变频调速控制系统

系统由受控电机、变频调速器、电流互感器 、调节器四部分组成。变频系统的控制原理为：由电流互感器实时测量出泵用电机的运行电流，并转换成与之相对应的电信号（此信号约为4～20mA的电流信号）反馈给调节器与设定的控制指标进行比较得出偏差值。其比较结果由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号，将此调节信号送至变频调速器，变频器再根据些调节信号将输入为50Hz三相交流电变成输出为电压不高于380伏、频率低于400赫兹的交流电供给水泵电机，使水泵的运行适用于当前工况。

5 节能计算

以我单位一台NK125-400/343型离心泵为例，额定流量250m3/h，扬程35m；配备电动机额定功率37kW。根据运行要求，水泵每天10小时连续运行，全年运行时间在180天。扬程、功率都过大，属于典型的大马拉小车。

不安装变频器也不控阀门系统直接过载停运：

W0=37×10×180=66600kW·h

（以37kW作为其此状况下的运行功率运算）

控阀门W1=20.1×10×180=36180kW·h（20.1kW）

同工况下安装变频控制器不控阀门：

W2=18.5×10×180=33300kW·h（18.5kW）

实际变频启动运行过程中还可以减少大电流对设备的冲击，降低能耗，相应延长设备的使用寿命。

实时节约数W0-W1=30420kW·h

W0-W2=33300kW·h

每度电按0.875元计算，则每年控阀门可节约电费2.662万，变频控制可节约2.914万。变频设备投资37×1600=59200；在不采用控阀门情况下投资回收期2年。和控阀门相比较其节能量只耗10%左右。考虑到阀门与变频装置的成本，对我单位来说相对的节能价值并未得到充分体现，也许这只是个例。

6 结语

现在泵类设备采用变频调速实现节能运行受到普遍重视。政府机关更应该带头推广。我单位使用证明，变频器用于泵类设备驱动控制场合也确实能取得顯著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。在满足了正常使用要求的同时提高了设备效率，降低了能耗，直接和间接经济效益非常明显。需要说明的是事实上从节约的角度来看并不适用于每一个单位系统的改造。随着科技的发展，社会的进步相信会有更多更好的办法来促进和发展我国的节能事业，造福后代。

参考文献：

[1] 符锡理.变频调速泵供水原理及实践.变频器世界，1999：N010.

[2] 符锡理.多泵并联变频调速恒压变量供水水泵的配置与控制.给水排水技术与产品信息，2000：N03.