变频调速高压柱塞泵冲洗系统的设计

周作志

摘要：本文利用了系统分析方法，针对变频调速高压柱塞泵冲洗系统建立了专业的计算模型，指出了高压泵、变频电机以及变频器的选型问题，明确了高压泵柱塞泵压力与流量、变频电机转速以及变频器频率等之间的关系，为此后变频调速高压柱塞泵冲洗系统的设计与选型工作提供了更多的借鉴依据。

关键词：变频调速；高压柱塞泵；冲洗系统；设计

刚性泥渣冲洗与柔性泥渣冲洗为电厂蒸汽发生器管板水力冲洗技术的组成类别，当冲洗系统使用普通电机时，为了满足实际的工作情况，应采用两种方法，一是配备两台不同功率的高压泵系统，为两种工作模式提供流量与压力；二是选择较大功率的高压泵系统，并调节出口回流阀，确保回流部分高压水，达到既定的压力与流量。使用第一种方法会增大投资费用，第二种方法则会重新使大部分高压水经过回流阀流到水箱，不但会造成严重的浪费，还会加重回流阀的磨损。而采用变频电机调速高压泵冲洗系统则可以杜绝上述问题，不但可以满足多种运行模式，且还可以在实现自动控制的基础上节约能源。

1 柱塞泵的工作原理及特点

柱塞泵又被称为往复泵，通过柱塞的往复运动，系统可以静压模式将机械能直接传递至液体，减小了泵体内的水力损失。此系统具备较高的注水压力与泵效，在当前生产中得到了广泛应用。但需要注意的是，在一定的往复次数与转速条件下，柱塞泵的流量不会根据压力的改变而发生变化，但注水系统实际注入量会根据不同因素发生改变，从而导致泵内的流量高于实际注水量，以致管网压力过高。从而极易引起下列问题，一是导致爆管事故问题，不利于系统的安全稳定运行；二是管网压力较高导致水泵作出更多的无用功，降低了泵效；三是泵流量高于实际用水量，此时应将更多的节流调控措施用于注水管网，提高管网的实际运行效率。

其中QH为柱塞泵特性曲线，随着压力的改变其流量不会发生改变，另一条为主水管的特性曲线，代表了注水量与压力之间的变化关系。图中所示，系统工作点为B点，一定转速下，柱塞泵流量将保持在Q点不变，此时柱塞泵会出现多余流量，管网压力随之增高，管网运行安全度较低。为了避免供需矛盾，以往需要在泵出口处设置回流管线，但这样会导致部分水的无效循环，且无效循环水量越大，水泵会做更多的无用功。为了提升水泵的工作效率，应确保供需平衡，采取有效措施调整水泵的运行情况，减少系统回流量，确保水泵在高效率模式下运行。除此之外，为了增强变频调速技术的节能效果，不能仅采用泵出口打回流的方法解决供需问题，应根据水泵的实际运行情况增加冲洗系统，调整水泵的工作流量。

2 高压柱塞泵冲洗系统理论计算模型

高压柱塞泵、变频器、变频电机、溢流调节阀、PLC控制器、喷咀以及连接管道均属于高频调速高压柱塞泵冲洗系统的重要组成部分。

工作模式下，在控制台触摸面板上输入工作压力值，延时关闭现场的电磁阀，并利用PLC控制器调节变频器，调节泵出口流量。除此之外，在设计冲洗系统时应做好各部件的选型工作，并根据内在关系设定具体的高压泵压力、流量、高压泵减速比、变频器频率以及喷咀出口面积等。

首先，应做好流量的测量工作，在冲洗系统中，流量与压力需要测量得知。但测量流量较为困难，管路中需要较长的安装位置，且系统振动会影响具体的测量结果。因此应利用变频器的频率换算测量流量，简化冲洗系统，为了确保测量的准确性，应引入校正系数，减小误差。其次应根据系统的流量要求计算变频器的调频范围，并确定最终的型号。最后应确定变频器的精确度，当调频精度为0.5级时，每调频一次，其流量每分钟将会增加1.12L，一般冲洗系统变频器的精度应控制在0.5级。

3 高压柱塞泵、变频电机与变频器功率匹配

变频电机功率通过P=MΩ计算，其中M为电磁转矩，Ω为角速度。变频电机在功率较小时，其转矩恒定，随着角速度的增加，电机运行功率也会不断变大，变频电机在功率较大时，转矩也保持恒定状态，且随着角速度增加，电磁转矩逐渐减小。在选择变频电机类型时，应确保其自身功率稍大于高压柱塞泵的功率。

当流量为每分钟140L，压力为20MPa时，高压泵功率计算为50.33kW；当流量为每分钟80L，压力为35MPa时，高压泵功率也为50.33kW。且计算当流量为每分钟140L时，电机转速为1884r/min；当流量为每分钟80L时，电机转速为1077r/min。根据计算结果，应选择功率为75kW的变频电机。虽然高压泵功率应稍微低于变频电机功率，但并非越低越好，根据电机的运行特性，当电机负载较小时，其效率较低，当电机处于过载模式时又会烧坏电机。因此应选择电机负载率为电机功率的075至0.92倍，越靠近电机功率的运行曲线，其效率越高。为了更为接近变频电机的功率曲线，应适当将变频电机的工作压力调整至24MPa。同时，计算变频器的容量，且变频器功率与变频电机功率相同或稍大一个等级，但变频器额定电流应符合要求，应等于或大于变频电机的额定电流。

4 结语

设计变频调速高压泵柱塞冲洗系统时需要结合电气、机械以及控制等多方面的专业知识，以往设计与选型过程中只注重专业分开，以致系统设计流程比较复杂，各部件之间并不匹配。而变频调速高压柱塞泵冲洗系统计算模型中可以由量化角度完成设计选型，真正实现节能高效。

參考文献：

[1]邢希东，程荣新.高压柱塞泵在线水冲洗技术在脱硝空预器上的应用[J].电站辅机，2015（01）.

[2]李必成，戴兵，王先元.PLC在核电站蒸汽发生器冲洗系统中的应用[J].现代电力，2004（02）.