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節(jié)能節(jié)電
中科宇杰：水泵的變頻節(jié)能改造方案
節(jié)能降耗已經(jīng)成中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃綱要的主要內(nèi)容，尤其對(duì)電力、鋼鐵、有色、石油化工、水處理等工業(yè)領(lǐng)域高耗能企業(yè)提出了更加嚴(yán)格的減排目標(biāo)。水泵作為工業(yè)核心流體輸送紐帶，耗電量約占企業(yè)全部電耗的65%左右，尤其水泵類負(fù)荷的效率比較低。企業(yè)必須通過降低成本來提高經(jīng)濟(jì)效益。才能增強(qiáng)競(jìng)爭力，在降低生產(chǎn)成本中，節(jié)約用電是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)環(huán)節(jié)。
一、情況概述
企業(yè)中的供水系統(tǒng)是根據(jù)用水量的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，是采用調(diào)整泵出門閥門來調(diào)節(jié)流量，需要專人值守，在不同的情況下，開關(guān)閥門。勞動(dòng)強(qiáng)度較大，同時(shí)，由于閥門的強(qiáng)制節(jié)流使泵形成旋渦沖擊，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲，對(duì)泵的使用壽命、維護(hù)修理都加大了不利的損耗。再就是由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本恒定，這種調(diào)節(jié)方式形成的供水壓力較高，造成嚴(yán)重的節(jié)流功率損失，泵的效率降低，造成電力的浪費(fèi)。
二、水泵變頻節(jié)能改造的調(diào)速性能
水泵在改變轉(zhuǎn)速時(shí)，其內(nèi)部幾何尺寸沒有改變，所以，據(jù)水泵的相似原理可知：當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，得出：同一臺(tái)泵當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，水泵的主要性能參數(shù)將接上述比例定律而變化，并且，在變化過程中可保持效率基本不變，若水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速可調(diào)，我們就可以改變某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速以適應(yīng)當(dāng)時(shí)需水量的變化，這樣就可以避免水泵機(jī)組在低效率區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)造成的電動(dòng)機(jī)過載，另一方面，也可以避免供水壓力偏高所造成的浪費(fèi)。同時(shí)，水泵隨著轉(zhuǎn)速的變慢而使軸功率大為減少，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少，這就是調(diào)速水泵在供水系統(tǒng)中所起的節(jié)能作用。
三、水泵變頻節(jié)能改造減速的機(jī)泵原理
根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系，n=60f(1-s)/p,從公式中得出：均勻改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)減少，電動(dòng)機(jī)輸入功率也隨之減少，這就是水泵調(diào)速的節(jié)能作用。
交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速物性為一條稍向下傾斜的曲線，如圖A所示，調(diào)速時(shí)的特性仍為稍向下傾斜曲線，是在不同頻率時(shí)相互平等的一組曲線，如圖B所示：
從圖A、圖B中可以看出，變頻器的調(diào)速特性基本保持了電動(dòng)機(jī)固有的轉(zhuǎn)速特性，它是一組不同頻率時(shí)相互平行的特性曲線。
變頻調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)差損失小，效率可高達(dá)90~95%以上。
②實(shí)現(xiàn)平滑地?zé)o級(jí)調(diào)速，精度高，調(diào)速范圍寬(0~100%)，頻率變化范圍大(0~50Hz)。
③起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大(可達(dá)額定值的1.1倍)，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)減輕啟動(dòng)電流的沖擊。
④提高電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。
⑤變頻器可采用高速度的16位CPU與專用的大規(guī)模集成電路配合，用軟件實(shí)現(xiàn)V/5自動(dòng)調(diào)整，具有與計(jì)算機(jī)可編程控制器聯(lián)機(jī)控制的功能，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。
⑥安裝容易，調(diào)試方便，操作簡單。
⑦不僅適用于水泵，風(fēng)機(jī)類負(fù)荷的節(jié)能調(diào)速，而且也適用于舊設(shè)備的改造，對(duì)改善工藝條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量都有其明顯效果。
四、水泵變頻節(jié)能改造案例分析
上述案例中，電機(jī)功率為Y200M-245KW，安裝變頻器一臺(tái)，運(yùn)行三個(gè)月，節(jié)電效果明顯。
生活水泵變頻減速節(jié)能測(cè)試數(shù)據(jù)如表A、表B所示：
表A安裝變頻器前的測(cè)試數(shù)據(jù)(f=50Hz)
表B安裝變頻器后的測(cè)試數(shù)據(jù)(P=4kgf/cm2=39.2N/CM2,f=0~50Hz)
供水的高峰與低谷是隨作息時(shí)間及生活習(xí)慣不同的變化的，為樓房高房及遠(yuǎn)距離居住的職工正常用水，我們采用了恒壓供水方式，即保持管網(wǎng)壓力為4KGF/CM2(39.2N/CM2)。電動(dòng)機(jī)頻率隨壓力變化，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。
從表A與表B所示，以10天運(yùn)行記錄分析：
安裝變頻器前：供水量12785T，耗電7132KWH，平均單耗0.558KWH/T，平均時(shí)耗39.187KW/H。
安裝變頻器后：供水量：12819T;耗電5412KWH，平均單耗0.422KW/T，平均時(shí)耗29.254KWH。
前后相比，10天供水量幾乎相等，而耗電減少1720KWH，平均單耗降低0.136KWH，節(jié)電率24.37%，平均時(shí)耗降低9.942KW/H，節(jié)電率25.37%，平均節(jié)電率達(dá)24.87%，節(jié)電效果顯著。
投資回報(bào)期短：按平均每天運(yùn)行時(shí)間為18小時(shí)計(jì)
年運(yùn)行時(shí)間=18×365=6570小時(shí)
年節(jié)電量=(投入前平均時(shí)耗-投入后平均時(shí)耗)×年運(yùn)行時(shí)間=(39.187-29.254)×6570=65319(KWH)
按電費(fèi)單價(jià)1元=年節(jié)電折合人民幣
年節(jié)電費(fèi)=電費(fèi)單價(jià)×年節(jié)電量=1×65319=65319元
投資回報(bào)期=60000÷65319=0.92年×12個(gè)月=11個(gè)月
即期投資回報(bào)期不到1年，水泵變頻節(jié)能改造與其他節(jié)能技術(shù)相比投資回報(bào)期限明顯縮短。
部分內(nèi)容來源：中國節(jié)能設(shè)備網(wǎng)
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