浅析水泵变频运行节能技术

浅析水泵变频运行节能技术

郑小龙

佛山水业三水供水有限公司广东佛山528100

摘要：水泵在我国工农业建设中发挥着重要作用，而水泵效率是衡量水泵工作效能高低的一项技术经济指标。在水产运行过程中使用水泵变频技术能够显著降低能耗，增加产品的质量和品质，在现实社会中有着广泛的应用价值。在水泵变频技术中，变频调速技术的应用比较广泛。本文主要介绍水泵节能调节主要方式及其变频调速原理，探讨了影响变频调速范围的因素，并结合水泵性能曲线方程，推导出水泵变频的能耗与节能率计算公式。

关键词：水泵；节能技术；变频调速；技术原理；影响因素；

引言

近年来，随着中国经济的快速发展，人们对水资源的需求量也不断地增加，能源供求矛盾日益突出，环境污染严重。水泵作为国民经济中应用最广泛普遍的通用机械，是各种流体装置中不可替代的设备，亦是主要的能耗来源。根据统计表明，我国约有20%的电能用于各类水泵的驱动，2012年全年用电量为50000亿kW•h。

目前我国未改造的水泵效率平均比国外先进水平低3%-5%,整个泵站系统的效率同比低20%左右。在此前提下，如何提高水泵的运转效率，是考虑变频水泵节能的首要工作，成为了当今势必考量的话题。

1水泵节能调节主要方式

在供水系统中，变频调速一般采用以下2种供水方式：变频恒压（变流量）供水和变频变压（交流量）供水。其中，前者应用得更广泛，而后者技术上更为合理。

1.1变频恒压（变流量）供水

所谓恒压供水方式，即针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过自控变频系统，无论流量如何变化，都使水泵运行扬程保持不变，等于设计扬程。若采用关阀调节，当流量由Q2→Q1时，则工况点由A1变为A2，浪费扬程△H=H1-H3=△H1+△H2。若采用变频恒压供水，则自动将转速调至n1，工况点处于B1点（见图1）。由于变频调速是无级变速，可以实现流量的连续调节，所以，恒压供水工况点始终处于直线H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口设置一个压力控制值便可以。显然，恒压供水节约了△H1，而没有考虑△H2。因此，它不是最经济的供水调节方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲线陡曲的情况下，△H2所占的比重更大，其局限性是可见的。

1.2变频变压（交流量）供水

变压供水方式控制原理和恒压供水一样，只不过压力设置不同。可变压供水根本上也是一种恒压，只是把水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定，它一般分为2种形式：

1.2.1由流量Q确定水泵扬程。流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器，控制器根据H=H0+S•Q2确定水泵扬程H，通过调速使H

沿设计管路特性曲线移动。但在生产实践中情况比较复杂，只能根据管网实际运行情况，通过尽可能接近实际的假设，测算出相近的管路特性曲线。由最不利点压力Hm确定水泵扬程。即需在管网最不利点设置压力远传设备，并向控制室传回信号，控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远，远传信号显得不太方便，且在市政供水系统中，由于管网的调整，用水状况的变化等随机因素的影响，都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差，使变压供水的实施变得困难。

2水泵变频调速节能原理

水泵的变频技术可根据系统整体的工艺要求，通过对压力、流量、温度等系统实际运行数据的监测，来优化电动机的电源输入频率，调整转速，控制输入功率，实现“所供即所需”。

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系:n＝60f（1－s）／p。在该公式中，f表示水泵电机运转过程的电流频率(Hz)；P表示电机里的极对数。由上式可知，均匀改变电动机定子绕组的电源频f就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，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。

3影响变频调速范围的因素

水泵调速一般是减速问题，当使用变频调速的方法时，按照原工频状态设计的泵与电机的运行参数变化会较大，水泵的调速范围亦将受管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素的影响。但若调速超过既定范围，就难以达到节能的目的。所以，变频调速是不能无限制调速的要结合实情来计算确定。一般情况下，变频调速不宜低于额定转速50％，最好处于75％～100％间。

3.1定速泵对调速范围的影响

在实际工程中，一般由多台水泵并联进行供水。此供水系统不仅成本高，而且几台并联水泵的运行速度也难以进行统一调节，因此需要采用调速泵和定速泵来进行混合供水。在该系统的运行过程中值得注意的一点是，要让调速泵和定速泵的运行处于高效工作段中。

3.2电机效率对调速范围的影响

在工况相似的情况下，一般有N∝n3，因此随着转速的下降，轴功率也急剧下降，但若电机输出功率太过偏移额定功率或者工作频率过于偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终会影响到整个水泵机组的效率。

4水泵的节能率计算

4.1水泵的性能曲线方程

5结束语

水泵电能消耗在国家用电总量中所占比重较大，其能耗偏高的原因是多种的。水泵节能改造的成功与否，关键在于透彻的现场调研。只有进行科学和实事求是的分析论证，大幅推广节能技术，寻求因地制宜的解决方案，且逐一落实到位，才能收获显著效益。

参考文献

[1]渠时远[1].我国水泵发展现状和节能的技术途径[J].通用机械,2011(6):14-16.

[2]邵国辉[1],赖喜德[1],孙见波[2].水泵节能的技术途径[J].中国水利,2008(4):67-68.

[3]郑少燕.水泵节能技术在水厂中的应用[J].给水排水,2003,29(9):66-68.

[4]耿纪中[1],谭江[1].水泵节能技术及节能改造实例[J].工业用水与废水,2013(2):42-44.