目前我國發(fā)展迅猛，變頻已經(jīng)在生產(chǎn)生活中廣泛應用，在提高能源利用效率方面發(fā)揮積極作用，與我國碳經(jīng)濟發(fā)展目標相適應，對推動(dòng)國民經(jīng)濟可持續發(fā)展有重要意義。能源對變頻調速的運行原理進(jìn)行分析，在此基礎上提出變頻水泵節能的設計方法與應用相關(guān)問(wèn)題。

在碳經(jīng)濟發(fā)展的背景下，我國泵類(lèi)配套的電動(dòng)機耗電量約為全國消耗總電量的20%，但是由于水泵運行效率偏低，造成嚴重的資源浪費行為。如何加快水泵運行的節能性，已成為當前必須思考的話(huà)題。

1 水泵變頻調速原理

有關(guān)變頻調速的運行原理，主要根據交流電動(dòng)機的運行原理，與其轉速關(guān)系密切相關(guān)，公式分析如下：

n=60f(1-s)/p (1)

在該公式中，f代表水泵電機運行過(guò)程的電源頻率(Hz);p代表電機中的對數。只要對電動(dòng)機的定子繞組電源頻率進(jìn)行均勻化的改變，就能夠實(shí)現電動(dòng)機同步轉速的平滑改變;電動(dòng)機的轉速緩慢，軸功率就會(huì )隨之降低，同時(shí)電動(dòng)機的輸入功率也有所減少。

2 水泵變頻調速系統的設計

當前，我國水泵節能系統中應用變頻調速，主要處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)之下，也就是通過(guò)人為操作方式，遵循外界條件變化、工藝變化等，對變頻器的頻率值進(jìn)行更改，以達到調速目標。在變頻調速系統中，可主要包括調節器、壓力測量變送器、變頻調速器以及控制對象四部分;對于該系統的控制過(guò)程，首先利用壓力測量變送器，測量水管的出口壓力，將該數值轉換為標準的電信號[1];其次，利用調節器與事先設置的控制指標進(jìn)行對比，發(fā)現其中存在的偏差;，通過(guò)調節器將該偏差值進(jìn)行運算與調節，獲得調節信號。系統設計要點(diǎn)如下：

2.1 水泵的區運行

1)有關(guān)水泵的選擇，一般在區使用，避免出現馬拉小車(chē)的浪費現象;

2)水泵運行呈曲線(xiàn)模式，也就是說(shuō)，隨著(zhù)流量的不斷增大，揚程有所降低;同時(shí)注意控制水壓力的波動(dòng)性，確保出流穩定，更利于節能的落實(shí);

3)結合管網(wǎng)的水力計算，實(shí)現選泵的優(yōu)化，確保在穩定運行。在計算水泵運行相關(guān)參數時(shí)，應考慮到水泵在長(cháng)期運行中葉輪產(chǎn)生的磨損，提高安全系數的適用性;但是選泵不能過(guò)大，否則可能造成低效運行，耗能增加;

4)如果調速泵處于額定轉速下工作，則應處于水泵運行的末端。由于選擇調速泵時(shí)主要參考秒流量數據，則工作點(diǎn)就是符合秒流量的工況點(diǎn)，但是在管網(wǎng)中涉及秒流量的時(shí)間非常短暫，多水泵處于于設計值的工況下運行。如果水泵的工作點(diǎn)處于高效區的末端位置，那么水泵就可實(shí)現、穩定運行，達到節能。

2.2 多臺泵組運行

一般情況下，離心泵在高效區運行，流量范圍處于1-0.5Q之間;但是以實(shí)際運行情況來(lái)看，水量的變化受到不同因素的影響，因此呈現不均勻狀態(tài);那么在設計變頻調速泵組過(guò)程中，就應充分考慮這一實(shí)際問(wèn)題，才能確保水泵的高效、穩定運行;經(jīng)大量實(shí)踐經(jīng)驗表明，選擇若干大小不同的水泵，采取并聯(lián)運行方式，是一種良好的方法，在用水量較少的情況下，可采取小泵和氣壓罐聯(lián)合供水模式。

2.3 水泵的化配置

1)在用水量并不的情況下，可以選擇1臺工頻泵、1臺變頻泵、1臺備用泵三臺輪換的方式，每臺泵按照60%的設計流量進(jìn)行選擇，這樣就可確保高效運行階段與低需求運行階段的優(yōu)化配置;

2)如果需要應用集中供水模式，則計算用水量，采取泵與中泵聯(lián)合運行的模式，同時(shí)也要采取小泵和氣壓罐的組合供水模式。在運行過(guò)程中，根據用水量的實(shí)際情況進(jìn)行調整，避免出現“大馬拉小車(chē)”現象，實(shí)現低效運行目標;

3)在冷卻塔補水運行中，供水遵循一定規律，因此基本不會(huì )出現零流量供水狀態(tài)，應用變頻調速泵組，主要根據冷卻塔臺數，采取一工一備、兩工一備等方式。

3 水泵變頻調速的應用

一般情況下，水泵調速涉及到減速問(wèn)題，如果應用變頻調速，那么原本采取工頻狀態(tài)下設計的電機或水泵，其運行參數將面臨較大變化。另外，定速泵、管路性曲線(xiàn)等也會(huì )對變頻調速運行產(chǎn)生影響，如果出現范圍調速現象，將難以實(shí)現節能目標[4]。因此，即使應用變頻調速，也不能無(wú)限制地進(jìn)行調速，一般變頻調速不得于額定調速的1/2，具體數值根據實(shí)際情況確定。

1)定速泵的影響作用

從理論上來(lái)看，在水泵調速的區運行，主要在工頻的左右端點(diǎn)位置，處于拋物線(xiàn)中間區域;如果水泵運行的轉速有所降低，則泵的效率也隨之下降，如果運行的工況點(diǎn)出了區域，則不適宜采取調速節能方式。

2)水泵工藝的影響作用

從以往變頻調速應用的實(shí)際情況來(lái)看，多供水系統采取多臺水泵聯(lián)合供水模式，但是由于成本較高，難以實(shí)現所有水泵的調速運行，以調速泵和定速泵混合運用模式為主。在這種情況下，就應確保二者和諧、運行，實(shí)現系統化。但是在這種模式下，調速泵的運行范圍出現變化，可分為兩種形式討論：其一，同型號的水泵。在采取一調一定運行方式時(shí)，調度較為靈活，但是不能確保定速泵與調速泵同時(shí)處于運行狀態(tài)，調速范圍相對較小;其二，不同型號的水泵。在采取一調一定運行時(shí)，如果能確保調速泵的運行，可與定速泵的運行相一致，適當調整范圍。

總之，變頻調速已成為當前水泵節能中的關(guān)鍵，但是適用條件問(wèn)題不容忽視，變頻調速并非適合應用于任何供水系統，具體采取的節能及組合方式，應根據實(shí)際情況來(lái)定，才能真正發(fā)揮變頻調速的作用。

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