供热系统循环水泵电机采用变频器调速运行节能的探讨与实践

02007年第4期LABORATORY SCIENCE2007年8月出版.供热系统循环水泵电机采用变频器调速运行节能的探讨与实践吴培森(天津市高校供热工程公司天津300204)摘要:供热系统热水锅炉的鼓、引风电机采用变频器调速运行节能较为普遍。一般循环水泵电机不采用变频器调速运行,认为其节能空间不大。其实不然,特别是两台循环水泵电机均采用变频器调速并联运行,节能效果更为显著。关键词:变频器;节能条件;循环泵运行(并联);节能.1.变频器运行的调速和节能按上式数据,列于表1。变频调速是20世纪八十年代卓越的科技成表1供热系统中负载调速运行数据果,是交流调速领域的重要变革,在国民经济各个供电频率f (H2) 5045 40353025 20转速n%093070一605领域中带来了极大的经济效益。变频器的应用使流量Q% 100 9030 7050 5010交流电动机的调速和节能极为简便。同样在供热扬程H% 100 8164493625领域中得到广泛的应用。锅炉的运行中变频器几电功率N% 100 7351 3228 87)3乎在其所有的动力源一三相异步电动机上均能列: f-45(H2) 流量Q9%-90电功率N%-73发挥独特的调速和节能作用,如:引风鼓风风量控即当供电频率f( Hz)降至45(HZ)时,流量Q制;炉排调速;补水定压等;特别在循环泵电机的运为原有的百分之90;电功率N为原有的百分之73,行中大有作为。变频器更是实现计算机自动控制节电率η%为百分之27。不可缺少的组成部分。理论上而言,- -般风机、泵类负载采用变频器1.1.调速变频调速其基本的工作原理,是通过均匀地改调速运行节电可达到25%左右。已经被大量的实践所证明了。变交流电动机定子绕组供电频率f和电压u,平滑1. 3.变频器节能运行的条件地改变电动机的同步转速。在供电回路接人变频变频器不是能 量发生器,只能是节能,因此节器,可按用户所需要的某一控制量(流量 、压力温能是有条件的。在满足负载运行所要求的输出功度、转速等通过传感器、变量器输出电信号)的变率的前提下,使用变频器适当地改变负载运行工况化自动或手动调整供电频率f及电压u,实现交流参数后,能将无奈消耗部分的电能节省下来。做到电动机的无级调速。从无奈的浪费运行转变成节能的经济运行。如:用1.2.节能档板、风门调节引风、鼓风机风量的情况时,电能只变频器的节能功效在供热系统中常用的风机、能无奈地白白浪费在档板风门上。水泵类负载的调速运行中体现得最佳、最为特出。①要节能- -定要下降电机工作频率,下降值越这是因为此类负载有如下特性:当风机或水泵的转大节能越多。电机工作频率仍然是工频50周,变速n改变后,其流量Q、扬程H和功率N均随之变频器是不可能节电的。化。各量之间的关系符合流体力学中的相似定律:②节能 和电机负荷率有关,负荷率越低(大马即:Q1/Q2 = n1/n2H1/F2 = (n1/n2)2N1/N2拉小车),节电越多。电机在额定负荷运行时,变=(n1/n2)3式中:Q1、H1、M1为在转速等于nl时的流量、频器中国煤化工数合理程度有关。扬程和电功率。如:3TCH.C N M H C力)和设计值之间Q2.H2、N2为在转速等于n2时的流量扬程的富余量大小有关。富余量越大节电越多。没有和电功率。④2007年第4期实脸科2007年8月出版富余量,变频器是不能节电的。够时,或需依靠增开或停开并联台数以实现大幅度④和原有的调节方式有关。如:采用进、出口调节流量时,宜采用并联运行。阀门、挡板调节流量或风量的,则采用变频器可较图1表示两台泵FI与F2(两台泵型号、转速好的节能。宜相同,但也可不相同)并联安装的简图。⑤和原有的调速方式有关。如采用滑差电机两台泵各自性能曲线F1A1、F2A2示于图2调速其效率较低,采用变频器可较好的节能。上。⑥电机功率越大,节电效果越明显。2.循环泵电机采用变频运行也有节能空间F2. 1.风机、水泵选配电机确定其功率N时按下式计算:Nm = KyQH/nin( KW)式中:Q:水泵流量m'/sH:水泵扬程mγ:容重。水在水泵工作温度下的重量kn/m2K:考虑到电动机过载时起动力矩、功率的安F:全系数N>5.0(KW)时K=1.15图1并联水泵的安装示意图η:水泵效率ni:传动效率HtF:现仅就Q H、K三项的设计值和实际运行工况FL~dGE’来分析电机负荷率。①流量Q扬程H富余量D一般设计时在计算供热系统所需流量Q、扬程H后,增加5%的余量。而且计算时均按最低环境温度来考虑流量Q,在整个供热期间约80%的时足间环境温度相对高一些,不需要那样大的流量。peE，」eIE:(目前大部分的供热站是采取流量Q不变,降低供水温度。)所以流量Q、扬程H的实际运行工况有- -定的富余量。q9只: 9: 9=9+9: 9②过载时的安全系数K( =1. 15)图2并联水泵的Q-H 曲线与工况分析就供热系统而言运行时系统的总水量不可能这时两台泵人口与出口均处在相同的扬程下增加;大功率循环泵电机的各种起动方式均要求轻运行,而且总管中的流量则为两泵流量之和即“合载起动(关闭出口阀门起动) ;变频器起动不存在二为一”。于是并联泵的总性能曲线，是由同一扬冲击电流。起动时间极短,运行时电机负荷率相对程下的各泵流量迭加而得。具体做法是:在性能图要低一些(至少有15%的裕度)。综上所述通常选用的循环泵电机功率,较实际上先绘出一-系列水平虚线,这就是一系列等压线,运行负载所需功率约有20%富余量。这就为采用然后,在每根水平线(如D1- -D2 线)上,将与各变频调速、节能运行提供了有利条件。应该说循环单泵性能曲线交点所对应的流量相加(如Q1 +泵电机采用变频调速运行其节电在15 -20%。Q2)便找到了两泵并联总性能曲线上的一点A。2.2.两台采用变频拖动的循环泵电机并联运行也依此类推,便可绘出两泵并联工作的总性能曲线，有可观的节能空间如图中的GA线这条曲线左侧终于G点的原因是，①两台循环泵(不采用变频器)并联运行的工第一台泵所能提供的最大扬程不可能大于HG,如况分析.需中国煤化工一般认为两 台循环泵并联运行效率较低,不宜采用。此概念不十分准确。*DTHC NMHG.它与各泵联合总当系统中要求的流量很大,用一-台泵其流量不性能曲线的交点A,就是并联运行的工作点，其流一151一四2007年第4期LABORATORY SCIENCE2007年8月出版量为GA,扬程为HA,它代表联合运性的最终效果;章,其介绍变频器的另一种节能模式,负荷转移实过A点做水平虚线与各泵性能曲线交于D1和D2,现节电。举深圳阳光大酒店的冷却循环泵为例,有它代表参加联合运行时每台泵所“贡献”的工况，两台55KW循环泵,- -开-备。单台运行电机处于各自所提供的流量是01与Q2,各自所提供扬程均满负荷或超载状态 .扬程、流量均无富余量。采用两台泵配变频器并联运行,从1. 2讨论的列表可为HA。通过对上述A.A1、A2.D1、D2五点工况的分析见,各泵电机供电频率25周;流量各担一半;节电可达70% (实际要小于此值)。有如下结论:(1)由图可见,q1 >Q1,q2 >Q2,01 +Q2=QA,因此在我公司所属天津工程师范学院供热站，也采用负荷转移模式，QA