第一篇：變頻水泵工作原理

變頻水泵的變頻節(jié)能

由流體力學可知，P（功率）=Q（流量）╳

H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺水泵電機功率為55KW，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量為28.16KW，省電48.8％，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時，其耗電量為6.875KW，省電87.5％.變頻水泵的功率因數(shù)補償節(jié)能

無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴重，由公式

P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－視在功率，P－有功功率，Q－無功功率，COSФ－功率因數(shù)，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵電機的功率因數(shù)在0.6-0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，COSФ≈1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

變頻水泵的軟啟動節(jié)能

由于電機為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于（4-7）倍額定電流，這樣會對機電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護費用。淺談水泵選型及調(diào)速引言根據(jù)gbj13-86室外給水設(shè)計規(guī)范，取水泵站選泵設(shè)計時應考慮供水保證率達到90~99%[1]的最低原水水位和泵站供水規(guī)模的最大出水量。然而由于自然界的規(guī)律，我國冬季12~3月為河流的枯水期，屆時江河水位最低，水泵所需的靜揚程高，泵站供水量小，如圖1、2中a點所示;7~9月夏季高峰供水時，江河水位由于豐水期的來臨而上升，雖然泵站供水量增大了不少，但水泵的靜揚程有所下降，如圖1、2中b點所示。室外給水設(shè)計規(guī)范依據(jù)的最大供水量和最低水位這兩個因素存在著明顯的季節(jié)差異，同時出現(xiàn)的概率很小，照搬教條按規(guī)范設(shè)計的取水泵站的揚程和流量參數(shù)選擇會非常不合理，造成泵站絕大部分時間的實際運行工況與設(shè)計參數(shù)存在較大的差別，運行能耗和基建投資的浪費較大[2]。但若只考慮正常年份的水位水量變化而不按規(guī)范要求設(shè)計，萬一在夏季高峰供水時出現(xiàn)干旱，江河水位下降至最低，而此時供水量又要求最大;或冬季枯水期時由于某種特殊情況而需要最大供水量，如圖1、2中c點所示，那么投資巨大的取水泵站將不能發(fā)揮應有的作用。水位、水量的變化以及存在問題以南京地區(qū)的長江水位變化為例，夏季豐水期平均高水位為9.50m(吳淞標高，下同)。冬季枯水期平均低水位為2.50m，而設(shè)計時考慮的極限低水位

1.42m，幾乎很難出現(xiàn)。一年中供水量較大的時間集中在7、8、9月份，此時江河的水位較高，而低水位時的12、1、2、3月份需水量比較少。在很多場合，設(shè)計人員往往偏重考慮安全供水因素，一般都按規(guī)范要求進行選泵設(shè)計，即按供水保證率達到90~99%[1]的最低取水水位和泵站供水規(guī)模的最大出水量(圖1、2中c點工況)設(shè)計。水廠反應池標高是恒定的，但江河水位隨季節(jié)更迭而變化且幅度比較大時，水泵的靜揚程也發(fā)生較大的變化。理想狀態(tài)的設(shè)計認為可以做到僅靠調(diào)節(jié)水泵并聯(lián)運行臺數(shù)來適應實際運行中的流量、揚程的變化，如圖1、2中a、b、c點所示。但據(jù)筆者調(diào)查大多數(shù)的取水泵站需要調(diào)節(jié)管路閥門的開度配合水泵并聯(lián)運行臺數(shù)的增減來適應流量及揚程的變化.如圖3中a1，b1點所示，那么a1-a,b1-b之間剩余揚程的能量消耗在閥門上，長年累月能量的浪費是十分驚人的。

圖1 江河枯/豐水期水位變化及冬/夏季源水泵站供水量變化1圖2 江河枯/豐水期水位變化及冬/夏源水泵站供水量變化2圖3 大多數(shù)泵站的實際工況曲線

因此按百年一遇(即供水保證率90~99%)的極限低水位和最大供水量來選擇水泵的取水泵站肯定會出現(xiàn)閑置的水泵臺數(shù)較多，水泵絕大部分時間不在工況點運行而需依靠關(guān)小閥門開度來調(diào)節(jié)。大量閑置的固定資產(chǎn)和日常運行的高能耗使取水泵站的經(jīng)濟性無從談起。經(jīng)濟性水泵選型和調(diào)速設(shè)計的原則水泵額定數(shù)據(jù)是對應于水泵效率最高點的各項參數(shù)，在該點左右兩側(cè)不低于最高效率10%的一定范圍內(nèi)，都屬于效率較高的區(qū)段[3]。最理想的設(shè)計方案應該是泵站的流量、揚程變化范圍在所選水泵的高效區(qū)內(nèi)，但實際上不一定能選擇到滿足理想條件的水泵。而且在工程實際中，經(jīng)常遇到單臺水泵的高效區(qū)無法覆蓋泵站流量、揚程變化范圍的情況，這時就需要依靠多臺水泵并聯(lián)運行來完成。水泵并聯(lián)時按揚程不變，流量疊加的原理工作(如圖4所示)。水泵q-h曲線變得越來越平緩，因而更適應流量變化比較大而揚程變化比較小的泵站。

圖4 水泵并聯(lián)工況圖圖5 水泵調(diào)速的特性變化與江河水位變化之管道特性曲線變化

江河水位的升高，表現(xiàn)在水泵靜揚程的減少，管道特性曲線平行下移。此時工況點往往會移出水泵的高效區(qū)。如果能同時改變水泵轉(zhuǎn)速，水泵特性曲線q-h同時平行下移，那么水泵特性曲線q-h和管路特性曲線這兩族曲線就能在abcd(如圖5所示)的區(qū)域內(nèi)相交，在這塊區(qū)域內(nèi)的各個工況點上，無論是流量還是揚程，水泵都能適應它們的變化。從而充分利用了水位的勢能，節(jié)省電耗。按水泵相似工況定律, 有:qn/ q0= nn/n0(1)hn/ h0=(nn/n0)2(2)pn/ p0=(nn/n0)3(3)式中:n0，q0，h0，p0分別為全速泵之轉(zhuǎn)速，流量、揚程、功率。nn，qn，hn，pn分別為變速泵之轉(zhuǎn)速，流量、揚程、功率。所以調(diào)速恰恰能彌補水泵并聯(lián)運行時q-h曲線變得平緩而不能適應原水水位變化大但流量變化小的短處。從圖1、2的兩種情況可以看出，取水泵站的常規(guī)運行是在夏季高水位低揚程大水量的b點和冬季低水位高揚程小水量的a點及其區(qū)間里。則經(jīng)濟性選泵和調(diào)速原則的出發(fā)點可以分為兩種1)以圖1中b點為選泵的基準點，且水泵在b點運行適應位于其相應高效區(qū)的右側(cè)，若b點水量是單臺水泵是可以滿足的，而a點及a-b之間區(qū)域的經(jīng)濟運行可以依靠降低水泵機組運行速度來解決;若b點水量必須數(shù)臺泵并聯(lián)運行才能達到時，則a點及a-b之間區(qū)域的經(jīng)濟運行可以用減少并聯(lián)水泵臺數(shù)[2]、降低水泵機組速度的組合方法來解決。(2)以圖2中a點作為選泵的基準點，且水泵在a點運行適應位于其相應高效區(qū)的左側(cè)，若a點水量是單臺水泵可以滿足的，則b點及a-b之間區(qū)域的經(jīng)濟運行可以依靠降低水泵機組運行速度來解決;若a點水量必須數(shù)臺泵并聯(lián)運行才能達到時，則b點及a-b之間區(qū)域的經(jīng)濟運行可以用減少并聯(lián)水泵臺數(shù)[2]、降低水泵機組速度的組合方法來解決。可靠性水泵選型和調(diào)速設(shè)計的對策根據(jù)gbj13-86的設(shè)計規(guī)范，取水泵站選泵設(shè)計時應考慮供水保證率達到90~99%的最低水位和泵站供水規(guī)模最大時的出水量，即圖1、2中c點的要求。但正如本文前面分析所述，取水泵站由于自然界的規(guī)律而經(jīng)常運行于a-b之間的區(qū)

域內(nèi)，只有在夏季高溫干旱或冬季出現(xiàn)特大供水量需求的特殊條件下，才會出現(xiàn)c點的情況，這就是源水泵站選泵設(shè)計的可靠性所在。水泵機組采用變頻調(diào)速技術(shù)，并且在a-b之間正常運行區(qū)域內(nèi)時均采用低于50hz的變頻運行狀態(tài)，按實際情況需要時將運行頻率上調(diào)至55hz甚至更高一點的超工頻運行狀態(tài)，則根據(jù)式(1)、(2)、(3)的規(guī)律，可以滿足c點的運行工況。需要注意的事項(1)電動機功率的匹配由于式(3)的關(guān)系，在采用調(diào)高頻率進行超過額定轉(zhuǎn)速運行時，必須對水泵和電動機的功率進行校核。因為水泵的軸功率是隨著流量、揚程的變化而變化，水泵配置的電動機功率均按水泵單機運行的最大軸功率選擇。由圖4可見，兩臺水泵并聯(lián)運行時的工況點f，其流量為q1+2，揚程為h2。折算到單臺水泵時的揚程仍為h2，流量為q1，2。該流量小于單臺水泵工作時的流量q1;其軸功率p1，2也小于單泵工作時的軸功率p1。多臺水泵在并聯(lián)運行時的功率更小于單泵運行時的功率[3]。所以在選配電動機時，其功率按常規(guī)配置就足夠了。但應校核水泵在并聯(lián)且調(diào)速運行時，其電動機的輸出功率一般不小于75%的額定值。以保證調(diào)速狀態(tài)下的電動機也處于高效區(qū)內(nèi)。在多臺水泵并聯(lián)運行還不能滿足最大流量最高揚程(即c點)的工況，而需要將頻率調(diào)至55hz時按式

(3)pp=(55/50)3 p1=1.13 p1=1.331 p1(4)反之，p1=0.751 pp(5)所以當水泵并聯(lián)運行時，可在電動機功率不超載的前提下，實現(xiàn)前述超速的安全運行。(2)水泵汽蝕余量的校核由于水泵的npsh(必需的汽蝕余量)在實行超速運行工況時，會隨著轉(zhuǎn)速的上升而上升，但水泵的安裝高度是恒定的，c點的工況條件是最低水位時的最大流量，所以在為滿足c點要求采取的對策時，npsh的校核是保證泵站安全運行的必備條件。(3)電動機功率因數(shù)當水泵并聯(lián)運行時電動機處于輕載狀態(tài)，其功率因數(shù)cosф有一定的下降，這可以通過電容補償?shù)姆椒▉斫鉀Q。在為實現(xiàn)c點運行要求而進行超速運行時，電動機功率會隨著負載的加重而逐漸向滿載甚至輕微超載的狀態(tài)靠攏，功率因數(shù)也逐漸上升，就有可能出現(xiàn)功率因數(shù)過補償而不經(jīng)濟的狀況。但因為c點是非正常的極端情況，發(fā)生的機會很少，即使功率因數(shù)不經(jīng)濟也同樣作為小概率事件可以忽略不計。(4)機械強度的考慮目前國內(nèi)水泵、電動機的機械強度能滿足上述小范圍超速運行的需要。因為在為50hz的工況條件下生產(chǎn)水泵及電動機時，制造者僅需改變工藝參數(shù)設(shè)計而保持原有的機械結(jié)構(gòu)不變。結(jié)束語當江河水位變化較大時，水泵靜揚程變化也較大。冬季低水位時供水量小，夏季高水位時供水量大，這是自然界的規(guī)律。取水泵站選泵設(shè)計應分別根據(jù)實際情況按正常年份冬季水位水量和夏季水位水量來選取合適的泵型再配以變頻調(diào)速，以確保泵站的高效運行，這才符合選泵和調(diào)速設(shè)計的經(jīng)濟性的要求;同時還應校核設(shè)計規(guī)范要求的在最低水位情況下，泵站能否滿足最大供水量的要求，這是選泵和調(diào)速設(shè)計的可靠性所要求的。

參考文獻[1] gbj13-86.室外給水設(shè)計規(guī)范.[2] 錢健,吳志成.自來水廠取水設(shè)計流量合理性的探討.中國給水排水,2001(8).[3] 姜乃昌.水泵和泵站(第2版).北京:中國建筑工出版社,1987.

第二篇：淺談變頻恒壓供水系統(tǒng)中水泵選擇

淺談變頻恒壓供水系統(tǒng)中水泵選擇

目前，供水行業(yè)中經(jīng)常用到無負壓給水設(shè)備和變頻恒壓給水設(shè)備，以上兩種設(shè)備的基本原理都是根據(jù)供水系統(tǒng)的壓力變化（對應流量變化）。利用變頻器調(diào)節(jié)執(zhí)行單元（水泵、電機）的轉(zhuǎn)速，達到恒壓供水目的（f1：f2＝n1: n2= Q1: Q2=H12: H22。該系統(tǒng)中，執(zhí)行單元是系統(tǒng)中主要工作消耗能源的設(shè)備及主要影響系統(tǒng)綜合性能的設(shè)備之一。泵的選擇合理與否則直接影響到系統(tǒng)的兩個重要指標：

一、運行費用——耗電量及出水量。

二、使用維護成本——設(shè)備使用壽命，日常維護費用。

所以，在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，水泵的選擇至關(guān)重要。

變頻恒壓供水系統(tǒng)中水泵的選擇必須考慮以下幾方面：

1.流量、揚程，滿足系統(tǒng)設(shè)計的供水要求，泵的基本參數(shù)合理與否是系統(tǒng)供水功能的基本保障。

2.水泵配電機的供電要求必須滿足使用地供電情況。

3.盡量選擇高效率水泵，由于變頻恒壓供水為不間斷供水，運轉(zhuǎn)時間長，水泵在該系統(tǒng)中又是主要耗能單元，高效率的水泵選擇是系統(tǒng)節(jié)能理念的根本保證。4.性能曲線（Q－H線）選擇較陡峭的水泵。

變頻恒壓供水主要是通過水泵轉(zhuǎn)速的變化來調(diào)節(jié)因用水量變化帶來的壓力變化，使壓力恒定、平穩(wěn)，性能曲線陡峭的泵相對于性能曲線平穩(wěn)的泵在轉(zhuǎn)速、流量發(fā)生變化壓力恒定時頻率的調(diào)節(jié)幅度大，選擇性能曲線陡峭的水泵在變頻恒壓給水系統(tǒng)中滿足不同用水量的變化更加節(jié)能。

5.選擇使用壽命相對長的水泵。水泵作為能量轉(zhuǎn)換工作單元，本身就是易損壞，高維修保養(yǎng)的部份。高品質(zhì)的水泵關(guān)系到整個系統(tǒng)的使用壽命，直接影響使用成本。6.選擇維修維護簡單的水泵

一般設(shè)備將交到物業(yè)公司管理，物業(yè)公司的維修技術(shù)力量不強，不方便維修或維修技術(shù)要求高的水泵會增加使用成本，特別是零部份互換性差的水泵更會增加日常的維護成本。

其它如：使用環(huán)境對防護等級及噪音要求等根據(jù)實際情況加以考慮。

以下為典型不能用于變頻恒壓供水系統(tǒng)中的水泵實例：

一、填料密封水泵

該類水泵啟動轉(zhuǎn)矩大，變頻啟動的啟動轉(zhuǎn)矩小，使用中經(jīng)常會使變頻器報故障，并且使用中密封耗能量大，也不節(jié)能。

二、屏蔽泵

1.該泵效率相對于單端面機械密封離心泵低，一般不會高于60%。

2.變頻恒壓供水系統(tǒng)流量是變化的，經(jīng)常會出現(xiàn)長時間小流量供水，如夜間及其他供水各區(qū)，屏蔽泵在長時間小流量情況下運轉(zhuǎn)，由于其效率低，會導致發(fā)熱，使液體蒸發(fā)，而導致干轉(zhuǎn)，從而損壞滑動軸承或過熱后燒毀電機。

3.屏蔽泵為單級泵，性能曲線較為平坦，壓力恒定，流量發(fā)生變化要求的轉(zhuǎn)速變化不大，變頻調(diào)節(jié)（頻率變化）幅度很少，不節(jié)能。

4.屏蔽泵相對普通離心泵壽命短，一般機修人員不能解決，需要專業(yè)維修人員，一旦發(fā)生泄漏電機就會燒毀。

5.零配件互換性差，基本無維修價值，解體維修后極不易處理密封。

第三篇：風機水泵壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座

風機水泵壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)講座

（一）國家電力公司熱工研究院自動化所 徐甫榮

前言

我國是能源消費和生產(chǎn)大國，一方面是資源相對不足，尤其是石油、天然氣資源匱乏；另一方面是能源利用效率低，且浪費嚴重，因而經(jīng)濟增長的質(zhì)量和效益不高，且環(huán)境問題日益嚴重。大量的調(diào)查表明我國存在巨大的節(jié)能潛力，總節(jié)能潛力約為目前能源消費總量的30%～40%，各行各業(yè)都存在大量的技術(shù)上和企業(yè)財力上都可行的節(jié)能項目，但絕大多數(shù)至今還沒有實施。

我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長了30年。經(jīng)濟總量已達到世界第三位，國內(nèi)生產(chǎn)總值、工業(yè)增長速度、固定資產(chǎn)投資都在高速增長。我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展帶動了能源工業(yè)的發(fā)展，而能源工業(yè)的發(fā)展，又成為經(jīng)濟發(fā)展的動力，是經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。但是也帶來了日益嚴重的環(huán)境問題，在世界144個國家和地區(qū)的“環(huán)境可持續(xù)發(fā)展指數(shù)”排序中，我國被排在133位，我國以煤碳為主的能源結(jié)構(gòu)問題嚴重。由于向大氣層中排放CO2、SO2、氮氧化物，有時陰霾，有時下些酸雨，離開了藍天、白云、碧水、綠地的生態(tài)環(huán)境。能源的消耗帶來了嚴重的環(huán)境問題。

我國是“氣候變化框架公約”的重要簽約國，肩負著全球環(huán)境方面的責任，節(jié)能既解決能源緊張，相當于建設(shè)了能效電廠，又減少了污染，保護了環(huán)境，在降低能耗的同時，使我國的經(jīng)濟由粗放型向節(jié)約型轉(zhuǎn)變，進而促進了經(jīng)濟的發(fā)展，既節(jié)能又促進、優(yōu)化了經(jīng)濟、能源、環(huán)境。經(jīng)濟（Economics）、能源（Energy）、環(huán)境（Environment）、節(jié)能（Energy Saving）是國民經(jīng)濟發(fā)展的四個重要的方面，稱作4E。四者之間相互依存、相互需求、相互支持、相互制約，要求一個好的平衡。國民經(jīng)濟的發(fā)展要求能源相應發(fā)展，能源工業(yè)的發(fā)展促進了經(jīng)濟的發(fā)展，經(jīng)濟的發(fā)展、能源的消耗又導致大量的CO2、SO2、氮氧化物排放到大氣層中，形成酸雨，溫室效應。除了建立電廠以外（熱電、水電、核電、風電、太陽能等，主要是熱電），節(jié)能是能源開發(fā)的最好補充，相當于建設(shè)了能效電廠。對比熱電，它潔凈，又不需要煤，不需要運力，不排放CO2、SO2、、氮氧化物等，因而我國政府確立了“開發(fā)和節(jié)約并重”的能源方針。

電動機系統(tǒng)節(jié)能工程是節(jié)能的重點工程之一。目前，我國各類電動機總裝機容量約4.2億kW，實際運行效率比國外發(fā)達國家低10%～30%。用電量占全國的總用電量的60%左右。“十一五”期間重點推廣高效節(jié)能電動機、稀土永磁電動機；在煤炭、電力、有色、石化等行業(yè)采用高效節(jié)能電動機，實施對風機、水泵、壓縮機系統(tǒng)的優(yōu)化改造，推廣變頻調(diào)速、自動化系統(tǒng)控制技術(shù)，使運行效率提高2個百分點，年節(jié)電200億kW.h。

電動機系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能工程中，又首推負載為葉片式風機、水泵、壓縮機的調(diào)速節(jié)能技術(shù)，因為葉片式風機、水泵、壓縮機屬于平方轉(zhuǎn)矩型負載，即其軸上需要提供的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。風機、水泵、壓縮機在滿足流體力學的三個相似條件：即幾何相似、運動相似和動力相似的情況下遵循相似定律；對于同一臺風機（或水泵），當輸送的流體密度ρ不變，而僅轉(zhuǎn)速改變時，其性能參數(shù)的變化遵循比例定律：即流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比；揚程（壓力）與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；軸功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即：

Hn2Pn3pn2Qn?()?()；；；??()''''''''HnPnpnQn由于目前絕大部分風機水泵（壓縮機）都采用風門擋板（閥門）調(diào)節(jié)流量，造成大量的1 節(jié)流損耗，若采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，具有巨大的節(jié)能潛力。直到上世紀七十年代，都采用機械調(diào)速或滑差電機調(diào)速，但這屬于低效調(diào)速方式，仍有較大的能量損耗，并且驅(qū)動功率受到限制；到上世紀80年代，開始采用液力耦合器調(diào)速，并且突破了驅(qū)動功率的限制，向大功率方向發(fā)展，但它與滑差電機調(diào)速一樣，屬于低效調(diào)速方式，仍有較大的能量損耗。直到上世紀90年代，隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器很快占領(lǐng)電動機調(diào)速市場，并向高壓、大容量領(lǐng)域發(fā)展，使采用高壓電動機驅(qū)動的風機、水泵、壓縮機進行變頻調(diào)速節(jié)能改造成為可能。進入新世紀以來，國產(chǎn)高壓變頻器生產(chǎn)企業(yè)如雨后春筍般的涌現(xiàn)，并且其質(zhì)量和可靠性直逼進口產(chǎn)品，且價格低廉，服務(wù)周到，因此在很多領(lǐng)域大有取代進口產(chǎn)品的趨勢。風機、水泵、壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能改造的發(fā)展前景一片大好。

隨著節(jié)能減排指標的層層落實，工業(yè)設(shè)備的節(jié)能改造已成為企業(yè)的自覺行動。為了幫助企業(yè)在確定節(jié)能改造項目時做到心中有數(shù)，使有限的改造資金取得最大的經(jīng)濟效益，改造前根據(jù)設(shè)備參數(shù)和運行工藝數(shù)據(jù)進行的節(jié)能估算（能效審計）就顯得尤為重要；尤其是目前為了推動節(jié)能減排工作的全面推廣，國家鼓勵采用“合同能源管理”的模式實施節(jié)能改造工程，那么改造前的節(jié)能估算（能效審計）工作就成為重中之重了：因為它直接關(guān)系到“合同能源管理”實施企業(yè)的經(jīng)濟利益，甚至關(guān)系到“合同能源管理”項目的成敗！

目前見到的變頻調(diào)速節(jié)能改造項目的節(jié)能計算多有偏頗不實之處，這主要是缺乏理論指導和實踐經(jīng)驗，而教科書上又缺乏系統(tǒng)的內(nèi)容，致使大家各行其是，無所適從。當然也不排斥有些節(jié)能廠商為了推廣其節(jié)能產(chǎn)品而誤導用戶，故意夸大節(jié)能效果；但是更多的則是由于沒有掌握節(jié)能計算方法。

所以，根據(jù)長期以來從事風機、水泵、壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能工程的實踐，有責任將其總結(jié)成文，作為用戶在節(jié)能改造時參考；同時也希望引起大家的討論，以便形成共識。

第一講 風機變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù) 概論

風機與水泵是用于輸送流體（氣體和液體）的機械設(shè)備。風機與水泵的作用是把原動機的機械能或其它能源的能量傳遞給流體，以實現(xiàn)流體的輸送。即流體獲得機械能后，除用于克服輸送過程中的通流阻力外，還可以實現(xiàn)從低壓區(qū)輸送到高壓區(qū)，或從低位區(qū)輸送到高位區(qū)。通常用來輸送氣體的機械設(shè)備稱為風機（壓縮機），而輸送液體的機械設(shè)備則稱為泵。風機的主要功能和用途

風機按工作原理的不同，可以分為葉片式（又稱葉輪式或透平式）和容積式（又稱定排量式）兩大類。葉片式風機又可以分為離心式風機、軸流式風機、混流式風機和橫流式風機；容積式風機又可以分為往復式風機和回轉(zhuǎn)式風機，而回轉(zhuǎn)式風機又可用分為羅茨風機和葉氏風機。

風機除按上述工作原理分類外，還常按其產(chǎn)生全壓的高低來分類：

(1)通風機：指在設(shè)計條件下，風機產(chǎn)生的額定全壓值在98Pa～14700Pa之間的風機。在各類風機中，通風機應用最為廣泛，如火力發(fā)電廠中用的各種風機基本上都是通風機。

(2)鼓風機：指氣體經(jīng)風機后的壓力升高在14700Pa～196120Pa之間的風機。(3)壓縮機：指氣體經(jīng)風機后的壓力升高大于196120Pa以上，或壓縮比大于3.5的風機。(4)風扇：指在標準狀況下，風機產(chǎn)生的額定全壓低于98Pa的風機。這類風機無機殼，故又稱自由風扇。風機的性能參數(shù)

風機的基本性能參數(shù)表示風機的基本性能，風機的基本性能參數(shù)有流量、全壓、軸功率、效率、轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)速等6個。(1)流量：以字母Q(q)表示，單位為（升）l/s、m/s、m/h 等。

(2)全壓：風機的全壓p表示空氣經(jīng)風機后所獲得的機械能。風機的全壓p是指單位體積氣體從風機的進口截面1流經(jīng)葉輪至風機的出口截面2所獲得的機械能。風機全壓的計算式為：

3p?(p2?11?v22)?(p1??v12)N/m2 22風機的全壓等于風機的出口全壓（出口靜壓和出口動壓之和）減去風機的進口全壓（進口靜壓和進口動壓之和）。

(3)軸功率：由原動機或傳動裝置傳到風機軸上的功率，稱為風機的軸功率，用P表示，單位為kW。

P?式中：Q——風機風量（m/s）；

P——風機全壓(kPa)；

ηr——傳動裝置效率；

ηf——風機效率；

ηd——電動機效率。電動機容量選擇：P?3

Q.p?r?f

Q.p?r?f?d

(4)效率：風機的輸出功率（有效功率）Pu與輸入功率（軸功率）P之比，稱為風機的效率或全壓效率，以η表示：

?f?PuQ.p? PP(5)轉(zhuǎn)速：風機的轉(zhuǎn)速指風機軸旋轉(zhuǎn)的速度，即單位時間內(nèi)風機軸的轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為r/min（rpm）或s-1（弧度/秒）。

(6)比轉(zhuǎn)速：風機的比轉(zhuǎn)速以ny表示，用下式定義：

ny?5.54nq

1.23/4(p)? 作為性能參數(shù)的比轉(zhuǎn)速是按風機最高效率點對應的基本性能參數(shù)計算得出的。對于幾何相似的風機，不論其尺寸大小、轉(zhuǎn)速高低，其比轉(zhuǎn)速均是一定的。因此，比轉(zhuǎn)速也是風機分類的一種準則。風機的性能曲線

圖1所示為300MW火電機組離心式一次風機性能曲線，該風機為進口導葉調(diào)節(jié)，圖中0為調(diào)節(jié)門全開位置，負值為調(diào)節(jié)門向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動的角度；圖中虛線為等效率線。圖

2o所示為300MW火電機組動葉可調(diào)軸流式送風機性能曲線，圖中虛線為等效率線，0代表設(shè)計安裝角，負值為動葉片從設(shè)計安裝角向關(guān)閉方向轉(zhuǎn)動的角度，正值則相反。

由圖

1、圖2可見，風機性能曲線呈梳狀，隨著風門（動葉片）開大，風機的出口風量和風壓都沿阻力曲線增大，其等效率曲線是一組閉合的橢元。這一點是與水泵的性能曲線不同的。

圖

2、圖4所示是典型的動葉可調(diào)軸流式風機的性能曲線。由圖2可見，動葉可調(diào)軸流o 3 式風機葉片的安裝角可在最小安裝角到最大安裝角之間從0～100％調(diào)節(jié)，隨著葉片安裝角的增大，風機沿阻力曲線方向風量和風壓同時增大，反之則同時減小。100％鍋爐負荷（B-MCR）

0時，葉片開度為70％左右，相對于安裝角＋5；100％汽輪機負荷（THB）時，葉片開度為

065％左右，相對于安裝角0；這兩個點應在風機的最高效率區(qū)內(nèi)。但是在鍋爐設(shè)計時，由于無法精確計算鍋爐風道的阻力曲線（圖2中上面一條是雙風機運行時的阻力曲線，下面一條則是單風機運行時的阻力曲線），因此所選用的風機性能曲線不能保證B-MCR點和THB點在高效區(qū)內(nèi)，從而就降低了風機的運行效率，有時甚至可達20％～30％！軸流式風機葉片的安裝角過大或過小，都會使風機的運行工況點偏離高效點，降低風機的運行效率。

為了將兩種風機的性能進行比較，圖5所示為定速軸流風機和離心風機性能曲線的重疊。由圖5可見，離心式風機的最高效率在進口調(diào)節(jié)門的最大開度處，等效率線和鍋爐阻力曲線接近垂直，效率沿阻力線迅速下降。能滿足TB點（鍋爐風機設(shè)計點），而100％MCR點（鍋爐滿負荷連續(xù)運行點）在低效率區(qū)，變工況時效率則更低，其平均運行效率比動葉可調(diào)的軸流風機要低得多。如采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可將風門開到最大，使風機在高效區(qū)運行，而通過改變風機的轉(zhuǎn)速達到控制風量的目的，風機將在很大的范圍內(nèi)維持高效運行，從而達到節(jié)能的目的。

而動葉可調(diào)的軸流式風機的等效率線與鍋爐的阻力曲線接近平行，高效率范圍寬，且位置適中，因而調(diào)節(jié)范圍寬。鍋爐設(shè)計點（TB）與最大連續(xù)運行工況點（100％MCR）相比，流量約大15％～25％，壓力約高30％～40％。在滿足鍋爐設(shè)計點條件下，100％MCR工況點位于高效區(qū)，平均運行效率高，單風機運行時可滿足鍋爐60％～80％負荷。就運行效率而言，動葉可調(diào)的軸流式風機是除變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)外的風機最佳調(diào)節(jié)方式。

圖1 某300MW機組離心式一次風機的性能曲線 圖2 某300MW機組動葉可調(diào)軸流式送風機的性能曲線

圖3 某600MW機組靜葉可調(diào)軸流引風機的性能曲線 圖4 某660MW機組動葉可調(diào)軸流式送送風機的性能曲線

圖5 定速軸流風機和離心風機性能曲線重疊比較

如采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可將風機的安裝角固定在高效區(qū)，而通過改變風機的轉(zhuǎn)速達到控制風量的目的，風機將在很大的范圍內(nèi)維持高效運行，從而達到節(jié)能的目的，但是由于這時的調(diào)速范圍小，節(jié)能效果也就差。所以也可以將風機的安裝角調(diào)到最大，這樣雖然會降低一些運行效率，但是卻大大增加了調(diào)速范圍，而風機軸功率的下降是與轉(zhuǎn)速的三次方成正比的，所以功率的降低遠大于效率的下降，采用這種運行方式能取得更大的節(jié)能效果，詳見下面具體工程案例的計算結(jié)果。風機拖動系統(tǒng)的主要特點

葉片式風機水泵的負載特性屬于平方轉(zhuǎn)矩型，即其軸上需要提供的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比。風機水泵在滿足三個相似條件：幾何相似、運動相似和動力相似的情況下遵循相似定律；對于同一臺風機（或水泵），當輸送的流體密度ρ不變僅轉(zhuǎn)速改變時，其性能參數(shù)的變化遵循比例定律：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比；揚程（壓力）與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；軸功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即：

Hn2Pn3pn2Qn?()?()；；；??()H'n'P'n'p'n'Q'n'風機與水泵轉(zhuǎn)速變化時，其本身性能曲線的變化可由比例定律作出，如圖6所示。因管

＇＇路阻力曲線不隨轉(zhuǎn)速變化而變化，故當轉(zhuǎn)速由n變至n時，運行工況點將由M點變至M點。

應該注意的是：風機水泵比例定律三大關(guān)系式的使用是有條件的，在實際使用中，風機水泵由于受系統(tǒng)參數(shù)和運行工況的限制，并不能簡單地套用比例定律來計算調(diào)速范圍和估算節(jié)能效果。

當管路阻力曲線的靜揚程（或靜壓）等于零時，即HST=0（或PST=0）時，管路阻力曲線是一條通過坐標原點的二次拋物線，它與過M點的變轉(zhuǎn)速時的相擬拋物線重合，因此，＇＇M與M又都是相似工況點，故可用比例定律直接由M點的參數(shù)求出M點的參數(shù)。對于風5 機，其管路靜壓一般為零，故可用相似定律直接求出變速后的參數(shù)；而對于水泵，其管路系統(tǒng)的靜壓一般不為零，故對于每一個工作點，都要經(jīng)過相似折算后，才能用比例定律的三個公式求出變速后的參數(shù)。

PH揚程P-qvP-q'vM'nMM'nn'HSTn>n'Mn'n>n'O

O

(a)

(b)圖6 轉(zhuǎn)速變化時風機（水泵）裝置運行工況點的變化

（a）風機（當管路靜壓Pst=0時）

(b)水泵（當管路靜揚程Hst≠0時），qvqv

作者簡介

徐甫榮（1946-）男，1970年畢業(yè)于西安交通大學電機工程系發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專業(yè)，后在西安電子科技大學攻讀碩士研究生。畢業(yè)后在國家電力公司熱工研究院自動化所工作，任總工程師，教授級高工，現(xiàn)為深圳市科陸變頻器公司工程技術(shù)總監(jiān)，享受國家特殊津貼的專家。主要從事火電廠熱工自動化和交直流電機調(diào)速拖動及節(jié)能技術(shù)的研究工作，在國內(nèi)外各類學術(shù)刊物上發(fā)表論文五十余篇，專著“高壓變頻調(diào)速技術(shù)應用實踐”等兩本。

參考文獻（略）

第四篇：廣西變頻恒壓供水設(shè)備工作原理

本資料由長沙中崛供水設(shè)備提供

廣西供水設(shè)備工作原理

1、微機設(shè)定給水泵工作壓力，即用戶用水壓力。生活給水時，廣西中崛變頻供水設(shè)備運行在低壓變頻狀態(tài)，由變頻器時刻監(jiān)控管網(wǎng)壓力，對反饋值和設(shè)定值進行運算和比較計算。若管網(wǎng)壓力高于用戶所需壓力（設(shè)定壓力）則自動減少輸出頻率，從而使水泵轉(zhuǎn)速減少，出水量減少。若管網(wǎng)壓力低于用戶所需壓力（設(shè)定壓力）則自動增加輸出頻率，從而使水泵轉(zhuǎn)速增加，出水量增加，當一臺水泵運行滿足不了用戶需要時，其它水泵自動投入運行以保證用戶的使用壓力。

2、當自來水管網(wǎng)的壓力升高達到用戶使用壓力時候，變頻器經(jīng)過一段延時后便降低轉(zhuǎn)速直到停機，只有當壓力降到某一設(shè)定壓力值時，變頻器才能重新開始工作。變頻泵組的工作只是滿足用戶的水壓力與管網(wǎng)壓力之差，大大節(jié)約了電能。

3、當流量調(diào)節(jié)器內(nèi)壓力低于一個大氣壓時，安裝在流量調(diào)節(jié)器頂?shù)呢搲阂种破髯詣哟蜷_，使氣體進入流量調(diào)節(jié)氣內(nèi)，消除負壓。當流量調(diào)節(jié)器內(nèi)壓力升高時，又可以將多余的氣體排出流量調(diào)節(jié)器外，使流量調(diào)節(jié)器內(nèi)蓄滿水，以備下次用水高峰期時使用。當流量調(diào)節(jié)器內(nèi)蓄滿水后，安裝在流量調(diào)節(jié)器頂?shù)呢搲阂种破髯詣雨P(guān)閉，防止溢流。

本資料由長沙中崛供水設(shè)備提供

第五篇：節(jié)能水泵新技術(shù)泵-變頻恒壓型水泵控制器節(jié)能

節(jié)能水泵新技術(shù)泵-變頻恒壓型水泵控制器節(jié)能

---湖南利圣德節(jié)能科技有限公司

“LPC-泵控技術(shù)”采用先進的節(jié)能控制技術(shù),使用V/F變頻節(jié)能控制方式，可實現(xiàn)水泵電機的高效率運行、根據(jù)負載情況，自動優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)能運行。“LPC-泵控技術(shù)”變頻恒壓型水泵控制器能快速穩(wěn)定的自動觀測用水使用情況，根據(jù)用戶用水情況自動調(diào)節(jié)運行方式和輸出頻率，水泵運行在變頻控制方式，電機沖擊電流幾乎為零。高效節(jié)能,節(jié)能達到30%以上。

“LPC-泵控技術(shù)”變頻恒壓型水泵智能控制器變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)水泵電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n =60 f(1-s)/p，(式中 n、f、s、p 分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù))由流體力學可知，水泵流量 Q 與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力 H 與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率 P 與轉(zhuǎn)速的立方成正比，即 Q∝n，H∝n2，P∝n3 當流量減少，水泵轉(zhuǎn)速下降時，其功率下降很多。例如水泵流量下降到 80%，轉(zhuǎn)速也下降到 80%時，則軸功率下降到額定功率的 51%;如流量量下降到 50%，功率 P 可下降到額定功率的 13%，當然由于實際工況的影響，節(jié)能的實際值不會有這么明顯，即使這樣，水泵節(jié)能的效果也是十分明顯的。因此在水泵的機械設(shè)備中，采用“LPC-泵控技術(shù)”變頻恒壓型水泵智能控制保護器來調(diào)節(jié)流量，在節(jié)能上是一個最有效的方法。水泵電機轉(zhuǎn)速與LPC節(jié)能率的關(guān)系表頻率 f(Hz)轉(zhuǎn)速 N% 流量 Q% 壓力 H% 軸功率 P% 節(jié)電率 根據(jù)“LPC-泵控技術(shù)”變頻恒壓型水泵控制器上述原理可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。

目前變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果改善現(xiàn)有設(shè)備的運行工況、提高系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備利用率、延長設(shè)備使用壽命等優(yōu)點隨著應用領(lǐng)域的不斷擴大而得到充分的體現(xiàn)。