离心变频（共6篇）
离心变频 篇1
1 离心泵应用简介
铁运处水电段负责着全处生产和生活用水的供应, 水泵设备数量和种类较多, 离心泵在供水工作中起着重要的作用, 主要应用分布在处机关、北渐、大东、机务厂区、常营、北宿、孟楼、电厂等站点。
离心泵是叶片泵, 叶片泵的特点就是依靠叶轮的高速旋转把动力机的机械能转换为抽送液体的动能和压能, 由物理学可知, 作圆周运动的物体受到离心力的作用, 如果向心力不足或失去向心力, 物体由于惯性就会沿圆周的切线方向飞出, 形成所谓的离心运动, 离心泵就是利用这种惯性离心运动而进行工作的。
离心泵的工作过程, 实际上是一个能量传递和转换的过程, 它把动力机械能转换为被输送流体的动能和压能。在这个能量的传递和转换过程中, 必然伴随着诸多能量的损失, 这种损失越大, 工作效能越低, 导致泵的性能就越差。
随着我国工业生产的迅速发展, 电力工业虽然有了长足进步, 但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导, 我国风机、水泵、空气压缩机总量约4200万台, 装机容量约1.1亿千瓦。但系统实际运行效率仅为30~40%, 其损耗电能占总发电量的38%以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态, 而生产中的风、水流量要求处于变工况运行;还有许多企业在进行系统设计时, 容量选择得较大, 系统匹配不合理, 往往是“大马拉小车”, 造成大量的能源浪费。因此, 搞好风机、水泵的节能工作, 对国民经济的发展具有重要意义。
铁运处水电段水泵数量较多, 而且工况复杂, 因此, 以离心泵变频调速为例, 进行变频应用于水泵的调速的研究, 进而达到节能的目的, 做好水泵的节能工作, 对铁运处水电段的生产和生活工作具有重大的意义,
2 离心泵变频调速运行的节能原理
图1为离心泵用阀门控制时, 当流量Q (横坐标) 要求从Q1减小到Q2, 必须关小阀门。这时阀门的磨擦阻力变大, 管路曲线从R移到R′, 扬程H (纵坐标) 则从Ha上升到Hb, 运行工况点从a点移到b点。
图2为调速控制时, 当流量要求从Q1减小到Q2, 由于阻力曲线R不变, 泵的特性取决于转速。如把速度从n降到n′, 性能曲线由 (Q-H) 变为 (Q-H) ′, 运行工况点则从a点移到c点, 扬程从Ha下降到Hc。
根据离心泵的特性曲线公式:
式中, N———离心泵使用工况轴功率 (kw)
Q———使用工况点的流量 (m3/s) ;
H———使用工况点的扬程 (m) ;
ρ———液体的密度, 清水为1000 kg/m3 (kg/m3) ;
g———重力加速度 (m/s2) ;
η———使用工况点的泵效率 (%) 。
可求出运行在b点泵的轴功率和c点泵的轴功率分别为:
两者之差为:ΔN=Nc—Nb=ρg Q2 (Hb-Hc) /η
也就是说, 用阀门控制流量时, ΔN功率被损耗浪费掉了, 且随着阀门不断关小, 这个损耗还要增加。而用转速控制时, 由于流量Q与转速n的一次方成正比;扬程H与转速n的平方成正比;轴功率P与转速n的立方成正比, 即功率与转速n成3次方的关系下降。如果不是用关小阀门的方法, 而是把电机转速降下来, 那么在运转同样流量的情况下, 原来消耗在阀门的功率就可以全避免, 取得良好的节能效果, 这就是离心泵调速节能原理。
3 变频调速的基本原理
产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此, 转子的转速n必须低于定子磁场的转速n0, 两者之差称为转差:
转差与定子磁场转速 (常称为同步转速) 之比, 称为转差率:
同步转速n0由下式决定:
式中, f———水泵电机的电源频率;
p———为电机的极对数。
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:
式中, f———离心泵电机的电源频率 (Hz) ;
p———电机的极对数;
由上式可知, 均匀改变电动机定子绕组的电源频率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, 这就是离心泵变频调速的节能作用。
4 水泵变频调速控制系统的设计
变频调速器的控制可以使自动的, 也可以使手动的, 目前, 国内在水泵控制系统中使用变频调速技术, 大部分是在开环状态下, 即人为地根据工艺或外界条件的变化来改变变频器的频率值, 以达到调速目的。
系统主要由四部分组成: (1) 控制对象; (2) 变频调速器; (3) 压力测量变送器 (PT) ; (4) 调节器 (PID) 。
例如压力测量变送器 (PT) 选用DLK100-OA/0-1Mpa, 用于控制水管出水口压力, 并将压力信号转变为4~20m A, 再输入调节器;调节器 (PID) 选用WP~D905, 输入信号4~20 m A, 输出为PID控制信号44~20m A。
系统的控制过程为:由压力测量变送器将水管出口压力测出, 并转换成与之相对应的4~20m A标准电信号, 送到调节器与工艺所需的控制指标进行比较, 得出偏差, 其偏差值由调节器按预先规定的调节规律进行运算得出调节信号, 该信号直接送到变频调速器。变频调速器是把工频电源50Hz变换成各种频率的交流电源, 以实现电机的变速运行的设备, 其中控制电路完成对主电路的控制, 整流电路将交流电变换成直流电, 直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波, 逆变电路将直流电再逆成交流电, 从而变频器将输入为380V/50Hz的交流电变成输出为0~380V/0~400Hz连续可调电压与频率的交流电, 直接供给离心泵泵电机。
5 离心泵变频调速应用的注意事项
离心泵调速一般是减速问题, 当采用变频调速时, 原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化, 另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素, 都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此, 变频调速不可能无限制调速。一般认为, 变频调速不宜低于额定转速50%, 最好处于75%~100%, 并应结合实际经计算确定。
5.1 离心泵工艺特点对调速范围的影响
理论上, 水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域。实际上, 当水泵转速过小时, 泵的效率将急剧下降, 受此影响, 水泵调速高效区萎缩, 若运行工况点已超出该区域, 则不宜采用调速来节能了。
5.2 定速泵对调速范围的影响
实践中, 铁运处水电段水泵房大多是两台水泵并联供水, 由于投资昂贵, 不可能将所有水泵全部调速, 所以一般采用调速泵和定速泵混合供水。在这样的系统中, 应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行, 并实现系统最优。此时, 定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。主要分以下两种情况:
一种情况是同型号水泵一调一定并列运行时, 虽然调度灵活, 但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段, 因此, 此种情况下调速运行的范围是很小的。
另一种情况是不同型号水泵一调一定并列运行时, 若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行, 但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。
5.3 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, 轴功率会急剧下降, 但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频, 都会使电机效率下降过快, 最终都影响到整个水泵机组的效率
摘要：以离心泵变频调速为例, 进行变频应用于水泵的调速的研究, 进而达到节能的目的 , 做好水泵的节能工作, 对铁运处水电段的生产和生活工作具有重大的意义;离心泵调速节能原理是把电机转速降下来, 相对于关小阀门的方法, 在运转同样流量的情况下, 原来消耗在阀门的功率就可以全避免, 取得良好的节能效果, 这就是离心泵调速节能原理。
关键词：离心泵,变频,调速技术
参考文献
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循环冷却水离心泵变频改造 篇2
1 原始设计的缺点
三台离心泵为直接启动,手动闸阀控制出口流量。由于全线管路布局错综复杂、管道口径大小不一,所以管网阻力很大。单独开启一台离心泵时,水泵工作电流大于95A,高于额定电流,电机会出现异响发热状况,循环冷却水量低于200m3/h,夏季时不能满足生产需求,给设备带来重大安全隐患;当开启两台水泵并联运行时,每台水泵正常工况下的电流在75~80A左右,泵口出水压力高达0.5MPa,循环水量高于300m3/h,完全能够满足生产设备需求。但在冬季或某些设备处于停运状态时,供水量相对太大,回水循环率太高,回水温度较低,在这种情况下同时开启两台水泵,无疑是一种耗能行为。
图1所示为两台离心泵并联工作工况曲线,根据曲线分析,我们知道,若两泵不并联,而是其中一台泵对管路工作,则当泵Ⅰ(或泵Ⅱ)单独工作时,其工况为点1(或2),流量为Q1(或Q2)。对比并联前后情况可知,并联后的等效泵(Ⅰ+Ⅱ)在管道c中的联合流量Qm大于任何一台单独工作时流量Q1或Q2,而并联后每台水泵各自的流量Qm1和Qm2都小于它们单独工作时的流量Q1和Q2,即Qm1
并联的目的是为了增加通过排水管路的流量。并联的效率η可以用并联后的流量Qm,与并联前扬程相对较高的水泵(泵Ⅱ)单独工作时的流量Q2之差,对扬程较低的水泵(泵Ⅰ)单独工作时的流量Q1之比值来度量。则:
很明显,管路阻力系数愈小,管路特性曲线愈平缓,并联效率愈高;反之,管路阻力系数愈大,管路特性曲线愈陡,并联效率愈差。由以上分析可知,既要保证供水流量随实际工作需要而变化,又要实现节能降耗目标,仅靠开闭水泵的数目或手动调节闸阀控制流量是不能同时达到目的的。
2 变频改造后节能效果
2011年1月,我公司将其中的一台水泵进行了更换并加装变频改造,在冬季及大型设备停运的情况下,只开启一台变频水泵,其余两台作为备用以利于节能;而在其他季节,视大型设备润滑冷却供油温度情况(按照设计,稀油站回油温度小于50℃),再开启两台水泵并联供水,以降低轴瓦和润滑油温度。
变频泵的规格型号见表2所示。
从流体力学原理可知,使用感应电动机驱动水泵负载,轴功率P与流量Q、扬程H的关系为:P∝Q×H,即当电动机的转速n1变化到n2时,Q、H、P与转速的关系如下:Q/Q=n/nQ n
Q1/Q2=n1/n2,输出流量Q与转速n成正比;
H1/H2=(n1/n2)2,输出压力H与转速n二次方成正比;
P1/P2=(n1/n2)3,输出轴功率P与转速n三次方成正比
例如当需要80%的额定流量时,通过调节电动机的转速至额定转速的80%,即调节频率到50Hz×80%=40Hz,这时所需功率仅为原来的(80%)3,即51.2%。
改造时,在水泵的出水管口接一压力变送器(工作范围0~1MPa),根据设备实际需求,在变频柜上设定运行频率用以调节电机转速、控制泵口出水压力和流量。数据显示,在只使用一台变频水泵并将频率设定为45Hz的情况下,电机电流稳定值为69A左右,泵口出水压力大于0.23MPa,能够满足冬季生产需要;当频率设定为50Hz(全频)时,电机电流稳定值为95A左右,泵口出水压力大于0.3MPa,在该工况下,变频泵每小时实际消耗功率为
改造前,两台并联水泵每小时实际消耗功率为:
离心变频 篇3
在污水处理行业, 污泥经浓缩及消化处理后, 含水率为95%～96%, 体积仍然很大。为了进一步综合利用和处置污泥, 必须对其进行脱水处理, 提高泥饼的含固率。一般大中型污水处理厂常用的污泥脱水设备有真空过滤机、压滤机和离心脱水机[1], 其中离心脱水机因具有连续生产、操作方便、自动化程度高、卫生条件好、占地面积小等优点, 应用前景日益看好。
黄石市磁湖污水处理厂二期工程设计规模为1.25×105 t/d, 采用A2/O处理工艺, 处理后的尾水达到 GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级B标准, 剩余污泥经机械浓缩、脱水处理后外运处置。污泥脱水设备选用2台D5LX型离心机, 该机型具有双电机双变频的独特结构, 达到节能减排的优良功效。
1 工作原理
离心脱水机主要由转鼓和带空心转轴的卸料螺旋输送器组成。运行时通过回转体-转鼓和卸料螺旋的高速旋转, 使离心机内的固液混合物随之高速旋转, 并产生较高的离心力而形成液环[2] (图1) 。在此高的离心力作用下, 加速固液混合物的沉降与分离。其中, 比重较大的固体颗粒沉降在液环层的外圈, 即沿转鼓的内壁形成泥环层。转鼓与卸料螺旋旋转方向相同, 但两者存在一定的转速差, 由此卸料螺旋将分离出的干泥推出回转体, 滤液则通过堰池口导出回转体而排出机外。离心机进料、分离、排出滤液和干泥的工作过程是连续不间断的, 且在全封闭环境下进行, 污泥、滤液及臭气均不会从机内溢出。
2 选型原则
离心机选型的主要依据包含两方面:水力负荷, 指单位时间内离心机处理的进料量;固体负荷, 指单位时间内离心机处理的绝干物料量。当进料质量分数较高 (大于1.5%) 时主要考虑的因素为固体负荷;当进料质量分数较低 (小于1.5%) 时主要考虑的因素为水力负荷。
此外, 对于离心机本身的处理能力, 其主要影响因素有三方面:直径、长径比和转速。其中前两个因素决定了离心机的外形大小, 也即决定了离心机的分离面积和容积[3]。转鼓直径愈大, 脱水处理能力愈强, 但制造及运行成本都相当高。转鼓长度愈长, 污泥的含固率就愈高, 但转鼓过长会使性能价格比下降。转鼓转速是一个重要的控制参数, 对于相同直径不同的转速, 它决定了离心机分离因素α的大小。适当控制转鼓的转速, 既能获得较高的含固率, 又可降低能耗。
3 技术参数
3.1 污泥处理工艺参数
污泥处理量: 58 m3/h ; 进泥固体含量: 0.6%～2%; 脱水后污泥含固率: >20%; 污泥回收率: ≥95%; 流量调节范围: 55～60 m3/h; 絮凝剂用量 (每吨干污泥) : 3～5 kg。
3.2 离心机性能参数
主机 (即装机) 功率: 75 kW; 额定扭矩: 7 960 Nm;发电机功率: 15 kW; 转鼓内径: 520 mm; 转鼓长度: 2 340 mm;长径比: 4.5; 转鼓锥角:11°; 额定转速: 2 800 r/min; 差速调节范围: 0～15 r/min; 最大转速: 3 200 r/min。
4 结构特点
4.1 双电机双变频驱动
新型离心机采用独特的双电机双变频控制技术。转鼓通过差速器带动发电机的转子旋转, 当发电机的转子转速超过发电机的同步转速时, 发电机开始工作, 即发电机转子旋转产生磁场, 产生逆变作用, 在定子上形成电动势, 通过变频器接回到系统中, 给主电机供电, 以达到节约电能的目的。因此, 离心机的实际正常工作能耗为两电机之差, 一般情况下可节约10%～20%的电能。
同时, 采用可靠的双变频控制机械差速装置, 通过离心机内泥层的厚度自动调节控制转鼓与螺旋输送器之间的差速, 达到自动调节扭矩的功能。差速调节精度值为0.1 r/min。差速器可通过变频器调节离心机的脱水效果, 以适应不同的进泥特性。当进料固相含量低时, 选择低差转速以增大扭矩;当进料固相含量高时, 选择高差转速以减小扭矩, 使脱水污泥的含固率、固相回收率满足设计要求 (图2) 。
4.2 高性能卸料螺旋
卸料螺旋叶片采用中空式设计。中空式设计使得固液分离的方向正好相反, 大大减少了对固体层的扰动。实际运行测试表明:在保证污泥回收率的前提下, 相对提高出泥的干度1%左右, 在保证出泥干度的情况下提高了污泥的回收率。老式卸料螺旋上滤液的排出需经卸料螺旋与转鼓形成的密闭腔沿螺旋方向排出, 而高性能卸料螺旋滤液的排出则只需沿轴向直接排出, 降低了离心分离后的滤液排出离心机时的阻力及行程。
4.3 浓缩脱水一体化
卧式螺旋沉降离心机有且只有两种操作方式:一种是中部进料的操作方式, 即逆向式操作 (理想状态下固液混和物进入离心机后立即分离, 沿相反的方向排出) ;另外一种为端部进料的同向式操作[4] (固液混和物进入离心机后不是立即分离而是沿着同一轴向方向位移一段距离后, 滤液由导流管排出) 。一般情况下逆向式操作多用于脱水, 同向式操作用于浓缩。新型离心机采用混流技术, 可以在同一个卸料螺旋下实现两种不同操作方式, 可调节选择的范围更广。
4.4 新耐磨设计
4.4.1 碳化钨耐磨片
转鼓或螺旋的外缘极易磨损, 对其材质应有特殊要求。在耐磨损防护设计上, 离心机显著的特点是在卸料螺旋全长方向与污泥接触磨损相对较为严重的部位, 全部采用可更换的耐磨片新式结构。此耐磨片表面喷涂碳化钨材料, 且喷涂碳化钨层硬度达肖氏硬度2 000～4 000, 耐磨性完全达到烧结碳化钨的程度。加上先进的焊接工艺确保其不会脱焊, 并且每片耐磨片焊接完成后均进行二次焊接强度试验, 确保其焊接强度, 因此具有无可比拟的优点。同时卸料螺旋磨损后只需更换耐磨片即可, 极大地降低了维修费用。
4.4.2 磨喷嘴
对进料的喷嘴和污泥排出口采用了可更换式的陶瓷碳化钨喷嘴。卸料螺旋上的进料口及转鼓上的出料口均采用可更换式的耐磨衬套, 耐磨材料为陶瓷, 亦可采用碳化钨材料。同时对出料口的刮泥板亦采用碳化钨结构的耐磨防护措施。
4.5 PLC自动控制
离心机对污泥处理全过程采用PLC (可编程逻辑控制器) 自动控制, 操作、调节灵活, 同时为污泥供料泵、絮凝剂制备、加药泵、污泥无轴螺旋输送机、流量计等辅助设备的运行提供显示、控制和故障报警, 并将模拟信号和数字信号通过现场总线传至中央控制室, 以确保污泥脱水系统的安全运行。主要控制功能有:
(1) 离心脱水机、切割机、供料泵、螺旋输送器、絮凝剂投加泵等的联动控制和保护;
(2) 离心机自动差速及扭矩控制系统的调控;
(3) 离心机卸料螺旋扭矩过大及差速过低报警;
(4) 离心机紧急停机保护, 现场紧急停机按扭;
(5) 加药系统在低药剂量、断水、水压不足等情况下报警。
4.6 防腐蚀设计
选用全不锈钢结构。离心机的转鼓和卸料螺旋均采用AISI316不锈钢离心浇铸而成, 材料密度均匀、刚性强, 动平衡性能好。离心机转鼓内壁加工有纵向的沟槽或配有纵向不锈钢条, 可以防止固相粒子在转筒内壁滑动而引起转鼓内壁磨损, 同时避免泥环随卸料螺旋旋转而不排出。
5 应用分析
通过2009年7月的试运行表明, D5LX型离心脱水机运行状况良好, 处理能力和效果达到了设计要求, 可适用于不同的污泥特性介质, 脱水后污泥含水率降到80%左右。相关运行数据见表1。
6 结语
综上分析, D5LX型离心机结构特征与其使用工况是一致的。由于采用了双电机双变频独特设计, 处理每吨污水污泥耗电量降低了0.004 5 kW·h。按设计处理负荷1.25×105 t/d计算, 每年可节省运行电能2.025×105 kW·h, 达到节电、降低污染、降低污泥含水率从而提高污泥含固率的目标, 真正实现了节能减排综合效益。
参考文献
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选煤厂离心式鼓风机变频节能改造 篇4
某选煤厂为矿井型动力煤选煤厂,处理能力为300万t/年,采用“跳汰+浮选”联合洗选工艺,实现煤泥厂内压滤回收,洗水一级闭路循环。选煤厂拥有两台YT-16M2型空气室跳汰机,空气动力主要来源于两台C125-1.5型离心式鼓风机,空气流量靠单一的风阀进行人工调节。离心式鼓风机由于采用工频电源,因此长期处于高耗能的运行状态。从节能减排、降本增效方面综合考虑,决定采取变频调速技术对两台鼓风机实施节能改造。
1 鼓风机运行现状分析
选煤厂鼓风机正常运转的情况下,只有在矿井提煤量很大时,才需要加大洗煤生产能力,同时投入两台鼓风机,因此鼓风机的利用率很低。特别是矿井提煤量很小时,一台鼓风机提供的风量只有小部分投入生产,其余都被直接排出,造成极大的能源浪费。
选煤厂2台离心式鼓风机进口流量为125m3/min,进口压力为0.098MPa,出口压力为0.147MPa,介质进口密度为1.141kg,/m3,进口温度为25℃,主轴转速为2 950r/min,风口开度为55%。两台离心式鼓风机电机型号为YK355-2,额定功率为185kW,额定电压为380V,额定电流为345A,运行电流为320A。每台鼓风机一天的电能消耗约为:
式中,P为鼓风机一天消耗的电能,kW·h;U为电机额定电压,V;I为电机运行电流,A;t为鼓风机一天运行时间,选煤厂每天开机20h;cosφ为功率因数,此处取0.87;η为电机效率,此处取0.85。
2 变频技术节能改造应用
2.1 变频节能可行性分析
从流体力学原理可知,风机运行时,在风机压力与管网阻力的共同作用下会出现一个稳定的流量输出,称之为工作点,其中流量Q、压力p、轴功率P与转速n的关系为:
由式(2)可知,风量(Q与转速n成正比关系,而所需的轴功率P与转速n的立方成正比关系,所以当需要80%的额定风量时,通过调节电机的转速至额定转速的80%,调节频率到40Hz即可满足,此时所需功率仅为原来的51.2%。
调节所需风量从Q1到Q2 (如图1所示),若采用传统风门调节,则管网特性曲线由OA(风阀全开)变为OB(风阀关小),工作点调至B点,风机输出轴功率为OQ2Bp2所围成的面积,功率变化很小,但效率却随之降低;若采用变频调速,则可根据需要升降电机转速改变风机特性曲线来实现风量调节,当电机转速从n1(额定转速)调到n2(转速下降)时,工作点变为C点,风机输出轴功率为OQ2 CpB所围成的面积,同时风机效率曲线也随之平移,但仍工作在高效区域内,阴影部分面积pBCBp2即为变频调速实际节约的能耗。
2.2 变频改造实施方案
选煤厂生产任务繁重,长时间的停机检修会影响矿井生产。跳汰机是选煤厂的核心设备,其正常运行必须依靠鼓风机不断供应风量才能保证。出于对系统安全性考虑,在变频系统故障或变频电源短时断电时,电机应能自动切换至工频供电,以实现持续运转。
变频转工频运行的主电路如图2所示,K1～K5为开关柜,其中K4、K5为原工频系统开关柜。当K1、K2(K3)开关柜或变频装置出现故障时,系统自带的PLC将自动停运,K2、K3断开,K4、K5延时自动合闸,两台鼓风机由工频电源供电,至此变频转工频完成。
考虑到经济性,每台鼓风机配置一套变频装置的成本太高、改造费用太大,最终优化设计出如图2所示的“一拖二”系统。该系统特别适用于一台鼓风机故障或维修,而另一台依然能正常工作的情况,应用效果非常良好。
该系统原工频运行操作:运行#1(#2)鼓风机,直接操作K4(K5)即可。采用艾默生EV2000型变频器进行变频节能技改后,变频器内置的PID自动调节风量,使供风量处在一个稳定恒压状态。变频操作:K4(K5)处于常开断路状态,闭合K1,若运行#1(#2)鼓风机,则K2(K3)合闸,#1(#2)鼓风机便能变频调速运行。为了防止误操作,该系统K2与K3、K2与K4、K3与K5均具有互锁功能。
3 实施效益分析
3.1 节能效益
变频改造系统经安装、调试、空负载试车后,带负荷试车一次成功并转入正常运行。两台鼓风机变频调速运行后,运行电流大幅降低,较原工频运行时下降约60A,机体各轴瓦温度也明显降低,见表1。
选煤厂生产时间为下午3点至次日上午11点,共计20h,忽略功率因数及电机效率的改变,则每台鼓风机一天可节约的电量为:
按一年工作360天计算,一年可节约290 880kW.h,节能效益显著。
3.2 经济效益
按照国家规定,用电峰谷时段分为尖段、峰段、平段和谷段四个阶段,即规定7:00～11:00、19:00～23:00为峰,11:00～19:00为平,23:00～次日7:00为谷,尖在峰段内。根据集团公司供电处收费标准,峰Ⅱ为1.135 9元/kW·h,峰I为1.002 3元/kW·h,平段为0.668 2元/kW·h,谷段为0.334 1元/kW·h,则一台鼓风机每天节省电费为561.5元,每年可节省电费202 140元。
此外,采用变频器控制电机转速取代传统的人工操作挡板和阀门来调节风量,降低了设备故障率,节省了设备维护成本,减少了噪声,同时,变频器具有的过载、过压、过流、欠压、电源缺相等保护功能,使电机的故障切除灵敏度明显提高。
4 结束语
通过变频调速控制鼓风机的运行,实现了自动调整风量满足生产需求。实践证明,变频器使鼓风机运行在合适的输出功率值上,节约能源和生产成本的效果明显。
摘要：针对离心式鼓风机的运行现状,分析变频节能改造的可行性,并提出变频节能改造方案。实践证明,采用变频技术进行技改后,取得了明显的节能效益和经济效益。
关键词：选煤厂,变频调速,离心式鼓风机
参考文献
[1]张文斌.基于变频调速技术在选煤厂循环水泵的改造应用[J].煤矿机械,2013(2):176-177
离心变频 篇5
关键词：卧式螺旋离心机,变频调速技术,优越性
1 概述
卧式螺旋离心机是石油钻井过程中不可或缺的固控设备, 尤其是海外国际合作钻井项目。随着石油钻井技术的进步和环保意识的提高, 对石油钻井固控系统提出了更高的要求, 主要体现在以下三个方面:
A油气勘探开发业主希望使用更清洁的泥浆钻井以保护油气层, 从而获得更高的油气产量。
B涡轮螺杆钻井工艺的应用对泥浆的清洁性提出了更高要求。
C废弃泥浆的处理将越来越受到重视, 而处理废弃泥浆主要就是尽可能地分离其中的固相和液相。
2 结构及工作原理
2.1 机械结构
主电机上装有皮带轮带动滚筒上的皮带轮, 驱动滚筒旋转, 滚筒支承在2个主轴承上, 滚筒内装有螺旋推进器, 螺旋推进器通过轴承支承在与滚筒同心的轴上, 可以相对滚筒旋转, 滚筒大端装有差速器, 它是一个行星齿轮减速机构, 差速器右端的输入轴上装有皮带轮, 通过辅机皮带轮的传动, 为差速器提供一个输入转速。
离心机的滚筒总成装在一个不锈钢制箱体内, 箱体分为2个隔仓, 左隔仓收集离心机排除的液相, 右隔仓收集离心机排除的固相。
2.2 工作原理
2.2.1 离心机的分离原理
泥浆中固相和液相的分离过程是在滚筒中完成的。离心机的分离原理是利用滚筒的高速旋转带动进入滚筒中的泥浆高速旋转, 泥浆被甩到筒壁上形成一个液圈, 液圈中的固相颗粒由于受到大于自身重力几百倍甚至几千倍的离心力的作用, 就克服泥浆粘度的阻力快速沉降到滚筒的内壁上, 形成固相层, 液体形成液相层。液圈中的固相颗粒所受的离心力与自身的重力的比值称为离心机的分离因数, 它是衡量离心机分离性能的重要参数。
2.2.2 离心机的推渣原理
离心机的推渣工作是由螺旋推进器完成的, 在差速器的作用下, 螺旋推进器与滚筒形成一定的转速差, 于是已沉降到滚筒内壁上的固相颗粒就被从筒壁上刮下, 被螺旋叶片逐步推向滚筒小端, 并在推进过程中脱水, 最后到达排砂喷嘴, 被甩出滚筒。
2.2.3 差速器的工作原理
差速器实际上是一个二级行星齿轮减速机, 它的外壳内加工有内齿, 外壳随滚筒旋转, 左端的皮带轮带动输入轴上的1级太阳轮旋转, 1级太阳轮通过1级行星轮与外壳上的内齿啮合, 这样外壳的转速与输入齿轮轴的转速合成为一级转臂的转速由2级太阳轮输出到第2级, 第2级的传动原理与第1级相同, 最后通过输出轴带动螺旋推进器旋转。
2.2.4 差速器安全装置的工作原理
为了在离心机过载时保护差速器不被损坏, 在差速器的左端设有安全装置, 在齿轮轴上装有安全销, 由皮带轮传来的动力通过牙嵌传给离合器拨盘, 再传给凸轮, 凸轮通过安全销将动力传给齿轮轴。当扭矩超过安全销的强度时, 安全销会被剪断, 从而使传动脱开, 起到安全保护作用。注:由于变频器的过载保护比较可靠, 在变频型高速离心机上没有装限位开关。
3 变频调速技术的提出
3.1 变频技术的优越性
近几年变频器作为一种工业控制设备在不断更新发展, 各行各业有着广泛的应用。随着电力电子技术、变频控制理论、微机控制技术的不断成熟, 变频器的性能不断完善、功能也不断增强:如多段速、可编程自动运行、通讯功能等, 这使用得变频器能适应多种应用场合。根据离心机的生产工艺, 可采用变频器的多段速功能控制来实现, 另外变频器一般都带有内置制动单元或外部制动单元, 这可解决离心机在停车时因惯性大造成停车困难的问题。
3.2 变频驱动结构
有双机变频驱动、单机变频驱动两种驱动方式。
A采用双机变频, 主、辅机分别有交流变频器驱动, 加上PLC后可随时任意调整转鼓转速、螺旋推进器转速、螺旋推进器与转鼓的转速差, 这种机型可很好地适用于各种性能的泥浆和不同的泥浆处理要求。
B单机变频驱动:主机用交流变频器驱动, 辅机直接用交流电驱动, 主机转速可任意调整, 辅机转速不可调, 差速不可调。这种驱动方式的优点是结构简单, 变频器价格较低。
3.3 制动单元的应用
离心机为大惯性负载, 采用变频器控制时都要求增加制动单元才能满足要求, 但三晶变频器15KW及15KW以下的内置制动单元, 这样不仅为用户节省了安装空间, 同时更节省了成本。由电机的运行特性知道, 当电机的实际转速高于同步转速时, 电机运行在发电机状态, 当离心机开始停机时, 变频器的输出频率开始按减速时间下降, 由于负载惯性离心机此时转速变化不大, 造成电机实际转速高于同步转速, 电机处于发电制动状态, 由变频器的主回路知道, 此时电机侧反馈回的能量将通过逆变回路的续流二极管D1-D6反馈到直流回路的滤波电容C1、C2上, 这时变频器的母线电压Ud会升高 (即泵升电压) , 过高的泵升电压将使变频器出现过压保护, 甚至会损坏变频器, 为此, 必须加装制动组件, 当制动单元控制回路检测到直流母线电压达到一定值时控制其开关管IGBT开通, 制动电阻RB接到回路中, 将电机的反馈的制动能量消耗在电阻上, 以维持正常的母线电压Ud。
3.4 调试注意问题
根据离心机负载特性, 在调试时应注意:
(1) 离心机负载起动转矩要求较高, 可能出现起动困难的情况, 这时可适当提升变频器的转矩补偿值, SAJ-8000-G系列F009设定参数为3, 但起动转矩补偿不可太大, 否则可能出现过流 (故障代码为O C.) 、过载 (故障代码为O.L.) 等报警, 若在加速中出现过流报警应适当延长加速时间;
(2) 离心机惯性大, 若要变频器按减速时间停车, 必须加装制动单元, 其制动电阻的选择变频器说明手册上都有, 可根据操作手册选择, 正常工作时制动电阻会因消耗能量而发热, 可适当放大电阻的功率和制动动作时间。
(3) 一般离心机安装在操作现场, 多台变频器集中置于控制室内, 如果现场与离心机距离超过变频器的允许范围应采相应的处理措施, 如合理分布主回路线与控制线、加装输出电抗器或滤波器, 以防变频器输出电压的衰减, 或考虑加大变频器的容量。
结语
离心机采用变频调速可以根据不同工艺要求进行调速, 根据泥浆密度的不同可方便地选择多段速运行, 同时采用变频控制实现电机的软启动, 减少对电网的冲击, 变频器具有过流、过载、过压等丰富的保护功能, 当负载或电机出现异常时, 变频器因故障停机并快速封锁输出, 这样可及时保护电机。
参考文献
[1]卧式螺旋离心机的性能及工作原理[Z].
离心变频 篇6
关键词：离心糖机,PLC,变频器,自动控制
1 概述
离心糖机是一种自动化程度要求较高的机电设备,老式离心糖机存在以下缺点:
(1)采用继电器逻辑控制方式;
(2)继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器;
(3)由于控制触点多,电控系统故障率高,检修周期长;
(4)使用年月久后,电气控制系统线路老化,继电器故障频繁,检修困难;
(5)速度调节由三速电动机和齿轮变速箱变换,既不方便,效率又低。
PLC在工业控制方面的应用日益广泛,它编程灵活,抗干扰能力强。为了解决上述老式离心糖机的缺点,决定对老式离心糖机电动机及其电气控制系统进行改造。用PLC和变频调速技术改造传统继电器控制的离心糖机的控制电路,改变过去传统的以时间继电器为核心的时间控制,实现对离心糖机工序的自动控制。
2 离心糖机控制的工艺要求及过程
本老式离心糖机由三速变速交流电动机驱动,可以进行低速、中速、高速三档变速控制,根据离心分密工艺要求,在一个运转周期内由6个电磁阀分别控制6个工作对象来完成,一个周期的操作如图1所示。从图1中可以看出,6个工作对象分别是进料、滴盘、冲水、冲气、刹车和提升。
在离心糖机的一个工作周期内,电动机的三种速度在切换时要求有时间间隙,共需时3分钟。高速充气阶段的时间要求应有30秒、50秒、70秒、90秒四档可供选择。
根据图1可知离心糖机的工作流程是:(1)电动机低速→(2)低速进料滴盘→(3)滴盘中速→(4)滴盘高速→(5)高速冲水→(6)高速冲气→(7)中速冲气→(8)低速→(9)电动机停,刹车、提升→回到第一步。根据离心糖机的实际工作需要,编制出具体的操作流程如图2所示。
3 电气控制系统
3.1 PLC的I/O地址分配
变频器选用日本三菱FR—E500系列变频器,PLC选用日本三菱FX系列FX2N-32MR型PLC。
根据图1和图2所示内容,确定PLC的I/O地址分配如表1所示。
3.2 PLC硬件接线图
根据图1和图2所示内容,设计出PLC硬件接线图如图3所示。
3.3 离心糖机电动机主电路设计
离心糖机原电动机为三速变速电动机,体积笨重粗大,能耗大,今决定改用Y系列单速节能电动机,用变频器控制该电动机的转速。
如图4所示,QS为空气开关,Y0~Y3为PLC的输出触点,KM为交流接触器(实现启动控制)。当KM闭合、PLC的输出触点Y0闭合时,电动机处于启动状态,选择速度有三个:RH高速、RM中速、RL低速,分别定在48Hz、35Hz和25Hz频率点上,RH、RM、RL由PLC的输出触点Y1、Y2、Y3控制,当Y1闭合时选中高速RH;当Y2闭合时选中中速RM;当Y3闭合时选中低速RL。
变频器设定为外部控制方式2,方法是把Pr.79的内容写为2即可。
三个速度(RH、RM、RL)的写入,方法是把Pr.4、Pr.5、Pr.6的内容分别写为48、35、25即可。
日本三菱FR—E500系列变频器有几种控制方式,设置某种控制方式时,需要在变频器的控制屏上选择表示这种控制方式的代码,pr.是目录代码,79表示变频器控制方式选择代码,4、5、6表示变频器三种速度(高速、中速、低速)选择代码。例如要选择变频器自身携带的面板控制方式,则在变频器的控制屏上按按键使屏幕显示pr.79代码,按确定键后按1,即为选择了变频器自身携带的面板控制方式1;在pr.79目录下按确定键后按2,即为选择了变频器外部控制方式2,此时变频器自身携带的面板控制键不起作用。三种速度(RH、RM、RL)的选择也是如此,在变频器的控制屏上按按键使屏幕显示pr.4代码,确定后按48,就可把变频器的高速(RH)设置在频率为48Hz的这一速度上。把Pr.5、Pr.6的内容分别写为35、25就可把变频器的中速(RW)和低速(RL)设置在频率为35Hz和25Hz的两个速度上。
3.4 PLC程序设计
3.4.1 PLC状态图
根据图2所示的离心糖机的操作流程,设计出PLC的状态图,如图5所示。
在图5中,共有15个状态,S0状态为等待启动和高速冲气时间选择状态,PLC上电时M8002把S0打开,在此状态下应首先把高速冲气阶段的时间选择好,时间共有4档供选择:30秒、50秒、70秒、90秒,按SB2(X2)选择的是30秒、按SB3(X3)选择的是50秒、按SB4(X4)选择的是70秒、按SB5(X5)选择的是90秒,每次选择其中的一个速度,选择完成以后,按启动按钮SB2(X1),离心糖机进入S11状态。S11状态下,电动机低速工作6秒后进入S12状态。S12状态下,电动机继续低速工作,进料电磁阀KY1(Y5)、滴盘电磁阀KY2(Y6)工作,当料液进满时,进料检测开关SB6(X6)动作,离心糖机进入S13状态。S13状态下,电动机关闭,进料电磁阀KY1(Y5)关闭,滴盘电磁阀KY2(Y6)继续工作,定时1秒后进入S14状态。S14状态下,滴盘电磁阀KY2(Y6)继续工作,电动机中速启动,定时17秒后进入S15状态。S15状态下,滴盘电磁阀KY2(Y6)继续工作,电动机停止,定时1秒后进入S16状态。S16状态下,滴盘电磁阀KY2(Y6)继续工作,电动机高速启动,定时5秒后进入S17状态。S17状态下,滴盘电磁阀KY2(Y6)停止工作,电动机继续高速工作,冲水电磁阀KY3(Y7)启动,冲水定时15秒后进入S18状态。S18状态下,电动机继续高速工作,冲水电磁阀KY3(Y7)停止工作,冲气电磁阀KY4(Y10)启动,冲气定时共有4档供选择:30秒、50秒、70秒、90秒,它们的选择在S0状态时已经选择完毕,或30秒、或50秒、或70秒、或90秒,定时时间到后进入S19状态。S19状态下,电动机停止工作,冲气电磁阀KY4(Y10)继续工作,定时1秒后进入S20状态。S20状态下,冲气电磁阀KY4(Y10)继续工作,电动机中速启动,定时5秒后进入S21状态。S21状态下,冲气电磁阀KY4(Y10)关闭,电动机停止,定时1秒后进入S22状态。S22状态下,电动机低速启动,5秒后进入S23状态。S23状态下,电动机停止,刹车电磁阀KY5(Y11)、提升电磁阀KY6(Y12)工作,定时3秒后进入S24状态。S24状态下,刹车电磁阀KY5(Y11)、提升电磁阀KY6(Y12)停止,5秒后回到第一步S0状态,等待下一次离心糖机新的一个工作循环。
3.4.2 PLC步进梯形图
根据图5所示的PLC的状态图,设计出PLC的步进梯形图,如图6所示。
4 结语
本系统结合了机械、PLC、变频器等方面的技术,用较低的成本成功地对原有控制系统进行改造,使得该离心糖机适应了自动化控制的要求,改造老式离心糖机后的优点是:
1)它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点;
2)PLC寿命长、维修量少、查找外部线路简单;
3)用PLC对系统进行逻辑控制和变速位置的数据处理,较好地实现了离心糖机原工艺要求,简化了线路,提高了可靠性和离心糖机的运行率;
4)用变频器控制离心电动机的转速后,把过去的老式变速电动机和齿轮变速箱去掉了,可大幅度提高传动效率,简单方便。