变频调节技术

变频调节技术（共6篇）

变频调节技术 篇1

我国大部分人群都知晓煤矿企业, 因为它对我国的发展做出了巨大的贡献, 为我国各行各业的发展提供了重要的能源。煤矿机械作为煤矿生产的主力军, 大大提高了煤矿企业的生产效率, 加速了我国工业发展的步伐。但是, 煤矿机械的能源消耗非常的大, 浪费了大量的能源, 增加了企业的运营成本, 不利于企业的发展。而且, 现在市场竞争激烈, 各大企业都在尽可能地降低生产成本, 使企业在市场中站稳脚跟, 长久发展下去。煤矿企业也不例外, 同样需要节约生产成本, 还需要面对新能源的挑战。因此, 采用变频调节技术对煤矿企业的机械设备进行节能减排设计已经是社会发展的必然趋势。

一、煤矿机械节能存在的问题

1. 高耗能

虽然煤矿企业的机械设备能够大大提高煤炭的生产效率, 但是机械设备运行所消耗的能源也是一个巨大的数字。随着新能源、新技术的发展, 绿色环保、节能减排活动的开展, 使得煤矿企业面临着巨大的难题, 也就是高能耗的问题。煤矿机械设备能源消耗量大, 这是一个非常严峻的问题, 因为我国人口众多, 资源非常紧缺, 能源的浪费就是阻碍经济的发展。根据调查显示, 煤炭机械设备在运行时, 消耗的电能中, 只有大约70%的电能投入生产, 剩余的30%基本上都浪费了, 没有发挥实质性的作用。另外, 随着我国科学技术的快速发展, 及全自动化技术的使用, 煤矿机械设备的能耗将会大大增加, 浪费的能源也会逐渐增多。

2. 故障耗能

煤矿机械设备除去能源消耗严重之外, 还有机械故障发生概率大的现象, 这就使得煤矿企业能源进一步浪费。煤矿企业生产所使用的机械设备较多, 故障发生率也比较高, 一旦发生故障, 就会影响企业的生产效率, 增加企业的经济成本。随着工业技术的快速发展, 对煤炭的需求量将会大大增加, 煤矿需求量的增加会对机械生产设备的运行带来巨大负荷, 使得设备使用时间过长。这样就会对煤矿机械设备的运转造成影响, 导致设备出现故障的概率大大增加, 严重时会影响生产人员的安全, 产生不可挽回的损失。

二、变频调节技术

变频调节技术在我国非常受欢迎, 被应用在诸多领域当中, 我们最常见的变频空调就是采用的变频调节技术, 能够大大节约空调的能耗。变频技术是通过与微电子技术相结合, 组成变频器, 从而对机械设备的电源进行调节, 根据实际的需要调节空调电源的频率, 从而将电源全部投入生产当中, 减少能源的浪费, 提高能源的利用率。

1. 变频模拟

变频调节技术的本质就是节能, 通过在煤矿机械设备中安装变频调节技术, 对设备进行节能操作。变频调解技术可以通过计算机网络平台实现, 在计算机的端口输入生产方案, 融入使用者的思想, 从而模拟出相关的工作情节。对模拟的工作内容进行分析研究, 判断是否符合相关的标准, 最后做出相关的整改, 从而确定最终的运行方案。这种变频模拟系统可以完成相关的指令, 替代了过去的人工调试, 使得设备更加智能化、人性化。同时, 这种模拟系统能够大大提高设备的工作效率, 降低设备的能源消耗, 节约设备的运营成本。

2. 科学指导

变频技术是当今社会机械节能设计改造的重要手段之一, 通过变频节能技术, 节约大量的电力能源。变频调节技术在煤矿设备的电力系统中具有重要的作用, 能够降低电力系统的操作难度, 提高工作效率。煤矿设备的电力系统结构复杂, 而且操作的难度也非常大, 其中存在着巨大的安全隐患, 操作不当就会引发安全事故, 造成严重的后果。在煤矿企业的电力系统中采用变频调节技术之后, 能够在一定程度上改变这一现状, 降低电力系统的操难度, 提高工作效率。同时, 采用变频调节技术还能对采矿作业进行科学的指导, 规范化操作, 为煤矿的安全生产提供保障。

三、节能方式

1. 降低无功功率的能耗

在煤矿机械设备中采用变频调节技术, 以此来改善机械设备的无功功率, 降低无功功率的能耗。煤矿机械设备的无功功率需要适当, 一旦设备产生的无功功率过多, 就会使设备发热, 对设备的线路造成损坏。煤矿机械设备的无功功率还会对电力系统的有功功率造成影响, 一旦无功功率的因数降低, 电力系统的有用功率也会随之降低。发生这样的现象, 就会使无功消耗的电能增加, 进而影响设备的生产效率, 增加设备整体上的能耗。通过使用变频调节技术, 可以通过变频器的调节, 可以在一定程度上降低无功电能的消耗, 从而增加有用功率的工作效率, 整体上提供设备电能的利用率, 达到节能的效果。

2. 改变启动方式

传统的煤矿机械设备都是使用老式的电动机, 当煤矿作业开始之前, 就会启动电动机, 而启动的方式都是硬启动, 这样的启动方式会对电力系统造成巨大的影响, 影响电力系统的正常运行, 对电力系统造成损害。在启动电动机的过程中, 如果电力系统所需的电力较大, 电动机会受到强大电流与震动的影响, 使得电动机的阀门与挡板收到损坏, 同时也会影响到相关的机械设备。当在煤矿电力系统中引用变频调节技术之后, 变频器会根据电动机的实际需求, 调节相关的电流, 使其从零开始逐渐上升, 这样就会使发动机的启动电流得到有效的控制。这样的启动方式可以降低电力的消耗, 提高电能的利用率, 还能够保护发电机的阀门与挡板, 提高设备的使用寿命。

3. 变频节能

变频调节技术在煤矿机械设备中的应用, 可以使设备达到节能的效果。因为煤矿机械设备的运行功率是一定的, 当设备的运行负荷无法达到要求时, 就会增加有功功率的电能消耗量, 出现能源浪费的现象。在过去, 为了调节电动机运转所需的能量, 一般会通过改变挡板、阀门的方式来调节能量, 在调节的过程中, 会造成能量的浪费, 损失很多不必要的能量。如今, 很多煤矿企业的机械设备都采用了变频调节技术, 这样就会灵活的调节所需能源, 对煤矿的设备运行所需的能量进行实时调节, 根据电动机当时的运行状态, 为其调节相应的能量, 避免能源的浪费, 从而节约能源, 提高能源的利用率。

四、发展前景

我国作为一个发展中国家, 资源相对紧缺, 节约能源是我国当前最主要的发展方向。因此, 变频调节技术对我国的发展非常的重要, 是我国发展重点扶持的产业。虽说现在变频调节技术在煤矿中的应用还处于初步阶段, 很多地方都存在缺陷, 并不能完美地发挥变频调解技术的作用。但是我相信, 变频调节技术在我国的煤矿设备中具有广阔的发展空间, 未来将会成为我国最重要的节能技术之一, 我国将会有越来越多的企业使用变频节能技术。同时, 在煤矿企业机械设备中采用变频调节技术, 也是发展煤矿企业的重要手段之一, 这样能够为煤矿企业节约大量的运营成本, 提高资源的利用率, 减少企业的开支。还能提高煤矿企业在市场中的竞争力, 促进煤矿企业长久发展。

结语

现在是科技时代, 我国采用大量的先进技术来开展绿色环保、节能减排活动, 从而节约国家的资源。而煤矿企业作为重点支柱产业之一, 应当身先士卒, 结合先进的可续技术, 大力开展节能减排活动, 将先进的节能技术与生产设备相结合, 尽可能降低能源的消耗, 为煤矿企业节约大量的成本, 实现煤矿企业长久、健康发展的目标。

参考文献

[1]张荣静.新时期煤炭资源开采利用的节能技术[J].郑州大学学报, 2011 (32) :221-224.

[2]曹代明.变频调节技术功能在煤炭设备改造中的应用成效[J].科技博览, 2010, 40 (20) :66-67.

变频调节技术 篇2

因此, 针对目前我国污水处理行业的具体状况, 通过对新工艺的研发与应用、运行的优化调控、设施设备的改良改造、先进控制的应用, 对形成系统的污水处理节能降耗技术具有重要意义。

1 城市污水处理厂能耗控制理论基础

污水处理厂的运行过程中, 实际电能消耗与污水处理厂的处理规模、原水水质特征、处理工艺的选择以及排放标准等因素有关, 这其中污水及污泥的提升、生物处理的供氧以及污泥处理这几个工艺过程不仅是出水水质保障的核心, 也是电能效耗的重点, 仅前两个工艺过程的电能消耗量一般要占整座污水处理厂直接能耗量的60%以上。污水处理中鼓风机、进水泵等工艺设备进行控制和调节, 使各系统风量、水流量等负荷工况参数按照负荷的实际情况得到适时的调节, 不但能改善系统的调节品质, 达到阀门、风门节/回流调节、变极调速等落后的调节方式所不能相比的调节性能, 更能节省大量电能, 降低运营成本。因此解决好运行过程中风机水泵的电能降耗就成为了一座污水处理厂节能降耗的重点。那么, 如何有效降低风机水泵的能耗呢?

一般来说, 污水处理厂中的风机水泵类负载较多是根据满负荷工作需用量来选型, 但在实际运行过程中该类设备大部分时间并不需要满负荷状态工作, 因此会产生一部分不必要的能耗;另一方面, 由于风机和水泵的机械特性均为平方转矩特性, 很难进行变速调节, 只能依靠节流调节对管道上的风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量及水泵流量, 但这种操作会增加管路的阻力, 从而增大管路系统的损失, 导致能耗损失大, 不利于风机、水泵的节能运行。通过交流电机的调速可以在一定程度上缓解这种能耗, 这其中变频调速是最高效的一种调速、节能手段。变频调速的主要特点在于其无附加转差损耗、效率高、调整范围比较宽, 特别适合于低流量运行较多或启停运行频繁的风机水泵类, 它可以实现水泵风机的无级调速, 并可方便的组成闭环控制系统, 实现恒压或恒流量控制。风机水泵变频调速的节能原理如图1所示。

其中:

n1:风机水泵在额定转速运行时的特性;

n2:风机水泵降速运行在n2转速时的特性;

R1:代表风机水泵管路阻力最小时的阻力特性;

R2:风机水泵管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

从图可以看出, 风机水泵在管路特性曲R1工作时, 工况点为A, 其流量压力分别为Q1、H1, 此时风机水泵所需的功率正比于H1与Q1的乘积, 即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需要减小风量 (流量) 到Q2, 实际上通过增加管网管阻, 使风机水泵的工作点移到R2上的B点, 风压 (水压) 增大到H2, 这时风机水泵所需的功率正比H2Q2的面积, 即近比广BH2OQ2的面积, 显然风机水泵所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大, 不利于节能, 是以高运行成本换取简单控制方式。若采用变频调速, 风机水泵转速由n1下降至n2, 这时工作点由A点移到C点, 流量仍是Q2, 压力由H1降到H3, 这时变频调速后风机 (水泵) 所需的功率正比于H3与Q2的乘积, 即正比于CH3OQ2的面积, 功率减少十分明显的。

2 变频调速技术在污水处理厂的应用

曝气系统的鼓风机和进水系统的潜水泵是污水厂的核心设备, 功率较大且都为全天候运转, 因此用变频器对鼓风机和潜水泵进行变速调节, 不仅可以从工艺角度有效控制设备的运转, 而且还可以节省电能, 并减少设备的故障率以延长设备的使用寿命。

目前, 国内的生物处理污水厂大多数采用鼓风曝气工艺, 鼓风机作为污水处理活性污泥法中经常采用的机械设备, 对污水处理厂的正常运行起着重要作用。鼓风机的能耗占污水厂总能耗的50%以上, 其运行质量的好坏直接关系到污水处理的安全性与经济性, 以及处理后出水水质指标的高低。几乎全部的城市污水处理工艺都与鼓风曝气有关。污水处理厂中生物池好氧段的溶解氧浓度对处理结果有很大影响, 如果溶解氧浓度太低, 出水水质将不能达到排放标准;如果溶解浓度太高, 不仅大量浪费电能, 还可能使活性污泥上浮同样会造成出水水质不能达标的现象。通常人工手动调节鼓风机的输出风量及风压, 无法使生物池内的溶解氧浓度精细化控制在一个稳定的数值, 且电能浪费现象严重。在鼓风机上增加变频控制就是为了准确控制生物内池溶解氧的浓度值, 从而起到节电和稳定出水水质的作用。

实际运用中, 生物池好养段的溶解氧浓度由池中的溶解氧仪检测出并实时传送给PLC, PLC根据设定的所需溶解氧浓度值通过PID方式变频控制鼓风机运行, 自动调节出风系统的风量及风压, 使生物池中的溶解氧浓度稳定在设定值。

3 变频器在潜水泵上的应用

污水处理厂中的潜水泵的数量一般较多, 例如进水提升泵、各种回流泵以及棑泥除砂泵等。这些潜水泵不仅数量众多功率较大, 水头提升的高度一般都较高。因此, 在潜水泵启动时的急扭与停机时的水锤现象往往会造成管道的松动或破裂, 严重时可能会造成潜水泵的损坏;同时由于污水处理厂工艺的需要大多数潜水泵都为全天候运转, 电能的消耗也非常大。

在潜水泵安装变频调速器以后, 可以通过延长潜水泵的开启与停止时间来实现电机的软起、软停, 从而解决急扭与水锤现象的发生, 大大减小潜水泵由于启动和停止时对机械系统及潜水泵自身的冲击, 而且变频调速器还可以配合PLC以及现场检测仪表根据不同工况下设定的水位及流量状态来自动调节潜水泵的转速, 从而起到节能的目的。

摘要：城市污水处理是高能耗行业之一。风机和水泵类设备在生产中的耗能最大, 因此风机水泵的节能降耗就显得尤为重要。传统的节能措施效果并不令人十分满意, 交流调速设备的出现使得交流电动机调速困难、交变速设备结构复杂且效率和可靠性不尽人意的缺点得以改善, 风机水泵的高效运行也逐渐得到了普及和发展。本文综述了污水处理厂中风机和水泵类设备在使用变频器后节能降耗的效果, 阐述了变频节能技术的节能原理和其实际效果, 并通过实例分析了风机水泵类设备在使用变频节能技术后的能耗差异。分析结果表明, 在风机及水泵等设备中运用变频节能技术显著的节能效果, 值得推广。

关键词：变频,节能,污水处理,风机水泵节能

参考文献

[1]张燕宾.变频器应用教程[M].机械工业出版社.

[2]周军, 王艳军, 陈绍伟.污水处理厂水泵选型及节能技术的研究[J].通用机械, 2008 (06) :148-152.

浅谈热网循环泵变频调节运行 篇3

关键词：调节,平衡,指标,功率,参数,频率

热网循环泵控制使用变频调速技术是配合热网运行调节的重要技术手段, 是热网变工况运行的必要条件。变频器普遍工作原理是交-直-交转换, 通过降低输出电压、电流的方式控制循环泵电机的转数, 降低轴功率, 使循环泵在整个供暖期不同热负荷条件下都能够向系统提供适合的参量。然而现在很多在用变频设备处于几乎没有调节使用状况, 甚至有些地方明明变频器摆在那却不用, 仍旧依靠循环泵进出口阀门控制系统流量。究其原因是:a.计划体制下对于上供下回系统运用大流量低温差运行方式的宣传产生的误导;b.多年来, 学暖通专业的极少有干暖通行业的;c.供热单位领导对于节能降耗工作的不重视, 企业对职工培训不够。

变频运行的依据:

a.理论计算时的保险系数, 在水利计算后都要乘以保险系数所以设计结果都大于实际需要;

b.循环泵生产厂家是根据锅炉的蒸发量设计定型的, 不会为某一用户单独设计加工, 所以循环泵的选择都有余量。例如某一计算需要流量30m3/h的泵, 可是没有与之匹配的泵, 和他接近的有24m3/h的泵和48m3/h的泵, 所有设计人员都会选择48m3/h的泵, 这就比计算流量大了60%;

c.理论计算是根据设计参数进行的, 例如牡丹江的设计参数室之一的外温度是-24℃, 也就是说每个采暖期的严寒期内的某段时间室外平均温度才能达到这个温度值, 其它时间都是高于这个温度值的, 系统需要的机泵出力是小于设计参数的。

1 实际运行的方式

1.1 集中供热热负荷是按照正态曲线方式分布的。

供热的初期、末期热负荷小, 这时系统所需要的流量就小, 资用压力就小;严寒期热负荷大, 系统所需要的流量就大, 资用压力就大。流量和扬程是由电机的轴功率提供的, 所以经变频调节后供热耗电量也是按照正态曲线分布的, 但是在供热初期由于跑冒滴漏、用户存气以及初调节等因素会有一小段时间耗电量分布在曲线外;

1.2 平衡调节与变频调节相配合, 变频调节不是孤立的, 必须与供热系统的水利平衡调节、热工平衡调节相结合。

当变频器频率降低后, 循环泵电机转速下降, 轴功率降低, 循环泵出力降低, 流量、扬程都降低, 那些依靠大流量运行掩盖的问题就会显现出来, 这时就需要对供热系统进行水力平衡调节和热工平衡调节。把系统中短循环部分 (压力降小的系统) 和系统中过热部分 (超热指标部分) 通过平衡 (调节) 设备调节, 最终目的是达到系统的热工平衡, 提高运行效率。

1.3 基本调节方法, 首先要掌握水泵的特性参数与频率的关系,

即水泵的流量与频率成正比, 水泵的扬程与频率的平方成正比, 水泵的功率与频率的立方成正比。要知道频率下降对于循环泵流量、扬程和电机功率的影响程度。我们通常是用系统最不利环路的运行压力降 (阀门和调节设备处于自由状态, 压力降最小时) 确定系统所需循环泵扬程, 其它环路通过阀门调节与之平衡。经常会在一些运行的系统中看到所有的阀门都是处于极度调节状态, 造成循环泵提供的扬程大部分克服在调节设备上, 造成电能的浪费。在调节过程中要注意几个参量, 二级网流量、二级网温差和二级网压差, 要根据热指标和室外温度适时调节。

1.4 电动机自然功率因数对于降低电能损耗。

电动机的功率因数有两种, 即自然功率因数和总功率因数。电动机当其处于最佳负载率状态下运行时, 其效率最高, 自然功率因数最大。我们对于变频器的调节就是要保证电动机在不同的供热指标条件下处于最佳负载状态。由于电动机自然功率因数的提高, 实现了电功率的无用功向有用功的转化, 可以减少低压网络中输送的无功负荷, 从而降低其电能损失。

1.5 耗电输热比的限制, 耗电输热比是衡量热网运行效率的指标之一。

它表示供热系统输送热能所消耗的电能的比率。而耗电输热比是与系统的运行半径直接相关的。也就是说, 当一个供热系统建设完成时, 这个系统运行的运行半径就已经确定, 耗电输热比范围也就确定, 我们对于变频器的调节以达到节电的目的的限度就已经确定, 不可能无限度的降低循环泵运行频率, 不可能无限度的降低输送热能所消耗的电能。

2 实际运行的效果

某供热公司供热面积120万m2, 15000余户热用户, 20个换热站。2008采暖期各个换热站内的变频器形同虚设, 整个供热系统没有调节, 甚至该采暖期结束后仍有大量用户上访。当期的热指标是0.72Gj/m2, 电指标是0.67Kwh/m2, 热费收缴率92%, 采暖期用户室温不达标372户, 用户满意率低。2009采暖期该公司加强了变频调节和热网调节, 该采暖期的热指标是0.51Gj/m2, 电指标是0.37Kwh/m2, 热费收缴率96.02%, 采暖期用户室温不达标75户, 用户满意率显著提高。

3 结论

多年来, 某供热企业对于生产服务指标常抓不懈, 对于各项指标建立了考评、考核奖惩机制, 节能降耗与职工的利益挂钩, 让职工在干中学, 学中干, 职工通过努力工作, 让企业获得效益, 让个人得到利益。以供热消耗的电指标为例, 指标控制最好的生产单位在2010~2011采暖期的电指标是0.28Kwh/m2。该公司电指标低于全国同行业平均指标31%, 仅此一项每年就解约电费340万元。

参考文献

[1]马健, 郭华, 刘健康.分布式变频泵系统的设计与应用[J].区域供热, 2004 (2) :10-14.

[2]孟瑞平, 苏保青.分布式变频调节系统的节能分析[J].山西建筑, 2007, 33 (8) :233-234.

变频调节技术 篇4

随着我国的经济高速发展, 能源已经成为发展的基础和动力。据显示, 我国能源消费目前占到全球的25.4%, 居世界之首。而我国能耗的损失较为突出, 能源利用率低。变频调节方法为我国的节能发展奠定了良好的基础。变频技术已经在各个领域得到了广泛的应用, 包括空调系统的调节、供热系统的调节、大型机械设备、小型的家用电器等, 受到了各行各业的青睐, 取得了良好的节能效果。通过研究变频调节的功率及效率随转速的变化情况, 来掌握变频调节技术的原理, 并能够把变频调节技术与实际调节进行良好的匹配, 达到节能效率最大化, 保证节能降耗工程能够有力的实施。

如今, 建筑能耗占总能源消耗的比重越来越大, 而建筑能耗又以供热系统能耗为主。我国供热系统的调节水平落后, 主要以质调节为主, 质调节的方法操作简单, 运用这种方法调节时, 供热系统的循环水量不需要调节, 而只针对供回水的温度进行调节, 这种调节方法导致水泵的耗电量很大, 并且能耗损失较为严重。

采用变频调节技术对供热系统的调节具有很大的节能意义, 掌握良好的变频调节技术将更有助于供热系统的节能, 使用变频调节方法, 对负荷变化的响应速度很快, 通过改变水泵的转速使系统的流量发生变化, 达到调节效果的同时又节省水泵的耗电量。

1 变频调节的原理分析

在供热系统中, 变频调节的方式就是改变水泵的转速。水泵转速改变, 其性能曲线也跟着改变。根据相似原理可得, 水泵在不同的转速下, 流体的流动是相似的, 也就是说水泵在不同的转速下, 其性能曲线是相似的。变频水泵的流量Q、转速n、扬程H及功率N有以下关系:

它的特性曲线图见图1。从图1中得出, 当阀门开的较大时, 水泵的特性曲线③与管网特性曲线②交于B点, 水泵轴功率可以用面积BH1OQ2表示, 此刻水泵的流量为Q2, 而扬程为H1。如果流量想要减小到Q1, 可以采用两种调节方法:通过调节阀门来改变管网的特性曲线, 使得管网特性曲线①与水泵的特性曲线③交于C点, 从而满足了所需的流量Q1, 但是扬程变为了H2, 水泵轴功率用面积H2CQ1O表示;如果改变水泵的转速, 降低水泵的转速, 根据相似理论, 水泵特性曲线将由③变为成曲线④, 但管网的特性曲线不变仍为②, 与水泵的特性曲线④交于A点, 也可以满足流量Q1的要求, 不同之处是扬程变成了H3, 与H2相比大幅下降, 水泵的轴功率可由面积H3AQ1O表示。

两种调节方法都可以达到同样的效果, 但是, 采用阀门调节所消耗的轴功率要远高于通过降低水泵转速调节需要的轴功率, 从图1中可以得出, 变频调节要比阀门调节节省的功率ΔP可用阴影面积H2CAH3表示。可得知采用变频泵调节方式比定频泵调节更节能, 而且节能效果十分显著。

变频水泵其实是通过变频器来改变电机的转数, 从而实现非满负荷工况下的调节, 上述分析了变频水泵的节能原理, 下面对变频水泵的效率及电耗进行理论分析。

变频水泵是由电动机、变频器和水泵组成, 输入的总功率Nin先通过变频调速器变为Nm;再经过变频调速器传到电机, 变为Ns;最后由电机控制水泵的运行, 最终, 水泵实际输出的有效功率为Nt。在每个过程中都有能耗的损失, 假设变频调速器的效率为ηv, 水泵的效率为ηp, 电动机的效率为ηm。下述分析变频水泵不同功率的关系式及电耗的计算式:

1) 水泵有效功率Nt由下式计算得出:

其中, Nt为水泵有效输出功率, k W;H为水泵的扬程, m;g为重力加速度, m/s2;G为水泵的质量流量, kg/h。

2) 水泵的轴功率Ns计算式:

其中, Ns为水泵轴功率, k W;ηp为水泵效率。

3) 电机输入功率Nm计算式:

其中, Nm为电机的输入功率, k W;ηm为电机的效率。

4) 总的输入功率, 表示为:

其中, Nin为变频器输入功率, k W;ηv为变频器的效率。

因此, 变频器的输入功率即总的输入功率计算表达式为:

通过上式可以得出, 效率是影响水泵电耗的重要因素之一, 下面分析水泵效率ηp、变频器的效率ηv、电机效率ηm及总效率对水泵功率的影响。

2 变频调节的效率及功率分析

通过理论研究分析, 额定工况水泵的效率ηp最高, 但随着管网流量的降低, 水泵的效率也随之降低, 且降低程度与水泵性能有很大关系。

随着电机转速的改变, 电机的效率ηm也会发生改变, 经过研究, 可以总结出电机效率的理论计算式:

其中, φ为电机的运行转速与额定转速比, 称之为电机相对转速, 可表示为:

其中, n为电机的额定转速, r/min;n'为电机的实际运行转速, r/min。

变频器的效率ηv在水泵运行过程中也会随着电机转速的变化而变化, 它的效率与电机的转速关系为:

对上述公式电机的转速比赋值, 可绘制成平滑的曲线, 见图2。

从图2可看出, 在额定的工况下, φ=1时, 变频器的效率及电机的效率全部都在95%左右, 而不是100%;它们的效率都随转速比的降低而降低;随着转速比的降低, 起初效率衰减缓慢, 但随着转速比降到0.3时, 电机效率ηm和变频器效率ηv都大幅下降。

由理论公式可得, 功率比与转速比是三次方的关系。这里的功率N是输出功率即有效功率Nt, 实际的电耗是, 因此, 水泵的总耗电功率与转速的关系通过公式推导可得如下关系:

整理得:

通过研究分析, 在定频水泵的特性曲线中, 水泵效率ηp特性曲线是不变的, 水泵的效率随着流量的改变而改变的;在变频水泵运行时, 水泵的特性曲形状不变, 效率曲线也不变, 位置随转速的变化而变化, 但水泵效率ηp与ηp'的比值是不变的, 因此, 上式可以化简为:

其中, ηz为变频器效率ηv和电机效率ηm的积, 通过上面电机效率计算式 (7) 和变频器效率的计算式 (9) , 拟合出效率ηz的曲线图, 并根据电机转速比的不同, 绘制出总耗功率比曲线图, 水泵在不同转速比状态下的耗功率比见图3, 考虑效率与不考虑效率的耗电功比见图4。

3 结果分析

1) 通过上图可以看出, 随着转速比的降低, 水泵的总效率也降低, 特别是当转速比降至0.3时, 变频水泵的效率已经小于70%, 也就是说, 当在转速比小于0.3的运行下, 所提供的总功率中, 就至少有30%的电耗由于效率低导致能耗损失。因此, 在供热系统采用变频调节时, 转速比最好要控制在0.3以上, 从而可以减少电耗损失;

2) 总电功率比随转速比的降低而降低, 开始时降低幅度大, 但随着转速比的减小, 幅度减缓, 因此, 采用变频调节时, 在高转速比范围调节下, 节能效果显著;

3) 考虑效率影响的电功率比要大于不考虑效率影响的电功率比;

4) 在转速比较高时, 效率对电功率比影响并不大, 随转速比的降低, 水泵总效率降低幅度增大, 对电功率比的影响增大, 当转速比从0.3继续降低, 水泵电功率比降低幅度较小, 节能效果不明显, 而效率对水泵电耗影响继续增大, 导致电耗损失增大。

4 结语

通过分析研究变频水泵的节能原理、变频水泵的组成以及变频水泵效率和功率的影响因素, 达到对变频水泵调节系统更深入全面的了解, 从而更好的掌握变频调节技术, 并能够在实际工程中得到高效的应用, 达到显著的节能效果。

摘要：针对变频调节的技术原理及效率的影响因素进行了研究, 分析了变频水泵效率的影响因素、影响效果以及变频调节的效率随转速的变化情况, 绘制出了转速与效率的变化曲线图, 并对变频调节的效率和功率进行了探讨, 绘制了效率对功率的影响曲线图, 总结了变频调节效率、转速比与功率的关系, 为之后变频技术的运用奠定良好的基础。

关键词：变频调节,耗电量,效率

参考文献

[1]江亿.中国建筑节能发展报告2012[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2]徐宝萍, 付林, 狄洪发, 等.变流量工况下的散热器动态仿真[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2008, 48 (12) :2029-2032.

凝析油外输泵的变频调节应用分析 篇5

关键词：凝析油,离心泵,变频器,节能

随着节能减排成为我国的一项基本国策,节能越来越受到国家和企业的重视。在海洋平台上,存在着大量的离心泵,为了能好的降低能耗,越来越多的离心泵使用变频节能,与此同时,不少变频器生产厂家也纷纷推荐采用变频器来进行泵的流量调节和减少能耗。对于变频泵的节能效果,变频器厂家及变频器应用的书籍手册给出了变频泵节能效果的计算公式:泵能耗与泵转速的三次方成正比[1,2],因此,如果泵转速是其额定转速的1/2,则功率只有额定值的1/8,节能87.5%。

海洋平台上的凝析油外输泵运行工况比较复杂,其受制于逐年变化的油气田配产影响,目前在进行泵的流量调节及节能设计时,越来越多的人员采用变频设计,但是变频器的使用并不一定能够带来好的效果,应该针对其实际运行的工况进行详细的分析,根据分析结果判断采用变频器的节能效果,本文针对海洋平台上的凝析油外输泵进行分析,在考虑了凝析油外输泵实际运行的工况后,得出了凝析油外输泵不采用变频器的设计结论,并给出了变频器适用工况的离心泵范围。

1 从相似理论推导出的变频节能原理

在离心泵内流动完全相似的条件(即满足几何相似、运动相似和动力相似,其中几何相似是运动相似、动力相似的基础)可以推导出著名的流量、压头、功率和转速关系的方程式:

流量和转速之间的关系:

L1/L0=(n1/n0)=常数

压头和转速之间的关系:

P1/P0=(n1/n0)2=常数

功率和转速之间的关系:

W1/W0=(n1/n0)3=常数

式中: L—变频水泵流量,m3/s

P—变频水泵压头,kPa

W—变频水泵功率,kW

n—变频水泵转速,r/min

下标为0的参数,为额定工况参数,下标为1的参数是转速为n1时的参数。

上述三个关系式是将离心泵在整个管路系统中孤立出来,从相似理论推导出来的结果。其节能效果可以从图1可看出。

A0点为离心泵额定工作点,当进行变速调节时,电机转速下降,带动离心泵转速下降,由n0降到n1,其运行工况点沿着管路阻力曲线由A0点移到A1点,此时,流量、压头及功率与转速之间的关系满足上述三个公式,即在这种工况下,离心泵的节能效果非常明显,其功率关系为W1/W0=(n1/n0)3,例如,当转速由1 500转降到了1 200转,流量降低了20%,而能耗减少了50%,起到了良好的节能效果。

但是实际离心泵的运行过程中,它是管路系统不可分割的一部分,因此应从系统的观点进行分析,相对于整个管路系统而言,对泵完全相似要求的三个相似条件,是对整个系统而言的,而不是单单对泵要求的条件。下文将通过对凝析油外输泵变频的分析进行说明。

2 凝析油外输泵的参数配置

在海上气田开发项目中,凝析油一般都随着天然气伴生产出,当气田产量较大或者油气比较高的时候,凝析油的产量也相当可观。凝析油在平台经过简单处理后,通过海底管道进行外输,在荔湾3-1项目中,由于海洋平台位置距离陆上终端较远,凝析油的外输采用油气混输进入海管,即只设置一条海底混输管道,平台处理合格的天然气及凝析油分别由压缩机和外输泵增压后通过海底管道混输至陆上终端。

本项目的工艺流程可以简化为图2所示,从气田开发出来的天然气经过分离处理之后(多级分离处理),天然气进入压缩机系统进行压缩,凝析油进入凝析油外输泵增压,增压后的天然气和凝析油混合到一起,进入海管外输。

凝析油外输泵运行参数有以下特点:

(1)受制于地下油气藏的影响,凝析油的产量逐年变化很大,造成外输泵的流量覆盖范围广。

(2)由于天然气的外输压力高,造成凝析油外输泵的外输压力也随之提高。

其具体的运行参数见表1所示。

从运行的参数可以看出,该凝析油外输泵的流量变化很大,但是外输压力基本保持恒定,属于恒压外输系统的离心泵。

3 变频器适应性研究

3.1 凝析油外输泵的选型

根据该凝析油外输泵运行参数的特点,外输压力较高,压差较大,远期预留工况流量也相对较大,因此选择多级离心泵。由于在较大的流量变化范围内,外输泵要求的压力相对比较恒定,因此该泵的性能曲线比较平稳,属于恒压多级离心泵。

为了减少后期增加泵的数量,降低平台的布置面积,单台泵流量设定为140 m3/h,且能够适应从47 m3/h到140 m3/h的流量变化范围。其性能曲线如图3所示。

3.2 变频调节分析

由于流量变化范围较大,有人提出采用变频器进行控制,即可以有效调节流量,又能降低能耗,但是事实并非如此。在图3中可以看出,由于外输压力比较稳定,该离心泵性能曲中压力随着流量变化下降较小,曲线相对比较平稳。

图中点1为额定工作点,流量为140 m3/h,扬程为710 m(考虑了凝析油的密度),此时转速约为2 900转,电机频率约为50 Hz。选取第四个工作年的工况点,即流量为57 m3/h,如果采用变频调节,将转速降下来,点2即为其工作点,在性能曲线上可以看出,其转速约为2 000转左右,但是在不改变管路特性曲线的情况下,此时的扬程只有400 m,达不到外输压力的要求。为了达到710米扬程的外输压力要求,必须调节管路阀门开度,改变管路阻力曲线,并提高电机转速,将凝析油外输泵的扬程提高到710 m,即点3位置,由性能曲线可以查出,此时的泵轴转速约为2 700转,其电机频率约为46 Hz。

通过以上分析可以看出,泵的转速由140 m3/h降到了57 m3/h,如按照厂家给出的公式计算,其能耗如下:W1/W0=(57/140)3=6.75%,即变频调节后的能耗为额定状态下的6.75%,相当于节能93.25%。然而从上述分析可以看到,其电机频率只是从50 Hz降到了46 Hz,实际能耗只降低了约8%,并没有大幅度的降低能耗,其节能效果非常小,并不是厂家所提到的泵能耗与泵转速的三次方成正比。造成这种现象的原因是因为泵和管路是一个整体的系统,不能将泵作为单独的部件进行分析。

从系统的观点来看,如果凝析油外输泵所在的管路系统运行时某个部件几何形状发生了变化,便破坏了整个系统相似的基础——几何相似,在管路系统中工作的凝析油外输泵也不可能处在相似工况运行。只有管路阻力特性曲线R1上所有的点在运行时,才能保持管路系统的几何参数是不变的,因此当泵的转速变为2 000 rpm时,唯有管路阻力特性曲线R1与2 000 rpm曲线的交点(即点2)和额定工况点(即点1)完全相似,才有上述3个关系式,其他任何点,比如2 700 rpm曲线和等压线的交点(即点3)就不适合上述3个关系式。如果不分泵所在管路系统的运行工况就直接将变频泵的功耗和转速3次方成正比,这是不正确的。

在管路系统运行时唯一可变几何形状的部件是各种阀门,因此凝析油外输泵变频调节时阀门开度不能变动,才能保持管路系统流动相似的基础,系统不在相似工况运行,则在系统工作中的凝析油外输泵当然也不可能在相似工况下运行。由系统分析可知,管路系统在相似工况运行变频泵的节能效果最好,因此判断变频泵是否在相似工况最简单的方法就是凝析油泵变频运行时阀门开度是否变化,如果开度不变化,泵就在相似工况运行,节能效果最显著。从另一个角度来看,阀门在运行中不变的要求是为了使阀门的节流损失最小,阀门开度变化,泵就不在相似工况下运行,节能效果变差,阀门开度越大,节流损失也越大,节能效果也越差。

4结论

在当前节能减排的大背景下,很多领域例如化工领域等都越来越多的采用变频泵技术来降低能耗,但是采用变频器是否可行需要进行详细的分析。本项目中,海洋平台凝析油外输泵的流量变化范围较大,一味的采取变频调节并不一定能够起到较好的节能效果,必须针对具体工况进行分析。

(1)通过本文分析可以看出,对于恒定外输压力的凝析油外输泵,当流量变化范围较大时,采用变频器进行调节,节能效果并不好,且一般凝析油外输泵都由中压电机驱动,如采用中压变频器,占地空间大,经济性也不好。

(2)当凝析油外输泵的外输压力随流量变化时,即流量增加,外输压力也随之增加,流量减小,外输压力也随之减小,此时采用变频调节会起到良好节能效果。

参考文献

[1]许振茂.森兰变频调节器在风机水泵中的节能应用[J].自动化博览:变频器应用专集,2003,5(增刊):17-19.

变频调节技术 篇6

关键词：数字化混输撬,变频调节,PLC编程

数字化混输撬在应用过程中, 依靠PLC进行现场数据的实时采集与计算处理, 并将处理的结果实时显示到上位机监控平台 (即数字化混输撬智能控制平台) , 便于值班人员实时监控现场各个生产参数, 并及时处理上位机监控平台的操作指令。通过现场压力、液位等实时数据自动执行相应的控制指令, 如输油泵的启停和变频控制, 电动阀的阀位控制, 加热系统的开关控制等。其中输油泵的启停和变频控制尤为重要。

数字化混输撬输油泵的变频控制常用的主要是PID自动调节和比例调节两种。

1 数字化混输撬的PID变频控制:

数字化混输撬PID控制是通过采集本站缓冲罐的液位或站外来油压力, 使用PID计算方法, 计算得出合适的输出频率, 进而通过变频器调节油泵的转速和排量, 达到来油和外输油量的动态平衡, 实现平稳连续输油。

PID算法:

其中, 基本偏差e (t) , 表示当前测量值与设定目标间的差, 设定目标是被减数, 结果可以是正或负, 正数表示还没有达到, 负数表示已经超过了设定值。这是面向比例项用的变动数据。累计偏差Σ (e) =e (t) +e (t-1) +e (t-2) +…e (1) , 这是我们每一次测量到的偏差值的总和, 这是代数和, 考虑到他的正负符号的运算的, 这是面向积分项用的一个变动数据。

基本偏差的相对偏差e (t) -e (t-1) , 用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差, 用于考察当前控制的对象的趋势, 作为快速反应的重要依据, 这是面向微分项的一个变动数据。三个基本参数:Kp, Ki, Kd.这是做好一个控制器的关键常数, 分别称为比例常数、积分常数和微分常数, 不同的控制对象他们需要选择不同的数值, 还需要经过现场调试才能获得较好的效果。

2 数字化混输撬的比例控制:

数字化混输撬有两台油气混输泵, 在其自动控制运行过程中, 通常是一台泵运行另一台在备用。如果一台泵长时间运行可能造成该泵过热或者另一台泵长时间不运行造成泵体或该段管线因环境温度过低而结冰或锈蚀, 为了解决这一问题, 就需要定期切换两台泵的启停状态。在两台泵切换过程中为了保障外输管线压力安全和输油泵频率平稳调节, 需要切换比例控制模式。

3 编程控制实例:

两台输油泵一台主泵一台备用, 每隔1小时切换使用, 要求备用泵启动后主泵再停止, 如果备用泵无法启动, 继续运行主泵, 备用泵报故障。写出泵切换时的频率控制程序。

分析:难点在于如何实现两台泵切换过程中外输压力不会高过单泵最高输出压力。需要先将PID自动控制的主泵频率平稳降低, 然后启动备用泵, 备用泵启用后停止主泵, 再将运行频率平稳升至PID自动调节频率 (见图1) 。

通过两个计时器, t10.q输出1个小时的脉冲方波。T10.q为0时1号泵为主泵, t10.q为1时2号泵为主泵。设定当t10计数3500s时1泵运行频率开始降低, 3600s时降至25Hz同时启动2号泵, 2号泵启动后停止1号泵并且频率逐渐升至PID自动控制值。当t11计数3500s时2泵运行频率开始降低, 3600s时降至25Hz同时启动1号泵, 1号泵启动后停止2号泵并且频率逐渐升至PID自动控制值 (见图2、图3) 。

当t10计时大于3500s且小于3600s时或t11计时大于3500s且小于3600s, 输油泵运行频率应为:25+ (3600-t10.et) (SCPL-25) /100, 其值逐渐减小。编程见图4。

同理当主副泵切换后t10计时小于100s或t11计时小于100s时, 输油泵运行频率为25+t11.et* (SCPL-25) /100, 其值逐渐增加至PID自动控制频率, 根据公式同上即可写出相应控制程序, 从而实现两台输油泵的平稳切换。其余时间输油泵运行频率由PID自动调节, 实现动态平稳输油的目的 (见图5) 。

结语

本文基于数字化混输撬控制原理和PLC梯形图语言编程, 并结合本人现场工作实践的基础上, 详细阐述了数字化混输撬在整个控制过程中通过自动变频调节实现动态平稳输油和双泵平稳切换的控制原理。自动化控制过程不是一成不变的, 通过不断地深入实践, 每个人都将会获得具有个人特点的控制方法和技巧。

参考文献

[1]王锦标.和利时PLC技术.北京:机械工业出版社, 2010.

[2]石玉明.PLC梯形图设计方法研究[J].现代电子技术, 2007 (12) .