高壓變頻器在供水車(chē)間的解決方案

　　1、 引言：

　　在泵站供水系統(tǒng)中,常常是多泵供應(yīng)多個(gè)用戶，同時(shí)內(nèi)部管路進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，能做到互為備用。在設(shè)計(jì)初期多個(gè)用戶的用量是基本一致的。但經(jīng)常有個(gè)別終端的用戶常會(huì)由于工況改變，工藝調(diào)整，供應(yīng)面積變化等原因，其供水量會(huì)小于原設(shè)計(jì)的容量，這時(shí)就出現(xiàn)了用大泵往出輸送小水量的情況。

　　北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部一供水車(chē)間的其中一路供水用戶的用水量較小,其總需求量不到水泵額定容量的三分之一。運(yùn)行時(shí)檔板開(kāi)度很低，在運(yùn)行時(shí)泵壓較高，不但是電能浪費(fèi)較大。同時(shí)用檔板調(diào)節(jié)時(shí)，由于其開(kāi)度與流量的非線性特性，往往一個(gè)很小角度的調(diào)節(jié)，其流量就發(fā)生很大的變化。

　　在北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部一供水車(chē)間附近，有一個(gè)小流量水渠，其地表流量與用量較小的用戶終端的使用量相近。在2004年，北京水務(wù)局從北京水資源的充分利用出發(fā)，要求北京燕化公司將這個(gè)小流量地表水利用上，以優(yōu)化水網(wǎng)的資源調(diào)配。但是實(shí)際的供水調(diào)配時(shí)，由于其小流量地表水流量與用量較小的用戶終端的使用量相近，而泵的容量較大，用檔板調(diào)節(jié)時(shí)，不是供水量不足，就是將小流量地表水抽干，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行利用。

　　為充分利用珍貴的水資源和電力資源，北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部一供水車(chē)間對(duì)3號(hào)泵進(jìn)行調(diào)速改造，通過(guò)高壓變頻器能對(duì)轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)精密調(diào)節(jié)的功能，使大流的量3號(hào)泵能順利抽取小流量的地表水渠中的水滿足用戶終端要求而不出現(xiàn)抽空現(xiàn)象。

　　2、 燕化公司一供水車(chē)間3號(hào)泵參數(shù)與改造方案簡(jiǎn)介：

　　(1)、燕化公司一供水車(chē)間3號(hào)取水泵參數(shù)：

　　名稱：離心式清水泵 型號(hào)：24SA—10A

　　揚(yáng)程：39m 流量：2700 m3/h

　　允許吸上真空高度：4.8 m 轉(zhuǎn)速：730 r/min

　　功率：319KW 配用功率：360KW

　　生產(chǎn)日期：1975年5月 重量：4100Kg

　　生產(chǎn)廠家：長(zhǎng)沙水泵廠

　　(2)、3號(hào)取水泵配套電動(dòng)機(jī)參數(shù)：

　　名稱：異步電動(dòng)機(jī) 型號(hào)：JS158-8

　　額定功率：380KW 額定電壓：6000V

　　額定電流：47A 環(huán)境溫度：35℃

　　轉(zhuǎn)速：740 r/min 絕緣等級(jí)：A

　　接法：星 重量：4100 Kg

　　技術(shù)條件：OAG.510.004 序號(hào)：750259

　　生產(chǎn)日期：1975年6月

　　生產(chǎn)廠家：湘潭電機(jī)廠

　　(3)、北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部一供水車(chē)間3號(hào)泵取水網(wǎng)簡(jiǎn)介：

　　在北京的頤和園水系中，有一路從燕山下來(lái)的小流量天然水道，其流量較小，平均僅在1000 m3/h左右，但是其水質(zhì)較好，在匯入總水系前，其能作為優(yōu)質(zhì)水源而直接利用。

　　北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部一供水車(chē)間3號(hào)泵的進(jìn)口管道經(jīng)過(guò)多管路的組合，即可以從主干渠中取水，宜可從小流量地表水渠取水。

　　在這種情況下，只好放棄對(duì)小流量地表水的應(yīng)用。這樣不但是小流量的水資源白白的浪費(fèi)，而且由于從主干渠取水的管道比從小流量地表水要長(zhǎng)出近一倍多，又浪費(fèi)了大量的電能，并占用了大量的管道資源。

　　(4)、北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部一供水車(chē)間3號(hào)泵調(diào)速改造方案：

　　為充分利用水源資和節(jié)能增效，通過(guò)大量的分析與調(diào)查，確定利用高壓變頻器對(duì)電機(jī)速度調(diào)節(jié)精度高，輸出力矩穩(wěn)定的特點(diǎn)，采用檔板全開(kāi)運(yùn)行，在低轉(zhuǎn)速下能實(shí)現(xiàn)小流量，低泵壓的精細(xì)流量輸出。故北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部確定用變頻調(diào)速的方案可以使額定流量為2700 m3/h的離心水泵穩(wěn)定輸出880m3/h的水量，達(dá)到利用小流量地表水為小水量用戶供水的目標(biāo)。

　　北京市水務(wù)局于2004年12月份投資采用哈爾濱九洲電氣股份有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速裝置對(duì)3號(hào)泵進(jìn)行改造。

　　3、 變頻調(diào)速節(jié)能的原理分析：

　　(1)、離心泵負(fù)載的相似理論

　　離心泵的流量，運(yùn)行壓力，吸收軸功率這三個(gè)基本參數(shù)與轉(zhuǎn)速間的運(yùn)算公司極其復(fù)雜，同時(shí)離心泵類負(fù)荷隨環(huán)境變化參數(shù)也隨之變化，在工程一般根據(jù)離心泵的運(yùn)行曲線，進(jìn)行大致的參數(shù)運(yùn)算，稱之為離心泵類負(fù)載的相似理論：

　　Q / Q0 = n / n0

　　H / H0 = ( n / n0 )2( ρ / ρ0 )

　　N / N0 = ( n / n0 )3( ρ / ρ0 )

　　式中： Q -- 離心泵流量 H -- 離心泵全壓 n -- 離心泵轉(zhuǎn)速 ρ-- 介質(zhì)密度 N -- 軸功率

　　離心泵流量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。(Q∝n)

　　離心泵壓力H與電機(jī)轉(zhuǎn)速n的平方成正比。(H∝n2)

　　離心泵軸功率N與電機(jī)轉(zhuǎn)速n的立方成正比。(N∝n3)

　?、臜—Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速為恒定時(shí)，表示離心泵壓力與流量間的關(guān)系特性。

　?、芅—Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速為恒定時(shí)，表示離心泵軸功率與流量間的關(guān)系特性。

　　⑶η—Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速為恒定時(shí)，表示離心泵的效率特性。

　　從中可以看出，離心泵的軸功率和離心泵壓力相交處即為效率最高點(diǎn)。

　　(3)、電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算：

　　其中：

　　P ——離心泵電動(dòng)機(jī)所需的輸出軸功率(kW);

　　Q ——離心泵流量(m3/s);

　　H ——離心泵壓力(kg/m2);

　　——傳動(dòng)裝置的效率;直接傳動(dòng)為1.0，皮帶傳動(dòng)為0.9~0.98,齒輪傳動(dòng)為0.96~0.98。

　　——離心泵的效率;

　　102 ——由kg•m/s變換為kW的單位變換系數(shù);

　　4、結(jié)束語(yǔ)：

　　通過(guò)北京燕化公司動(dòng)力事業(yè)部一供水車(chē)間的3號(hào)泵高壓變頻器調(diào)速改造，解決了大容量的離心泵在供水量與用戶量相值相近的小水量輸出情況的安全運(yùn)行的難題。使 3號(hào)泵安全地運(yùn)行于額定流量的1/3以下，并可以保持精確的流量調(diào)節(jié),在不抽干小流量地表水的同時(shí),保證的用戶終端的用水需求。

　　高壓變頻器的精確控制功能，可以使水泵工作于原來(lái)調(diào)節(jié)方式下無(wú)法達(dá)到的工況，在極小流量的情況下仍能精細(xì)的調(diào)節(jié)介質(zhì)流量,這樣就能將大泵使用一些原先無(wú)法應(yīng)用的小流量水源,這樣在節(jié)約大量電量的同時(shí)，同時(shí)充分利用了稀少的水資源。

　　在自主創(chuàng)新，占領(lǐng)世界科技高端的精神帶動(dòng)下，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)大功率與超大功率高壓變頻的技術(shù)不斷成熟，在中國(guó)的大型工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的電動(dòng)機(jī)調(diào)速應(yīng)用越來(lái)廣泛，并開(kāi)始進(jìn)入原來(lái)由國(guó)外的高壓變頻器壟斷的領(lǐng)域。使高壓變頻器這種現(xiàn)代電力電子的高科技產(chǎn)品將在我國(guó)能源高效利用的領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。