变频调速给水节能效果分析

　第 18 卷 ,总第 100 期2000 年 3 月 ,第 2 期 《 节 能 技 术 》 ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol. 18 ,Sum No. 100 Mar12000 ,No. 2 　 变频调速给水节能效果分析 哈尔滨市新阳供热厂 　吴大军 哈 尔 滨 工 业 大 学 　陈照弟 　　摘 　要 :将变频调速给水和节流调速给水消耗的功率进行了理论对比 ,为节流调速给水设备改造提供 理论依据。 关键词 :变频调速 ;给水 　　中图分类号 :TU82 　　文献标识码 :B 　　文章编号 :1002 - 6339 (2000) 02 - 0013 - 02 The Analysis of Power Saving Effect for Speed Regulation Water Supply of Variable Frequency Wu Dajun Xinyang Thermal Supply Works of Harbin Chen Zhaodi Harbin Institue of Technology Abstract :The power for water supply in speed regulation of variable frequence and that for water supply in throttle has been compared theorically. Theorical accord has been supplied for reforming the equipment of water supply in throttle. Key words :speed regulation of variable frequence ;water supply 　　收稿日期　1999 - 11 - 26 　　修改稿日期 :2000 - 02 - 24 0 　前言 生活用水设备是一种常用设备 ,因而其节能的宏观 经济效益是相当可观的 ,很多科研工作者进行了大量研 究 ,给水设备现应用较广的是变频调速和阀门节流两 种 ,本文将用比较的方法 ,以齐鲁石化总公司水厂改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 为研究对象 ,对用水高峰、低峰、平常三种工况分别 作了阐述 ,比较这两种方式的不同节能效果 ,得出了有 用的结论。 1 　研究对象实际情况分析和方案的初步给定 111 　自然状况 该水厂是生活用水泵站 ,装有五台水泵 ,总容量为 615kW ,其中 : 12SH - 9A 型泵 :三台 供水量 　Q = 530 ～ 893m3/ h 转速 　n = 1450r/ min 定子电流 　I = 281A 扬程 　H = 49m 扬程 　H = 42 ～ 55m 单机容量 　N = 155kw 额定工况流量 　Q = 720m3/ h 8 S H - 9 型泵 :二台 供水量 　Q = 216 ～ 351m3/ h 转速 　n = 2950r/ min 额定工况 　Q = 288m3/ h 供水扬程 　H = 69 ～ 54m 单机容量 　N = 75kW 扬程 　H = 6215m 目前的状况是每天 24h 常开一台泵 ,每天高峰供水 量是 400m3 ,低峰供水量是 180m3 ,压力为 0145MPa。 112 　改造设想 根据该水厂的实际情况 ,我们认为采用 ZBS 系列 变频调速控制水最为合理 ,它是在保持压力恒定的供水 压力下 ,泵的转速自动随供水量而变化 ,用多少水 ,泵给 多少水 ,实现节能目的。 该水厂所选用的泵较大 ,额定工况为 720m3 ,高峰 用水量只是 420m3 ,低峰只是 180m3 ,大部分水量被阀门 控制 ,多余能量变成热能而损失了。 变频调速给水和阀节流调节给水示意图如图 1 所 示 ,很明显 ,节流调节的阀作为一种阻尼调节阀消耗了 一定的能量 ,而采用 ZBS 自动变频调速 ,不需阀门调 节 ,可以节水、节电、节能。 图 1 　两种工作方式原理图 　　Q1 - 供水量 ; p1 - 用户要求压力 ; p0 - 泵出口压力 ; 　　ZBS - 计算机控制器 2 　采用变频调速节能分析 本文将以齐鲁石化总公司水厂为例 ,分析一天中不 同用水情况利用变频调速方式供水相对于阀节流方式 ·31· 供水所节约的能耗 ,按恒压 0145MPa 计算。 变频调速可以实现无级调速 ,因而能通过压力传感 器和计算机控制器实现随压力进行调速 ,这就减少了阀 消耗的压力能 ,其节能效果如图 3 所示。 图 2 　节能示意图 　　n0 - 额定转速 ; n1 , n2 , n3 - 变频调速时速度 斜线阴影部分分别为 500m3/ h ,580m3/ h 变频调速时的节能部分 网格阴影部分分别为 500m3/ h ,580m3/ h 变频调速时的能源消耗 211 　用水高峰时的节能分析 水厂用水高峰需供水量为 500m3/ h ,压力 p1 为 45m 水柱高 ,当采用节流调节时 ,由手册可知 N = 100kW , H = 53m ,假定供水量为 580m3/ h ,由手册可知 N = 110kW , H = 51m ,由此ΔN = 10kW可见 ,节流阀能实现调节压力 并起一定的节能作用 ,但相对于变频调速方式还有部分 能量被浪费在节流阀上 ,下面的分析都是相对于节流方 式而节能的。由 Q = 500m3/ h , H = 53m可以看出压力高 于要求压力 ,必须进行调速控制。由于同一个泵 ,因而工 况相似 ,所以比例定律成立 ,有如下关系式 : Q′ Q = n′ n , H′ H = ( n′ n ) 2 , N′N = ( n′ n ) 3 (1) 由此可推出变频调速下水泵的通用特性方程 : 　　　　H = kQ2 (2) 由式 (1) 、(2) 式和手册可以推出不同速度下特定 工况下所消耗的功率和其他特点 ,其具体步骤示意图如 图 3。 图 3 　泵通用特性曲线 　　曲线 1 - 泵通用特性曲线 ; 曲线 2 - 速度为 n0 时 H - Q 特性曲线 ; 曲线 3 - 变频调速速度为 n′时 H - Q 特性曲线 斜线阴影部分变频调速时的节能部分、网格阴影部 分变频调速时的能源消耗 ,由图可知通用特性曲线是经 过零点抛物线 ,由式 2 可知 :高峰时 Q = 500m3/ h , H = 53m ,则由 B 点可知 k = H/ Q2 = 45/ 5002 = 0100018 用试算法可以求出通用特性曲线和 12 sh - 9A 和 H - Q 特性曲线的交点 C : Q = 540m3/ h , H = 5215m ,查 12 sh - 9A 的功率特性曲线可知此点的功率为 : N = 105kW 则由比例定律可知 : N′ N = ( n′ n ) 3 = ( Q′Q ) 3 则 　N′= (500540) 3 ×105 = 017938 ×105 = 83135kW 由此可推出转速为 : n′= ( Q′Q ) ×n = 500 540 ×1470 = 136111r/ min 可见 ,转速变小了 ,则电机的功率也随之变化了。 相对于节流阀调节节省功率为 : N2 = 100 - 83135 = 16165kW 即每小时节省 16165kW ,按每天高峰 8 小时计算 则节省功率为 : P1 = 16165 ×8 = 13312kWh (3) 212 　用水低峰时的节能分析 如在夜间供水 , 则供水量为 180m3/ h (低峰供水 量) ,压力要求仍为 45m 水柱高 ,则由电路控制启动 8SH - 9 型泵一台 ,由手册可查出流量为 180m3/ h 时 ,压力为 71m 水柱高 ,功率为 52kW。 同理 ,由比例定律可得通用特性方程 : 　　　　H = kQ2 低峰时 Q = 180m3/ h , H = 71m 则 k = H/ Q2 = 45/ 1802 = 0100139 同理 ,用试算法对照手册可知 :其通用特性曲线与 8 sh - 9的 H - Q特性曲线的交点为 : Q = 220m3/ h , H = 67m ,查 8 sh - 9 的功率特性曲线可知此点的功率为 : N = 56kW ,则由比例方程 : N′ N = ( n′ n ) 3 = ( Q′Q ) 3 把数据代入可得 : N′= (180220) 3 ×56 = 30167kW 由此可推出转速为 : n′= ( Q′Q ) ×n = 180 220 ×1470 = 120217r/ min 可见 ,转速变小了 ,则电机的功率也随之变化了。 相对于节流阀调节节省功率为 : N1 = 52 - 30167 = 21133kW 即每小时节省 21133kW ,按每天低峰 8 小时计算 则节省功率为 : P1 = 21133 ×8 = 170. 63kWh (4) 213 　平常供水量的节能分析 如在平常供水 , 则供水量为 380m3/ h (平常供水 量) , 压力要求仍为 45m 水柱高 , 则由电路控制启动 12SH - 9A 型泵一台。 可查出流量为 580m3/ h 时 ,压力为 54m 水柱高 ,功 率为 82kW。 同理 ,由比例定律可得通用特性方程 : H = kQ2 低峰时 Q = 580m3/ h , H = 54m时 　k = h/ Q2 = 45/ 5802 = 0. 00031 同理 ,用试算法对照图 2 可知 :其通用特性曲线与 12 sh - 9A 的 H - Q 特性曲线的交点为 : Q = 415m3/ h , H = 53. 67m ,查 8 sh - 9 的功率特性曲线可知此点的功 率为 : N = 84kW 则由比例方程 : N′ N = ( n′ n ) 3 = ( Q′Q ) 3 把数据代入可得 : N′= (380415) 3 ×84 = 64. 5kW 由此可推出转速为 : n′= ( Q′Q ) ×n = 380 415 ×1470 = 1346r/ min 可见 ,转速变小了 ,则电机的功率也随之变化了。 相对于节流阀调节节省功率为 : N3 = 82 - 6415 = 17. 5kW (下转第 46 页) ·41· 管道的布置要尽量减少弯头和数目 ,这不仅使管道 布置简化 ,而且可以减少气流阻力 ,节约能源。弯头的 曲率半径一般应取管道直径的 2～5 倍。 支管与主管的连接 (三通)一般应设在渐扩管处 ,其 夹角为 30°～45°。直管断面积的改变 ,应设渐扩管或渐 缩管 ,其长度应为管道直径差的 5 倍以上。 212 　风管内空气流动的阻力计算 : 风管内空气流动的阻力有两种 :摩擦阻力和局部阻 力。 圆形风管单位长度的摩擦阻力用下式计算 : Rm = λ D · v 2ρ 2 　( Pa/ m) 式中 　λ - 摩擦阻力系数 ; v - 风管内空气的平均速度 ,m/ s ; ρ - 空气的密度 ,kg/ m3 ; D - 圆形风管的直径 ,m。 当空气流过断面变化的管件 (如风管进、出口) 流 向变化的管件 (弯头) 和流量变化的管件 (如三通、风管 的侧面送风口) ,都会产生局部阻力。 局部阻力的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为 : ΔPz = ξv 2ρ 2 　(Pa) 式中 　ξ - 局部阻力系数 ; v - 风管内空气的平均流速 ,m/ s ; ρ - 空气的密度 ,kg/ m3。 为减少局部阻力通常采取以下 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 : (1) 避免风管突然变化 ,中心角α最好在 8°～ 10°, 不易超过 45°。 (2) 减少风管的转弯 , 用弧度代替直角弯 , 弧弯管 的曲率半径不宜过小 ,一般取圆形弯头直径或矩形弯头 高边的 1 ～ 2 倍。 (3) 三通 :流速不同两股气流在汇合时发生碰撞 , 汇合过程中的能量损失一般是不相同的 ,两股气流的局 部阻力应分别计算。为减小三通管的局部阻力 ,分支管 中心夹角应该取得小一些 ,一般不超过 30°。 三通管应具有一定的曲率半径 ,当受地位限制时 , 矩形三通应采用有导流叶片的直角分支管。如果使两个 支管与总管的气流速度相等是非常有利的。即 v1 = v2 = v3。 这时两支管与总管断面积之间的关系为 :两支管的 断面积之和等于总管的断面积。即 : F1 + F2 = F3。 (4)降低排风口出口流速 ,以减少出口的动压损失。 同时减少气流在风管进口的局部阻力。 为了降低出口动压损失 ,有时把出口作成扩散角较 小的渐扩管。 (5)风管与风机的连接要合理 ,使气管在进出风机 时均匀分布 ,不要有流向和流速的突然变化。 (6)合理布置管件 ,防止相互影响 ,如在管件之间留 有大于三倍管径的直管距离 ,可不计相互干扰的影响。 313 　通风管道的水力计算 水力计算的目的在于计算风管的断面尺寸和阻力 , 进而确定风机的型号和动力消耗。 计算方法与步骤 : (1)绘制通风系统轴测图 ,对各管段进行编号 ,标注 长度和风量。 (2)选择风管内空气流速 可根据经验或图 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 来确定。 (3)风管断面尺寸确定后 ,应按管内实际流速计算 阻力 ,阻力计算应从最不利环路 (即阻力最大的环路)开 始。 (4)对并联管路进行阻力平衡计算系统总阻力、各 并联管路之间的计算阻力的差值不宜大于 15 %。 (5)根据系统的总阻力和总风量选择风机。 3 　选择风机时应注意以下几点 (1)根据输送的气体性质 ,确定风机的类型 ,确定风 机型号 ,为了便于接管和安装 ,还要选择合适的风机出 口方向和传动方式。 (2)选用风机的风量和风压应大于通风系统的计算 风量和风压。当风机供给的风量小于 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 风量时采用 减少或增加管网系统的阻力。这在减小功率消耗方面 是有利的。 当条件允许和有可能时 , (例如改变风管的直径 ,另 选除尘器等)应优先采用。当风机供给的风量高于设计 风量时 ,采用上述方法是最简单的 ,应用也较广。例如 可在管网中加入插板 ,以增加其附加阻力。 总之 ,设计通风系统不仅要经过大量的复杂计算而 且要与生产实际相结合。即要考虑设计的合理性 ,又要 符合生产工艺条件工作场地。 以上是科技成果的几点论述 ,希望能得到有关专家 的指点和帮助。以便在今后的科技工作中取得更大的 成绩。 (上接第 14 页) 即每小时节省 1715kW ,按每天平常供水 8 h 计算 则节省功率为 : p1 = 1715 ×8 = 140kWh (5) 214 　能量损耗分析和经济效益分析 每天假设恒压 45m 水柱高 ,根据压力、流量的不同 开不同的泵 , 每天正常工作 24 小时 , 则由式 (1) 、(2) 、 (3) 可得此系统节省能耗为 p = p1 + p2 + p3 = 13312 + 170163 + 140 = 443183kWh 即采用变频调速比采用节流阀调节每天节约能耗 443. 83kWh。若按 kWh 哈尔滨价格计算为 015 元 ,每天 节约人民币 : 442183 ×015 = 22114 元 每月可节省人民币 :22114 ×30 = 6642 元 每年可节省人民币 :22114 ×365 = 80811 元 四年内完全可收回变频调速柜的成本。 3 　控制方案实现和系统分析 采用 ZBS变频调速控制的方案是 :二台泵变频 ,三 台泵工频 ,根据白天与晚间的用水量不同 ,可采用 :白天 12SH - 9A 一台变频工作 ,晚间 8SH - 9 一台变频工作 , 可以交替运行 ,其余三台泵是工频运行 ,在供水量大时 可以自动起动其中一台或另二台的任一台参加工作 ,来 满足供水量的要求 ,其余三台泵自动交替投入运行。计 算机控制器能根据压力的大小任意改变电机和泵的转 速大小或停转 ,实行闭环控制 ,因而在夜间或用水量较 小时 ,其节能效果将比上面阐述的效果更为明显。此计 算结果应用于以后的齐鲁石化总公司水厂的改造和大 庆东风水厂的改造 ,其实测结果基本与理论相符。 4 　结论 11 变频调速给水方式比节流阀调节给水方式更加 节能 ,调节实现闭环 ,调节方便。 21 变频调速给水方式投入少 ,效益高 ,必须取代节 流阀调节方式。 参考文献 〔1〕查森 1 叶片泵原理及水力设计〔M〕1 江苏工学院出版社 〔2〕机械电子工业部 ,泵类产品样本〔M〕1 机械工业出版社 〔3〕张若胥 1 末端定压供水系统理论分析和微机控制研究〔D〕1 哈尔 滨工业大学硕士论文 ·64·