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成都兢峰工程设备有限公司 >> Archivers >> 变频调速水泵在暖通空调系统中应用

水泵,众所周知,它是用来输送液体的动力元件,在国民经济的许多部门要用到它。其品种规格繁多。对它的分类方法也各不相同,按其工作原理可以分为三大类:叶片式水泵,容积式水泵,其他类型水泵。格兰富公司生产的主要产品为离心泵,是叶片泵的一种,亦为应用最为广泛的泵型。此种泵的工作原理是靠叶轮高速旋转时叶片拨动液体旋转,使液体获得离心力而完成水泵的输水过程,所以这种泵称为离心泵。其应用领域涉及生活热水供水、污水排水、工业应用、商业建筑暖通空调循环、冷却水输送等各个方面。由于离心泵是一种重要的设备,它的运转需要消耗大量的动力!据统计,全世界20%的电能是消耗在水泵系统上。而事实上,通过采取必要的技术措施及控制手段,其中的30%-50%的能耗是可以节省下来的。

    一:定速泵与变速泵:

    传统的供热、空调系统,是按单独质调节的运行方式选择循环水泵,选泵的原则是泵的流量不能小于外网的所需流量,一般按照外网理论流量的1.1~1.2倍,扬程按管路及用户总阻力的1.05~1.10倍进行选择,这时对应的轴功率已大于100%。可见按定流量的运行方式,水泵运行电耗是很大的。而且带来的调节效果也不十分理想。

    水泵按定流量的运行方式,如图1:当部分负荷状态下,系统所需流量降低,为适应其流量变化,需通过减小阀门开度的调节以改变系统特性曲线,即消耗多余的压头,浪费了大量电能!

    除了通过改变阀门开度完成对水泵运行点的调节,我们还可以采用改变泵转速的方法:

    由可以看出:当泵的转速改变后泵的性能曲线将同时改变,而转速将随频率[Hz]改变而改变。对循环水泵性能分析可知:水泵的流量、扬程和轴功率均与水泵的叶轮转速之间存在着一定的比例关系:

    如由此可以看出,水泵的扬程与电机转速的平方成正比,水泵的轴功率与电机转速的立方成正比。即当水泵的流量降低20%的时候,电机的转速应降低20%,水泵的电耗将降低50%;当水泵的流量降低50%的时候,电机的转速就降低50%,水泵的电耗降低87.5%。当系统需要的流量降低时,通过降低转速,相应地水泵的流量降低,水泵的轴功率降低,节约电能效果显著。并且,由于采用变速调节,也避免了采用阀门调节时不必要的阀门压头损耗。

    二:速度控制的原理:

    当流量降低时,控制器将检测压力信号(通过传感器或者电机电流或转速的状态)。此时,控制器将向变频器发出一个信号,使其降低输出(较低频率)直至压力回到要求的水平(设定点)。反之,当流量再次升高时,控制器将检测到压力在降低。控制器将向变频器发出一个信号,使其提高输出(较高频率)直至压力回到要求的水平(设定点)。

    三:变速泵的总体效率

    通常人们所指的泵的效率,仅为水泵效率[hp],而严格意义上说,我们应该衡量的是其总效率:

    总体效率[ht]的评估要同时考虑电机效率[hm]、水泵效率[hp]和转化效率[hd]。总体效率是指P1到P4的变化。电机效率根据电机效率等级(EFF1或EFF2)和电机负荷的不同而不同。

何为电机效率等级?

    美国国会在1997年10月制定和实施了“能源政策法案”(EPACT),该法案对高效电机进行了定义。同样欧盟也有类似的定义,欧洲电机和电力电子制作商协会(CEMEP)也对1.1-90KW,2极和4极范围内的高效电机制定了最低要求的定义。现在CEMEP和EPACT分别是50Hz和60HZ世界上公认的高效电机标准。根据CEMEP标准,电机的效率被分为三个等级:EFF1-最高效率等级;EFF2-中等效率等级;EFF3-低效率等级。

    现在格兰富生产的水泵可以配置EFF1(CEMEP标准的电机)。

    Eff1电机有何优点呢?

    *效率更高

    相对于普通电机来说,高校意味着对于相同的能量数如而言,电机自身能量损失更少,而输出更多。同样,因为电机自身能量损失少,在相同工作量所需的能量条件下,电机输入的能量就会减少,从而节省了能耗和运行成本。如图7,当负荷很低时(小于25%),意味着效率会急剧降低。但此时Eff1电机效率明显高于Eff2电机。

    *部分负载时效率更高

    大多数电机都很少在100%的满负载状况下工作。因而在非满负载的情况下,电机的标称效率是多少,这一点是很重要的。对于普通电机而言,则一般不提供此数据,但是EFF1电机的效率必须是在75%负载和100%负载时的效率。对于EFF1电机来说,这两个效率值通常是相同的。

    *电机工作温度低

    因为格兰富EFF1电机的效率高,有能量损失所产生的热量非常少,所以工作时电机的温度要比普通电机的工作温度低。由此,高效电机就能够在更高的环境温度下工作,所需的环境冷却要求也要比通常使用的标准电机低。

    同样,受温度影响的电机定子绕组的电阻也能保持在正常的范围内,格兰富EFF1电机很少会出现电机定子绕组过热的现象。这样,电机定子绕组绝缘和电机轴承的使用寿命都会增加。

    *噪音低

    通常情况下,电机的噪音主要是由冷却风扇产生的。对于EFF1电机,因为效率更高,由能量损失所产生的热量较少,用于降低电机温升所需的冷却空气也较少。所以大多数额EFF1电机的冷却风扇都较小,从而产生的噪音也会降低。

    *运行成本降低

    EFF1电机能够节省能量、减少维修成本和其它的相关运行成本,大大减少了业主成本。就此而言,EFF1电机的价格非常有竞争力。实际上,在正常工作的情况下,增加的最初采购成本在可以不到3年的时间内完全收回。

    转化效率

    计算转化效率时要考虑电机负荷和频率输出的因素。但当负荷降低至30%时,效率变化将很大。

    水泵效率

    泵的效率根据流量不同而不同。

同时泵的最大效率根据泵的大小而不同,通常来讲大泵会比小泵效率更高。当泵的速度改变时,泵的效率将同时改变。如果速度降低小于20%,效率的改变很小。
    虽然总效率对能耗来讲是很重要的,但控制模式却对能耗有着更大的影响。下图展示了不同控制模式下的节能效果:

    四:结论:

    随着技术的进步,变频技术将越来越多的被人们认可和应用,配合正确的系统设计(如三次泵系统)以及科学的选泵配泵,在使用户感受到更高舒适性的同时,得到更加明显的节能效果。

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