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技術頻道

低壓變頻器在給水系統中的合理利用

一.天津紀莊子再生水廠居民區泵房供水現狀:

天津紀莊子再生水廠居民區送水泵設計日供水能力為3萬噸/日,主要為梅江居住區居民用戶提供生活雜用水,小區景體補水,園林綠化及水廠生產用冷卻水、循環水。居民區送水泵房采用的設備類型為中開雙吸給水泵,其中4臺型號HV200-150-400/4P-55KW臥式泵(2臺采用變頻控制,2臺為定速控制,功率為55KW),2臺型號為ESV-80-50-200/2P-18.5KW立式泵(1臺為變頻器控制,1臺為定速控制,功率為18.5KW)。對外供水系統為恒壓供水:由于眾多用戶不同時刻用水需求不同,供水系統中供水量為實時變化,為保證用戶恒壓用水需求,就需要變頻泵參與運行,通過變頻器調整電動機頻率,改變電動機轉速,從而調整送水量,得以維持管網恒壓,(即用戶用水量瞬間增大,管網壓力出現減小趨勢,變頻器頻率增加,電機轉速加快,送水泵出水量增加,使管網壓力重新回到設定值。反之亦然。)這樣能保證所有用戶正常用水。

二. 低壓變頻器調速技術原理:

(一)調速就是在同一負載下能得到不同的轉速,以滿足生產過程的要求。在討論變頻器調速時,首先研究公式:

n = (1- s ) n0 = (1- s ) 60 f1 / p (1)

其中: n : 電動機的轉速

n0: 電動機的同步轉速

s : 電動機的轉差率

p: 電動機繞組的極對數

通過公式(1)表明,改變電動機的轉速有三種可能:

a.變極調速

b.變頻調速

c.變轉差率調速

(二)變頻調速技術

近年來變頻調速技術發展很快,目前主要采用如下圖所示:

變頻器是由可控硅整流器和可控硅逆變器組成。整流器先將50HZ的交流電變換為直流電,再由逆變器變換為頻率可調、電壓有效值也可調的三相交流電,供給異步電動機。由此可得到電動機的無級調速,并具有硬的機械特性。

三.變頻器的合理節能利用

(一)送水變頻泵流量與轉速、頻率的關系:

Q1 = ( n1 / n) Q (2)

其中: n : 泵的額定轉速

Q :泵的額定流量

n1 : 泵在低于額定轉速下的某一速度

Q1:與轉速n1對應的出水流量

根據 n = 60f1 (1- s ) / p (3)

可得 Q1 = ( f / f1 ) Q (4)

其中:f 1 :電源的頻率(50HZ)

f :與電動機某一轉速 n1對應的頻率

(二)送水變頻泵功率與轉速、頻率的關系

N1 = (n1 / n)3 N (5)

其中:N:泵的額定功率

N1:與轉速 n1對應的功率

根據公式(3)與公式(5)可得到功率與頻率之間的關系:

N1 = (n1 / n)3 N = (f / f1 )3 N (6)

(三) 送水泵揚程與轉速、頻率的關系:

H1 = (n1 / n )2 H (7)

其中:H:泵的額定揚程

H1:與n1對應的揚程

通過公式(3)與公式(7)可得出:

H1 = (f / f1 )2 H (8)

(四) 使用變頻器達到節能目的的結論與措施:

(1)實際運行過程中我們使用小變頻泵(18.5KW),在流量為0m3/h~80 m3/h時,對應的頻率變化在25HZ~43HZ之間,根據公式(6),理論計算小變頻泵的功率變化在2.3~11.76KW之間;而使用大變頻泵(55KW),在 流量為0m3/h~80 m3/h時,對應的頻率在30HZ~34HZ之間,根據公式(6)計算,大變頻泵的最小功率消耗不低于11.88KW。由此可見,當外網需水量為小流量時(如冬季或夜間恒壓供水時),我們可運行小變頻泵,降低電網消耗。

(2)通過公式(6)與(8)我們可得到送水變頻泵功率與揚程的關系:

N1 / N = (f / f1)3 (9)

H1 / H = (f / f1 )2 (10)

N1 /N = (H1 / H )3/2 (11)

由公式(11)可以看出,當揚程降低時,即管網恒壓值降低時,變頻器的功率消耗也會降低,當我們的供水用戶同時用水概率教低時,特別是在夜間,我們可以將管網恒壓值設定的適當低一些,會降低變頻泵的能量損耗。

四.變頻器在城市給水系統中合理利用的展望

現代城市給水系統中,采用變頻泵調整出水流量,代替傳統的通過手動調整出水閥門開度,是近代人類科技不斷進步的結果,同時也降低送水泵的能耗,降低了水廠的運行成本,增強對外供水的穩定性,可靠性,從電氣角度使水廠向“低耗高效”實現了跨越發展。如何充分利用好變頻器對水廠運行意義重大。

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