供暖系统变频调速补水泵定压技术应用孙金星

供暖系统变频调速补水泵定压技术应用孙金星

孙金星

新智能源系统控制有限责任公司北京市101149

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，进入新时代后，随着城市化进程的深入，人们生活质量逐渐提高，这也使得能源消耗逐渐成为了限制我国经济健康发展的一个重要因素。目前，水泵、风机中的电动机大部分都是非调速性的电动机，若将其改成调速电动机，那么就能够达到理想节能效果，因此，必须了解变频技术节能原理与优点，并加强对其的运用，从而有效解决能源不足问题。空调系统大部分时间在部分负荷工况下运行，若空调水系统按设计水流量运行，必然会导致空调水系统大部分时间在小温差、大流量工况下运行，浪费大量的不必要的电能。随着对水泵变频节能的推广越来越多，有必要对使用变频泵的实际节电率进行分析，以判断其节能效果是否显著。

关键词：高压变频器；补水泵；节能

引言

基于一级泵系统（冷源侧定流量末端变流量），对不同热负荷、冷负荷比例下空气源热泵空调水系统中循环水泵的选型进行了探讨，并对具体工程实例中循环水泵的选型进行了计算。结果表明，空气源热泵空调水系统，需根据制冷、制热工况下系统的水流量决定循环水泵采用一套定速水泵、采用一套变频调速水泵还是分设冷热水循环水泵。

1变频技术的优点

变频技术具有以下四方面优点：首先，对电机启动电流进行控制。在直接启动工频电机时，启动的电流会超出额定电流，通常情况下是比额定电流高出4到7倍，而这也就会使电阻绕机电应力大幅增加并导致热量的产生，会减少电机的使用寿命。而变频技术的运用则可以实现电机的零电压、零速启动。只要将电压与频率联系起来，变频器就能够通过矢量控制方法或者是WF来带动负载，并完成相应工作。通过这一方式，不仅可以使电机启动电流大幅度下降，还能够促进绕组承受能力的提升，从而增加电机使用寿命并减少维护成本。其次，降低电压波动。在启动电机时，不仅电流会增加，电压也会出现较大波动。其中电机启动功率的大小与配电网容量对电压下降程度起着决定性作用。同时，电压的下降也会给电压敏感设备带来不良影响，如故障跳闸或者是接触器、传感器、咒机以及接近开关等出现错误。但是，在使用变频技术之后，因为电机可以实现零压力、零频启动，所以可以有效避免电压下降问题的出现。再次，变频技术可以实现电机与风机的低速运行，减少其受到的磨损并降低噪音，从而延长二者额使用寿命。最后，节能效果较好。因为能耗和电机转速之间成立方比，所以，在运用变频技术之后，可以节省大量成本。

2水泵节能原理

在对水泵进行设计时，设计人员会在综合考虑用户平均消耗量总和的基础上，合理设计其容量，并根据额定用量来明确水泵类型。但是，在实际运行过程中，用户需求量会在天气和气候等的影响下出现变化，并导致水压力与流量的变化，所以，必须对水泵进行调节。以往给水调节主要是运用管路压力调节阀来完成节流调节，但是这种方式不仅不会减少对电能的消耗，还有着较大的扰动范围。若是使用分布式的水泵系统，那么在变频技术的作用下，则不需要安装调节阀门就可以完成节流调节。在离心泵中，流量Q和转速n之间成正比例，即Q1/Q=n1/n2；扬程H和转速n的二次方也成正比例，即H1/H2=n12/n22；而轴功率N则是和转速三次方之间成正比例，即N1/N2=n13/n23。同时，异步电动机的转速公式是n=60f（1-s）/p，其中f是频率，s是转差率，p则是极对数。由于转速和频率之间是正比例关系，所以，在频率发生变化时，转速也会相应变化。通过这一原理的运用，变频器可以实现对水泵的节流调节。另外，在不考虑水泵转动速度下降导致效率降低的情况下，通过上述公式可知，在流量Q下降到Q1后，水泵转速、压力以及电机功率等都会呈现不同程度的下降。由此看来，将变频技术运用到水泵中可以实现有效节能。

3水泵变频运行实际节能效果

3.1变频调速改造设计

供暖的洗选工作量很大，生产用水都需要及时供应，因为原有的循环水泵主要采用的是“一用一备”的供水模式，如果每台水泵都配备变频装置需花费的成本过高，且运行效率低，所以采用“一拖二”变频调速装置，这次改造中将保留了原先的软启动装置，并与变频器一起对电机进行控制。对变频装置进行检修的过程中，能够手动操作开关，切断主回路电源，确保了工作人员的生命安全；如果变频器出现安全故障，同样可以手动控制开关，将变频装置隔离开，使工频电源正常运行，保障安全、高效生产。经现场试验，将阀门开到最大，电机变频装置设置成最小频率38Hz，主要是为了有效控制水泵的最小扬程，使其满足供暖循环水供应的实际需求。为了使水泵供水更为稳定，在供水期间将回流阀关闭，使用水位闭环控制方式，并在主厂房水箱内壁装上液位感应装置，通过变频器自动调节功能，当水位在预设高度时，变频器频率就会迅速下降，水泵处于低速运行状态；达到高水位时，自动降低转速。同时，将水位信息立即传输至控制柜，便于操作人员全面了解液位情况。通过这样方式，能够使循环水箱中的水量保持不变，实现恒量动态平衡。

3.2解决方法

根据制冷／制热设计工况下空调水系统管网的流量和阻力损失，可采取水泵调节流量或分设冷热水泵来保证水泵在高效区运行。单台水泵流量调节方法有节流调节、变速调节两种方式，节流调节通过改变水泵出口管路上阀门的开度，使工况点发生变化，利用节流过程中的压力损失使流量减少，水泵效率降低，输送单位流量的功耗增大，一般不建议采用此种方式。变速调节一般通过变频，改变水泵转速，使流量适应系统的变化，水泵效率不变，功率下降，节能效果明显，一般建议采用此种方式。因此，若制热工况下流量与制冷工况下流量的比值小于0.5，建议分设冷热水泵，使水泵流量、扬程适应系统流量的变化；若制热工况下流量与制冷工况下流量的比值在0.5-0.9之间，可采用变频调速方法使水泵流量、扬程适应系统流量的变化；若制热工况下流量与制冷工况下流量的比值在0.9-1.0之间，可仅设一套循环水泵。

结语

进入新时代后，随着城市化进程的深入，人们生活质量逐渐提高，这也使得能源消耗逐渐成为了限制我国经济健康发展的一个重要因素。目前，水泵、风机中的电动机大部分都是非调速性的电动机，若将其改成调速电动机，那么就能够达到理想节能效果，因此，空气源热泵空调水系统中循环水泵的选型，需根据制热工况下流量与制冷工况下流量的比值具体确定。若制热工况下流量与制冷工况下流量的比值小于0.5，建议分设冷热水泵，使水泵流量、扬程适应系统流量的变化；若制热工况下流量与制冷工况下流量的比值在0.5-0.9之间，可采用变频调速方法使水泵流量、扬程适应系统流量的变化；若制热工况下流量与制冷工况下流量的比值在0.9-1.0之间，可仅设一套循环水泵。

参考文献：

[1]张德全.变频技术在电厂泵与风机中的运用综述[J].变频器世界,2018(06):51-54.

[2]程丽娟,程丽娟.变频技术在火电厂的泵与风机中的应用[J].电子世界,2017(20):169+171.

[3]宋晓芳.论工业电气自动化控制中变频调速技术的应用[J].课程教育研究,2017(34):281,288.

[4]王雅坤.论工业电气自动化控制中变频调速技术的应用[J].魅力中国,2017(15):214.

[5]朱娟娟.刍议工业电气自动化控制中变频调速技术的应用[J].企业技术开发（下半月）,2014(18):60,70.