(中铁隧道集团三处有限公司 512205)
摘要：本文主要是围绕水泵调速原理、方法以及其运行工况等展开较为系统规范的分析和论述，在确保供水工艺流程稳定的基础条件之上，有效的应用变频调速技术能够显著缩减电能损耗，以此来达到降低成本的目的。
关键字：离心试水泵变频调速；应用
作为铁路项目工程中耗能最显著也最关键的设施，离心试水泵的效用价值毋庸置疑。通常情况下，其运行耗电量可占整体的百分之八十到百分之就是。在选型过程中，一般是依据最不利状况下的最大时流量和相应扬程来进行设计规划的，在具体的实践过程中，鉴于受到季节气候和昼夜环境影响，最大供水量和最小供水量之比在0.25~0.6之间，因此就使得除却高峰小时供水外，离心试水泵的运行工况点都和最适宜的工作范畴有一定偏差。
过去的铁路项目基本上都是利用挡板抑或是调节出水阀来对水压和水量进行统筹控制，因此会拥有相对较大的劳动强度，而且阀门的强制节流会导致旋涡冲击的形成，振动和噪声都较为显著，无疑会让泵的损耗大幅度增多。
一、离心试水泵调速的方法
（一）笼型电动机定子调压调速
鉴于转差和定子电压平方之间呈现出反比关系，因而可以以此为切入点，然而鉴于转差损耗会让电压有所下降，因此其实效性较低。
（二）绕线型电动机转子串电阻调速
其实这一结构方法和定义一般，主要是接到星型的三相绕组之上，紧接着和热子轴的集电环相连。虽然能够产生一定的调速效用，然而其调速覆盖范畴较小，加上转差功率会通过热能的形式来加重损耗，进而使得其实效性处于较低水平层次。
（三）液力耦合调速
作为衔接在电动机和水泵、风机间的液力传动设施，液力耦合器的调速功率使用范畴相对而言较为广泛，能够契合不同类别的实际需求。加上其运行维护所需要的成本支出较低，不失会成为一种选择。但是，由于其转差功率损耗问题也较为突出，而且转速和效率之间呈现出正比关系，使得其也有一定弊端。
（四）电磁耦合调速
电磁耦合器基本上是电枢和磁极构成的，并且前者的转速和笼型转速类似，后者的转速则和磁场强度有密切关联。借助对励磁电流的调整，能够让转差率有所变化，继而完成水泵的调速需求。虽然其结构简易，操作便捷，然而其转差突出，转速功率以热能损耗，因此导致其效率水平并不高。
（五）变极调速
假设电源频率确定的情况，那么转子的调速基本上是通过绕组的极对数来明确的。定子内的绕组数目越繁多，那么最终产生的磁场极对数也对应的会更显著，这时转速较慢，通常情况下都会被用作笼型异步电动机。作为一种应用面相对较为多元的调速方法，其较为突出的优势就在于转差功率损耗处于较低水平层次。
（六）晶闸管串极调速
这一调速系统基本上是借助滤波电抗器、逆变变压器和控制电路等构成，并且通过串入附加电势来实现调速需求。可以通过晶闸管逆变器将直流变为交流，并且最终将转差功率反馈到电网。这样一来，能够显著推动其调速效率水平，然而由于其功率因数较低，因此会有“污染”电网的情况出现。
在水泵机组应用的变频转速技术，会对其转速、工况进行必要的调整和完善，以此来适应不同情况下的水量和水压变动。借助闭环压力来对整体控制系统进行调整，确保管网终端的水压条件，让机组能够保持在高效状态下，以此实现节能目标。
二、变频调速原理探讨
变频供水设施基本上是有控制系统、变频器以及传感器等设施部件构成的，主要是结合用水量的变动，对水泵设施电压进行调整，继而完成对供水量和节能的统筹。
离心泵一般都是通过三组相交流移动电动机的运作来完成拖动的，因而在对水泵进行调速时，都需要借助对其他电机转速的有效控制来完成。
交流电动机转速关系 n=60f/p（l-s）
式中：供电频率
P-电机极对数
s-转差率（0~3%或0~6%）
通过上述中公式内容可以明确到，转速和供电频率之间呈现出的是正比关系，因此需要尽可能的去调整三相交流电动机的f，继而让电动机n有所变化，相较而言会更为便捷有效。
单单调整电动机频率不会有较为显著的变频特性，倘若电压维持在一定条件下，把频率进行调整，缩减到小于50Hz，那么就会导致电机的气隙磁通（约等于v/f）饱和；反之增会减弱。因此通常情况下，需要同时的对电压和频率进行必要的调整，进而让磁通保持在衡定状态之下。
结合水泵叶轮相似定律及其特例比例律，水泵供水流量Q与电机转速n之间呈现的是正比关系，供水扬程H与n2之间也是呈现的正成正比。依据相关公式内容可以明确，平方转矩负载、电机转速n和供 电频率f呈现正比关系，电机消耗功率N与频率比的平方也是正比关系。
因而可以明确，对供电频率f的有效调整可以完成对转速n的调整，进而对水泵功率有更好的把控和调整，实现预期的节点目标。
诸如f=30Hz运转的平方转矩负载，结合相关公式计算可以明确到， Nl/N=(nl/n)3,则：Nl=(nl/n)3*N=(30/50)3*N=21.6%N
也就是说，当额定电能为百分之二十一点六的时候，那么其变频节点率就能够达到百分之七十八点四以上。结合系列的实践操作经验总结可以明确，借助变频调速和压力控制，水泵电机组的节能实效性尤为突出。
三、离心试水泵调速的节能机理分析
离心试水泵的工况点基本上通过泵性能曲线和管道阻力曲线的交点来明确的，因而可以看出，其交点位置和工况点位置都处于同步改变状态，可以以此为切入点来实现对泵工况点。如图所示，曲线3和曲线4的交点，就是所谓的泵运行工况点。当开展节流控制时要对流量进行必要的缩减，此时管道阻力就会从曲线3变成曲线2，工况点也就对应的变成了B点，扬程则是HB。当变速调节控制时则需要保证曲线3处于稳定状况，转速最终决定了泵自身的特性内容。
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结合功率的公式可以明确，倘若在B工况点开展实践运行工作时，那么泵的输出功率就会达到：
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因而可以明确，在有效控制流量过程总，阀门损耗会持续性攀升。如果借助对泵转速来调整，那么其损耗功率就可以规避。因此可以借助调整转速来对工况进行控制和变化能够取得较为突出实效性价值。
四、水泵变频调速在实际应用中的优点-节能效益分析
结合相关计算公式可以明确到，通过阀门来对电机组开展有效的管控，其功率P与即时流量Q的关系式为： P=[0.45+0.55*(Q/QN)2]*PN (1)
式中：QN --额定流量；
PN --额定流量时电动机输入功率。
采用变频调速后的节电率：
K=1-[(Q/QN)3/(0.45+0.55(Q/QN)2)](2)
倘若水泵的功率是55kW，应用变频器驱动水泵，取Q/QN=0.7，由公式(1)可得P=[0.45+0.55(Q/QN)2]*PN=39.57kW
由公式(2)可得 K=1-[(Q/QN)3/(0.45+0.55(Q/QN)2)]=0.523
借助阀门的方式来进行有效调节时所损耗的轴功率是39.57 kW;但是变频调速单单只需要 18.87 kW。因而其节能实效性尤为突出。
五、结束语
新时期随着变频调速设施在供水工程中的应用覆盖面越来越广，如何进一步推动其应用质量和效率提升势在必行。2018年中铁隧道集团三有限公司广州铁路枢纽东北货车外绕线站前工程WRSG2标第二项目分部施工的大梅山隧道引水工程中也应用了变频调速设施，而且最终改造后的节能实效性尤为突出，从改造前千吨水耗电的平均值264.9 kW*h降低至改造后198.8 kW* h,每天供水量8250m3,并且实现了预期的节点目标，充分彰显出了水泵变频调速供水技术在持续性推广和应用过程中所展现的具体效用价值和优势功能。
论文作者:彭兴强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：转速论文; 水泵论文; 工况论文; 功率论文; 电动机论文; 变频调速论文; 频率论文; 《电力设备》2018年第21期论文;