摘要：净水厂中送水泵房的能耗占比最高，现有水厂的节能工作多数是以送水泵的节能降耗为主。水厂因实际工况点和理论工况点偏移较大，造成水泵汽蚀严重、能耗高，不满足相关要求。本文将对水泵与风机的变频节能原理进行分析，并阐述变频技术应用的优点，希望可以为相关工作者的研究提供一些帮助。
关键词：净水厂；水泵；节能
1变频技术的基本概况及水泵节能原理
1.1变频器的基本概况
变频技术属于现代化的电子技术，变频器是变频技术中最为重要的设备，主要包括三绕组输入变压器、整流电路、合成母线、逆变电路、合成滤波电路、控制柜等部分，可以应用在大多数的电机拖动领域。变频器可以提供较为准确的速度控制，能够便捷的控制机械传动的升降以及变速等运行，常被用于系统较为复杂、工作环境较为恶劣、负荷较高并且运行时间较长的工况条件下。变频器内部具有相应的通讯方式，因此可以利用计算机实施组态以及系统性维护，例如进行上传、下载、复制、监控以及参数读写等。
1.2水泵节能原理
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。
2水泵使用变频器控制时节省费用的情况
（1）采用变频器控制水泵的省电分析。水泵的电机功率P=pgQH/（n1n2），其中，Q为流量，H为扬程，p、g、n1、n2为常数，由于水泵流量Q与水泵转速成正比，扬程H水泵与水泵转速是平方关系，所以，水泵电机功率P与水泵转速是立方关系。例如：某台水泵电机额定功率为37kW，当电机转速下降到原来转速的0.9倍时，电机功率为26.97kW，节省电能幅度为27.1％；当电机转速下降到原转速的0.6倍时，电机功率为7.992kW，节省电能幅度达78.4％。（2）变频器功率因数补偿作用的节省分析。由电路分析的基本理论可知，电力系统中无功功率主要导致线损增加，并且在电力系统中变压器额定容量一定的情况下，系统功率因数的降低还使得可用的有功功率减少，也就是说，变压器的带载能力大大降低。由电工学基本公式：有功功率=视在功率×功率因数，不难得出结论，在变压器视在功率一定的情形下，功率因数增大，其输出有功功率也增大。当水泵电机使用变频调速控制后，由于变频器内部采用大容量滤波电容的缘故，水泵电机的功率因数可达到接近1的水平，大大减少了水泵电机对无功功率的占用，提升了电网的有功功率负荷及变压器的带载能力。不采用变频器时，普通电机的功率因数在0.6～0.8，会产生大量的无功电流。
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3水泵节能
3.1水泵变频系统组成
在供水泵站变频调速系统中，通过检测管网压力，自动或手动调整变频器电压输出频率，从而改变电机转速及供水量的目的，电压频率与水泵转速一一对应。在满足水压及用水量需求前提下，降低单方水耗电量。在不同转速下，变频器和电机均有一定损耗，效率随频率而变化，故除水泵外变频调速系统总效率还应考虑变频器及电动机效率。变频器损耗主要由功率开关器件的开通关断损耗、导通损耗及控制装置等损耗构成，其中控制装置约占总损耗的１０％。电机损耗主要由铜损耗和铁损耗构成，负载不同铜／铁损耗占比不同，当铜损耗与铁损耗相同时，损耗达到最小值。水泵变频调速运行时，其输出扬程与转速的平方成正比，功率消耗与转速的三次方成正比。根据泵与风机学的相似定律，水泵系统随用户用水量及管网压力的变化而通过变频器、电机调整转速，以满足不同工况需求。变频系统运行时，泵站出口压力维持不变，电机消耗的能量随转速立方关系下降，节电效果显著。随着水泵转速增加，功率增量远大于流量增量；转速降低，功率减小量远大于流量减小值。由此推知，通过降低转速可达到降低单方水耗电耗的目的。当水泵运行于额定转速时，扬程及流量达到或接近额定值，效率较高。
3.2水泵机组的整体更换
水泵机组整体更换，主要涉及到出厂流量和压力的重新核算，以及对水泵本身诸如转速、汽蚀余量、进口管径大小、叶轮等主要部件的优化选择。出厂流量要根据水厂理论设计日处理水量以及近远期的供水量进行核实。压力则需要根据管网的统计数据，找出管网特性曲线与水泵特性曲线相结合的压力点，既满足管网用户对于供水压力的需求，也要令水泵机组可以长时间的运行在高效区内。水泵转速应尽量选低，这虽然会造成电机额定功率的略微提升，水泵整体变大，但是相应的进水口径将会到等优化，流速会相对减小，速度水头会更多的转换成压力水头，减少汽蚀的发生。
3.3实践中的节能控制方案
（1）变频恒压供水系统运行中为了确保水泵控制状况良好性，则需要注重PLC与变频器的配合使用及实际作用发挥。同时，通过对系统中用水方面实际情况考虑，确定水泵的运行数量，且通过对水泵实践应用中转速的有效调整，使得其能处于良好的运行状态，优化系统控制方式的同时增强变频恒压供水系统节能方案方面的优化处理效果，丰富该系统所需节能控制方案的内容。（2）基于变频恒压供水系统的节能控制方案制定与实施，需要在系统中设定供水压力时加强控制面板的使用，进而为该系统的正常启动运行提供支持。同时，通过对变频器、PLC控制单元、压力感测器的配合使用，可实现对系统运行中用水量发生变化时供水压力的科学控制，使得其能够控制在合理的范围内，进而满足变频恒压供水系统稳定运行要求，确保其节能控制方案在实践中有着良好的适用性。同时，在压力传感器的作用下，可对系统中的管道供水压力进行实时检测，且将检测到的信息反馈到变频恒压供水系统中的控制中心，进而在PLC的支持下，通过对接触器的有效控制，满足系统在能耗方面的控制需求。在此基础上，有利于完善变频恒压控制系统的节能控制方案，优化该系统节能控制方式的同时降低其能耗，且能为该系统的应用范围扩大提供相应的保障。
结语
变频器在水泵控制中的应用有效提升了电能使用效率，降低了水泵使用中的成本，体现了变频调速技术巨大的节能潜力。但不能简单把变频调速技术应用在所有供水系统中，必须认识到产生一定的节电效果是有应用条件的。
参考文献：
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[2]孙文革.变频调速恒压供水系统节能应用[J].微处理机，2014（5）：91-95.
[3]张玉胜，吴建华，刘慧如，等．具有变频泵的泵站经济运行方式研究［Ｊ］．水电能源科学，２０１５，３３（４）：１６３．
论文作者:郭猛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/30
标签：水泵论文; 转速论文; 变频器论文; 功率论文; 电机论文; 节能论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第5期论文;