水位(水壓)控制的目的是為了保持水泵供水流量的穩定,實質是個保持物料的平衡問題。不管采用什么調節、控制手段,**終結果反映的仍然是水泵的耗電。
為什么連續控制比斷續控制效果好,可從以下幾方面來看:
一.從控制的質量要求
雙位控制的過渡過程是斷續控制作用下的等幅振蕩過程。被控量水位總在上、下限之間振蕩,如果設定的水位上、下限范圍越小,或者用水量越大,其振蕩頻率越高,則水泵的啟、停越頻繁,對電網和機械的沖擊越大;這樣的控制系統水泵是斷續運轉的,對水位也是斷續控制的。
如果采用連續控制,則被控量水位是可以連續地被控制,由于反饋控制是按水位的偏差進行控制,偏差是控制的依據,只要水位偏離給定值,系統就會產生控制作用,力圖消除偏差的存在,所以其能將水位穩定在我們所要求的設定值上。也就是說變頻調速供水系統能夠通過PI控制功能,自動地保持供水與用水之間的平衡。其控制精度高,水位波動小。這樣的控制系統水泵是連續運轉的, 對水位也是連續控制的。
二.從水泵的節能效果看
用得**普遍的是離心式水泵,離心式水泵屬于平方律負載。水泵**主要的參數是流量和揚程,供水功率與流量和揚程的乘積成正比。我們先了解下揚程特性和管阻特性。揚程特性反應了用水流量的大小對揚程的影響,即用水量越大,則供水系統的揚程將越小;水泵的轉速下降,其供水能力也會下降,揚程特性將下移。而管阻特性就是為了在管路內得到一定的流量所需要的揚程;管阻特性與管道粗細、長短,閥門開度有關。
通常對水泵的流量調節有閥門調節和調速調節兩種方式,我們來看看其是怎樣運行的。
1.變閥門調節:
啟動水泵后,觀察水泵出口的壓力,根據壓力表指示來開大或關小水泵出口閥門來調節流量,而水泵的轉速則是保持不變的(即大多為電機的額定轉速)。其實質就是水泵本身的供水能力不變,而是通過改變水路中的管阻大小來改變流量,以滿足用水量,這時管阻特性會變化,但揚程特性是不變的。啟、??刂凭褪菍儆陂y門控制的形式,只不過固定閥門開度后,而不常去調節閥">調節閥門開度而已。
2.變速度調節:
用變頻器對水泵進行調速,則是通過改變水泵的轉速來調節流量,而水泵出口閥門是全開的。轉速調節是通過改變水泵的供水能力來適應生產對流量的需求,當水泵的轉速改變時,揚程特性將會改變,而管阻特性是不變的。
比較以上兩種方式,在所需流量小于額定流量的情況下,轉速調節時的揚程將減小,而閥門調節時的揚程將增大。轉速調節所需要的供水功率比閥門調節方式小得多,`因為此時水泵的效率幾乎不變,流量隨轉速按一次方規律變化,而軸功率按三次方規律變化。即電動機的負載功率為:
這就是變頻調速供水有節能效果的原因。但這只是個理想公式,其并不能代表變頻調速的節能效果有如此之好,原因是異步電動機在輕載時的效率與功率因數都較低。再者供水系統是由多個環節組成的;還有就是變頻器的參數如果調整得不佳,仍會出現“大馬拉小車”的情況,這些問題對節能效果都是有影響的。再者閥門調節和變頻調節時的空載功率也不可能完全一樣,只是其屬于共有的, 所以我們可以將其忽略不進行比較而已。
三.常規計算法的節電對比
dlr設:水泵的軸功率 P1=10KW
帶水泵電機的效率 η1=0.95
變頻器的效率 ηb=0.98
1.變閥門調節的電耗估算:
按網友說水泵的起、停5-10分鐘一個周期,我們假設水泵**累計運行8小時,則一年的運行時間為2920小時。變閥門調節時,軸功率不變,則電機消耗的功率為:
P=P1/η1=10/0.95=10.526KW
則變閥門調節一年的運行電耗為:
2920×10.526=30735.92KW
2.變速調節的電耗估算:
使用變頻調速,由于是連續運行,所以其工作時間為8760小時,由于系連續供水,其供水流量只需要原來的1/3就可滿足使用要求,故水泵轉速在33%以下的時間居多,考慮到各因素影響,計算時采用供水流量為35%。在起泵初期及運行中突遇大量用水,水泵全速供水仍會占一定比例,我們這樣來估算,**流量供水占總運行時間的20%, 35%流量供水占總運行時間的80%。則可以這樣估算:
則變速調節一年的運行電耗為:
8760×1×(10.741×0.2+0.460×0.8)=22041.9KW
因此10KW的電機,變速調節方式比變閥門調節方式可節約的年運行電耗為:
30735.92-22041.9=8694KW
有文獻介紹,在節能計算比較時,建議采用曲線擬合的計算方法,這樣比常規計算法,更能得到符合實際的結果。
水泵大多在20Hz狀態下運行能供出水嗎?答案是肯定可以的。因為dlr在實施10T/h鍋爐項目中,為了安全曾將給水泵變頻器的下限頻率設為10Hz,但在用汽負荷很小時,水位投自控時,當調節器">調節器已無輸出,但水泵由于有10Hz的頻率,仍在慢慢轉動向鍋爐供水,嚴重時可使水位達到**以上。
四.從機械性能來比較
變閥門調節,電機的起動是全壓起動,這樣對電網的影響就大。起動時水泵由于加速過快,會產生“水錘效應”;而在停機時由于停機過快會產生“空化現象”。這樣將造成供水系統及管路振動大、噪音也大,由于水泵是全速運轉,故機械磨損也大。
而采用變速調節時,則可對水泵進行軟起動和軟停車,可做到起動平穩,起動電流可控制在電機的額定電流以內,減少了起動時對電網的沖擊,同時調節水量容易,還節約電能;停機時還可減少水錘效應的沖擊,以減少沖擊力對管道及水泵的損害,提高了供水系統的安全性。由于調速運行還可以降低水泵的機械磨損及噪音,可延長設備的使用壽命,減少了維修工作量和費用。