水泵变速调节的节能问题
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作者: 李林祥
【摘要】随着水泵变速调节应用的不断深入，研究其节能问题凸显出重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了水泵在使用过程中的问题。在探讨节能优化方案的基础上，研究了水泵节能技术在我国发展的趋势。
【关键词】水泵；变速调节；节能问题
一、前言
作为水泵变速调节方面的一项重要工作，其节能问题在近期得到了有关方面的高度关注。该项课题的研究，将会更好地提升其节能效果，从而保证水泵变速调节的整体水平。本文从概述相关内容着手本课题的研究。
二、概述
在当今能源匮乏的环境下，解决能源浪费是当今一项艰巨的任务，从上面可以看出风机水泵的能源损耗是巨大的。虽然有大量人员已经注意到风机水泵的能量耗损巨大并对此作出了相应的改进，比如：优化风机水泵的制造工艺、改变风机水泵的变频调节装置等等，但是效果并不是很明显。
在工农业使用的机械中，风机水泵使用广泛，而且种类千差万别，这些差别主要体现在风机水泵中的电动机上。这些电动机按负载上的不同，可以分为恒定功率、恒定转矩和平方转矩等等几类；根据工作电源上的不同，可以分为直流电动机和交流电动机，其中交流电动机还可细分为单相电动机和三相电动机。这些不同负载类型的电动机在工农业生产中有着不同的应用，比如：恒定功率负载电动机主要应用在模具机床、切割机床上；恒定转矩负载电动机主要应用在升降机、起重机、搬运机上；然而本文研究的风机水泵则属于平方转矩负载电动机。
常见的风机水泵是叶片式，这种风机水泵的负载特性属于平方转矩型，它转轴上需要的的转矩与叶片转速的二次方成正比。在一般的生产过程中，设计师们往往通过对风机常用阀门进行节能调节，增加管路的阻尼，但是电机仍旧以额定的速度运行，从表面上看风机水泵依旧高速高效运行，实际上这时候能量的损耗会更大。
三、水泵在使用过程中的问题
1.水泵本身设计技术含量不高
现阶段我国水泵设计主要是沿袭传统的模型换算法和速度系数法，这些设计方法从某种程度上来说已经过时，因为这是建立在旧的水泵设计经验的基础上的，在设计过程中无法超越过去的设计水平，无法在效率提升上有所突破。再加上水泵设计单位对技术的资金投入和人员投入不足，水泵设计人员的创新动力不足、缺乏创新意识，从而导致了水泵产品的技术含量得不到一个质的提升，水泵本身的技术含量无法提升，节能工作自然也做不到。
2.水泵节能存在误区
我们过去对水泵节能的理解主要是提高水泵的各项效率指标，其实这是对水泵节能理解的一个误区，是一种片面的理解。我们所说的节能范围不只是一个效率指标，而且也包含水泵的性能的稳定性、水泵的寿命、对材料的节省等各个方面的因素。再就是具体到水泵的使用环境中，我们也要有针对性的进行节能设计，比如水泵的密封性能、水泵的水力性能、水泵的耐高温性能等，这些都要针对不同的环境，不用的用途进行设计。
3.使用单位和个人的因素
使用单位和人人在采购水泵时，往往关注的是水泵是不是符合自己的需求，价格是不是比较便宜，而对水泵的节能技术指标，却并不是很在意。消费者的这种需求也打消了水泵设计单位和制造单位进行节能技术革新的积极性。并且很大一部分消费者在选择水泵时，要选用流量和扬程裕量过大的水泵，以确保可以满足自己的使用需要，这样的后果就直接造成水泵在使用过程中，实际运行效率远低于水泵的最高效率，一直不能在高效区运转。
四、节能的优化方案
1.水泵频率下限
对于给定水泵，频率与转速成正比，而转速和流量成正比，按管网特性不变可估算出冲开水流开关的频率在20Hz左右。实际调试过程中，由于水系统启动时的初始阻力要比稳定运行后的阻力稍大，水泵启动的频率下限测试为26Hz。由于频率的可调范围直接决定了水泵功率的可调范围，频率的变化下限应根据计算和实测结合确认。通过适当调整水系统中的静态阻力元件例如水流开关、止回阀等的开启压力，可调整变频下限；但同时也要向主机厂家确认安全运行的流量范围，保证主机正常工作。
2.定压差和定温差控制
变频水系统中定压差和定温差策略均能控制水泵按负荷变化调速，但要采取措施保证各环路的水量分配。定温差控制系统的温度传感器一般设置在供回水主管处，各分支环路可设置定压差控制阀来保证末端水量。在供回水温差恒定、末端较多且负荷分散时，个别末端关闭产生的温差变化较小，温度传感器需要较高的精度来测量并反馈信号。
温度传感器精度越高价格就越高，校准和维护成本也较高。限于精度和成本，定温差控制不能对较小的负荷变化反馈信号和变频调速。但层数较少、末端冷量较大时，末端启闭的负荷波动较大，可适用定温差控制。所以定温差控制方式的采用要综合考虑实际工程形式和经济性。
定压差控制一般采用最不利环路末端定压差控制方式。环路的二通调节阀根据回风温度的变化调节开度，引起环路压差变化，压差传感器采集信号传给变频控制装置，控制装置改变水泵的运行频率，从而改变系统流量，并维持末端环路一定的恒压差。当控制点压差小于设定值时增频调节，增加水泵扬程和流量；大于设定值时降频调节，降低水泵扬程和流量。
3.供水系统调频设置
在水泵供水系统中，设定总供水管路最高输出压力为最大工作压力，通过合理设定变频器压力提升曲线，输出最大压力，最高、最低运行频率，可以使得系统内两台水泵总有一个水泵处于变频运行中，另外一个水泵处于工频或者停机状态（初始启动或极限情况下）。系统在大部分时间内只有主泵工作于设定低频工作段内，备用泵处于停机状态，整体系统具有极高的节能效果。
五、水泵节能技术在我国发展的趋势
目前，国内外许多电力拖动场合已将矢量控制的变频器广泛应用于通用机械、纺织、印染、造纸、轧钢、化工等行业中交流电动机的无级调速，已明显取得节能效果并满足工艺和自动调速要求。但在风机、水泵应用领域仍没有得到充分应用。其主要原因是对风机、水泵类负载可大量节能了解不够。故此，我们将风机、水泵的节能原理和应用状况向客户介绍。全国风机、水泵用电量占工业用电的60%以上，如果能在这个领域充分使用变频器进行变频无级调速，对我们发展加工制造业又严重缺电的国家，是兴国之策。风机，是传送气体装置。水泵，是传送水或其它液体的装置。就其结构和工作原理而言，两者基本相同。现先以风机为例加以说明。自然通风冷却塔、循环水泵、循环水管道及管道附件是电厂循环水系统的重要组成部分，在电厂初步设计中研究系统方案确定最优化系统配置，对于降低工程建设造价具有积极意义。循环水系统设计中最核心部分就是自然通风冷却塔、循环水泵的合理选择配置，在循环水系统建设中它们的投资费用最多、施工最复杂，对电厂总投资影响最大。直接影响电力工程建设的单位造价与电厂投资回收年限。供水系统优化设计是系统方案选择的基础，其中对方案设计影响最大的是循环水泵电动机的年费用。在保证汽轮机运行安全满负荷发电的前提下，如何降低电动机的年费用，值得每一位工程设计人员思考。
六、结束语
通过对水泵变速调节节能问题的相关研究，我们可以发现，该项工作的开展有赖于多方面影响因素的控制，有关人员应该从水泵变速调节的客观需求出发，充分利用即有优势，研究制定最为符合实际的变速调节节能实施方案。
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