水泵流量的变频调节与阀门调节的节能效果比照分析
水厂水泵变频调速技改方案及节能效益分析
基金项目：国家科技支撑计划项目（2012BAD10B02）；陕西省水利科技项目（SLKJ-2013-14） 作者简介：宋亮（1988-），男，硕士，讲师，Email：17832561@
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摘要：为准确掌握加压水泵流量调节性能，提高改造后水厂供水服务质量及运营经济效益。根据尧头水 厂供水现状，联合流量调节扬程调速特性，提出“一拖三”3 泵循环变频调速升级改造方案。技改应用表明，变 频器根据管网实时压力智能优化控制策略和动态流量调节，确保每台水泵机组按用水需求循环进行变频/工 频平滑切换，实现动态高效调控供水。通过合理更新升级改造，水泵机组电能转换效率和自动化控制水平得 到全面提高，运行稳定可靠，节能、节电效果好。
Key words: pump ；characteristic of head and quantity（H-Q）of flow ；variable frequency speed-regulation ； energy conservation and consumption reduction
水泵作为城镇水厂供水系统中的核心水力 载体，其运行安全可靠性及节能经济性直接关系 到水厂供水服务质量及运营经济效益。在供水 系统中，水泵能耗巨大，约占整个水厂制水成本 的 65%左右。由于水厂水泵自身性能及设计参 数配置留有较大富裕，加上供水区域各企业用水 量大且极不稳定，管网压力很难准确掌握，只能 依靠运行人员根据历史数据进行水泵出口节流
关键词：水泵；扬程特性；变频调速；节能降耗 中图分类号：TM921，TV93 文献标识码：A DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd18692
Analysis of Variable Frequency Speed-regulation Control Technical Transformation Scheme and Energy Saving Benefit for Waterworks Pump SONG Liang1，2，WANG Zhengzhong2，TAN Jianbo1，2，HE Zili2
水泵变频调速供水的节能分析
钱 华 梅
（ 州 经 贸职 业技 术 学 院 ， 江 苏 苏 州 ２ ０ ９ 苏 １ ０） ５
摘
要 ： 本文对 变频调 速供 水 的 节能性 进行 了分析 。但在 实际应 用 由于选择 与使 用存在 着较 大的盲 目性 节能效果 不理
想 ，所 以针 对 影 响 其 调 速 范 围 、 节 能效 果 的 一 些主 要 因 素 进 行 了分 析 和 探 讨 。
关键 词 ： 变频调速 ； 节能 ；效率
Ｄ ： １ ．９ ９ Ｊｉ ｎ１ ７ －６ ９ ．０１ ，４．０ ＯＩ ５ ６ ／ ．ｓ． ６ １ ５ ６２ ０ １ ０ ５ Ｏ ｓ
的扬程来调节 转速 分别为ｎ，ｎ，工况点分别为Ｃ，ｃ，这时 ： 。
将 没 有 多 余 扬 程 浪 费 ， 比恒 压 供 水 模 式 减 少 了Ｂｃ段 扬 程 的 浪 费 ， 比不 调 速 的情 况 减 少 了 Ａ 扬 程 的浪 费 。所 以 ，应 １段 Ｃ 该说这种运行方式是最节能的。 比较 两 种 供 水 方 式 ，变 压 变 流 量 供 水 设 备 节 能 效 果 好 ，
Hale Waihona Puke 节是十分必要 的。在众多的调节方法 中，利用变 频器调节 电机转速 以适应水 泵的部分负荷是一种最方 便和 最节能的 方法 ，特 别是在 目前变频器价格大幅下 降的情 况下 ，变频
调 速 水 泵 的应 用 与 日俱 增 。但 是 ， 目前 在对 变 频 调 速 水 泵
能耗 的分 析上 还存 在一些模糊 的认识 。本文 将对变频调速 水泵 的能耗进 行详细分析 ，在此基础上 ，对 如何合理应用 变频 调速 水泵进行探讨 ，真正使变频调速 水泵达到节能运
输油泵采用变速与节流调节效率和节能的分析对比
1071 概述建设大型的输油管道要考虑长期的运行能力，因此在初始建站的时候就需要安装能够保证设计流量的泵站设备以及电动机。
在输油管道实际的运行过程当中，其输油量往往低于实际的理论设计值，因此会采用各种方式进行节流调节比如通过阀门进行节流调节，从而能够满足管道匹配的要求。
变速调节方式，在理论上能够降低输油泵的能量消耗。
本文在理论上对变速条件诶和节流调节的泵效率进行了比较，并进行了相应的对比实验分析，对这两种方式的节能效果进行了探讨。
2 输油泵节能原理离心泵根据工况的变化来调节流量，一般而言调节流量的方法有调节阀出口开度也就是节流，以及改变离心泵的转速。
变速调节方式能够改变输油泵电机的转速，从而能够调节输油泵的运行工况。
采用变速调节技术控制流量，流量和转速的一次方成正比例关系，扬程和转速的二次方成正比关系，轴功率和转速的三次方成正比关系。
也就是功率跟转速的三次方成反比例下降关系。
采用变速调节方式能够节省原先消耗在阀门上的能量，从而降低系统的能耗。
3 输油泵变速与节流实验设计本文以型号80Y-100×2的输油泵作为实验对象，将一台IS50-32-160的离心泵做变速节流调节的对比实验，对输油泵的两种方式的节能效果进行了对比。
3.1 实验装置实验装置整体由电磁调速电机、水泵管道、控制装置、测试仪表四个部分组成。
其中电磁调速电机又分为了电磁离合器和鼠笼式电动机两个部分。
电磁离合器磁极和电枢在二者机械上并无联系，磁极和水泵相连接，电动机和电枢相连接，在向磁极线圈上接通直流电后，磁极会产生磁场，此时电动机会带动电枢旋转，从而切割磁场产生涡流。
在励磁电源的主回路当中存在晶闸管单相半波整流电路，该单相半波整流电路能够将220V的交流电压经过晶闸管的整流后变成脉动的直流电压，通过改变晶闸管的触发导通的时间，能够改变整流的输出电压，从而调节电动机的转速。
在实验的过程当中，首先作出输油泵在额定的转速的性能曲线，然后全开输油泵的调节阀，通过改变电机的转速得到了一系列的工作点，同时测出相对应的流量、压力以及功率等，通过分析得到的数据，从而比较出两种调节方式。
凝结水泵变频改造节能效果分析及提高措施
统各项参数对比见表 4。
表 4 除氧器上水 旁路阀开关部分开启前后参数变化
工况
项目
240 M W
旁路阀关 旁路阀开启 50% 降低数值 降低幅度/ %
300 M W
旁路阀关 旁路阀开启 50% 降低数值 降低幅度/ %
m3/ h, 超过需要流量 600 m3/ h, 除氧器上水旁路阀关
闭过程( 160 s) 对应的流量为 26. 7 m3, 这将使除氧器
水位高出正常运行水位 450 mm, 超过高 3 报警值。因
此, 为了保证机组安全运行, 必须选择开关时间较短的
除氧器上水旁路阀。
截止阀的开启高度小, 阀瓣行程小, 开关速度快,
p=
Q2 K v 10
( 2)
因 Cv = 1. 167K v , 则除氧器上水调节阀全开时, 流
量系数 K v = 398/ 1. 167= 341。因此, 在凝结水设计温
度为 32. 6 , 密度为 103 kg/ m 3 ( 即 1 g / cm3 ) , 除氧器
上水调节阀全开, 流量为 780 m3 / h 时, 调节阀压力损
凝结水泵变频改造 节能效果分析及提高措施
黄莉莉1 , 李建河2
1. 淮北发电厂, 安徽 淮北 235000 2. 淮北国安电力有限公司, 安徽 淮北
2351 06
[摘
要]
[ 关 键 词] [ 中图分类号] [ 文献标识码] [ 文 章 编 号] [ DOI 编 号]
以淮北国安电力有限公司( 国安公司) 国产引进型 2 300 M W 机组为例, 对进一步充分 挖掘凝结水泵变频改造的节能效果和经济效益进行了分析。提出将除氧器上水旁路阀 更换为截止阀, 同时保持部分开启的解决方案。实施后, 进一步降低了凝结水泵功率, 机组可再节能 13% 。 凝结水泵; 变频器; 调节阀; 流量系数; 阻力损失 T K 264. 1+ 2 B 1002 3364( 2011) 06 0079 03 10. 3969/ j. issn. 1002 3364. 2011. 06. 079
风机水泵的变频调速节能分析
风机水泵的变频调速节能分析节能降耗、增加效益是全社会应为之努力的方向。
我国的电动机用电量占全国发电量的60％～70％，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。
应用于风机、水泵等设备的传统方法是通过调节出口或入口的挡板、阀门开度来控制给风量和给水量，其输出功率大量消耗在挡板、阀门地截流过程中。
另外，由于在通常的设计中为了满足峰值需求，水泵选型的裕量往往过大，也造成了不应有的浪费。
根据风机、水泵类的转矩特性，采用变频调速器来调节流量、风量，将大大节约电能。
下面就分析一下在风机水泵类负载中使用变频器所能达到的效果。
一，通过变频调速达到的一次节能。
下面以水泵为例来说明，由图1可以看到：流量Q正比于转速n压力H正比于n2转矩T正比于n2功率P正比于n3图1 水泵流量、压力、功率曲线… 在普通的水泵流量控制中使用阀门来调节，如图2所示：图2 阀门控制水泵流量管道阻力h与流量Q的关系为h正比于RQ2，其中R为阻力系数电机在恒速运行时，流量为100%情况下（工作点为A），水泵轴功率相当于Q1AH1O所包容的面积。
电机在恒速运行时，采取调节阀门的办法获得70%的流量（工作点为B），将导致管阻增大，水泵轴功率相当于Q2BH2O所包容的面积，所以轴功率下降不大。
采用变频调速控制流量时，由于管道特性没有改变，水泵特性发生变化（工作点为C），轴功率与Q2CH3O所包容的面积成正比。
故其节能量与CBH2H3所包容的面积成正比，输入功率大大减小。
如图3所示：图3 变频调节水泵流量正如前面提到的，轴功率P与转速n的三次方成正比。
采用变频器进行调速，当流量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%,如果流量下降到60%,轴功率N可下降到额定功率的21.6%,当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样,这个节能数字也是很可观的,因此在装有风机水泵的机械中,采用转速控制方式来调节风量或流量,在节能上是个有效的方法。
变频器在水泵上的使用及节能分析
Ｉ 一
变频器在 水泵上 的使用及节能 分析
孙 鹏 宇
（ 宁省 葫芦 岛兴 城双 兴 供热 有 限公 司 ， 宁 葫 芦 岛 １５０ ） 辽 辽 ２ １０ 摘 要 ： 过 介绍 泵 类 负载 的特 性 ， 对 工频 运 行 时 由阀 门控 制 调节 流量 和 变 频运 行 时 由变频 器 调 节流 量 的 能量 消 耗进 行 对 比， 通 并 从
的 流 量 控 制 方 法 ， 种 是 通 过 控 制 泵 出 口 的 阀 门来 调 节 ， 一 变 频 器 也 被 广 泛 应 用 。 一 另
种是通过变频器控制泵 的转速 来调节 。 本文对这两种不 同的水 ２ 泵 类 负载 的 工 作 特 性 及 ２种 调 节 流 量 的 方 法 泵 流 量 控 制 方 法 进 行 了分 析 ， 为 二 者 都 能 达 到 工 业 运 行 的 要 认 在 当今工业企业 中， 生产 设备 的传动 用电机大部分 是交流 求 ， 其 在 能 量 消 耗 方 面 有 所 区 别 ， 根 据 不 同情 况 来 选 择 设 但 应 异 步 电动 机 。 笔 者 所 在 的单 位 ， 热 单 位 耗 电量 约 占企 业 全 部 供 备、 确定运 行方式 ， 而在满 足运 行要求 的前提 下实现 节 能降 从 电耗 的 ８ ％左 右 ， 风 机 和 泵 类 负 载 安 装 时 企 业 还 处 于 发 展 初 ５ 而 耗 ， 高企业竞争力 。 提 期 ， 力 有 较 大 的余 量 ， 此 这 类 负 载 使 用 时 能 源 利 用 率 和 功 电 因 １ 变 频 器 的 发 展 及 行 业 应 用 率因数都 比较低 ， 在 己严重制约着 企业经济效益 的提高 。当 现 近年来 ， 随着 电力 电子技术 、 微机技 术及 自动控制 技术 的 前， 风机和 泵类 负载 的节 电问题对 企业的生存发展 已变得越来 迅速发展 ， 电气系统 的传 动技术也面 临着一场新 的工业革命 ，
水泵流量的变频调节与阀门调节的节能效果比照分析
由此可见：传统的阀门调节控制方式 基本不节能。
水泵流量采用变频调速控制方式比传 统的采用阀门调节控制方式更加节能。
科技创新导报 Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｄ
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水泵流量的变频调节与阀门调节的节能效果比照分析
李华 （ 黑龙江省双鸭山弘烨供热供水有限公司 黑龙江双鸭山 １ ５ ５ １ ０ ０ ）
摘 要： 在供热供水企业的运行管理中， 水泵的流量调节手段基本上有两种： （ １ ）传统的阀门调节法； （ ２ ） 新兴的变频调节法。传统的阀门 调节控制方式基本不节能。水泵流量采用变频调速控制方式比传统的采用阀门调节控制方式更加节能。 关键词： 水泵的流量调节 变频调节法 节能 中图分类号：ＴＨ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００９）０６（ｂ）－００８９－０１
流量与转速成正比； 转矩与转速的平方成正比； 压力与转速的平方成正比； 功率与转速的立方成正比。
２ 阀门调节时水泵的轴功率变化
在普通的水泵流量控制中，若用阀门 来调节，如图 ２
管道阻力 ｈ 与流量 Ｑ 的关系为： ｈ ∝ ＫＱ２ Ｋ 为阻力系数。 电机在恒速运行时，阀门完全打开，流 量为 １００％ 情况下，这时水泵的工况点为 Ａ，水泵的轴功率相当于 Ｑ１ＡＨ１０ 所包围的 四边形面积。 电机在恒速运行时，采取阀门调节，即 阀门不完全打开，如获得 ７０％ 的流量，这时 水泵的工况点为 Ｂ，管道特性曲线由 Ｈ１＝ｆ （Ｑ）变化为 Ｈ２＝ｆ（Ｑ），工况点由 Ａ 点移到 Ｂ 点，导致管阻增大，水泵的轴功率相当于 Ｑ２ＢＨ２０ 所包围的四边形面积。可见与阀 门完全打开时相比轴功率下降不大。
利用变频技术对给水泵电机的节能改造及综合效益分析
利用变频技术对给水泵电机的节能改造及综合效益分析随着节能环保意识的不断增强，对于水泵电机的节能改造越来越受到关注。
变频技术作为一种高效节能的控制手段，被广泛应用于给水泵电机的节能改造中。
本文将从变频技术的原理及应用、给水泵电机的节能改造方法、节能效益分析几个方面对给水泵电机的节能改造及综合效益进行探讨。
一、变频技术原理及应用变频技术是通过改变电机的供电频率来控制电机的转速，从而实现精确的控制和节能降耗的一种技术。
变频器作为变频技术的核心设备，通过改变输入电压的频率和幅度来调节电机的输出转速，实现能源的有效控制。
在给水泵电机的应用中，通过安装变频器控制给水泵电机的转速，可以实现流量的精确调节和节能降耗的目的。
由于水泵在工作过程中通常存在负载波动和流量变化的情况，传统的固定速率供电方式将使电机的能耗过高，浪费大量的能源。
而通过变频技术，可以根据实际需求实时调节给水泵的转速，使其在不同负载情况下达到最佳运行效果，提高系统的能效。
二、给水泵电机的节能改造方法1.安装变频器：将变频器安装在给水泵电机的供电线路上，通过改变电机的供电频率来实现对电机转速的精确控制。
2.设置参数：根据实际需求和给水泵电机的特性，对变频器进行参数设置，如最大转速、最小转速、流量曲线等。
3.控制策略选择：根据给水泵电机的实际工况，选择合适的控制策略，如恒差压控制、恒流控制等。
4.运行监测与调试：安装好变频器后，进行运行监测和调试，通过监测参数的变化来控制给水泵电机的工作状态，并进行相应的调整。
三、节能效益分析变频技术对给水泵电机的节能改造可以带来显著的节能效益和经济效益。
1.提高能效：通过变频技术控制给水泵电机的转速，可以使其在实际工况中保持最佳的能效，降低电机的无功耗和机械损耗，提高系统的效率。
2.节约能源：传统的固定速率供电方式会使给水泵电机在不同负载情况下效率低下，浪费大量的能源。
而变频技术可以根据实际需求实时调节给水泵的转速，使其在不同负载情况下达到最佳运行效果，节约能源。
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比较四边形 Ｑ２ＢＨ２０ 与四边形 Ｑ３ＣＨ３０ 可 知：
四边形 Ｑ３ＣＨ３０ 远小于四边形 Ｑ２ＢＨ２０， 故其节约的轴功率即能量为四边形 ＣＢＨ２Ｈ３ 所包围的面积。可见，采用变频调 节时，输入功率大大减小。
４ 结语
对于减转矩负载水泵，轴功率 Ｗ 与转 速 ｎ 的立方成正比，Ｗ ∝ ｎ３，采用转速控制 方式来调节流量的节能方式是个非常有价 值的方法。
例如一台 ５５ｋＷ 水泵，采用变频器进行 调速，当流量 Ｑ 下降到 ７５％ 时，转速 ｎ 也下 降到 ７５％，而轴功率 Ｗ 下降到额定的 ４２． ２％，节能 ３１．７９ｋＷ，节电 ５８％。如果流量 Ｑ 下降到 ５５％，轴功率 Ｗ 可下降到额定功率 的 １６．６％，节能 ４５．８７ｋＷ，节电 ８３％。可见 变频调速节能是很可观的。
流量与转速成正比； 转矩与转速的平方成正比； 压力与转速的平方成正比； 功率与转速的立方成正比。
２ 阀门调节时水泵的轴功率变化
在普通的水泵流量控制中，若用阀门 来调节，如图 ２
管道阻力 ｈ 与流量 Ｑ 的关系为： ｈ ∝ ＫＱ２ Ｋ 为阻力系数。 电机在恒速运行时，阀门完全打开，流 量为 １００％ 情况下，这时水泵的工况点为 Ａ，水泵的轴功率相当于 Ｑ１ＡＨ１０ 所包围的 四边形面积。 电机在恒速运行时，采取阀门调节，即 阀门不完全打开，如获得 ７０％ 的流量，这时 水泵的工况点为 Ｂ，管道特性曲线由 Ｈ１＝ｆ （Ｑ）变化为 Ｈ２＝ｆ（Ｑ），工况点由 Ａ 点移到 Ｂ 点，导致管阻增大，水泵的轴功率相当于 Ｑ２ＢＨ２０ 所包围的四边形面积。可见与阀 门完全打开时相比轴功率下降不大。
这是理想情况下的结论，当然还要考 虑由于转速降低会引起效率降低等其它因 素的影响。
由此可见：传统的阀门调节控制方式 基本不节能。
水泵流量采用变频调速控制方式比传 统的采用阀门调节控制方式更加节能。
科技创新导报 Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｄ
工 程 技 术
科技创新导报 ２００９ ＮＯ．１７
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
水泵流量的变频调节与阀门调节的节能效果比照分析
李华 （ 黑龙江省双鸭山弘烨供热供水有限公司 黑龙江双鸭山 １ ５ ５ １ ０ ０ ）
摘 要： 在供热供水企业的运行管理中， 水泵的流量调节手段基本上有两种： （ １ ）传统的阀门调节法； （ ２ ） 新兴的变频调节法。传统的阀门 调节控制方式基本不节能。水泵流量采用变频调速控制方式比传统的采用阀门调节控制方式更加节能。 关键词： 水泵的流量调节 变频调节法 节能 中图分类号：ＴＨ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００９）０６（ｂ）－００８９－０１
３ 变频调节时水泵的轴率变化
采用变频调速控制时，见图 ３。 由于管道特性 Ｈ１＝ｆ（Ｑ）没有改变，而水 泵特性发生变化，这时水泵特性曲线下移，
由 ｈ１＝ｆ（Ｑ）移到 ｈ２＝ｆ（Ｑ）。这时水泵的工况 点由 Ａ 点移到 Ｃ 点，轴功率为由 Ｑ３ＣＨ３０ 四 边 形 所 包 围 的 面 积 。（ 由 于 两 种 情 况 流 量 都 调节 ７０％，这时 Ｑ２＝Ｑ３。当然这是为了作图 方便，实际上 Ｑ２ 完全可以不等于 Ｑ３）
众所周知，在供热供水企业的运行管 理中，水泵的流量调节手段基本上有两种： （１）传统的阀门调节法；（２）新兴的变频调节 法。下面仅就上述两种水泵流量调节法的 节能效果进行简要比照分析。
１ 水泵的负载特性
无论哪种调节方法，水泵都是做功元 件，节能必须符合水泵的负载特性。其负 载特性见图 １。由图 １ 可知：水泵是减转矩 负载，即：