大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析

发表时间：2018-06-27T09:49:23.747Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：吴文乐

[导读] 摘要：风机和水泵在国民经济各部门中应用的数量众多，分布面极广，耗电量巨大。

东莞中电九丰新能源热电有限公司 523000

摘要：风机和水泵在国民经济各部门中应用的数量众多，分布面极广，耗电量巨大。据有关部门的统计，全国风机、水泵电动机装机总容量约35000MW，耗电量约占全国电力消耗总量的40％左右。目前，风机和水泵运行中还有很大的节能潜力，其潜力挖掘的焦点是提高风机和水泵的运行效率。据估计，提高风机和水泵系统运行效率的节能潜力可达（300～500）亿kW·h/年，相当于6～10个装机容量为

1000MW级的大型火力发电厂的年发电总量。

关键词：大功率风机；水泵调速；节能运行

引言

风机、水泵属于通用类机械，在国民经济各部门中应用数量较多，应用范围较广，耗电量巨大。据有关部门的统计，我国电动机总装机容量 4. 5 亿 k W，其中风机、水泵电动机装机总容量约 1. 5 亿 k W，耗电量约占全国电力消耗总量的30% ～ 40% 。由于风机、水泵工作机理的特性，通常工作电机运行在恒速状态，工作要求的风、水流量也处于变工况运行，可见，风机和水泵在运行中还存在较大的节能潜力，其潜力挖掘的重点是提高风机和水泵的运行效率。做好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。

1.调速节能原理

传统风机、水泵流量的设计均以最大需求来设计，采用阀门或风门挡板等方式调节流量。但实际使用中流量随各种因素而变化( 如季节、温度、工艺、产量等) ，往往比最大流量小得多。通过调节挡板或阀门的开度来调节流量，实质是通过改变管网阻力大小来改变流量，这样一来存在严重的节流损失，还会使风机水泵的运转点偏离最佳效率点，造成能量浪费在机组变负荷运行情况下，采用可调速系统可减小大量的节流损耗，节能潜力巨大。从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的离心式负载流量Q 和电机的转速 n 是成正比关系的，而扬程 H 与转速的二次方成正比，所需的轴功率 P 与转速的立方成正比关系。例如，理想情况下，当需要 50%的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的50% ，此时系统的扬程仅为原来的 25% ，所需功率仅为原来的 12. 5% 。而在实际应用时，风量由100% 下降到50% 时，变速调节与风门挡板调节方式相比，风机的效率也可以平均高出 30% 以上。从泵的运行曲线分析调速后的节能效果如图1 所示。

图 1 离心式负载的运行曲线

当所需流量从 Q1减小到 Q2时，若采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从 A 点变到 B 运行，所需轴功率 P2与面积 H2× Q2成正比; 若采用调速方式，泵转速由 n1下降到 n2，其管网特性并不发生改变，但泵的特性曲线将下移，其运行工况点由 A 点移至 C点，此时所需轴功率 P3与面积 HB× Q2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率 Delt( P) 与( H2－HB) × ( C － B) 的面积成正比。通过实际运行统计，离心式水泵类负载通过调速可节能20% ～50% 。因此，从节能的观点来看，变速调节方式为最佳节能方式。

2 调速节能方案分析

目前，风机调速主要有变频调速、液力耦合调速、永磁调速3种形式。

2. 1 液力耦合调速

液力耦合器是液力传动元件利用液体的动能来传递功率的一种动力式液压传动设备，结构如图2 所示。液力耦合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上。当电机运转时，电机带动液力耦合器的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下一同旋转，在离心力的作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在液压冲击力的作用下旋转，冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘的液压油，又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。而它的输出转速高低是通过调整在涡轮工作腔中工作油充满度的大小来调整的，工作腔中工作油充满度最小，此时输出轴转速最低; 反之，速度最高，这就是调速型液力耦合器调速的基本原理。