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        變頻調速技術在水泵控制系統中的應用

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        水泵是城市給水系統中最主要的耗能設備,根據對多個送水泵房中運行水泵的調查發現,大多數水泵的實際運行揚程小于水泵的銘牌揚程,有的甚至相差30%以上。因此導致了水泵運行效率降低,能源浪費嚴重,電機時常超負荷運行,產生這種現象的原因除市政基礎設施應具有超前性、水量預測偏大以外,選泵方法不合理、水泵搭配不當也是重要原因之一。
           目前給水管網大都為無水塔直供管網,現有規范規定按最高日最高時流量來計算揚程選泵,而在最高時以外的絕大多數工況下,其所需揚程低于最高時計算揚程。而當最高時工況下的水泵工作點在高效區時,則水泵在平時大部分時間工況點將會移至高效區之外,從而水泵運行效率較低,造成能量的浪費。改進的方法是選擇水泵時,其揚程依據主要應以平均時用水量來計算揚程,水泵臺數不宜太少且應不同型號的水泵相互搭配。本文將通過實例來探討如何恰當選用水泵降低能耗以適應城市用水量變化的需求。
         
          二、實例:
         
          某一水廠原設計供水能力10萬M3/日,送水泵房選用5臺單級雙吸中開式離心泵,分別為RDL500—790AIS水泵3臺,水泵揚程57.5M,流量3084M3/h,配用電機功率630KW;14sh—9B水泵2臺,水泵揚程55M,流量1080M3/h,水泵效率78%,配用電機功率250KW;目前城市實際需水量在2.6---3.6萬M3/日之間,小時流量在1600M3/h--3000M3/h之間,水泵出口壓力在0.4MPa左右,時流量在2000M3/h左右全年有8個月時間。
         
          1、存在問題:由于原設計水量偏大,目前平時一般是開1臺小的水泵即14SH—9B即可滿足需求,由于原設計水泵揚程偏高,實際需求揚程較低(出廠壓力0.40MPa),當水泵出口閥門全部打開管網壓力低時,水泵小時流量可達到1600M3/h,產生汽蝕現象,水泵效率嚴重偏離高效區,并且電機超負荷運行,電機發熱,極易發生燒壞電機現象。當需水量達到1700--2000M3/h時,就必須開2臺小的14SH—9B水泵,這時2臺水泵全部要關小出口閥門的辦法來進行流量調節,以滿足管網壓力需求,這時2臺水泵效率極低,大量的能量消耗在閥門上,并且閥門損壞嚴重。
         
          2、解決問題的辦法:首先我們對14SH—9B進行改造,在不更換原有電機的前提下,重新選用1臺KQSN400-N13水泵揚程45M,流量1632M3/h,水泵效率87%,這樣平時開1臺水泵即可滿足用水需求,并且水泵也能運行在高效區;再次對原來大的RDL500-790AIS水泵進行改造(此水泵沒有安裝配套電機),更換1臺KQSN600-M13水泵揚程42M,流量2980M3/h,水泵效率85%,配用電機450KW,并且在此機組上安裝變頻調速裝置,以適應各種用水量變化的需求,通過以上改造,完全可以適應今后3--5年內城市用水變化的需求。
         
          3、能量消耗計算:
         
          依據供水水量的不同,在揚程40M的條件下,根據水泵的性能曲線,電機效率按92%計算,按照公式W=QH/102η(KWh)分別計算改造前后水泵的單耗,計算結果見表,從表中可以看出改造前后的效果。
         
          式中Q——泵站出水量(L/s);
         
          H——水泵的實際運行揚程(M);
         
          η——水泵綜合效率,η=η1·η2
         
          η1——水泵運行效率;
         
          η2——水泵電機效率;
         
          四、結論
         
          根據以上計算分析結果,提出如下合理選擇水泵的原則:
         
          1、目前我國絕大多數城鎮供水管網均不設水塔,由泵站直接供應滿足用戶用水需求,為了適應不同用水量的需求,選用水泵臺數不宜太少,且應大小型號水泵合理搭配,實行階梯式供水,以保證城市用水需求。
         
          2、采用大小型號水泵搭配,小型號水泵流量應為大泵流量的40%~60%,太小或太大都會使水泵不同組合間的水量階梯不均勻,從而降低水泵運行效率。
         
          3、在可能的情況下對電機盡量采用調速裝置,并且調速裝置應安裝在較大的機組上,調速的范圍應控制在60%--100%之間。
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