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文檔簡介

1、泵與風機的性能分析及其節(jié)能技術摘要:泵與風機是常用的耗能設備。它們數(shù)量多,分布廣,耗電量巨大。本文論述泵與風機的性能分析及其節(jié)能技術,對緩和目前電力供需之間不平衡的突出矛盾推進現(xiàn)代化建設有著及其重要的現(xiàn)實意義。關鍵詞:泵風機節(jié)能泵與風機是消耗電能的動力機械,由于選型的不當、管道設計不合理、維護檢修不合良、使用管理落后、設備陳舊等因素,造成泵與風機的使用效率降低。通過一些工程實例可以看出,大部分泵與風機的效率低于國家規(guī)定的標準,泵的運行效率大部分低于60%。風機的效率普遍低于70%,造成了電力的嚴重浪費。所以,為了做好泵與風機的工作,我們必須通過分析泵與風機的性能來解決節(jié)能減排問題,不斷地完善節(jié)

2、能減排技術。1、泵和風機的性能泵和風機的主要性能參數(shù)包括流量Q、壓頭H(泵為楊程,風機為全風壓、功率N、效率、轉速n,這些參數(shù)反應了泵或風機的整體性能。泵和風機的性能非常相似。1泵的閘閥節(jié)流分析離心泵閘閥的特性曲線如圖1 所示,Q-H 圖給出了泵的轉軸功率與流量之間的關系。 其計算公式為:N = HQ|120式中N 為功率/KW;為液體密度/Kgm-3;Q 為流量/Ls-1;H 為楊程/m;為效率。圖1中Qa、Qb、Qc 分別為閥門開度由大到小的3個管道特性曲線,A、B、C 分別為3 個工況點。當調節(jié)閥門開度由大到小時,表現(xiàn)為管道阻力由小到大,管道特性曲線變陡,因此泵的工況點自A 移到C,流量

3、減少的同時,轉軸的功率相應減少,但其幅度不大,N = QH| 120。 2調速節(jié)流分析離心泵調速節(jié)流特性曲線如圖2 所示,圖2 中的QHn1、QHn2、QHn3,分別對應于不同轉速時的流量楊程特性曲線,其中轉速n1n2n3。QN1、Q N2、QN3 分別為相應的流量軸功率特性曲線,Qa、Qb 分別為閥門開度不同的2 條管道特性曲線,A、B、C、D、E、F 分別為各工況點,由流體力學理論可知他們存在如下關系:Q1/Q2=n1/n2 (2H1/H2=(n1/n22 (3N1/N2=(n1/n23 (4由上述公式可知,當轉速調節(jié)由大到小時,流量、楊程、軸功率分別按1、2、3 次方關系下降??梢?調速

4、對軸功率的影響最大。如果再以出口閥門的開度配合調度,就可以找到泵的最佳工況點,既保運行在穩(wěn)定區(qū),又使泵工作在流量大而功率低的工況點。如圖2所示,當降低轉速運行至QHn2 時,增大出口閥門的開度,將管道特性曲線改變?yōu)镼 b,這時,泵運行至工況點E,流量超過了工況點C,而轉軸功率N5 則低于N3。2、泵與風機的節(jié)能途徑泵與風機的節(jié)能途徑包括泵與風機本身撈取有、系統(tǒng)節(jié)能、運行節(jié)能三個方面。泵與見機本身節(jié)能是前提,系統(tǒng)節(jié)能是關鍵,運行節(jié)能是最終體現(xiàn)。三個方面密切相關,互為因果。1泵與見機本身的節(jié)能途徑泵與風機制造廠向用戶提供高效、可靠、好用的產品是制造廠的職責,高效即泵與風機本身效率高,高與低是相對的

5、?,F(xiàn)在執(zhí)行的國家標準上規(guī)定的效率只是先進值并不是最高值。高效就是效率要達到或超過這些標準規(guī)定值。泵與風機本身損失可分為水力損失、容積損失和機械損失。在泵與風機結構選定之后,可以認為機械損失和容積損失基本不變,因此,泵與風機本身節(jié)能重點應減少泵與風機內水力損失上,可以采取以下對策:選用優(yōu)秀的水力、空氣動力模型;采用先進設計方法;減少過流部件的粗糙度;合理選擇縫隙處零件的材料,提高抗咬合和耐磨性,適當?shù)臏p少間隙值,減少容積損失。除此之外,積極開展泵與風機的可靠性研究,進行可靠性設計、可靠性試驗和可靠性管理,以提高泵與風機的可靠度和平均壽命。合理選取材料,增加易損件使用壽命,使泵與風機達到好用、耐用

6、,也是泵與風機本身節(jié)能的組成部分。2泵與風機系統(tǒng)的節(jié)能途徑泵與風機是主機,在系統(tǒng)節(jié)能中,應首先提供高效節(jié)能的泵與風機,蛤系統(tǒng)節(jié)能的關鍵,在于站在系統(tǒng)節(jié)能角度上做到系統(tǒng)各組成的匹配是最佳的、最合理的,為此必須發(fā)展品種,做到有合適的泵、風機、電機、各種相關附件可選,也就是做到選型最大限度地合理;其次要開展系統(tǒng)工程設計。選泵時,一定要使泵的汽蝕性能滿足使用要求才行,即使泵的汽蝕性能要滿足裝置或系統(tǒng)所能提供的汽蝕余量值。然而在實際選型中,人們只注意流量、揚程,忽視了泵的汽蝕性能,或者由于對吸入管路系統(tǒng)阻力損失估計不足、介質的溫度波動估計不足、吸入池液面水位變化估計不足等原因造成泵的潛在汽蝕狀態(tài)下運行,

7、造成泵的損壞較快,或者發(fā)生汽蝕,不能工作。因此,研究各種系統(tǒng)的泵與風機的選用規(guī)范和計算方法是放在廣大用戶和泵與風機行業(yè)面前最大的節(jié)能課題,這方面的節(jié)能潛力比提高泵與風機本身效率的潛力大許多倍。我們必須重視泵與風機的選型工作,提高泵與風機技術,并使之規(guī)范化。3泵與風機運行的節(jié)能途徑節(jié)能的泵與風機系統(tǒng)是實現(xiàn)運行節(jié)能的不可缺少的必要條件,但不能說已經建立的泵與風機節(jié)能系統(tǒng)就能實現(xiàn)泵與風機的運行節(jié)能。這是因為泵與風機在實際工作中,由于工藝流程的變化或者其本身就是為調節(jié)工藝參數(shù)而設置的,泵與風機就要適時進行調節(jié),對于經常改變工藝的泵與風機系統(tǒng),在調節(jié)中要注意能量回收或減少能量消耗,盡量不用節(jié)流調節(jié)方式。

8、建議采用調速以及分流的方法,使泵與風機和電機仍處于高效工況下工作。對于哪些處于恒定工況或基本不變工況運行的泵與風機,只要選擇合理的泵與風機系統(tǒng),即可實現(xiàn)運行節(jié)能。3、泵與風機的節(jié)能措施1提高泵與風機的水力效率影響泵與風機效率最主要的因素是水力損失,因此,提高泵與風機的效率,應著重提高泵與風機的水力效率,通常采用以下一些措施:泵與風機晝在額定工況下工作。裝配多級泵時葉輪出口中心與導葉進口中心要對正。防止葉輪流道或殼體、導葉流道銹蝕。輸送清潔介質。輸送清潔介質。合理設計過流部件的幾何形狀。2提高泵與風機的容積效率為了減少容積損失,提高容積效率,在實際工作中一般采用下列措施:在進口處裝密封環(huán)(承磨環(huán)

9、或口環(huán)。密封環(huán)間隙要適當,磨損量超過標準后及時修補更新。軸封處防止漏損過大。平衡盤的軸向間隙過大后及時調整更換。3提高泵與風機的機械提高泵與風機的機械效率,通常采用以下措施:減少軸承磨損,及時加注潤滑油,及時更換不合適的軸承,及時校正泵軸。減少軸封摩擦損失,填料松緊適當,液封流道暢通,晝采用機械密封。減少葉輪蓋板、殼體內壁的表面粗糙度。葉輪圓盤摩擦損失功率還與葉輪、殼體間的間隙大小有關。對一般離心泵來說,在B/D2=2%5%范圍內時,葉輪圓滿盤摩擦損失量是比較小的。輸送清潔介質,防止葉輪銹蝕,也可減少圓盤摩擦損失。若結構設計合理,葉輪圓盤損失可以回收一部分,相應機械效率將有所提高。開式泵腔能回

10、收一部分能量,幫采用工式泵腔的效率較閉式泵腔略有提高。4風機的調速節(jié)能風機的HQ 曲線如圖3 所示,風機工作的有效總功率為:N = HQ/ 120 從圖3 可以看出,曲線QHn1 為風機恒速時風壓H 與風量Q 的特性曲線,曲線Qn、Qb 為管網(wǎng)風阻特性曲線。假設風機在A 點工作效率最高,輸出風量Q1為100%,此時,軸功率N 為0Q1AH1 面積的1/120,如果生產工藝要求風量從Q1 減少到Q2,若用閥門調節(jié)風量,使風機工作于B 點,此時軸功率N 為0Q1AH2 面積的1/120,顯然0Q1AH2的面積與0Q1AH1的面積相差不多,風機軸功率變化不大。如果采用調速的方法,風機的速度從n1 降

11、到n2,則在n2 轉速下的風壓、風量關系如曲線Q Hn2,可見在滿足同樣風量Q2 的情況下,風壓大幅下降,0Q1AH3 的面積與0Q1AH1 的面積相比顯著減少,節(jié)能效果十分明顯。 4、調速系統(tǒng)的分析基于閥門節(jié)流與調速節(jié)流分析可知,調節(jié)泵與風機的轉速,可以達到增加流量、降低軸功率的雙重作用。目前交流調速有電磁離合器調速、轉差調速、液力 偶合器調速、變頻調速等多種調速方式。 1 電動機電磁離合器調速 電磁離合器調速系統(tǒng)包括籠型異步電動機、渦流式電磁離合器、調速裝置、 測速發(fā)電機等部分組成。 離合器本身有較大轉差存在,輸出軸的最高轉速僅為電 動機轉速的85%左右,速度損失大,轉差功率以熱能形式損失

12、(鐵損),故效率 低,電磁離合器及其控制裝置發(fā)生故障時,只能停機,其結構也較為復雜,對其 軸承的清洗、加油都較為困難,但作為整體更換還是較為簡單,價格也便宜,操 作也簡單,在中小容量電機調速系統(tǒng)中多有應用。 2 轉差調速 調速原理是在繞線電機的轉子繞組電路中接入調速變阻器, 增加轉子電阻來 減小轉子電流,使轉子轉矩下降,從而轉速下降,轉差增大。該調速技術簡單, 易于掌握, 調速設備便宜, 但調速過程損失的轉差功率以熱能的形式消耗于調速 電阻上,因此效率也較低,且繞線型電機售價也較高。 3 液力偶合器調速 液力偶合器是一種液力傳動裝置,由泵輪和渦輪組成,其中充有一定量的 機械油液,靠工作液(油液

13、)傳遞轉矩,泵輪是主動件;渦輪與泵輪相對,是從 動件。其特點是結構簡單使用簡單,工作可靠,可以實現(xiàn)無級調速。但液力偶合 器本身存在轉差,轉差功率以熱能的形式損耗,因而效率較低。效率分析表明, 液力偶合器能量損失主要體現(xiàn)在油液循環(huán)時的液體流動損失以及軸承密封造成 的機械損失等,其效率約為84%。 4 變頻調速 隨著無線半導體技術的飛速發(fā)展,變頻調速已在諸多領域里有著廣泛的應 用,新建項目里,只要涉及到交流調速的,變頻調速便是首選。有關變頻調速的 研究文章也很多,變頻調速可以節(jié)電10%以上也已成為共識,其保護功能完善、 工作穩(wěn)定可靠、使用方便也是電氣工作者喜歡應用的原因之一。 5、變頻調速改造實例

14、 以德興銅礦大山選礦廠球磨機給砂泵的改造為例,泵為12/10STAH 不變, 改造前由于砂泵和管道的特性不匹配(在泵的選型過程中,不可能選擇到完全與 6 管路特性匹配的砂泵) 在不同的實際運行工況下, , 需通過液力偶合器調節(jié)流量, 效率低功耗高, 機械、 液壓維修量大, 對生產影響大。 而變頻裝置保護功能完善, 負載大小直接反映在電機的負載電流上,能較好地保證砂泵的安全運行。 電耗工況在同臺效的情況下,做了如下測試和比較,初始條件列于表1,運 行對比結果列于表2: 以0.562 元/度計,以年運行340d 計算,變頻裝置年節(jié)約9.47 萬元,變頻 改造的投資回收期僅34a,其直接經濟效益是十

15、分可觀的。 但很多變頻器的研究文章都是說變頻調速一好百好,本著科學態(tài)度思考,變 頻調速用于改造項目給普通異步電動機帶來的問題也不可忽視。其一,電動機的 效率和溫升的問題。 無論何種形式的變頻器,在工作中均會不同程度的產生諧波 電壓和諧波電流,從而使異步電動機在非正旋波電壓、電流下運行。在高次諧波 引起的損耗中, 影響最為顯著的是轉子銅耗。對于普通異步電動機如果運行在非 正旋波電壓、電流下,其溫升增加值約為10%20%,諧波電壓和諧波電流對電源 造成嚴重的污染;其二,電動機的絕緣承受較高的沖擊電壓。目前中小容量變頻 器, 絕大多數(shù)采用的是PWM 控制方式,其采用的載波頻率已由幾千赫茲發(fā)展到幾 十

16、千赫茲, 這就使得電動機定子繞組承受者很高的du/dt 值,電機繞組的匝間絕 緣承受者較高的電應力。 另外PWM 變頻器產生的矩形斬波沖擊電壓會疊加在電機 運行電壓上, 由此產生的電壓峰值會對電機的對地絕緣形成威脅,加速電機絕緣 老化;其三,低速時的冷卻存在問題。普通異步電動機是自帶風扇的冷卻方式, 用于變頻調速時,在轉速降低的情況下冷卻風量與轉速的三次方成比例的減小, 電能損耗增加而散熱困難, 這必將使電機低速時的溫升急劇增加,使之無法實現(xiàn) 7 恒轉矩輸出,同時加快電機絕緣的老化。因此,有條件的單位還是應使用變頻電 機;其四,對一些特定的生產工藝影響較大,如大山選礦廠的砂泵改用變頻調速 后,旋流器的分級效率降低,對生產的穩(wěn)定性有負面影響。因此在舊設備的改造 前,應多做科學的分析,權衡利弊,作出合理的決策。 參考文獻

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