油庫輸油離心泵機(jī)組變頻調(diào)速節(jié)能研究[開題、綜述、正文]

1、開題報(bào)告油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油庫輸油離心泵機(jī)組變頻調(diào)速節(jié)能研究一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義從20世紀(jì)20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞離心泵逐漸被高速 的離心離心泵和回轉(zhuǎn)離心泵所代替。但是在高壓小流量領(lǐng)域往復(fù)離心泵仍占有主 要地位。直到19世紀(jì)末，高速電動(dòng)機(jī)的發(fā)明使離心離心泵獲得理想動(dòng)力源之后, 它的優(yōu)越性才得以充分發(fā)揮。在英國(guó)的雷諾和德國(guó)的普夫萊德雷爾等許多學(xué)者的 理論研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，離心泵的效率大大提高，它的性能范圍和使用領(lǐng)域也 日益擴(kuò)大，已成為現(xiàn)代應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的離心泵。在現(xiàn)代社會(huì)，能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、改善人類生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨 著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展

2、和全球能源的日益減少，節(jié)約能源已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 泵類產(chǎn)品屬于流體機(jī)械，在泵啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)的瞬間電流會(huì)比額定高出5-6倍，這 樣，不但會(huì)影響電機(jī)的使用壽命，而且也消耗較多的電量。雖然系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)在 電機(jī)選型上會(huì)留有一定的余量，不過，電機(jī)的速度是固定不變，在實(shí)際使用過程 中，卻有時(shí)要求電機(jī)以較低或者較高的速度運(yùn)行，因此進(jìn)行變頻改造是非常有必 要的。而在目前來看，在離心泵上應(yīng)用變頻器來達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的，是一個(gè)比較 切實(shí)可行的方法。變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但是經(jīng)過多代科學(xué)人員的 努力，變頻器已經(jīng)成為一個(gè)比較成熟的產(chǎn)品，它作為一種自動(dòng)化程度非常高的電 子調(diào)速設(shè)備，具有調(diào)速范圍廣，速度穩(wěn)定，

3、精度高，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作方便, 已經(jīng)成為其他調(diào)速設(shè)備的無法可比的產(chǎn)品，廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)。變頻器在運(yùn) 行中可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、通過改變?cè)O(shè)備輸入電壓頻率達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，而且 能給設(shè)備提供過流、過壓、過載等保護(hù)功能。所以，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用變頻技術(shù)較多的都是一些想要節(jié)能的地方。中國(guó)是能 耗大國(guó)，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足。在2003年的中國(guó)電力消耗中,6070% 為動(dòng)力電，而在總?cè)萘繛?. 8億千瓦的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘恐?，只有不?000萬千瓦 的電動(dòng)機(jī)是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國(guó)，帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī) 至少有1. 8億千瓦。因此國(guó)家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。應(yīng)用變

4、頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速 下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。 當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào) 速的節(jié)電效果非常可觀。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電 動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非 常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的 節(jié)能潛力巨大。作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國(guó)大面 積缺電，電力投資將持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)，國(guó)家電改方案對(duì)電廠的成本控制提出了要 求，降低內(nèi)部電耗成為電廠

5、關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)?力，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。其實(shí)，不管是在電力行業(yè)，還是在石油 化工行業(yè)中，一直都有著這樣的一個(gè)追求，就是能夠更好的應(yīng)用變頻器的變頻技 術(shù)，使得機(jī)器能夠運(yùn)行在一個(gè)更加環(huán)保、節(jié)能和高效的工況點(diǎn)下。近10年來，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，產(chǎn)生了很多的科研成果和高水平的機(jī) 械加工設(shè)備，對(duì)泵類產(chǎn)品的節(jié)能工作是非常有利的。而在眾多的技術(shù)改善的方面 中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的節(jié)能方法是具有良好的節(jié)能效果的，這已被許多國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐 所證明。在許多泵的應(yīng)用場(chǎng)合，有時(shí)需要泵的性能參數(shù)恒定不變，有時(shí)需要泵的 性能參數(shù)根據(jù)使用條件進(jìn)行變化，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到這一目的，而變頻

6、技術(shù)的 應(yīng)用，就能夠很好的解決這個(gè)問題。變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到各個(gè)行業(yè)中，其中就有油庫行業(yè)的 變頻研究，它具有節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用變頻調(diào)速技 術(shù)同時(shí)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑，尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè) 備較多的企業(yè)，比如是在油庫、加油站、油輪碼頭等采用變頻調(diào)速裝置將使這些 企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益。同時(shí)，這也是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)需要?；诖耍救藢⒋苏n題作為研究?jī)?nèi)容。通過對(duì)某一具體油庫泵房離心泵的工 況數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)現(xiàn)有方法和資料進(jìn)行油泵站輸油離心泵的變頻調(diào)速節(jié)能研究, 使得油庫輸油泵的成本運(yùn)行控制，有一定的參考價(jià)值。二、研究的基本內(nèi)

7、容，擬解決的主要問題：（-）研究的基本內(nèi)容1 .對(duì)離心泵的運(yùn)行工況相關(guān)原理作一介紹。2 .對(duì)目前油庫輸油離心泵應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的研究作一分析。3 .變頻離心泵的應(yīng)用前景及存在的問題。(二)擬解決的主要問題1 .通過對(duì)某一具體油庫輸油泵的調(diào)研，分析輸油泵的運(yùn)行狀況，在參考其它 同類研究的基礎(chǔ)之上，選擇有效的油庫泵站輸油泵運(yùn)行的節(jié)能措施，改進(jìn)其研究 方法。2 .通過油庫輸油泵(離心泵)變頻調(diào)速的研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的離心泵運(yùn)行過程 中存在的一些問題并努力解決之。3 .通過上述的研究能夠使得現(xiàn)有的離心泵運(yùn)行能夠更好的適應(yīng)節(jié)能和穩(wěn)定 運(yùn)行的工作環(huán)境。三、研究步驟、方法及措施：L通過查找資料，分析資料確定

8、選題范圍及論文題目。4 .通過指導(dǎo)老師指導(dǎo)，結(jié)合調(diào)研和資料整理分析、撰寫開題報(bào)告、外文翻譯 和文獻(xiàn)綜述。5 .根據(jù)開題報(bào)告寫作思路草擬論文提綱。6 .根據(jù)論文提綱進(jìn)一步查找資料，撰寫論文初稿。7 .根據(jù)論文初稿，收集的資料，修改成稿。四、參考文獻(xiàn)1石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50074-2002) M.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,20032聶世全.離心泵機(jī)組變頻調(diào)速節(jié)能運(yùn)行穩(wěn)定性規(guī)律J.河北：油氣儲(chǔ)運(yùn).2001, (08):44-603郭德有，胡文.離心泵轉(zhuǎn)速最佳調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究J.黑龍江商學(xué)院學(xué)報(bào)(自然 科學(xué)版).1987, (01) :26-334邱明杰.離心泵節(jié)能技術(shù)工作的改進(jìn)措施措.江蘇：排灌機(jī)械.2

9、007, (05): 65-685張愛蓮，楊紀(jì)云，周南.離心泵調(diào)速節(jié)能工藝的理論分析與應(yīng)用J.河北：油氣儲(chǔ)運(yùn).2000, (10) :38-606林猛.離心泵調(diào)節(jié)方式與能耗分析與.沈陽：當(dāng)代化工.2007, (04):371-376 7伍年青，蓋學(xué)輝，于景龍.不同工況條件下離心泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能分析J.北京：石油機(jī)械.2000, (07):40-708楊曉珍，裴毅，謝方平，等.離心泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)能效果試驗(yàn)J.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005, (05) : 88-909 J. Lapelk and R. Huzllk； Electrical Drives for Special Types

10、 of Pumps:AReview ； 2010, Recent Advances in Mechatronics, Part 4, Pages 293-29710 A. V. Potashev, E. V. Potasheva and A. V. Rubinovskii； Chemical andPetroleum Engineering, 2002, Volume 38, Numbers 7-8, Pages 464-4686畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述油氣儲(chǔ)運(yùn)工程油庫輸油離心泵機(jī)組變頻調(diào)速節(jié)能研究前言離心其實(shí)是物體慣性的表現(xiàn)，比如雨傘上的水滴，當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水滴 會(huì)跟隨雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)橛陚闩c水

11、滴的摩擦力做為給水滴的向心力使然。但是 如果雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)加快，這個(gè)摩擦力不足以使水滴在做圓周運(yùn)動(dòng)，那么水滴將脫離雨 傘向外緣運(yùn)動(dòng)，就象用一根繩子拉著石塊做圓周運(yùn)動(dòng)，如果速度太快，繩子將會(huì) 斷開，石塊將會(huì)飛出，這個(gè)就是所謂的離心。根據(jù)這個(gè)原理，18401850年，美 國(guó)沃辛頓發(fā)明離心泵缸和蒸汽缸對(duì)置的機(jī)器，蒸汽直接作用的活塞離心泵上，這 就標(biāo)志著現(xiàn)代活塞離心泵的形成。從此，開始了現(xiàn)代離心泵的新歷程。主題離心泵具有轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、效率高、流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸液無 脈動(dòng)、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等特點(diǎn)。離心泵廣泛地應(yīng)用于石油化工，煤化工等化學(xué)工業(yè)中，輸送不同性質(zhì)的液體, 提供化學(xué)反應(yīng)所需要的

12、壓力，流量。離心泵的種類繁多，根據(jù)輸送介質(zhì)性質(zhì)的不 同可分為酸泵，堿泵，清水泵，泥漿泵等。而且，輸送介質(zhì)的工作溫度和工作壓 力乂可不同，因此，有效延長(zhǎng)離心泵的使用周期，減少維修量，對(duì)提高工廠的經(jīng) 濟(jì)效益有很大的作用。不論在什么時(shí)候，能源都是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、改善人類生活水平的重要物質(zhì)基 礎(chǔ)。而且，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和全球能源的日益減少，節(jié)約能源已成為人 們關(guān)注的焦點(diǎn)。泵類產(chǎn)品屬于流體機(jī)械。國(guó)內(nèi)的需求量非常大，每年發(fā)電量的 20%-25%都消耗在泵類產(chǎn)品上。離心泵需求量占泵類產(chǎn)品50與左右，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建 設(shè)中必不可少的機(jī)械設(shè)備，因此針對(duì)離心泵開展的節(jié)能工作是非常重要和刻不容 緩的。多年來，由于離

13、心泵的工作原理和工況條件的限制，使得離心泵在需要運(yùn)行 前，必須往泵體內(nèi)灌滿液體才能夠正常地進(jìn)行輸轉(zhuǎn)工作，而且不太適合在那些小 流量、大壓頭的輸轉(zhuǎn)作業(yè)過程中使用。除此之外，在遇到設(shè)計(jì)不完善或操作不當(dāng) 時(shí)，如像輸送牛奶時(shí)，就比較容易產(chǎn)生泡沫，影響下一工序生產(chǎn)；再者，在安裝 不當(dāng)時(shí)，則常會(huì)出現(xiàn)一種叫“氣縛”或“氣蝕”的離心泵特有的現(xiàn)象，使得效率 也比使用往復(fù)泵要低。所以需要對(duì)離心泵進(jìn)行研究試驗(yàn)，以達(dá)到一種比較理想的工作情況。當(dāng)然， 在前人的研究基礎(chǔ)上：通常，離心泵的流量、壓頭可能會(huì)與管路系統(tǒng)不一致，或 由于生產(chǎn)任務(wù)、工藝請(qǐng)求產(chǎn)生變更，需要對(duì)泵的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)在質(zhì)是轉(zhuǎn)變離 心泵的工況點(diǎn)（所謂工況點(diǎn)，

14、是指水泵裝置在某瞬時(shí)的實(shí)際出水量、揚(yáng)程、軸功 率、效率以及吸上真空高度等，它表現(xiàn)了水泵的工作才能）。離心泵的工作原理是把電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為被晉升液體的動(dòng)能和 勢(shì)能，是一個(gè)能量傳遞和轉(zhuǎn)化的過程。根據(jù)這一特點(diǎn)可知，離心泵的工況點(diǎn)是建 立在水泵和管道系統(tǒng)能量供求關(guān)系的平衡上的，只要兩者之一的情況產(chǎn)生變更， 其工況點(diǎn)就會(huì)轉(zhuǎn)移。工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)變由兩方面引起：一.管道系統(tǒng)特征曲線轉(zhuǎn)變， 如閥門節(jié)流；二.水泵本身的特征曲線轉(zhuǎn)變，如變頻調(diào)速、切削葉輪、水泵串聯(lián) 或并聯(lián)。通過前人的研究試驗(yàn)，知道離心泵在固定的轉(zhuǎn)速下?lián)P程是固定的，調(diào)節(jié)出口 閥就調(diào)節(jié)了導(dǎo)流面積，是可以使用這種方法調(diào)節(jié)流量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單

15、易 行，缺點(diǎn)是節(jié)流閥消耗能量。而使用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速也可以調(diào)節(jié)流量，優(yōu)點(diǎn) 是節(jié)約電能，幾乎沒有缺點(diǎn)。為確保輸油泵站能夠高效、快速、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到功能齊全的要求，完全 滿足應(yīng)急、戰(zhàn)備建設(shè)要求和平時(shí)正常高效快速作業(yè)需要，在輸油泵站應(yīng)用變頻調(diào) 速技術(shù)是解決上述問題的最佳選擇?？偨Y(jié)輸油泵變頻技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能新技術(shù)，曾被列為全國(guó)十大項(xiàng)綜合節(jié)能工程之一。 隨著變頻技術(shù)的迅猛發(fā)展和日趨成熟，在日本、德國(guó)、丹麥等發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣 泛應(yīng)用，我國(guó)在一些行業(yè)也得到了逐步應(yīng)用，尤其是機(jī)械制造業(yè)已應(yīng)用多年。近 年來，變頻技術(shù)先后在石油化工行業(yè)開始應(yīng)用，在飛機(jī)加油系統(tǒng)、油庫汽車零發(fā) 油系統(tǒng)、油庫泵站也進(jìn)行了試用。變頻調(diào)

16、速這種調(diào)速能平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速，而且電 動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能耗小，能避免對(duì)電網(wǎng)的電流沖擊，在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用。一般變頻 調(diào)節(jié)方案，多采用通過壓力傳感器控制輸出壓力，最終達(dá)到控制輸出流量的目的。針對(duì)油庫油泵運(yùn)行特點(diǎn)，采用流量傳感器，直接控制輸出流量最為理想。所以本 次主要是根據(jù)這種方法進(jìn)行輸油離心泵的變頻調(diào)速節(jié)能的研究。參考文獻(xiàn)1石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50074-2002) M.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,20032聶世全.離心泵機(jī)組變頻調(diào)速節(jié)能運(yùn)行穩(wěn)定性規(guī)律J.河北：油氣儲(chǔ)運(yùn).2001, (08):44-603郭德有，胡文.離心泵轉(zhuǎn)速最佳調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究JL黑龍江商學(xué)院學(xué)報(bào)(自然 科學(xué)版)

17、.1987, (01) :26-334邱明杰.離心泵節(jié)能技術(shù)工作的改進(jìn)措施J.江蘇:排灌機(jī)械.2007, (05): 65-685張愛蓮，楊紀(jì)云，周南.離心泵調(diào)速節(jié)能工藝的理論分析與應(yīng)用J.河北： 油氣儲(chǔ)運(yùn).2000, (10) :38-606林猛.離心泵調(diào)節(jié)方式與能耗分析與.沈陽：當(dāng)代化工.2007, (04):371-3767 J. Lapelk and R. Huzllk； Electrical Drives for Special Types of Pumps：AReview ； 2010, Recent Advances in Mechatronics, Part 4, Pages

18、293-2978 A. V. Potashev, E. V. Potasheva and A. V. Rubinovskii； Chemical andPetroleum Engineering, 2002, Volume 38, Numbers 7-8, Pages 464-4689伍年青，蓋學(xué)輝，于景龍.不同工況條件下離心泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能分析J.北京：石油機(jī)械.2000, (07):40-7010楊曉珍，裴毅，謝方平，等.離心泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)能效果試驗(yàn)J.湖南農(nóng)業(yè)大 學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005, (05) : 88-90本科畢業(yè)論文（20 屆）油庫輸油離心泵機(jī)組變頻調(diào)速節(jié)能研究中文摘要英文

19、摘要1 .前言31.1 離心泵變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀31.2 變頻調(diào)速未來發(fā)展方向41.3 本文的研究意義和主要任務(wù)51.31 本文的研究意義51.32 本文的主要任務(wù)51.4課題的提出52 .對(duì)于變頻技術(shù)中變頻器的理解52.1 變頻器的概念52.2 變頻器的組成及工作原理52.3 變頻器的作用62.4 變頻器的分類73 .實(shí)際泵機(jī)工作情況83.1 離心泵實(shí)際運(yùn)行情況83.2 調(diào)速節(jié)能原理83.3 調(diào)速節(jié)能的數(shù)學(xué)分析93.4 調(diào)速節(jié)能的應(yīng)用11小結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄：21摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及全球能源的日益減少，行約能源已成為人類關(guān)注的焦 點(diǎn)。泵類產(chǎn)品屬于流體機(jī)械，廣泛地應(yīng)用于石油化工，

20、煤化工等化學(xué)工業(yè)之中，主要作用是 輸送不同性質(zhì)的液體，為化學(xué)反應(yīng)提供所需要的壓力、流量。離心泵的種類繁多，根據(jù)輸送 介質(zhì)性質(zhì)的不同可分為酸泵，堿泵，清水泵，泥漿泵等。而且，輸送介質(zhì)的工作溫度和工作 壓力又可不同。因此，在國(guó)內(nèi)的需求量是非常大的，但每年發(fā)電量的20%-25舟都消耗在泵類產(chǎn) 品上，而離心泵需求量占泵類產(chǎn)品50%左右，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中必不可少的機(jī)械設(shè)備，因此針 對(duì)離心泵開展的節(jié)能工作是非常重要和刻不容緩的。目前，針對(duì)離心泵的節(jié)能調(diào)行方法主要有兩大類，一是改變管路的特性曲線，主要措施 有：入口節(jié)流、出口節(jié)流以及旁路回流。其中，以出口節(jié)流和旁路回流應(yīng)用為主。二是改變 機(jī)泵的特性曲線，其主

21、要措施有：切削葉輪、多級(jí)泵減少級(jí)數(shù)以及改變泵的轉(zhuǎn)速等等。切削 葉輪可行，但葉輪切削后不能恢復(fù)，其使用范圍有限，多機(jī)泵減少級(jí)數(shù)只能是整數(shù)拆除，只 使用于工況相對(duì)穩(wěn)定的情況。最好的方法還是改變泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)泵機(jī)的無級(jí)調(diào)速。本文結(jié)合離心泵實(shí)際運(yùn)行情況， 在分析離心泵調(diào)速節(jié)能理論的基礎(chǔ)上，對(duì)泵調(diào)速廿能進(jìn)行了理論數(shù)據(jù)分析，總結(jié)了離心泵調(diào) 速前后的功率變化關(guān)系式，以及與之相關(guān)的其他影響因素：變頻電機(jī)和管道的特性等，結(jié)合 實(shí)際范例對(duì)離心泵的變頻調(diào)速功能和應(yīng)用前景進(jìn)行了相關(guān)討論。關(guān)鍵詞1離心泵變頻調(diào)速數(shù)據(jù)分析節(jié)能Abstract With Chinas rapid economic development a

22、nd global energy decreasing, energy conservation has become the focus of attention. Pump products belong to fluid machinery, widely used in petrochemicaLchemical industry; coal conveying different kinds of liquid, provides chemical reactions need pressure, flow rate. Tlie centrifugal pump are variou

23、s and based on the transmission medium properties can be divided into acid, alkali pumps, pump clear water pumps, mud pump etc. Moreover transport medium temperature and pressure can be different. Therefore, in the domestic demand is very big, but 20%- 25% of electricity annually are spent pumps pro

24、ducts, and centrifugal pump demand around 50% of pump products for Chinas economic construction, the indispensable mechanical equipment. So in the energy conservation work in a centrifugal pump is very important and urgent.At present, the energy saving for centrifugal pump adjustment methods basical

25、ly has two kinds, one is the change of pipeline characteristic curve, the main measures are： entrance throttling, export throttling and bypass backflow. Among them, to export throttling and bypass backflow application primarily. The another one is to change the performance curves of pump, its main m

26、easures are:cutting impeller, multistage pumps, reduce the speed and change pump series, etc. Cutting impeller feasible, but cannot resume, after impeller cutting its usage scope is limited, many pump reduce series is only integer, use only to dismantle relatively stable situation.The best way is to

27、 change the speed, and realize the pump of pump stepless speed regulation. Based on the actual operation, centrifugal pump centrifugal pump control energy-saving in analysis based on the theory of the pump control energy-saving, theoretical data analysis, summarizes the centrifugal pump speed and po

28、wer changes relationship, and related other influencing factors:frequency conversion motor characteristics of pipeline and the practical example, the frequency conversion of centrifugal pump function and application prospects are related discussion.Keywords Centrifugal pump； variable frequency speed

29、 control： Data analysis： energy-saving1 .前言1.1 離心泵變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀1.1.1 引言從20世紀(jì)20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞離心泵逐漸被高速的離心離心 泵和回轉(zhuǎn)離心泵所代替。但是在高壓小流量領(lǐng)域往復(fù)離心泵仍占有主要地位。直到在世紀(jì)末, 英國(guó)的雷諾和德國(guó)的普夫萊德雷爾等學(xué)者的理論研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上發(fā)明的高速電動(dòng)機(jī)使離 心離心泵獲得理想動(dòng)力源之后，它的優(yōu)越性才得以充分發(fā)揮，離心泵的效率也得到了大幅度 地提高。而隨著離心泵的不斷發(fā)展，跟離心泵相關(guān)動(dòng)力電機(jī)也有了很大的發(fā)展。目前，比較主流 的就是離心泵電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)。這是一種通過改變電源

30、頻率來調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的連續(xù)平 滑調(diào)速方法，主要應(yīng)用于同步電動(dòng)機(jī)和鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。應(yīng)用這種變頻調(diào)速技術(shù)的離心泵 能平滑地調(diào)汽電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)泵轉(zhuǎn)速的無級(jí)調(diào)速，而且這種電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能耗小，能 避免對(duì)電網(wǎng)的電流沖擊，減少能量的損耗，間接達(dá)到了節(jié)能的目的。變頻調(diào)速是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。目前，變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于 冶金、機(jī)械、礦山、石油、化工、水泥、紡織、造紙、印染、鐵路、船舶等行業(yè)。相信經(jīng)過 技術(shù)革新它的性能范圍和使用領(lǐng)域也變得更加廣闊，在國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保節(jié).能方面貢 獻(xiàn)其特有的一份力量。1.1.2 調(diào)速的定義和分類目前，電機(jī)調(diào)速在定義上就是通過一定的方法來實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)

31、轉(zhuǎn)速的目的的一類方法。 其中，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：n=60f(l-s)/p從上式可見，改變供電頻率f、電動(dòng)機(jī) 的極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非就是改變了交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或者不改變 同步轉(zhuǎn)速兩種方式。不過，生產(chǎn)機(jī)械中常常使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法來進(jìn)行調(diào)速，具 體有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力 偶合器、油膜離合器等調(diào)速。如果改變同步轉(zhuǎn)速的話，那就有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī), 改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速的有能無換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等多種方法。從調(diào)速的能耗觀點(diǎn)來說，一共具有高效調(diào)速方法與低效調(diào)

32、速方法兩種方法：高效調(diào)速指 時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方 法(如串級(jí)調(diào)速等)。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量在 轉(zhuǎn)子回路中里損耗；電磁離合器的調(diào)速方法，能量在離合器線圈內(nèi)損耗；液力偶合器調(diào)速， 能量在液力偶合器的油中也有損耗。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范 圍不大，能量損耗一般是很小的。1.1.3 變頻調(diào)速關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展油泵是油庫生產(chǎn)運(yùn)行中重要設(shè)施，也是油庫內(nèi)主要的能耗設(shè)備。在調(diào)節(jié)流速的過程中， 由于油泵的特性和管路特性的不匹配，在實(shí)際運(yùn)行中需要根據(jù)運(yùn)行工況控制輸油泵出口閥門 的開度來調(diào)節(jié)流量，以

33、滿足生產(chǎn)工藝的需要。這種流量調(diào)節(jié)方式容易在油泵出口閥門前后產(chǎn) 生比較大的泵管壓差，使得大量的能量消耗在泵出口閥前后，造成能源能量的浪費(fèi)。因此在 輸油泵機(jī)組上推廣變頻調(diào)速系統(tǒng)是很有必要的。因?yàn)樽冾l調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通過改變輸油泵 的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行不同的工況調(diào)節(jié)，從而消除由于泵管壓差而產(chǎn)生的節(jié)流能量損失，改善了輸油 工藝，也就降低了輸油單耗，降低了油庫輸油電能成本。變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法。變頻調(diào) 速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流一直流一交流變頻器和交流一 交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用前一種：交流一直流一交流變頻器。其具有優(yōu)點(diǎn)：效

34、率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)；調(diào)速范闈大，特性 硬，精度高；缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)檢修困難。目前，電壓為6KV的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)正處于技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵階段，其基本原理為通過 “交流一直流一交流”的逆變過程，改變電機(jī)定子的電壓頻率來達(dá)到改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速這一目 的的。高壓電機(jī)調(diào)速的方式從技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑上又可分為“高一低一高”、“高一高”、“IGBT直 接串聯(lián)”等幾種方式。其中“高一低一高”方案中需要多一級(jí)升壓變壓器，設(shè)備結(jié)構(gòu)龐大， 系統(tǒng)效率相對(duì)較低，屬于落后淘汰技術(shù)?！案咭桓摺狈绞街苯硬捎?KV電壓輸入，6KV輸出 無須升壓變樂器，系統(tǒng)效率相對(duì)較高，目前采用該形式

35、的變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用比較多?！癐GBT 直接串聯(lián)”型變頻器采用1700V高壓IGBT原件，具有元件數(shù)量少，占地空間小等優(yōu)點(diǎn)，但 是由于IGBT元件直接串聯(lián)，從技術(shù)性能上來說現(xiàn)有技術(shù)尚不成熟，如果應(yīng)用的話具有一定的 風(fēng)險(xiǎn)性。1.2 變頻調(diào)速未來發(fā)展方向1.3 1低電磁噪音靜音化新型通用變頻器通過輸入側(cè)加交流電抗器或有源功率因數(shù)校正電路APFC,在逆變電路中 采用soft-PWM控制技術(shù)，以改善輸入電流波形、降低電網(wǎng)諧波，在抗干擾和抑制諧波方而符 合EMC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)清潔電源的變換和更低噪音運(yùn)行。L2.2系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化作為發(fā)展趨勢(shì)，通用變頻器從單機(jī)的數(shù)字式、模擬式、智能化、多功能化向集成化和系 統(tǒng)

36、化發(fā)展，使變頻器、伺服裝置、控制及通訊裝置等集成配置，目的是為用戶提供最佳的系 統(tǒng)功能。而且新型通用變頗器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協(xié)議，內(nèi)裝 RS485接口，可由個(gè)人計(jì)算機(jī)向通用變頻器輸入運(yùn)行命令和設(shè)定功能數(shù)碼等，通過選件可與現(xiàn) 場(chǎng)總線通訊。L2.3增強(qiáng)變頻器的功率器件變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的，應(yīng)用最多的功率器件有GTO、GTR, TGBT 及智能模塊IPM (Inteligent Power Modulr),后面兩種集GTR的飽和和電壓特性和MOSFET 的高頻特性于一體，是目前通用變頗器中最廣泛使用的主流功率器件。由于IPM包含IGBT 芯片及外圍驅(qū)動(dòng)和保

37、護(hù)電路，因此是變頗器的一個(gè)發(fā)展趨向。L2.4開發(fā)清潔電能的變流器所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為1,網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低的諧波分量， 以減少對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對(duì)中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的PWM控制是有 效的。對(duì)大容量變流器在常規(guī)的開關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實(shí)現(xiàn)清潔電能的 變換。1.2.5參數(shù)自調(diào)整用戶只要設(shè)定數(shù)據(jù)組編碼，而不用去逐個(gè)逐個(gè)設(shè)置參數(shù)，通用變頻器會(huì)將運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)調(diào)整到最佳狀態(tài)。（目前矢量型變頻器可對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自調(diào)整）1.4 本文的研究意義和主要任務(wù)1.31 本文的研究意義響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，通過對(duì)現(xiàn)在正在運(yùn)行的離心泵機(jī)組進(jìn)行原理與數(shù)據(jù)分析，

38、了 解其采用了變頻調(diào)速技術(shù)后能夠產(chǎn)生多大的效益，使得大多數(shù)使用離心泵的油泵站通過本次 研究的結(jié)果能夠明白，如果離心泵采用變頻調(diào)速技術(shù)能夠產(chǎn)生的實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益和帶來的環(huán) 保節(jié)能意義，同時(shí)也展望了未來全局變頻調(diào)速技術(shù)的改革以及努力的方向。1.32 本文的主要任務(wù)通過對(duì)某油庫泵房的離心泵機(jī)組工況數(shù)據(jù)的采集和分析，根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)、方法和資料對(duì) 油泵站輸油離心泵的變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)際運(yùn)行情況和運(yùn)行后能夠產(chǎn)生的節(jié) .能效果進(jìn)行一定的 研究分析，了解油庫離心泵的具體使用情況，使得油庫管理者對(duì)于輸油泵的成本管理運(yùn)行進(jìn) 行控制提供了一定的參考依據(jù)。L4課題的提出目前，國(guó)內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下：（1）變頻

39、器整機(jī)技術(shù)相對(duì)落后，在國(guó)內(nèi)，雖然有很多單位投入了相當(dāng)力度的人力、物力, 但由于研究力量分散，并沒有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。（2）關(guān)于變頻器產(chǎn)品所需要的半導(dǎo)體功率器件的生產(chǎn)制造業(yè)幾乎還是空白。（3）變頻器的相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)和行業(yè)落后。（4）變頻器產(chǎn)量、銷量相對(duì)較少，產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和工藝水平普遍不高。對(duì)于變頻器和變頻技術(shù)知識(shí)的了解和分析，知道了在我國(guó)大多數(shù)輸油泵組的具體調(diào)速的 現(xiàn)有方法以及未來努力的方向。但是，由于在我國(guó)還沒有較大范圍的推廣一些高端精細(xì)的變 頻器，所以在這里，本文就較原來油庫輸油泵的調(diào)速方式和新型的調(diào)速方式進(jìn)行相對(duì)的橫向 比較，從而得出到底在什么地方能夠較原來的調(diào)速方式有著更大的優(yōu)勢(shì)

40、。2 .對(duì)于變頻技術(shù)中變頻器的理解2.1 變頻器的概念變頻器是一種應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)的電力傳動(dòng)元件，其主要通過改變泵電機(jī)的工 作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的。2.2 變頻器的組成及工作原理2.2.1 變頻器的基本構(gòu)成變頻器的發(fā)展歷程已有數(shù)十年的歷史了，在變頻器的發(fā)展過程中曾出現(xiàn)過許多不同類型 的變頻器。發(fā)展到至今為止，市場(chǎng)上主流的變頻器主要由四部分組成：整流單元、高容量電 容、逆變器和控制器。交迸電控制電路圖1變頻器結(jié)構(gòu)圖2.2.2 變頻器工作原理變頻器的內(nèi)部電路大體可分為主電路和控制電路兩部分。主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上又可 分

41、為兩類：一是電壓型，將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。二 是電流型，將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成, 將工頻電源變換為直流功率的“整流電路”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的”直流 中間電路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變電路工一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對(duì)工頻的外部電 源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。整流電路按其控制方式可以 是直流電壓源也可以是直流電流源。直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得 到質(zhì)量較高的直流電源。當(dāng)整流

42、電路是電壓源時(shí)直流中間電路的主要元器件是大容量的電解 電容，而當(dāng)整流電路是電流源時(shí)直流中間電路則主要由大容量電感組成。此外，由于電動(dòng)機(jī) 制動(dòng)的需要，在直流中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻以及其他輔助電路。逆變電路是變頻器最主要的部分之一。它的主要作用是在控制電路的控制下將直流中間 電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器 的輸出，它被用來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。控制電路是給主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電 壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng) 電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“

43、保護(hù)電路”組成。（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算, 決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。（3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測(cè)電路：以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn) 算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止 逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。2.3 變頻器的作用變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，

44、得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是 去改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，從而改變工作運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速的目的的。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制變得簡(jiǎn)單化，變頻器和交流鼠籠式感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)的組合方式替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了設(shè)備體積，降低了設(shè) 備維修率，使得傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的階段。變頻器可以優(yōu)化電機(jī)運(yùn)行，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用。所以努力在我國(guó)的泵類電 機(jī)上增設(shè)變頻器是多么迫切的一件事啊。2.4 變頻器的分類2.4.1 按變換的環(huán)節(jié)分類（1）交流-直流-交流變頻器，則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成 頻率電壓可調(diào)的交流，又稱間接式變

45、頻器，是目前廣泛應(yīng)用的通用型變頻器。（2）交流-交流變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱直接式變頻器。2.4.2 按直流電源性質(zhì)分類（1）電壓型變頻器電壓型變頻器特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩 沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于 負(fù)載電壓變化較大的場(chǎng)合。（2）電流型變頻器電流型變頻器特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電 流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器（電流型）。電流 型變頻器的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負(fù)載

46、電流變化較大 的場(chǎng)合。2.4.3 按主電路工作方法可分為電壓型變頻器、電流型變頻器。2.4.4 按照工作原理分類可以分為v/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。2.4.5 按照開關(guān)方式分類可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器。2.4.6 按照用途分類可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。2.4.7 按工作原理分可以分為U/f控制變頻器（VVVF控制）、SF控制變頻器（轉(zhuǎn)差頻率控制）、VC控制變 頻器（Vectory Control矢量控制）。248按國(guó)際區(qū)域分類可以分為國(guó)產(chǎn)變頻器：歐美變頻器、日本變頻器、韓國(guó)變

47、頻器、臺(tái)灣變頻器、香港變頻 器249按電壓等級(jí)分類可以分為高壓變頻器、中壓變頻器、低壓變頻器。3 .實(shí)際泵機(jī)工作情況離心泵在石油化工企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，是生產(chǎn)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)的重要設(shè)備之一，據(jù)有關(guān)資 料報(bào)道，目前石油企業(yè)的許多機(jī)泵的運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)，不但泵與電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行效率低，而且 泵的剩余揚(yáng)程也高，平均能量利用率僅為30%左右，低的甚至不足10%。鑒于以上情況，目 前石油化工企業(yè)廣泛采用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)。3.1 離心泵實(shí)際運(yùn)行情況離心泵在應(yīng)用中，對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié).的原因首先是設(shè)計(jì)選型，因設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程是千變?nèi)f化 的，但泵只能按系列生產(chǎn)，其提供的流量揚(yáng)程是間斷的，勢(shì)必造成所選泵型與實(shí)際操作不完 全匹配，

48、需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)：其次，受原料供應(yīng)及產(chǎn)品銷售等市場(chǎng)因素的影響，可能使機(jī) 泵不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行，也要進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)：第三，受操作工況的影響，如成品油汽車裝車, 可能同時(shí)裝四、五輛，也可能只裝一輛，這種情況也需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。目前，常用的調(diào)門方法有兩大類，即改變管路的特性曲線和改變泵的特性曲線。改變管路 特性曲線的措施有：入口節(jié)流、出口節(jié).流和旁路回流。其中，以出口節(jié)流和旁路回流應(yīng)用較 多，由于泵的汽蝕問題而很少用入口節(jié)流。改變機(jī)泵特性曲線的措施有：切削葉輪、多級(jí)泵 減少級(jí)數(shù)、改變泵的轉(zhuǎn)速等。切削葉輪可行，但葉輪切削后不能恢復(fù)，其使用范圍有限，多 機(jī)泵減少級(jí)數(shù)只能是整數(shù)拆除，只使用于工況相對(duì)穩(wěn)定的

49、情況。最好的方法是改變泵的轉(zhuǎn)速。 3.2調(diào)速節(jié)能原理調(diào)速節(jié).能的原理在于提高機(jī)泵組的能量利用率，使能量的需求與供應(yīng)相匹配，減少泵機(jī)工 作時(shí)的能量損失。能量利用率是對(duì)泵機(jī)組能耗評(píng)價(jià)的重要標(biāo)志，它與管道設(shè)計(jì)、機(jī)泵選型、 泵和電機(jī)的運(yùn)行效率有密切關(guān)系。具體可以用式（1）來表示：th = Hx / Hh x n x n f x 100%或2=（1 一n x n f x 100% （1）式中 中一一能量利用率，%；a,泵的運(yùn)行效率；n,電機(jī)的運(yùn)行效率：”,需要的泵揚(yáng)程，m；Hb泵出口實(shí)際揚(yáng)程，m：H泵的剩余揚(yáng)程，m： H=廠m從式（1）中可知，要提高能量利用率，就應(yīng)該提高泵和電機(jī)的運(yùn)行效率，減小泵的剩余

50、揚(yáng) 程。當(dāng)泵的制造技術(shù)達(dá)到一定水平時(shí)，其效率很難繼續(xù)提高。目前國(guó)產(chǎn)高效離心泵的效率為 65%75%,還有一定的潛力，進(jìn)口優(yōu)質(zhì)泵的效率為70%80%.電動(dòng)機(jī)的效率比較高，一般在 90%以上。當(dāng)泵和電機(jī)已確定時(shí)，系統(tǒng)的能量利用率主要與泵的剩余揚(yáng)程有關(guān)，其次是泵的運(yùn) 行狀態(tài)（跟運(yùn)行時(shí)是否在高效區(qū)有關(guān)）。變頻調(diào)速就是從這兩個(gè)方面來提高能量利用率的，從而 達(dá)到節(jié)能目的。理論上通過適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使剩余揚(yáng)程為零，并使泵在高效區(qū)工作。對(duì)剩余揚(yáng) 程較高的系統(tǒng)，其節(jié)能效果是相當(dāng)可觀的。由圖2可知，當(dāng)系統(tǒng)在M點(diǎn)（通常稱為泵和管道系統(tǒng)的工作點(diǎn)）工作時(shí)，和相等 H=O,沒有揚(yáng)程損失，能量利用率較高。當(dāng)操作流量減少時(shí)，4H

51、增大，揚(yáng)程損失消耗在出口 節(jié)流上，節(jié)流閥調(diào)節(jié)時(shí)，往往使泵偏離了高效區(qū)，造成泵的效率降低。如果采用變頻調(diào)速技術(shù)，則可調(diào)門泵的轉(zhuǎn)速，使泵的特性曲線下移(見圖2)o管道系統(tǒng)新 的工作點(diǎn)為P點(diǎn)，泵的出口揚(yáng)程與管路總壓降相等，沒有剩余揚(yáng)程，不存在節(jié)流損失，因而 能量利用率較高。根據(jù)相似原理，調(diào)速后泵的效率近似相等，可保證泵在高效區(qū)工作，即泵3.3 調(diào)速節(jié)能的數(shù)學(xué)分析3.3.1 比例定律由于離心泵在某一恒定的轉(zhuǎn)速下，只能有一組H Q、N - Q和n Q性能曲線。改 變泵的轉(zhuǎn)速，可以得到不同的性能曲線，在不同轉(zhuǎn)速下，泵相似工況點(diǎn)的性能參數(shù)的變化規(guī) 律可以用比例定律來確定。當(dāng)泵轉(zhuǎn)速由變?yōu)槊鲿r(shí)，若輸送的介質(zhì)不變

52、，根據(jù)相似定律，在不同轉(zhuǎn)速下相似工況 點(diǎn)的對(duì)應(yīng)參數(shù)與轉(zhuǎn)速之間有如下關(guān)系：QJQ2=n1 /n2(2)HJHlO”。(3)NJM =(J%)3(4)以上公式為比例定律的表達(dá)式，根據(jù)比例定律，可得到同一臺(tái)泵(輸送介質(zhì)不變的情況下) 在不同轉(zhuǎn)速下的性能曲線(見圖3)。3.3.2 相似拋物線離心泵在連續(xù)改變轉(zhuǎn)速時(shí)，相似工況點(diǎn)移動(dòng)的軌跡曲線，就是相似拋物線。由圖3可見，如泵在轉(zhuǎn)速時(shí)性能曲線上有一工況點(diǎn)A，當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)?2, 3 時(shí)，與A點(diǎn)相似的各工況點(diǎn)為A,、兒o根據(jù)比例定律有：Q| /。2 叫 /4口/”2=(/2)2故 HJQ； = HJQ； = H /Q2=K (常數(shù))即 =K。2(5)式中 H揚(yáng)程

53、，in：Q流量，”? ?；n轉(zhuǎn)速，r/ min：K隨工況不同的常數(shù)。由上而離心泵轉(zhuǎn)速改變前后的關(guān)系式可知，如果離心泵轉(zhuǎn)速有微小的降低，則離心泵所 需的輸入功率也會(huì)大幅度地降低，也就產(chǎn)生明顯的沖能效果，當(dāng)離心泵轉(zhuǎn)速降低在額定轉(zhuǎn)速 20%以內(nèi)時(shí)，離心泵的特性曲線的形狀與原來相似，如圖2所示，當(dāng)離心泵轉(zhuǎn)速由n降為nl 時(shí)，其特性曲線為與原曲線平行的一條曲線，原管路特性曲線與H-Q 50)相交于M點(diǎn)，M 點(diǎn)即為原工況點(diǎn)。使用變頻調(diào)速之后，離心泵轉(zhuǎn)速為nl時(shí)，其特性曲線為調(diào)速后泵特性曲線，由于此時(shí)泵 出口閥被全開，管路特性曲線就變?yōu)檩^為平坦的管道特性曲線，此時(shí)管道特性曲線與Hl-Ql(nl) 交于P點(diǎn)，

54、即為新的工況點(diǎn)，此時(shí)Q=Qp，即保持離心泵排量不變，但泵的揚(yáng)程由Hb減少為 Hx,因此在保證滿足輸油量的情況下，通過削減離心泵楊程節(jié)約的能量為HbHxPM的面積。 這就是離心輸油泵變頻節(jié)能的原理。333調(diào)速后泵的速度和軸功率若實(shí)際輸量為。，泵提供的揚(yáng)程為,泵的速度及軸功率的計(jì)算步驟如下：求與P點(diǎn)相似的軌跡方程根據(jù)相似拋物線” =K。2,得Kp =Hp /Qp?,于是H = KpQt在所用泵中做出軌 跡方程，與泵在額定轉(zhuǎn)速4下的性能曲線交于M點(diǎn)，于是可得M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的各參數(shù)(Qm，/, n w)(見圖4八(2)計(jì)算調(diào)速后的轉(zhuǎn)速根據(jù)比例定律/0，調(diào)速后的轉(zhuǎn)速為% =(0A)/。.(6)(3)計(jì)算軸功率

55、泵的軸功率為：N=PgQH/1000n (7)式中N軸功率，kW；H揚(yáng)程，m：Q流量，nr / s ；P介質(zhì)密度，依/g重力加速度， s2：n一一泵效率。故調(diào)速后泵的軸功率為：叫=Pg QpHp/000 n p (8)若不調(diào)速而用出口閥調(diào)節(jié)節(jié)流，則當(dāng)流量為0,時(shí)，泵的功率為：N = pg QpH/1000 n (9)敵AN = NNp = pg Qp / 1000X(H/n Hr/n p)根據(jù)相似定律，相似工況點(diǎn)的效率大致相等，因P點(diǎn)與M點(diǎn)為相似點(diǎn)，故。0= 4小，n可在圖(4)中查到，于是: N = pg 0, /iooox(H/n p/n,) (io)圖4性能曲線圖3.4 調(diào)速節(jié)能的應(yīng)用3

56、.4.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析調(diào)速的方法很多，但目前對(duì)離心泵而言，用得最多且最成功的是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào) 速需要增加投資，因此必須先進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，做到不僅技術(shù)先進(jìn)，而且經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的投資為P元，使用時(shí)間為x,每年在調(diào)速狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間為t,電力單 價(jià)為i元/度，投資回收期為m,經(jīng)濟(jì)上可行的條件為：NXtXiP(11)P/ANXtXi=m(12)m越小，投資回收期越短，變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益就越好。3.4.2 技術(shù)措施：變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用輸油泵機(jī)組固然可產(chǎn)生較好的行能效益，但由于輸油系統(tǒng)屬于油庫生 產(chǎn)中的一個(gè)重要樞紐環(huán)節(jié)，長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，除了對(duì)設(shè)備本身要求有很高的可靠性要求之 外，在技術(shù)方案

57、上必須與現(xiàn)場(chǎng)的工藝相結(jié)合，充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)操作，啟動(dòng)、停機(jī)，以及調(diào)節(jié) 等諸方面的安全性，適用性和方便性。本系統(tǒng)在應(yīng)用中采用了以技術(shù)措施：1 .調(diào)速系統(tǒng)具備工頻、變頻手動(dòng)切換功能。一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)種故障，可以手動(dòng)切換到工 頻檔，將變頻系統(tǒng)隔開，在變頻系統(tǒng)維修期間可保障輸油泵的運(yùn)行，滿足油庫生產(chǎn)的需要。2 .系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的調(diào)節(jié)采用開環(huán)手動(dòng)調(diào)行方式?？紤]到輸油系統(tǒng)要求安全平穩(wěn)運(yùn)行的特 點(diǎn)，系統(tǒng)不宜采用閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。因?yàn)槭苷麄€(gè)輸油系統(tǒng)管網(wǎng)波動(dòng)的影響，如采用閉環(huán)控制， 很容易造成系統(tǒng)的自動(dòng)停機(jī)，或引起整個(gè)輸油系統(tǒng)的擾動(dòng)，給輸油生產(chǎn)的調(diào)度指揮帶來不利 的影響，但是采用開環(huán)人為控制，通過一定運(yùn)行時(shí)間的技術(shù)摸索，在不同工況下，人為地設(shè) 定和調(diào)整變頻系統(tǒng)的參數(shù)，就可以減少部分初期投資，又可保障輸油系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。3 .現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置、啟動(dòng)、停止以及緊急停機(jī)按鈕，控制室內(nèi)設(shè)置上位機(jī)對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行時(shí)時(shí)顯 示，大大方便了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作和對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀太的監(jiān)視。4 .優(yōu)化系統(tǒng)的保護(hù)參