变频器在车间泵上的应用

变频器在车间泵上的节能应用凉山矿业拉拉公司生产技术部马福刚摘要：能源是制约我国经济发展的关键因素之一。当前我国在人均能耗水平、能源利用效率、能源消费方式等方面均落后于发达国家。我们要依靠技术进步，在生产中节约能源。近几年变频器技术日益完善，可靠性越来越高，同时也满足了节能与负载的要求。变频器也越来越广泛的被应用到生产中。关键字：能源、节约、变频器我公司选矿车间渣浆泵和水泵数量较多，部分矿浆输送泵、水泵在运行中未达到满负荷的状态，泵的转速快压力大，管道磨损快，并存在走量不稳，泵“喘气”的现象。从2010年开始，我们拉拉公司采用变频节能技术，对选矿车间部分未达到满负荷的矿浆输送泵进行变频节能改造。采用变频调速技术，既可实现无级调速，满足车间各种工艺过程中各项指标对电机速度控制的要求，保证工艺流程的相对稳定，又可实现节约能源、降低消耗，减少相关设备的开停次数，延长电机、渣浆泵及管道的使用寿命。一、变频器调速节能原理在我们车间所用电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机也均为此类型电机。感应式交流电机（简称为电机）的旋转速度近似的取决于电机的极数和频率。电机的极数是固定不变。在我选矿车间所用电机极数有2极电机、4极电机、6极电机和8极电机。由于极数值是一个连续的整数，所以不适合改变极对数来调节电机的速度。另外频率是电机提供电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自动的控制。对同一台泵，根据流体力学相似理论，在转速控制时，流量Q，扬程H，轴功率P,转速N之间的关系可由下式表示：Q2/Q1=n2/n1，H2/H1=n22/n12P2/P1=n23/n13由上式可知，流量与转速成正比，扬程与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，因此电机的转速控制与调节阀门流量控制相比，可以大幅度降低轴功率，因而利用变频器对电机转速控制可以充分节能。当系统负荷下降时，变频器调节水泵转速，从而减少水量，减少电机耗电量。根据电工学知识，电机转速与输入频率的关系为:N=60f(1-s)/P式中;n---电机转速r/min；f---频率Hzs---转差率同一台电机s变化范围不大，如果s的变化忽略不记，就可以认为n与f成正比关系，改变f就可以达到改变电机转速n的目的。二、渣浆泵的变频节能改造我们公司在2010年-2012年对车间满足变频改造要求的各类水泵、渣浆泵进行了陆续改造，现我们以选矿车间3500T/D铜粗精泵为例来做分析，铜粗精泵设备采用2台电机，一备一用，特殊情况下两台电机可同时运行走矿。电机额定功率55KW，额定电压380V，额定电流110A，额定转速1450r/min，系统图如下：图一：改造前系统图图一两台铜粗精精矿泵为一备一用，正常使用时，电机负荷电流为75A，实际正常运行中泵未达到满负荷的状态，泵的转速快压力大，管道磨损快，并存在走量不稳，铜粗精矿池矿浆供应不上，造成泵“喘气”现象。1、变频节能的改造实施变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动，电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些，改用变频器也可以减轻电网的压力。根据实际生产情况，我们选择一台ABB变频器对两台泵电机进行控制，通过变频柜电机可实现在工频和变频两种运行状态下运行，控制图如下，图二：ABB变频器控制电机运转（一备一用）如图二：通过电气原理图可以看到通过一台ABB变频器控制两台电机运行，两台电机可以同时工作在工频状态下，此时ABB变频器不工作，系统无法实现变频功能，此运行状态一般在ABB变频器出现故障时使用；由于公用一台ABB变频器，两台电机不可以同时工作在变频状态，在需要同时运行两台泵的情况下，可以选择一台泵电机在工频状态下运行，一台泵电机在变频状态下运行。在原理图上，ABB变频器控制两台电机M1、M2运行（一备一用），1KM3与2KM3处于联锁状态，当变频器对电机M1进行变频控制时，KM1、1KM3处于闭合状态,电机M1处于变频运行状态；此时由于1KM3处于闭合状态，2KM3只能处于断开状态，电机M2也只能在工频状态下运行。如果电机M2运行在变频状态下，同理，电机M1也只能运行在工频状态。改造后示意图如下：图三：改造后系统图改造后，操作人员通过对铜粗精矿池内矿浆量的判断来调节变频器，操作人员操作变频柜上的电位器，同时观察变频器控制面板上的电工频率显示，并做好记录；电位器控制变频器来调节电流频率f（Hz）的大小，从而控制电机和泵的转速。通过调节器控制使铜粗精矿泵抽出的矿浆与进入铜粗精精矿池的矿浆保持同一水平。解决了泵喘气现象，改造前3500T/D铜粗精泵电机正常运行电流75A左右,改造后3500T/D铜粗精泵电机正常运转电流在38A左右。2、变频改造后的计算分析及效果现对安装变频柜的泵电机计算分析，表1是泵在变频调速状态下能耗比值，表2是我对选矿车间泵类变频技改后做的一次调查计算。表1泵在变频调速状态下能耗比值：转速n%流量Q%扬程H%轴功率P%节电率%100100100100090908172.927.180806451.248.870704934.365.760603621.678.450502512.587.5在我车间已安装变频器的泵类电机，其调速后频率一般略高于40HZ，N=60F/P;N转速；F频率；P极对数。我们车间使用电量频率为工频50HZ，调速后的转速与原转速比为：N%=N1/N2=40HZ/50HZ=80%,由表1对照可知节电量约为48.8%。3500T/D铜粗精泵节能具体计算如下：车间3500T/D铜粗精泵电机55KW4级2台，一备一用，改造前后电压为380V，电流75A，运行工况以24小时连续运行，全年运行时间以330天，功率因素以0.85为计算依据。改造前每年的电量为：W1=1.732UICOSφT=1.732×380×75×0.85×24×330=332304.98kW·h改造后实际工作电流为38A，每年的电量为：W2=1.732UICOSφT=1.732×380×38×0.85×24×330=168367.86kW·h相比较节电量为：W=W1－W2=163937.12kW·h每度电按0.7元计算，则采用变频调速每年可节约电费11.48万元。2010-2012年，我们拉拉公司采用变频节能技术，对选矿车间部分未达到满负荷的矿浆输送泵进行变频节能改造，表2为变频节能改造前后节能效益的对比（电费按0.7元/度）：表2矿浆输送泵安装变频系统前后节能效果对比设备名称电机型号安装前年用电量（KW.h）安装后年用电量（KW.h）年节省电量（KW.h）年节约电费（万元）3500T/D铜粗精泵Y250M-4(55KW)332304.98168367.86163937.1211.483500T/D总尾泵Y315M-8(75KW)531687.97398765.98132921.999.33500T/D铁再磨泵Y250M-4(55KW)332304.98132921.99199382.9913.963500T/D铁精泵Y180M-4(18.5KW)132921.9997476.1335445.862.481500T/D总尾砂泵Y250M-4(55KW)221536.6666460.99155075.6710.86坝尾生产水输送泵Y250M-4(55KW)354458.6230398.1124060.58.68总计年节约电费（万元）56.76从表2矿浆输送泵安装变频系统前后节能效果对比中可看出，车间已经完成的变频节能改造泵节能效果是很明显的，每年可节约电费约56.76万元。55KW变频柜价格在9万左右、20KW变频柜价格在3万左右，从表2中对照相应泵变频改造后节能价格可知，改造费用可在1-2年内回收成本。3、车间变频节能泵节能前景分析通过对改造后设备一年多的运行观察，泵类电机安装变频柜后节能效果明显，提高了设备使用效率，并且可根据矿量的大小随时调节泵的转速，使矿浆输送更平稳，满足选矿工艺要求，同时使输送矿泵与电机始终运行在最佳状态，经济效益十分明显。在选矿车间还有部分矿浆输送泵在运行中未达到满负荷的状态，在节能方面还有空间。现对未安装变频柜的泵电机计算分析，表3是我对选矿车间泵类节能空间做的一次调查计算。表3车间泵电机节能空间计算设备名称电机型号（一备一用）额定电流实际电流年用电量(KW.h）年节电预测(KW.h）年节约电费（万元）3500T/D19－20#渣浆泵Y180M-4（18.5KW）35.9A26A104219.246898.6313.283500T/D3－4#渣浆泵Y180L-4（22KW）35.9A30A120252.954113.8053.793500T/D铜精矿泵Y200L-4(30KW)56.8A23A67752.530488.6162.133500T/D钴再磨泵Y180L-4(22KW)42.8A17A50077.922535.0641.581500T/D11－12#渣浆泵Y225M-6(30KW)59.5A23A92193.941487.2512.9合计（万元）13.68表3可看出车间泵还有节能空间，这几台泵变频改造后预计每年节能费用13.68万元。20KW-30KW变频柜每台价格在3万左右，改造后预计1-2年内回收成本。同时水泵、渣浆泵安装变频系统后可解决原启动方式的一些不足。现在我们车间渣浆泵的启动方式有些是直接启动，此方式存在较多缺点，在运行期间不能对电机转速进行调节，电机一直恒速运行，造成电能消耗较大；电机在启动期间，启动电流较大，可以达到电机额定电流的5-7倍，对电机本身及电网冲击较大；且在工作期间，由于电机的属于感性负载，可造成电网功率因素低，使无功功率增加，造成电能无谓的消耗；直接启动对机械设备及泵体叶轮使用寿命也有一定影响。一般在大于11kw电机的启动控制方式都不采用直接启动。通过变频改造节能的同时也可解决上述问题。实施变频改造后，系统运行可靠、操作简单，具有以下优点：（1）、节能效果：实施变频节能改造后，泵正常运行电流频率在40Hz左右，计算节电率在48.8%左右。按全年运行330天来算，经计算已改造变频泵总共可节约56.76万元/年。按照公司用电费用与变频节能柜改造费用对比，投入成本可以在1-2年内可回收成本。（2）电机变频启动，降低了启动电流，减少对电网及设备的冲击；平稳调速，电机转速降低，电机轴承的磨损程度减轻，同时对泵与管道的磨损程度也减轻。（3）电机转速降低，电机的噪音也随之下降，减少了噪音污染。三、结束语根据以上分析可以看出，变频调速技术在渣浆泵、水泵有很大用处：节约能源，降低泵的运行费用，提高了设备使用效率，并且可根据矿量的大小随时调节泵的转速，使矿浆输送更平稳。采用变频调速技术控制泵的转速具有可行性、节能效果明显、投资成本回收较快，降低车间生产成本，在凉山矿业各子公司内具有可推广型。进入新世纪以来，能源已成为世界问题的焦点之一。目前公司的能源使用和用电状况如何，怎样节电，有什么有效的技术措施。这也是我们拉拉铜矿面临的实际问题。在加快开发和建设的同时，要抓好节约，提高效率，保护环境。通过技术进步，逐步提高电力利用效率，节省有限的自然资源，保护环境，实现可持续发展。参考文献：【1】华满香，变频器在恒压供水系统中的应用【J】。北京机械工业出版社，1974【2】秦曾煌，电工学电工技术。高等教育出版社，2002