如何拟定变频调速节能方案

1如何拟定变频调速节能方案？一、电动机及其调速类型电动机分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机分为同步电动机和异步电动机两大类。异步电动机分为笼型电动机和绕线型电动机两大类。同步电动机的额定转速公式：no＝（60×f）÷pno—同步电动机的额定转速（转速/分，r/min）；f—电动机的额定频率（Hz）；p—电动机的极对数。异步电动机的转速公式：n＝（60×f）÷p×（1－s）式中：n—异步电动机的额定转速（转速/分，r/min）；s—异步电动机的转差率。s＝（1－n/no）×100%电动机调速类型分为直流调速和交流调速两大类。交流调速类型分为“三有”和“三无”两大类。“三有”是指有级（变极）调速，有刷（内反馈串级、外反馈串级、双馈电机、同步）调速，有滑差损耗（变压、变阻、液力偶合器、Ω离合器）调速，系低效调速方式；“三无”即变频调速，无级、无刷、无滑差损耗，系高效调速方式。二、电动设备类型电动设备按照转矩特性分为变转矩、恒转矩和倒数转矩三大类型。离心式或轴流式风机、泵类流体设备属于变转矩类型，机床、球磨机和柱塞式空压机等流体设备属于恒转矩类型，轧机、提升机等设备属于倒数转矩类型。前一类型称为轻载类型，后两者称为重载类型。于是，变频器亦相对应分为变转矩和恒转矩两大类型，或者称为轻载和重载两大类型。三、变频调速节能方案类型1、离心式或轴流式风机、泵类流体设备如何拟定变频调速节能方案？依据相似定律：f（频率）∝n（转速）∝Q（出口流量）f（频率）∝n（转速）∝H1/2（出口压力）f（频率）∝n（转速）∝N1/3（轴功率即功耗）拟定变频调速节能方案步骤如下：（1）测算平均运行功率PpPp≈Pn·Ip/In式中：Pn—电动机的额定功率（kW）；In—电动机的额定电流（A）；Ip—电动机的实际运行平均电流（A）。（2）估算中心频率（Hz）（3）测算节电率(%)——估算年节电量(kW·h)（4）测算年节电量ΔPa2ΔPa≈ΔPp·t/a式中：t/a—年运行小时（h）。（5）测算年节电价值ΔCaΔCa≈CkW·h·ΔPa（6）测算投资回收期IrIr≈Cf/ΔCa式中：Cf—变频装置价格（万元）。2、已知离心式或轴流式风机泵类设备的挡板或阀门开度如何测算节电率？对于独立管道系统的风机泵类设备，已知挡板或阀门开度，鉴于入口挡板或阀门也有接近一次方的节电率，可将上述式子中的三次方改为二次方测算节电率；亦可用下面经验式子估算节电率：Δrhm≈100%－ro－r%式中：ro—挡板或阀门开度(%)。例如，某电厂一台送（鼓）风机的挡板平均开度为55%，采用本方案的节电率约为：Δrhm≈100%－55%－4%≈41%3、已知离心式或轴流式风机泵类设备流量如何测算节电率？依据离心式或轴流式风机、泵类设备的轴功率与流量的三次方近似成正比的相似定理，采用本变频调速方案可由下式测算节电率：Δrhm≈[1－（Qc/Qn）3]×100%－r%式中：Qc——风机、泵类设备的平均流量（m3/h）；Qn——风机、泵类设备的额定流量（m3/h）。4、已知离心式或轴流式风机泵类设备回流量如何测算节电率？依据离心式或轴流式风机、泵类设备的轴功率与流量的三次方近似成正比的相似定理，可用下式测算节电率：Δrhm≈{1－[（Qc－Qr）/Qc]3}×100%－r%式中：Qc——风机、泵类设备的平均流量（m3/h）；Qr——风机、泵类设备的平均回流量（m3/h）。例如某取水泵站，一工三备，平均流量11000m3/h，平均回流量2000m3/h，采用本方案节电率测算：Δrhm≈{1－[（11000m3/h-2000m3/h）/11000m3/h]3×100%－4%≈41.25%5、已知离心式或轴流式风机泵类设备出口压力如何测算节电率？依据离心式或轴流式风机、泵类设备的出口压力与流量的二次方、轴功率与流量的三次方轴功率近似成正比的相似定理，可用下式测算节电率：Δrhm≈[1－（Pc/Pn）3/2]×100%－r%式中：Pc——风机、泵类设备的平均出口压力（MPa）或者平均扬程（m）；Pn——风机、泵类设备的额定出口压力（MPa）或者额定扬程（m）例如某公司动力处管网的最佳出口压力要求0.45Mpa，而某泵的平均出口压3力0.63Mpa，预留管阻损失0.05Mpa，测算节电率：Δrhm≈[1－（0.45MPa/0.58MPa）3/2]×100%－4%≈28.0%6、已知离心式或轴流式风机泵类设备间歇运行时间如何测算节电率？对于间歇运行的离心式或轴流式风机、泵类设备，一般都不配备挡板或阀门等节流装置，或者是挡板、阀门都打开，在出口压力（或扬程）有足够余量前提下，可利用其轴功率与流量的三次方近似成正比的相似定理，由下式测算节电率：Δrhm≈{1－[tw/(tw＋te)3]}×100%－r%tw——风机、泵类设备的日平均运行时间（h/d）；te——风机、泵类设备的日平均停机时间（h/d）.例如一供水泵日平均运行时间20小时，日平均停机时间4小时，泵的扬程有足够余量，采用本方案的节电率约为：Δrhm≈{1－[20/(20＋4)3]}×100%－4%≈30.56%7、含有固体颗粒载体的离心式或轴流式风机泵类设备如何测算节电率？鉴于浆渣泵输送的水中含有一定比例的固体颗粒载体，需要提高泵的运行转矩，而常规的平方性变频模式调速特性太软，调速响应时间慢，往往采用恒变频模式，泵的轴功率不再遵循流量三次方相似定理，而是与流量的一次方近似成正比，亦即呈线性关系，节电率由下式测算：Δrhm≈[1－（Qc/Qn）]×100%－r%式中：Qc——浆渣泵的平均流量（m3/h）；Qn——浆渣泵的额定流量（m3/h）。依据泵的相似定理，泵的轴功率N与流体的密度ρ近似成正比：N∝ρ泵的实际Np轴功率也要高于名牌上标注的额定轴功率Nn,如下式：Np≈Nn·ρp/ρn8、并联运行的不同容量泵类设备如何拟定最佳方案？对于并联运行的不同容量泵类设备，宜实施最大容量机组为主的变频原则。根据相似定理式，选用最大容量机组的目的是加大调速深度，以期取得f∝n∝N3的显著节能效果；而选用其中的中小容量的机组实施变频调速，因调速范围较窄，甚至仅限于调节速度的上端，导致f∝n∝N1/3的效果不佳。如水厂有供水泵6台，其中3kV、230kW电动机2台，一工一备；3kV、110kW电动机4台，2工2备。原将一台3kV、110kW电动机改为380V、115kW电动机实施低压变频调速，结果因其容量所限，只能调节速度的上端，导致电动机长期运行在45Hz频率下，去掉变频器本身的损耗，节电效果不佳。将最大的3kV、230kW电动机实施实施高峰、平峰和低谷实施全时段变频调速，不仅高峰段节电，而且平峰段和低谷段实现深度调速，功耗近似随转数的三次方显著下降，使总供水单耗降低了24%。据财务报表，每月供水电费减少了3万元，运行1年即可收回全部投资。9、多级串联运行的泵类设备如何拟定方案？对于多级串联输送管路的泵类设备，宜采取多级机组统调的变频调速原则。对于多级（两级或两级以上）串联的输水、输油、输渣管路，通常是后级机组承上启下负荷较重，而前级机组负荷较轻，传统的调速方案是优先选择后级机组，其结果是变频装置往往处于满载运行仍然满足不了工艺需要。本方案建议采取两级机组统调的变频原则。4以两级泵串联加压管路为例，可有以下三种变频调速模式：（1）第一级（初级）泵变频调速模式；（2）第二级（次级）泵变频调速模式；（3）两级泵均变频且以第一级（初级）泵变频调速为主（频率稍高点），以第二级（次级）泵变频调速随应的模式。6台尾矿渣浆泵分成3个系统（支路），每个系统有2台泵串联运行。平峰时3个系统一工两备、高峰时两工一备，向100米左右高的山顶蓄水池输送尾矿渣浆。首先将两台高压电动机（一个串联输送系统）实现变频调速，可达到高效节能（效率96%以上，年可节电225万kW·h，加上节油节水总价值100万元）、高功率因数（由0.85以下提高到0.94以上）、高可靠性（由高可靠的元部件集成，年节省液偶检修费近10万元）。具体效益分析如下：(1)节电率按照目前工艺所需的出口压力和流量，实际运行频率为41～46Hz，平均为43Hz，平均节电率为：[1－（43Hz/50Hz）2]×100%≈24%(2)预测年节电量630kW×85%（现平均负荷率）×24%×8760小时（年均运行时间）×2台≈225万kW·h/a(3)年节约价值预测2台机组年节电价值：0.4元/kW·h×225万kW·h/a=90万元加上节省的2台液力偶合器年维修费28×1/3=9.3万元、冷却水费0.2万元、油耗1.1万元，四项合计：90+9.3+1.1+0.2=100.6万元。(4)变频装置投资回收期预测：106万元÷100.6万元/年＝1年设备初调时，仍按照原操作模式以第二级（次级）出口泵变频调速为主（频率稍高点），以第一级（初级）入口泵变频调速相随应的模式调试，发现前者功耗较大，重负荷时过载；同时，后者功率又得不到发挥。经统调变频模式后，两者转数较为平衡，并提高了输送能力。实际运行1年后，节电价值110万元。10、独立加压输送且恒速间歇运行的泵类设备如何拟定最佳方案？对于独立加压输送且恒速间歇运行的泵类设备，亦宜采取连续变频降速的节能原则。对于独立提升液位的恒速泵机组间歇运行的工况，如向高位水池供水、向高位油罐运油、向高位蓄池输送渣液等，阀门开度100%，是否适合变频降速节能技术改造？依据式1.15.1～式2.15.3可知，泵机组的转速与流量近似成正比，与出口压力的平方近似成正比，与功率的立方近似成正比，如果泵的扬程高于送达的液位，就可以实施变频降速节能技术改造，虽然流量随转速减少，却可延长其运行时间同时缩短间歇运行时间得到补偿。看起来，似乎是按照一次方的关系多耗了一些能源；但是，其功耗却按照二方的关系节省了能源，两者相抵还能节约一次方的能源。电动机的实际运行功率Pp由下式计算：Pp≈√3·Up·Ip·cosφp·ηp式中：Up—电动机的实际运行电压；Ip—电动机的实际运行电流；5cosφp—电动机的实际运行功率因数；ηp—电动机的实际运行效率。η%≈[（fp/fn）3－（fp/fn）]×100%年节电量ΔAa为：ΔPa≈ΔPa·Δrs·t/a式中：t/a—年运行时间（h）。如某站共有5台供水泵机组，其中，3台为6kV、220kW绕线电动机，1台为380V、155kW笼型电动机，1台为380V、40kW笼型电动机。2003年10月，成功地将2#号机组6kV、220kW绕线电动机改造为433V、220kW笼型电动机，实现了最大机组变频调速，取代了原恒速间歇供水并与155kW机组切换方式，取得了软启动和变频节电双效益。已知：电动机实际运行电流为Up＝6000V，Ip＝20A，cosφp·ηp之积估算为0.8,则220kW电动机的实际运行功率Pp：Pp≈√3×6kV×20A×0.8≈166.27kW又知：220kW电动机的日运行小时为7h，年运行365日；电价为0.468元/kW·h。在2#号机组运行时，电动机在40Hz左右频率下调速节电运行。其流量虽然减少了一次方（20%，流量的损失可通过延长运行时间补偿），但其功耗却可下降三次方（48.8%）。此时段节电率Δrs约：Δrs≈[（40Hz/50Hz）3－（40Hz/50Hz）]×100%≈28.8%年节电量ΔPa约为：ΔPa≈166.27kW·7h×365日×28.8%≈12.23万kW·h。11、柱塞式风机、泵、压缩机类设备如何测算节电率？柱塞式风机、泵、压缩机类设备也是容积压缩原理，其特点是，其轴功率与流量近似成线性（即一次方）关系，可用下式测算其节电率。Δrhm≈[1－（Qc/Qn）]×100%式中：Qc——柱塞式风机、泵类设备的平均流量（m3/h）；Qn——柱塞式风机、泵类设备的额定流量（m3/h）。12、取代液力偶合器调速如何测算节电率？我国在变频调速技术尚未成熟时期，曾推广过液力偶合器调速方式，因其从动轮的转速与离心式和轴流式风机、泵类设备的额流成正比