泵与风机节能技术

泵与风机节能技术内容介绍泵与风机节能意义和潜力泵与风机的基本理论泵与风机的运行调节方法泵与风机运行方式选择与节能改造PSAT泵与风机节能意义和潜力节能意义能源短缺，能源有效利用率低。人均能源占有量为世界平均水平的40~50%。经济增长是以资源高消耗和牺牲环境为代价。统计资料表明，总的能源有效利用率约为30%，相当于发达国家50年代水平。据预测，按目前经济和能源生产的发展速度，未来能源缺口在20%左右。能源建设总方针：“开发和节约并重，近期要把节能放在首位”。97年通过了《中华人民共和国节约能源法》。节能潜力泵与风机数量多、分布面广。我国正在使用的水泵和风机分别超过3000万和700万台，总耗电量占全国总发电量的1/3。泵与风机普遍存在效率较低的问题，有些虽经节能技术改造，使效率有所提高，但由于新型高效调速方式的出现，使它们仍具有节电潜力可挖。泵与风机节能意义和潜力高效锅炉给水泵与原水泵比较6065707580DG270-14050CHTA/6FK6F32原效率高效泵与风机的基本理论泵与风机的分类叶片式：离心式、轴流式、混流式、旋涡式容积式其它形式离心式泵与风机风机泵泵与风机的基本理论轴流式泵与风机泵风机泵与风机的基本理论泵与风机的性能流量qV：单位时间内通过泵或风机的流体量。扬程(泵)H：单位重量液体通过泵后所获得的能量。风压(风机)p：单位体积气体通过风机后所获得的能量。有效功率Pe：单位时间通过泵或风机的流体后所获得的能量。Pe=ρgqVH/1000=qVp/1000KW轴功率P：泵或风机轴上获的功率。泵或风机的效率η：泵与风机的效率即有效功率Pe与轴功率P之比。P=Pe/η泵与风机的基本理论泵与风机的性能原动机功率Pg：原动机输出功率。Pg=P/ηtm=Pe/ηηtmηtm—传动效率原动机输入功率Pg/：Pg/=Pg/ηd=Pe/ηηtmηdηd—原动机效率调节效率(变速调节)ηV：变速装置的输出功率与输入功率之比。Pg/=Pg/ηdηV=Pe/ηηtmηdηV之比比转数：ns=3.65nqV0.5/H0.75nso=nqV0.5/(gH)0.75ny=nqV0.5/P200.75汽蚀比转数：C=5.62nqV0.5/Δhr0.75S=5.62nqV0.5/Δhr0.75Ks=2πnqV0.5/(gΔhr)0.75/60Δhr---泵的必需汽蚀余量泵与风机的基本理论性能曲线IS80-65-160离心泵性能曲线泵与风机的基本理论性能曲线离心风机无因次性能曲线泵与风机的基本理论相似定律（只改变转速n）qVP/qVm=nP/nmHP/Hm=PP/Pm=(nP/nm)2PP/Pm=(nP/nm)3风机无因次系数qV/=qV/(u2A2)p/=p/(ρu22)P/=P/(ρA2u23)管路特性曲线H=（pB-pA)/ρg+Ht+hW=Hst+hW泵与风机的基本理论工作点性能曲线与管路特性曲线的交点。泵的工作点M泵与风机的基本理论泵与风机的联合运行串联串联性能曲线由单独泵的性能曲线的扬程在流量相同的情况下迭加得到。串联工作的特点是流量彼此相等，总扬程为每台泵的扬程之和。串联后总扬程小于泵单独工作时扬程的2倍，流量比一台泵单独工作时增大。泵与风机的基本理论泵与风机的联合运行并联并联性能曲线由单独泵的性能曲线的流量在扬程相同的情况下迭加得到。并联工作的特点是扬程彼此相等，总流量为每台泵的流量之和。并联后总流量小于泵单独工作时流量的2倍，扬程比一台泵单独工作时增大。泵与风机的运行调节方法泵与风机的运行调节：根据外界负荷变化，改变运行工况点（工作点）使流量等参数符合要求。工作点是由性能曲线与管路特性曲线的交点确定的，泵与风机运行调节是通过改变性能曲线或管路阻力曲线来实现。调节方法分为两大类：非变速调节和变速调节。非变速调节节流调节离心式风机入口导流器调节动叶调节汽蚀调节泵与风机的运行调节方法变速调节定速电动机的变速调节（低效变速调节）液力联轴器变速调节油膜转差离合器变速调节电磁转差离合器变速调节交流电动机的变速调节绕线式异步电动机转子串电组调速绕线式异步电动机串级调速鼠笼式异步电动机的变极调速鼠笼式异步电动机的变频调速原动机调速泵与风机的运行调节方法节流调节分为吸入端节流和出口端节流，吸入端节流只适用于风机，不适用于水泵。特点：调节简单、方便，初投资少，但能量损失大。过去普遍采用，现已逐渐被其它调节方式所替代。案例：某火力发电厂200MW机组，当机组负荷降为180MW时，采用出口阀节流，节流损失功率327KW，调节阀上压降达2.2MPa。出口端节流→泵与风机的运行调节方法离心式风机入口导流器调节在叶轮进口前设置一组可调节转角的导流叶片。有轴向导流器、简易导流器和径向导流器。特点：入口导流器结构简单，运行可靠，初投资小，维护方便，比节流调节节省能量。离心风机普遍采用这种调节方式。离心式风机入口导流器调节性能曲线→泵与风机的运行调节方法动叶调节改变叶轮上叶片的安装角，改变性能曲线。轴流式和混流式泵与风机具有较大的轮毂，可在其内安装动叶调节机构。特点：初投资高，调节机构复杂，但具有高的运行效率和较宽的高效区，适用于大容量轴流式和混流式泵与风机且调节范围宽的场合，如火力发电厂大型机组的锅炉送引风机和冷水循环泵。轴流式风机动叶调节性能曲线→泵与风机的运行调节方法变速调节泵与风机的流量与转速的一次方成正比，而轴功率与转速的三次方成正比，当流量在较大范围内频繁变化时，采用变速装置将取得非常显著的节电效果。qVP/qVm=nP/nmHp/Hm=pp/pm=(np/nm)2相似抛物线(等效率曲线）H=KqV2通用性能曲线→泵与风机的运行调节方法变速调节当管路阻力的静扬程为零（风机）时，管路阻力曲线与相似抛物线重合，变速前后的工作点即相似工况点，变速前后的流量比即为转速比，如风机流量降为80%，则轴功率降为0.83=0.512，比阀门调节节能显著。当管路阻力的静扬程不为零（泵）时，变速前后的转速比大于流量比。泵与风机的运行调节方法液力联轴器变速调节改变工作腔中工作油的充满度，在电动机全速的情况下，对泵或风机实现无级调速。转速比i：涡轮转速与泵轮转速之比。调节效率ηv：液力联轴器的输出功率与输入功率之比。泵与风机的运行调节方法液力联轴器变速调节特点：其调节效率等于转速比，调节量越大，其转速比、调节效率越低。无级调速，过载保护，隔离振动，空载起动，工作可靠，但有调速延时，设备复杂。在转速很小的情况下，液力联轴器调节效率很低，但其传递的总功率也很小，此时泵与风机所需轴功率比阀门调节小得多，转差损失比节流损失小得多。广泛用于锅炉给水泵、送引风机、循环水泵、凝结水泵。国内主要用于锅炉给水泵。液力联轴器工作特性→泵与风机的运行调节方法油膜转差离合器变速调节油膜转差离合器是依靠摩擦力传递功率的无级变速传动装置。特点：最大传动效率比液力联轴器高，控制转速响应时间比液力联轴器短。电磁转差离合器变速调节包括电枢和磁极两部分，通过改变励磁电流的大小改变泵与风机的转速。特点：结构简单，可靠性高，但对最高转速比较低的电磁调速电动机，运行经济性差。适用于电动机转速较低、调速范围小的中小容量泵或风机的转速调节。液力联轴器变速调节、油膜转差离合器与电磁转差离合器变速调节都存在转差损失，都是低效变速调节装置。泵与风机的运行调节方法鼠笼式异步电动机的变极调速异步电动机的转速nn=60(1-S)f/pf—电源频率p—磁极对数S—转差率交流电动机的调速可通过改变磁极对数或电源频率实现。变极调速就是改变电动机绕组的极对数，大中型异步电动机采用变极调速时，一般为双速电动机。变极电动机采用不同的绕组接线方式，可形成转距与转速平方成正比、恒转距、恒功率三种特性的电动机。为使双速电动机在高低速两档都有较高的效率，不同的负载应选用对应特性的电动机。特点：调速效率高，调速控制设备简单，初投资低。其缺点是有级调速，不能进行连续调速，不能进行热态变换，变速时有电流冲击现象。泵与风机的运行调节方法鼠笼式异步电动机的变频调速变频调速是用变频电源，通过改变频率实现转速调节。在调节频率f的同时对定子相电压U1进行调节，使f、U1之间满足一定关系。故变频调速是变频变压调速。恒转距（磁通）变频调速U1/f=U1//f/恒功率变频调速U1/f0。5=U1/(f/)0。5由于此时磁通发生变化，电动机的效率和功率因数可能下降。变频调速从额定频率下降调速时，应采用恒转距变频调速；从额定频率上升调速时，宜采用恒功率变频调速。泵与风机的运行调节方法鼠笼式异步电动机的变频调速特点：调速效率高（变频器产生的高次谐波，使电动机的损耗增加，效率下降），属高效调速方式，调速范围宽，并在整个调速范围具有高的调速效率，可兼作启动设备。国外在泵与风机的调节方面普遍采用变频调速，用于泵与风机的调速节能时，其容量为Pv=1.15Pn(n/nn)3KWnn、n—电动机额定转速和变频调速时最高转速Pn—转速nn时泵或风机的轴功率变频器的容量与电动机变频时最高转速的三次方成正比，若选用较低的最高转速，可降低变频器的容量，降低初投资。如锅炉送引风机在额定转速的30~80%采用变频调速，在80~100%由工频电源供电，采用入口导叶调节。泵与风机的运行调节方法鼠笼式异步电动机的变频调速案例：丽都动力中心有三台20t/h蒸汽锅炉，辅机系统：三台75KW引风机、三台55KW鼓风机、一台22.5KW给水泵、一台7.5KW冷凝水泵、一台22KW冲渣泵共九台，总功率442KW。过去风量、水量的调节采用调节挡板、阀门，造成电能的浪费。现已在泵与风机上安装了九套变频调速装置。总投资66.7万元年节电611702KWh(35.5万元)，投资回收期1.88年。泵与风机的运行调节方法鼠笼式异步电动机的变频调速变频装置功率(KW)投资成本(万元)年节电(KWh)回收期（月）给水、冷凝泵307.5175,0008.9冲渣泵224.081,00010泵与风机的运行调节方法案例：闵行发电厂的9号机组为70年代制造的125MW火电机组，该机组锅炉配有两台G4－73型送风机和2台Y4－73型吸风机。原来吸风机均采用人口导流器调节吸风机流量。由于设备老化后导致机组的可靠性和经济性下降，且在低负荷情况下运行时采用人口导流器调节的方式其调节性和重现性很差。在对9号机组进行增容降耗改造时，该厂在吸风机上选用了美国罗宾康公司生产的无谐波高压变频装置代替原来的导流器。改造后的锅炉在燃用电厂提供的煤种条件下锅炉出力从369吨／时增容到390吨／时，机组电负荷从110MW增加到133.4MW。采用变频调速装置后节电效果显著(见图)。采用变频调速后真正做到了软启动，避免了原来在较大的惯性负载情况下，数倍于额定值的启动电流所产生的电冲击和机械冲击对电机的不利影响，同时对真空开关的触点有很好的保护作用。泵与风机的运行调节方法泵与风机运行方式选择与节能改造泵与风机运行方式锅炉给水泵运行方式某大容量发电厂机组，配置两台50%容量的锅炉给水泵，当机组负荷变化时，改变给水泵的运行方式以适应负荷变化。若机组负荷降为50%时，则泵的运行方式有：I.两台泵全速定压运行，节流调节II.单台泵全速定压运行，节流调节III.两台泵变速定压运行IV.单台泵变速定压运行V.两台泵变速滑压运行VI.单台泵变速滑压运行泵与风机运行方式选择与节能改造泵与风机运行方式经济性分析锅炉给水泵性能曲线和管路阻力曲线如图所示，机组运行在50%负荷(qv=605m3/h),运行方式经济性分析如下：运行方式扬程(m)效率η(%)轴功率(KW)转速(r/min)两台泵全速定压286365.664803570单台泵全速定压236380.443633570两台泵变速定压182873.836792876单台泵变速定压182881.233433187两台泵变速滑压136480.025312442单台泵变速滑压136481.0249730